Эксплуатационные материалы: Методические указания к лабораторным работам

Федеральное агентство по образованию Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Восточно-Сибирский государственный технологический университет» (ГОУ ВПО ВСГТУ)

Методические указания к лабораторным работам по дисциплине «Эксплуатационные материалы» для студентов специальности 150200 «Автомобили и автомобильное хозяйство» Часть 1

Составитель Никифоров И.К.

Улан-Удэ Издательство ВСГТУ 2006

Методические указания разработаны в соответствии с программой курса «Эксплуатационные материалы. Часть 1». Составитель: Под редакцией

к.т.н. доцент И.К. Никифоров к.т.н. доцент В.М. Алексеева

Методические указания соответствуют курсу дисциплины «Использование эксплуатационных материалов». Изложены методология и практическая реализация лабораторных работ с учетом опыта практической работы в этой области. Лабораторный практикум имеет целью познакомить студентов с основными приемами испытания качества топлива, смазочных материалов и технических жидкостей и научить их правильно давать оценку эксплуатационным свойствам этих продуктов по данным анализа или паспорта. Указания предназначены для студентов учебных заведений автотранспортного направления. БЕНЗИН, ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ, ДИЗЕЛЬНОЕ ТОПЛИВО, МАСЛО

ОБЩИЕ УКАЗАНИЯ ПО ВЫПОЛНЕНИЮ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ Лабораторный практикум по эксплуатационным материалам имеет целью познакомить студентов с основными приёмами испытания качества топлив, смазочных материалов и технических жидкостей и научить их правильно давать оценку эксплуатационным свойствам этих продуктов по данным анализа или паспорта. Успешное выполнение заданий лабораторного практикума зависит от предварительной подготовки студентов к лабораторным занятиям, строгого соблюдения методики проведения испытаний и соблюдения в лаборатории правил техники безопасности и противопожарных мер. На рабочем месте имеется всё необходимое для выполнения задания и не должно быть ничего, что отвлекало бы внимание работающего и мешало проведению работы. Грязные посуда и приборы, плохая подгонка деталей в местах соединения частей приборов, неправильно использованные реактивы искажают результаты испытания, поэтому к нему приступают лишь после того, как аппарат или прибор собран и проверен. Пробу продукта, подлежащего анализу перед испытанием тщательно перемешивают взбалтыванием. Продукт, использованный для определения тех или иных показателей, ни в коем случае обратно в склянку с пробой не выливают, так как он при анализе частично потерял первоначальные качества. Исключение составляет только испытание по определению плотности, проделав которое продукт можно слить обратно в склянку с образцом и использовать для других испытаний. Работы должны выполняться студентами с заданными образцами продуктов и в точном соответствии с методическими указаниями. Непродуманность или поспешность в выполнении испытания не только исказят результат работы, но могут также привести к порче приборов и даже к несчастному случаю. По окончании испытания прибор разбирают, и рабочее место приводят в порядок. В отчёте по выполненной работе должны быть освещены вопросы: • номер и наименование работы; • характеристика исследуемого показателя качества и его размерность; • сущность испытания; • краткое описание хода испытания с зарисовкой принципиальных схем приборов; • наименование продукта (номер пробы) и данные опыта; 3

• •

расчёт показателя, при необходимости делается графическое построение; сценка результата испытания, включая сравнение с нормами ГОСТ и оценку поведения продукта при его использовании на автомобилях.

КРАТКАЯ ИНСТРУКЦИЯ ДЛЯ СТУДЕНТОВ ПО ТЕХНИКЕ БЕЗОПАСНОСТИ В лаборатории эксплутационных материалов работающие имеют дело с легковоспламеняющимися, горючими и токсическими жидкостями. К первым относятся бензины и другие нефтепродукты и растворители. Ко второй группе относятся керосины, дизельные топлива и некоторые тормозные жидкости. Токсическими являются различные ароматические углеводороды, антифризы и тормозные жидкости. Поэтому главной опасностью при работах в данной лаборатории является пожарная опасность, а также возможность отравления парами токсических веществ или от попадания их в пищевой тракт. Предупреждение пожаров При работах в лаборатории запрещается применять открытое пламя или другой источник возможного воспламенения. Сжигание образцов топлив при их анализе допускается только в приготовленном для этой цели вытяжном шкафу, из которого предварительно удалены все склянки с нефтепродуктами. Для работы следует употреблять нефтепродукты в количестве не большем, чем указано в методических указаниях. Подготовку проб к испытанию нужно проводить до включения нагревательных приборов. При сильном запахе бензина или другого легковоспламеняющегося продукта следует все работы прекратить и помещение лаборатории тщательно проветрить. Так же поступают при проливе бензинов. Использованные пробы нефтