Министерство образования РФ
Волжский инженерно-строительный институт
Волгоградской государственной Архитектурно-строительной академии
по дисциплине
«ЭТЖ и ГСМ»
Проверил:
Преподаватель
Павлов Евгений Васильевич
|
|
Вариант 23.
Вопросы контрольной работы.
Задание № 1.
С 16 Н 34 и С 10 Н 7 CH
Требуется определить:
а) теплоту сгорания топлива высшую (Q в);
б) теплоту сгорания топлива низшую (Q н);
Задание № 2.
Поясните, что определяет показатель «индукционный период» бензина. Как и чем, он определяется? Назовите численные значения этого показателя для различных бензинов (автомобильных, авиационных).
Задание № 3
Задание № 4
Назовите, известные простейшие методы умягчения охлаждающей воды для двигателей. Вода какой жесткости подлежит умягчению при использовании в двигателе. Методы удаления накипи с поверхностей системы охлаждения.
Задание № 5
Укажите, в чем отличие моторных масел для дизельных и карбюраторных двигателей?
1) Разные основы масел;
2) Большое количество присадок в дизельных маслах;
3) Лучшая моющая способность масел для карбюраторных двигателей.
Задание № 1.
Дизельный двигатель работает на топливе углеводородного состава С 16 Н 34 и С 10 Н 7 CH 3 , которые распределены в топливе поровну. Горение топлива происходит с коэффициентом избытка воздуха a=1,5.
Требуется определить:
а) теплоту сгорания топлива высшую (Q в);
б) теплоту сгорания топлива низшую (Q н);
в) действительное количество воздуха, потребное для горения топлива ( действ);
г) цетановое число предлагаемого топлива.
а) Определяемое топливо состоит из смеси двух углеводородов в равных количествах, т.е. цетана С 16 Н 34 и альфаметилнафталина С 10 Н 7 CH 3 .
Зная, из каких углеводородов состоит топливо, определяем процентное содержание в нём углеводорода C и водорода H .
Определяем молекулярные веса углеводородов, входящих в состав топлива. Молекулярный вес цетана равен:
М C 16 H 34 =12·16+1·34=226 г/моль ,
откуда определяется процентное содержание C и H:
C =(192/226)100%=84,96 %
H =(34/226)100%=15,04 %
Соответственно:
М C 10 H 7 CH 3 =12·10+1·7+12+1·3=142 г/моль ,
C =(132/142)100%=92,96 %,
H =(10/142)100%=7,04 %.
Подсчитываем средний состав углерода и водорода:
C =(92,96+84,96)/2=88,96 %,
H =(7,04+15,04)/2=11,04 %.
Определим высшую и низшую теплоту сгорания топлива по формулам Менделеева:
Q в =81· C +300· H =81·88,96+300·11,04=10517,76 ккал /кг ,
б) Q н =81· C +246· H =81·88,96+246·11,04=9921,6 ккал /кг .
в) Для определения действительного количества воздуха при горении топлива необходимо, прежде всего, определить его теоретическое значение по формуле:
Теор. =(2,67C +8H )/23,2 кг /кг ,
Теор. =(2,67·88,96+8·11,04)/23,2=14,04 кг /кг .
Действительное количество воздуха, требуемое для горения топлива, определяем по выражению:
Действ =· теор. =1,5·14,04=21,06 кг /кг .
Значение цетанового числа топлива вытекает из его определения, т.е. процентного содержания цетана в такой смеси с альфаметилнафталином, которая по условиям самовоспламенения равноценна испытуемому топливу при испытании в одинаковых условиях.
Поскольку цетана в данном дизельном топливе 50%, то его цетановое число равно 50.
Задание № 2.
Поясните, что определяет показатель «индукционный период» бензина. Как и чем, он определяется? Назовите численные значения этого показателя для различных бензинов (автомобильных, авиационных).
Индукционным периодом оценивается показатель стабильности топлива, определяющий потенциальную способность топлива к смолообразованию.
Индукционным периодом бензина называется время (в минутах), в течение которого топливо находясь в условиях, благоприятных для окисления, практически не поглощает кислорода. Топливо окисляется в специальной бомбе изготовленной из нержавеющей стали при t=100 о С и давлении кислорода 0,7 МПа.
За длительность индукционного периода принимается время в минутах, с момента погружения бомбы в водяную баню до начала падения в ней давления. Момент падения давления в бомбе показывает начало активного поглощения топливом кислорода.
Индукционный период автомобильных бензинов составляет 900…1300 мин., авиационных – более 1300 мин.
Задание № 3
Назовите, какие кислоты, содержащиеся в топливах, относятся к классу органических кислот. Что характеризует показатель «кислотность топлива», как определяется, единицы измерения.
Органические кислоты, содержащиеся в топливе являются либо нафтеновыми и попадают с высококипящими фракциями бензина при перегонке нефти, либо продуктами окислительных процессов топлива при хранении.
Нафтеновые кислоты подвергают коррозии только цветные металлы, кислые продукты действуют агрессивно практически на все металлы.
Показателем кислотности оценивают содержание органических кислот в топливе. Под ним понимают количество щелочи КОН (в мг), необходимое для нейтрализации органических кислот в 100 мл топлива.
1. Эксплуатационные : октановое число; фракционный состав; давление насыщенных паров; индукционный период; концентрация фактических смол; кислотность.
Октановое число – показатель детонационной стойкости бензина, численно равный объемной доле изооктана в смеси с н- гептаном, эквивалентной по своей детонационной стойкости бензину, испытываемому в стандартных условиях. Например, бензин А-95 обладает такой же детонационной стойкостью, как смесь 95 % изооктана и 5 % н- гептана.
Октановое число характеризует процесс сгорания его в двигателе: нормальный или детонационный (взрывной).
Фракционный состав – показатель испаряемости бензина:
Температура перегонки 10 % характеризует пусковые качества бензина и его способность к образованию паровых пробок.
Температура перегонки 50 % характеризует скорость прогрева двигателя, устойчивость его работы на малых оборотах и приемистость.
Температура перегонки 90 % и конца кипения характеризуют наличие в бензине тяжелых фракций, которые не успевают испариться во впускном трубопроводе и доиспаряются в цилиндрах двигателя.
Давленые насыщенных паров – характеризует пусковые свойства бензина, склонность к образованию в топливной системе двигателя паровых пробок, возможные потери от испарения.
Индукционный период – характеризует стойкость бензина против окисления и оценивается временем, в течение которого бензин практически не окисляется в среде кислорода. Пригодным для длительного хранения является бензин, индукционный период которого не менее 500 минут.
Концентрация фактических смол – характеризует смоло- и нагарообразование в двигателе.
Кислотность – характеризует содержание продуктов окисления, к моменту определения, т.е. «запас качества» по сравнению с требованиями нормы стандарта.
2. Экологические: массовая доля общей серы; содержание ароматических углеводородов, бензола; массовая доля кислорода; содержание кислородосодержащих соединений.
Влияние изменений показателей качества бензинов на работу двигателя
| Наименование показателя качества | Характер изменения показателя | Признаки нарушения в работе двигателя. Ожидаемые последствия |
| Октановое число | Уменьшение | Металлический стук, дымный выхлоп. Детонационное сгорание. Падение мощности. |
| Увеличение | Возрастает температура и давление в камере сгорания. Увеличивается мощность. Возможность форсирования рабочего процесса без снижения надежности работы. | |
| Фракционный состав: Температура: начала кипения, перегонки 10 % | Повышение | Увеличивается время запуска (зимой). Повышенный износ. |
| Понижение | Уменьшается время запуска (зимой). Увеличивается вероятность образования паровых пробок (летом). Нарушения в подаче топлива. Перебои в работе. | |
| Температура перегонки 50% | Повышение | Увеличивается время прогрева. Неустойчивая работа на малых оборотах. Ухудшается приемистость. |
| Понижение | Уменьшается время прогрева. Улучшается приемистость. | |
| Температура перегонки 90% и конца кипения | Повышение | Снижается полнота сгорания. Дымный выхлоп. Падение мощности. Повышенный расход топлива. Повышенный износ ЦПГ. Увеличение отложений. |
| Понижение | Условия сгорания топлива улучшаются. Отрицательное воздействие тяжелых фракций уменьшается. | |
| Давление насыщенных паров | Понижение | Уменьшается вероятность образования паровых пробок (летом). Ухудшается запуск двигателя (зимой). |
| Повышение | Увеличивается вероятность образования паровых пробок. Перебой в работе и подаче топлива (лето). Увеличивается испаряемость. | |
| Содержание серы | Выше нормы | Повышенный коррозионный износ. Снижение надежности в работе. Ухудшается экология. |
| Массовая доля высокооктановых компонентов: бензола, МТБЭ | Выше нормы | Снижается теплота сгорания АВ. Падает мощность двигателя. Повышается агрессивность АВ по отношению к резинам. Повышается склонность к образованию отложений, токсичность АБ и отработанных газов при повышении содержания ароматических углеводородов, особенно бензола. |
| Плотность | Ниже нормы | Снижается объемная энергоемкость АВ. Уменьшается содержание в АВ тяжелых углеводородов. Топливо проявляет тенденцию к облегчению фракционного состава. |
| Выше нормы | Повышается объемная энергоемкость АВ. Повышается содержание в АБ тяжелых углеводородов. Топливо проявляет тенденцию к утяжелению фракционного состава. |
Динамика изменения требований Европейских стандартов свидетельствует о снижении в АБ содержания бензола, серы, ароматических и олефиновых компонентов.
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ СОЮЗА ССР
БЕНЗИНЫ АВТОМОБИЛЬНЫЕ
МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ИНДУКЦИОННОГО ПЕРИОДА
ГОСТ 4039-88
(СТ СЭВ 5868-87)
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ПО СТАНДАРТАМ
Москва
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ СОЮЗА ССР
Срок действия с 01 .01.89
до 01 .01.97
Несоблюдение стандарта преследуется по закону
Настоящий стандарт устанавливает методы ( и ) определения индукционного периода, характеризующие склонность бензинов к окислению и смолообразованию при длительном хранении.
Сущность методов заключается в определении времени, в течение которого испытуемый бензин, находящийся в среде кислорода под давлением 700 кПа (7 кгс/см2) и при температуре 100 °С, практически не подвергается окислению.
Термины, применяемые в стандарте, и пояснения к ним приведены в приложении .
Во избежание воздействия света пробу следует хранить в чистой и сухой склянке из темного стекла или в металлическом сосуде, исключающем медь.
Крышка бомбы должна свободно перемещаться по стержню грибка и вращаться над его расширенной частью, которая пришлифована к корпусу бомбы. При завинчивании крышки расширенная часть грибка герметично закрывает корпус бомбы.
1 - верхнее отверстие; 2 - вороток; 3 - шток клапана; 4 - вентиль; 5 - нижнее отверстие; 6 - тройник; 7 - грибок; 8 - крышка; 9 - корпус бомбы
2.1.2. Манометр кислородный класса 1,5, обеспечивающий проведение измерений в диапазоне 0 - 1600 кПа (0 - 116 кгс/см2), или любой другой прибор с тем же диапазоном измерения и погрешностью не более 20 кПа (0,2 кгс/см2).
Трубка из углеродистой стали или меди и наружным диаметром 5 мм и толщиной стенки 1 см, согнутая в спираль и служащая для соединения бомбы с манометром.
Трубка медная высокого давления для присоединения редуктора к бомбе.
2.1.7. Баня с гнездами для бомб, высота бани не менее 400 мм. Количество гнезд в бане от двух и более. Диаметр гнезда около 80 мм (по диаметру бомбы).
Для заполнения бани используют воду или иной теплоноситель, обеспечивающий температуру 100 °С.
2.1.8. Бак высотой не менее 450 мм и диаметром около 350 мм для проверки герметичности бомбы и охлаждения бомбы после окисления бензина.
2.1.9. Штатив с держателем.
2.1.10. Щипцы тигельные никелированные.
2.1.11. Пинцет.
2.1.12. Термометр ТЛ-2-1-А 3 по ГОСТ 215-73.
2.1.13. Сосуд стеклянный (черт. ) для испытуемого бензина. В верхней части сосуда сделаны три выемки для свободного доступа кислорода.
2.1.14. Крышка стеклянная.
2.1.15. Воронка В-75- 140 ХС, В-100-150 ХС по ГОСТ 25336-82.
2.1.22. Смесь хромовая: 50 г бихромата калия (K2Cr2О7) растворяют в 1 дм3 концентрированной серной кислоты (ρ = 1,82 г/см3). Раствор хранят в толстостенных склянках с притертой пробкой.
2.1.24. Бумага фильтровальная по ГОСТ 12026-76 .
2.2. Подготовка к испытанию
2.2.1. Новая бомба или после ремонта, а также после каждых 200 - 250 окислений должна быть подвергнута гидравлическому испытанию на 2000 кПа (20 кгс/см2).
Детали новой бомбы (корпус, крышка, грибок), манометр и трубка должны быть тщательно промыты смесью толуола с ацетоном или бензином-растворителем и высушены воздухом.
Тщательная промывка всех деталей необходима с целью предотвращения взрыва вследствие взаимодействия кислорода с остатками масла.
2.2.2. Перед испытанием промывают внутреннюю часть корпуса бомбы 25 - 40 см3 смеси толуола с ацетоном или бензином-растворителем и сушат струей воздуха.
Крышку бомбы и детали головки тщательно вытирают фильтровальной бумагой.
Стеклянный сосуд и крышку промывают смесью толуола с ацетоном или бензином-растворителем и высушивают в термостате или в струе воздуха.
При наличии смолистых остатков стеклянную посуду погружают в хромовую смесь на 6 ч. После этого сосуд извлекают пинцетом из нержавеющей стали, промывают водой, затем дистиллированной водой и высушивают.
2.2.3. Пробу испытуемого бензина объемом 120 - 150 см3 фильтруют через бумажный фильтр.
2.2.4. В стеклянный сосуд наливают при комнатной температуре 100 см3 испытуемого бензина.
Сосуд с бензином помещают внутрь бомбы и накрывают его стеклянной крышкой.
Бомбу закрывают крышкой и завинчивают. К боковому ответвлению, маркированному «М», присоединяют манометр.
2.2.5. Подготовленную бомбу, (ответвление, маркированное «К») присоединяют с помощью медной трубки к редуктору кислородного баллона.
2.2.6. После присоединения бомбы к редуктору открывают верхнее отверстие тройника головки бомбы, медленно (не менее 3 мин) наполняют бомбу кислородом до давления 200 кПа (2 кгс/см2) и верхнее отверстие тройника перекрывают клапаном.
Затем отвинчивают гайку, при помощи которой соединена трубка с бомбой, осторожно открывают верхнее отверстие тройника бомбы и медленно выпускают из нее кислород.
2.2.7. Продутую бомбу вновь наполняют кислородом до давления 750 кПа (7,5 кгс/см2), перекрывают клапаном верхнее отверстие тройника и отсоединяют бомбу от трубки.
Все операции производят при комнатной температуре.
Примечание. Если при наполнении бомбы кислородом из баллона через редуктор манометр бомбы не показывает давления, а манометр на редукторе указывает на расход кислорода, необходимо прекратить пуск кислорода и проверить исправность манометра.
2.2.8. Для испытания на герметичность наполненную кислородом бомбу вынимают из подставки и осторожно погружают полностью в бак с водой, температура которой 15 - 25 °С. Если при этом появляются пузырьки кислорода в воде, бомбу переносят в подставку, устраняют утечку кислорода подтягиванием соединительных элементов или заменой уплотнительной прокладки и повторяют испытания на герметичность. Испытания на герметичность повторяют до достижения полной герметичности, после чего давление в бомбе снижают до 700 кПа (7 кгс/см2). Окончательно установленное давление в бомбе должно быть (700 ± 20) кПа (7 ± 0,2) кгс/см2.
2.2.9. Одновременно с подготовкой бомбы для окисления испытуемого бензина воду в бане нагревают до кипения, причем вода в бане должна полностью закрывать крышку бомбы.
Примечание. Температура кипящей водяной бани должна быть (100 ± 1) °С в зависимости от барометрического давления. При очень низком барометрическом давлении в воду добавляют азотнокислый аммоний или глицерин в таком количестве, чтобы температура кипящей воды была (100 ± 1) °С.
2.3. Проведение испытания
2.3.1. Бомбу с испытуемым бензином, находящуюся под давлением кислорода 700 кПа (7 кгс/см2), переносят в водяную баню с температурой (100 ± 1) °С и погружают в воду до верхнего края крышки бомбы.
Момент погружения бомбы в баню фиксируют как начало окисления. В этот момент записывают время и начальное давление в бомбе. Далее до конца опыта давление в бомбе записывают через каждые 5 мин. Пример записи при проведении испытания приведен в приложении .
Примечание. При использовании самопишущего прибора для регистрации давления начало и конец окисления бензина ведется по картограмме.
2.3.2. С момента погружения бомбы в баню по мере нагревания кислорода и бензина давление в бомбе начинает повышаться. Достигнув определенного максимума, давление держится обычно некоторое время постоянным, а затем начинает снижаться. В отдельных случаях после небольшого (до 20 кПа) (0,2 кгс/см2) снижения давление в бомбе некоторое время держится постоянным, а затем вновь начинает непрерывно снижаться.
В первом случае за конец индукционного периода принимают начало непрерывного снижения давления (перегиб кривой давления), во втором случае - второй перегиб кривой.
Нагрев бомбы заканчивают при снижении давления на 60 кПа (0,6 кгс/см2) от максимального значения.
2.3.3. По окончании окисления бомбу сразу же осторожно вынимают из кипящей водяной бани и погружают полностью в бак с водой при температуре 15 - 25 °С. Вследствие снижения температуры бензина и кислорода давление в бомбе резко снижается.
Бомбу оставляют в воде в течение 15 мин для охлаждения, проверяют за это время ее герметичность. Если наблюдается появление пузырьков кислорода в воде, испытание повторяют сначала.
2.3.4. После охлаждения бомбу переносят в подставку и выпускают из нее кислород.
Затем крышку бомбы и головку со всеми деталями протирают сухим полотенцем для удаления влаги, после чего отвинчивают крышку бомбы и, не снимая грибок с корпуса, а только приподнимая крышку, обезвоживают выступающую часть грибка фильтровальной бумагой. После этого крышку с головкой снимают с корпуса бомбы.
2.3.5. Стеклянную крышку и сосуд с окисленным бензином извлекают из бомбы тигельными щипцами. Небольшое количество бензина, сконденсировавшегося в корпусе бомбы, переливают в сосуд, а затем в мерный цилиндр для измерения его количества. Если бензина окажется меньше 95 см3 при 20 °С, испытание повторяют.
2.4. Обработка результатов
2.4.1. Индукционный период испытуемого бензина определяют как разность продолжительности окисления и времени нагрева бензина в бомбе. Для определения индукционного периода из полученного времени окисления бензина вычитают 55 мин.
За результат испытания принимают среднее арифметическое результатов двух определений.
2.5. Точность метода
2.5.1. Сходимость
2.5.2. Воспроизводимость
Два результата испытания, полученные разными исполнителями в двух разных лабораториях, следует считать достоверными с 95 %-ной доверительной вероятностью, если расхождения между ними не превышают 10 % от среднего арифметического результата.
3.1. Аппаратура, материалы и реактивы
3.1.1. Прибор испытательный (черт. ), в комплект которого входят:
1) бомба из нержавеющей стали. Внутренние поверхности бомбы и крышки должны быть отполированы для того, чтобы облегчить очистку и предотвратить коррозию. Бомба должна выдерживать рабочее давление не менее 1240 кПа при температуре 100 °С:
2) прокладки, которые периодически и при разногласиях в оценке качества проверяют. Для этого в порожнюю бомбу устанавливают прокладку и уплотняют крышку прокладкой из того же самого материала. Собранную бомбу заполняют кислородом до избыточного давления 700 кПа и помещают в нагревательную баню с температурой 100 °С. Если давление в бомбе в течение 24 ч падает не больше чем на 14 кПа при температуре бани, которая не должна изменяться больше чем на ±1 °С, прокладку считают пригодной;
3) трубка загрузочная с запорной головкой 5 из нержавеющей стали, внутри с тонкой полировкой. На загрузочной трубке прикреплена металлическая пластина, служащая затвором для нагревательной бани при наличии в ней бомбы;
4) трубка напорная служит для соединения испытательного прибора с (прибором для измерения давления. Она изготовлена из медного сплава или гибкого металлоармированного шланга с резьбовыми присоединениями 2 к испытательному и измерительному приборам. Общий объем всех соединений от испытательного до измерительного прибора, включая загрузочную трубку, не должен превышать 30 см3.
3.1.2. Стержень вставной из нержавеющей стали с отполированной поверхностью (черт. ), который снизу ввинчивается в загрузочную трубку.
1 - напорная трубка; 2 - накидная гайка; 3 - прокладка: 4 - загрузочная труба; 5 - головка; 6 - крышка; 7 - прокладка из меди; 8 - прокладка из свинца; 9 - корпус бомбы
3.1.3. Подставка из нержавеющей стали (черт. ) для установки бомбы при ее завинчивании и заполнении кислородом.
3.1.4. Прибор показывающий или самопишущий для измерения давления с пределом не менее чем 1400 кПа.
3.1.5. Баня нагревательная электрическая водяная вместимостью не менее 18 см3 для одной бомбы и дополнительно 8 см3 для каждой следующей. Высоту слоя жидкости в бане следует поддерживать не менее 30 см. В крышке нагревательной бани должны быть отверстия для установки бомб, которые по размеру соответствуют металлической пластинке для перекрытия, прикрепленной на загрузочной трубке. Отверстие для термометра в бане должно быть расположено так, чтобы отметка шкалы термометра 97 °С находилась над крышкой. Погруженная в баню бомба должна быть на 5 см ниже уровня воды в бане. Крышка для перекрытия отверстий необходима в том случае, если в бане нет бомб.
Допускается применять нагревательный блок вместо водяной бани, если он обеспечивает те же самые температурные условия.
3.1.6. Термометр для нагревательной бани с диапазоном измерения температур от 95 до 103 °С, ценой деления шкалы 0,1 °С.
3.1.7. Сосуд стеклянный с крышкой для пробы (черт. ).
3.1.8. Шкаф сушильный, обеспечивающий поддержание температуры до 150 °С.
3.1.9. Цилиндр мерный вместимостью 100 см3 с ценой деления 1 см3.
3.1.10. Смесь толуола ч.д.а. и ацетона ч.д.а. в соотношении 1:1.
3.1.11. Кислород 98 - 99 %-ный в стальных баллонах под давлением.
3.1.12. Смесь хромовая: 50 г бихромата калия растворяют в 1 дм3 серной кислоты (ρ = 1,84 г/см3). Раствор хранят в толстостенных склянках с притертой пробкой.
3.1.13. Вода дистиллированная по ГОСТ 6709-72 .
3.2. Подготовка к испытанию
3.2.1. Стеклянный сосуд промывают смесью растворителей для удаления всех смолистых остатков. Затем сосуд погружают в хромовую смесь, выдерживают не менее 6 ч и вынимают из хромовой смеси пинцетом из нержавеющей стали, промывают его водой, затем дистиллированной водой и высушивают в термостате 1 ч при температуре (140 ± 10) °С.
После обработки хромовой смесью сосуд нельзя трогать руками.
3.2.2. Перед началом работы из бомбы, в которой проводилось испытание, сливают бензин.
Бомбу и запорную головку вытирают увлажненной растворителем шерстяной или хлопчатобумажной тканью (без синтетического материала). Затем дополнительно чистят сухой и чистой тканью и удаляют оставшиеся остатки смолы и бензина из зазора между загрузочной трубкой и вставным стержнем.
Напорные трубки должны быть совершенно чистыми. Перед испытанием нужно просушить прибор и напорные трубки. Вставной стержень при необходимости вывинчивают с помощью отвертки снизу из загрузочной трубы и очищают от загрязнений.
3.3. Проведение испытания
3.3.1. Испытательный прибор и пробу бензина доводят до температуры (20 ± 5) °С. После этого стеклянный сосуд помещают в бомбу, наполняют его испытуемым бензином (50 ± 1) см3 и закрывают крышкой. Затем надевают запорную головку с загрузочной трубкой и вставным стержнем и завинчивают плотно с крышкой. Присоединяют измерительный прибор и кислородный баллон к испытательному прибору и наполняют последний кислородом до давления 700 кПа. После этого газ медленно выпускают из испытательного прибора для того, чтобы вытеснить присутствующий воздух. Наполнение кислородом повторяют до избыточного давления 700 кПа, обращая внимание на герметичность. Появляющееся вначале быстрое снижение давления до 50 кПа свидетельствует о растворении кислорода в пробе, оно может быть не принято во внимание.
Если снижение давления за 10 мин менее 7 кПа, то прибор герметичен. Отсоединяют кислородный баллон и приступают к испытанию.
3.3.2. Подготовленный по п. прибор осторожно погружают в нагревательную баню, имеющую постоянную температуру (100 ± 2) °С. Момент погружения прибора в баню принимают за начало испытания. Во время испытания температуру бани контролируют постоянно с точностью до 0,1 °С и для расчета индукционного периода вычисляют среднюю температуру испытания.
Давление в приборе непрерывно измеряют при одновременном измерении температуры бани или отсчитывают с интервалом не более 15 мин при применении самопишущего прибора для измерения давления. Если при испытании в течение первых 30 мин наблюдается негерметичность, о чем свидетельствует постоянное снижение давления более 14 кПа за 15 мин, необходимо снова проводить испытание и так до тех пор, пока обработка диаграммы давление - время не даст возможности определить точку перегиба.
Если атмосферное давление ниже 1013 кПа, можно добавить к воде этиленгликоль, чтобы поддержать рабочую температуру в нагревательной бане (100 ± 2) °С.
3.3.3. Прибор вынимают из бани и охлаждают, давление в нем медленно выравнивают в зависимости от условий окружающей среды. Затем прибор отсоединяют от прибора для измерения давления и готовят его к следующему испытанию.
3.4. Обработка и оценка результатов
3.4.1. За индукционный период при средней температуре испытания (100 ± 2) °С принимают промежуток времени от погружения прибора в кипящую водяную баню до появления точки перегиба.
3.4.2. Расчет индукционного периода проводят при 100 °С.
Если средняя температура испытания больше 100 °С, то индукционный период (ИП100) в минутах при 100 °С вычисляют по формуле
ИП100 = ИП(100+Δt ) · (1 + 0,101 · Δt ). (1)
Если средняя температура испытания ниже 100 °С, то индукционный период (ИП100) в минутах при 100 °С вычисляют по формуле
(2)
где ИП(100+Δt ) - индукционный период при средней температуре испытания свыше 100 °С, мин;
ИП(100-Δt ) - индукционный период при средней температуре испытания ниже 100 °С, мин;
Δt - алгебраическая разность средней температуры испытания и 100 °С, °С.
Полученные значения индукционного периода при 300 °С округляют до целого числа.
3.5. Точность метода
3.5.1. Сходимость
Два результата определения, полученные одним исполнителем на одном приборе, следует считать достоверными с 95 %-ной доверительной вероятностью, если расхождения между ними не превышают 5 % от среднего арифметического результата.
3.5.2. Воспроизводимость
Два результата испытания, полученные разными исполнителями в двух разных лабораториях, следует считать достоверными с 95 %-ной доверительной вероятностью, если расхождения между ними не превышают 10 % от среднего арифметического результата.
Справочное
Справочное
|
Показания манометра во время окисления, кПа (кгс/см2) |
Длительность периода окисления, мин |
|||
Плотность топлива - при +20 "С должна составлять 690…750 кг/м. Плотность бензина со снижением температуры на каждые 10 С возрастает примерно на 1%. От плотности топлива зависит экономичность и тяговитость мотора. Но именно фракционный состав бензина и определяет его плотность.
Итак. Фракционный состав - важнейшая характеристика бензина, не уступающая по значимости октановому числу.
Фракционный состав бензина влияет на пуск и длительность прогрева двигателя после пуска, приемистость двигателя и динамичность автомобиля в целом, полноту сгорания горючего и другие эксплуатационные показатели. Эти свойства бензина оценивают по пяти характерным точкам кривой фракционного состава: Тнк, Т10%, Т50%, Т90%, Ткк. Легкие фракции нужны только на период пуска и прогрева двигателя, в дальнейшем они начинают интенсивно испаряться в топливном баке, бензопроводах. Вместе с жидкостью поступает пар, снижается коэффициент наполнения цилиндров, падает мощность, двигатель перегревается. В топливоподающей системе образуются паровые пробки, возникают перебои в работе, двигатель глохнет. Особенно это часто наблюдается при использовании зимних сортов бензина летом.
В связи с этим количество легкокипящих углеводородов в бензине ограничивают; температура начала кипения для всех сортов бензина должна быть не ниже 35С. Таким образом, температура начала перегонки характеризует наличие в горючем наиболее легких фракций углеводородов, обуславливающих его летучесть, огнеопасность и склонность к образованию паро-воздушных пробок в топливной системе машины.
Температура начала перегонки должна быть не ниже 35 С. Температура перегонки 10% характеризует пусковые качества бензина и его склонность к образованию паро-воздушных пробок в системе питания двигателя.Чем ниже температура перегонки 10% бензина, тем лучше его пусковые свойства, но тем больше опасность появления паровых пробок в системе питания и обледенения карбюратора. Для пуска холодного двигателя необходимо, чтобы 10 % бензина выкипало при температуре не выше 55°С (зимний сорт) и 70°С (летний). Если же зимой, в мороз, вам достанется топливо, в котором из-за дрянного хранения легкие фракции улетучились, то двигатель может и не "схватить".
Температура перегонки 50% бензина характеризует его среднюю испаряемость, прогрев, устойчивость работы двигателя. Чем ниже температура перегонки 50% бензина, тем выше его испаряемость, лучше приемистость и устойчивость работы двигателя на этом бензине. Основную часть топлива называют рабочей фракцией.
От испаряемости рабочей фракции зависят образование горючей смеси при разных режимах работы двигателя, продолжительность прогрева (перевода с холостого хода под нагрузку), приемистость (возможность быстрого перевода с одного режима на другой). По стандарту рабочую фракцию нормируют 50% точкой. Чем она ниже, тем однороднее состав топлива и горючей смеси по отдельным цилиндрам, устойчивее работает двигатель, лучше приемистость.
Температура перегонки 90% бензина характеризует наличие тяжелых, трудно испаряющихся фракций. С повышением данной температуры увеличивается расход бензина, так как тяжелые фракции не успевают испариться и сгореть, больше бензина проникает в картер, смывая масло со стенок цилиндра и разжижая масло, что ведет к износу деталей и повышенному расходу масла. Тяжелые углеводороды (от 90 % до конца кипения) в топливе нежелательны. Чем меньше интервал температуры от 90 % до конца кипения, тем выше качество топлива, меньше его склонность к конденсации, лучше экономичность и ниже темп изнашивания деталей двигателя. Температура выкипания 90 % топлива характеризует так же его склонность к конденсации, которую часто называют точкой росы.
Таблица5 Средние компонентные составы автомобильных бензинов
|
Компонент |
|||||||
|
Бензин каталитического риформинга: |
|||||||
|
Мягкого режима |
|||||||
|
Жесткого режима |
|||||||
|
Ксилольная фракция |
|||||||
|
Бензин каталитического крекинга |
|||||||
|
Бензин прямой перегонки |
|||||||
|
Алкилбензин |
|||||||
|
Бутаны изопентан |
|||||||
|
Газовый бензин |
|||||||
|
Бензин коксования |
|||||||
|
Гидростабилизированный _асзин пиролиза |
|||||||
· - Этилированный
Давление насыщенных паров - где-то этот показатель перекликается с предыдущим. При испарении топлива в замкнутом пространстве одновременно происходит конденсация паров. Чем выше их давление, тем интенсивнее процесс конденсации. Давление, которое оказывают пары испаряющегося бензина на стенки емкости, называют упругостью паров. Упругость (или давление) паров бензина зависит от его химического и фракционного состава. Как правило, чем больше в топливе содержится легкокипящих углеводородов, тем выше упругость паров. Она возрастает также при повышении температуры. Определяют давление паров (ГОСТ 1756--83), выдерживая испытуемый бензин 20 мин в герметичном резервуаре при 38 °С. По прошествии данного времени по манометру фиксируют давление паров бензина.
Использование бензина с высокой упругостью паров приводит к повышенному образованию паровых пробок в топливоподающей системе, снижению наполнения цилиндров, падению мощности. В летних сортах давление насыщенных паров не должно быть больше 0,066 Мпа (500 мм рг. Ст.). Зимние сорта бензинов для облегчения пуска двигателя в холодное время года имеют большее давление - 0.066…0.093 Мпа (500…700 мм рт. Ст.).
Содержание фактических смол - еще один важный показатель топлива. Смолы -- это темно-коричневые жидкие или полужидкие вещества с плотностью около 1000 кг/м3, молекулярной массой 350…900, обладают сильной красящей способностью, легко растворимы во всех нефтепродуктах и органических растворителях (кроме ацетона и спирта). Смолистые и смолообразующие вещества всегда содержатся в бензине. Их количество зависит от технологии получения, способа очистки, длительности и условий хранения топлива.
Содержащиеся в бензине тяжелые молекулы углеводородов, входящие в состав смол, не могут испариться, они накапливаются на горячих стенках трубопроводов, забивают жиклеры. Значительное накопление смолистых веществ приводит к уменьшению проходных сечений различных участков топливоподающей аппаратуры, всасывающего коллектора. Все это снижает мощность и ухудшает экономичность двигателя.
В зоне высокой температуры (клапаны, днище поршня, камера сгорания, поршневые канавки) смолистые отложения постепенно уплотняются, частично выгорают, образуют хрупкие и твердые нагары, которые в основном состоят из углерода. При большом накоплении нагаров в двигателе повышается износ, ухудшается процесс сгорания, увеличивается расход топлива.
Стандартом нормируют количество фактических смол, т.е. соединений, которые находятся в бензине в момент определения. Сущность определения (ГОСТ 1567-83) заключается в испарении горячим воздухом 25 мл топлива при температуре 150 °С. Остаток после испарения в миллиграммах на 100 мл топлива показывает количество фактических смол. Для бензина различных марок их содержание не должно превышать 7…15 мг/100 мл.
Если содержание фактических смол отвечает требованиям стандарта, то двигатели длительное время работают без повышенного смоло- и нагарообразования. Нередко же при эксплуатации техники содержание смол в топливе значительно выше. Если содержание фактических смол в 2…3 раза больше нормы, то моторесурс двигателя снижается на 20…25 %. Кроме этого, при эксплуатации возникают различные неполадки: зависают клапаны, закоксовываются кольца.
Процесс смолообразования зависит также от технического состояния и условий эксплуатации двигателей. Все примеси, которые попадают в двигатель с поступающим для сгорания воздухом, находятся в масле и топливе, а, кроме того, продукты износа деталей могут участвовать в образовании отложений.
Индукционный период - показатель, который говорит нам, насколько долго бензин может сохранять свой состав и параметры неизменными. Иначе говоря, индукционный период характеризует стабильность бензина. Дело в том, что кроме фактических смол, в бензине содержатся смолообразующие вещества, - так называемые потенциальные смолы, которые становятся фактическими в процессе хранения, когда подвергаются воздействию кислорода. Основное влияние на накопление смол оказывает температура хранения (табл. 1). Кроме того, существенное значение имеет степень заполнения емкости. Так, у автомобильного бензина, хранившегося 6 месяцев в полной (заполнение 93 %) бочке, содержание фактических смол возросло в 4 раза, а при заполнении 50 % -- в 12 раз. Наличие в емкостях старых продуктов окисления, воды, механических примесей, окалины интенсифицирует процессы окисления и накопления смол. Определяют индукционный период в лабораторной установке при искусственном окислении бензина (температура 100 С, в атмосфере чистого кислорода при давлении 0,7 Мпа). При окислении давление кислорода, который тратится на образование смол и кислот, резко снижается. Индукционным периодом называют время в минутах от начала искусственного окисления бензина до активного поглощения им кислорода. Для различных марок бензина индукционный период составляет 600-1200 минут. Конечно, это не значит, что за такой период топливо в реальных условиях "скиснет" - так быстро не скиснет даже молоко. Но приблизительно можно сказать, что для качественного бензина с индукционным периодом 1200 минут срок хранения составит 1,5-2 года.
Увы, многие автомобилисты, выкручивая или меняя свечи, видят на изоляторе устойчивый красный налет. Это как раз и говорит о том, что в наших высокооктановых бензинах довольно много ферросодержащих присадок. Применение их, согласно ГОСТа допустимо, но в концентрации не более 37мг на литр. А проверить фактическое значение простому автовладельцу, к сожалению, невозможно.
Если же цвет изолятора ваших свечей от светло серого до золотистого - вас можно поздравить - вы заправляетесь бензином, не содержащих ферроценов и марганцевых присадок. К тому же, можно сказать, и двигатель у вас в хорошем состоянии.
Природа индукционного периода при гидратации вяжущих является одним из наименее изученных вопросов химии цемента . В числе возможных причин замедления процесса гидратации называют образование поверхностного барьерного (пассивирующего) слоя, задержку зародышеобразования кристаллов гидратных фаз, концентрацию дефектов, сорбционное равновесие на поверхности гидратирующихся частиц вяжущего. Однако в ряде работ экспериментально установлено, что процесс гидратации прогрессирует под поверхностными гидратами, образование которых не может поэтому быть определяющей причиной возникновения индукционного периода.
Анализируя теории индукционного периода, X. Ф. У. Тейлор выделяет две группы гипотез, объясняющих замедление процессов гидратации вяжущих . Согласно первой группе гипотез, индукционный период имеет место из-за задержки зародышеобразования или формирования вторичных продуктов гидратации. Часть исследователей считает, что таким гидратом является гидроксид кальция (гипотеза 1), остальные - CSH (гипотеза 2). Во второй группе гипотез принято, что новообразования, сформировавшиеся на начальном этапе твердения, действуют как барьер и индукционный период оканчивается с его разрушением из-за фазового превращения или процессов старения (гипотеза 3) или из-за осмотического разрыва или подобного родственного эффекта (гипотеза 4). В последующем гипотезы 3 и 4 не получили экспериментального подтверждения. И. Джавед, Д. Менетрье, Дж. Скальпы в процессе электронноскопических исследований не наблюдали наличия однородных поверхностей защитного слоя и пришли к выводу, что образование поверхностных гидратов не может быть причиной индукционного периода. Значительный интерес представляет сопоставление сопутствующих индукционному периоду эффектов, зафиксированных различными экспериментальными методами. В ряде работ отмечается связь индукционного периода с концентрацией ионов Са2+, К+, Na+ Fe3+, SO2- и ОН- в жидкой фазе. Р. Гречухна на основании изучения концентрации различных ионов в жидкой фазе сделал вывод о периодическом чередовании процессов растворения безводных и осажденных гидратных продуктов. Индукционный период соответствует процессу растворения, а период схватывания - выпадению из жидкой фазы различных по составу новообразований.
Установлено, что реакционная способность клинкерных минералов зависит от концентрации СаО и SiO2 вблизи их поверхности. Отмечается, что на границе раздела твердой и жидкой фаз в индукционном периоде формируются крутые концентрационные градиенты, обусловливающие снижение реакционной способности вяжущего. Следует отметить существенное различие концентрации растворенных ионов в объеме жидкой фазы и у поверхности негидратированных частиц. В результате отсутствует тесная корреляция между концентрацией в объеме жидкой фазы (эти данные наиболее часто приводятся в публикациях) и торможением процесса гидратации. Согласно Р. Айлеру , степень пересыщения определяется функциональной зависимостью от значения энергии поверхностей раздела. В процессе твердения цемента в результате гидролиза, диспергации частиц, обнажения негидратированных поверхностей, изменения состояния жидкой фазы энергия поверхностей раздела периодически меняется, что в конечном счете сказывается на скорости зародышеобразования.
К. Фуджи при исследовании гидратации а-полуводного гипса, C3S в индукционном периоде зафиксировано образование адсорбционного слоя молекул воды на поверхности частиц и возникновение первичных зародышей типа CSH.
Показано также, что индукционный период заканчивается при достижении максимальной концентрации Са2+ в жидкой фазе. Период ускорения для C2S характеризуется кристаллизацией и ростом зародышей вторичного гидрата CSH.
Формирование специфического состояния жидкой фазы на начальных этапах твердения подтверждается экспериментальным ходом изменения диэлектрической проницаемости цементного теста. Эти данные свидетельствуют о переводе жидкости затворения в деформированное состояние под влиянием поверхностных сил и формировании поляризованной структуры пограничных жидких слоев.
Стокхаузен Н. указывает на изменение химической активности воды в зависимости от размера пор, в которых она находится. Согласно этим данным вободная вода наблюдается в порах размером свыше 100 нм (I тип). Вода, конденсированная в капиллярах, обладает пониженным химическим потенциалом «следствие взаимодействия с твердой поверхностью (II тип). В порах конденсированная вода является структурной. Межплоскостная вода, адсорбированная в виде слоев с толщиной, не превышающей 2,5 монослоя, относится к IV типу.
Исходя из этой классификации, индукционный период можно объяснить формированием на определенном этапе гвердения в результате диспергационных процессов и гидратообразования такой капиллярно-пористой структуры, когда в окружении негидратированных частиц преобладают поры размером менее 100 нм. В результате частички цемента окружены жидкой фазой с пониженным химическим потенциалом. Для возобновления интенсивной гидратации цемента необходима перестройка сформировавшейся первичной капиллярно-пористой структуры.
Важная роль в характере протекания индукционного периода отводится концентрации дефектов в решетке клинкерных минералов или наличию на поверхности негидратированных частиц активных центров.
П. Фиренс, И. Верхаген установили взаимосвязь между концентрацией активных центров и продолжительностью индукционного периода. Высказано предположение, что индукционный период включает три явления: основную реакцию и две вспомогательные. Основная реакция представляет собой хемсорбцию воды на активных центрах поверхности частиц. Вспомогательные реакции включают растворение небольших количеств вяжущего и гидратацию оксида кальция.
Для выяснения природы процессов происходящих в индукционный период, необходимо изучение взаимосвязи гидрато- и структурообразования в твердеющем цементном тесте. С учетом отмеченных выше закономерностей, сопровождающие индукционный период, были проанализированы кинетические зависимости свойств твердеющего цемента, полученные с использованием резонансной методики (см. рис. 7.7).
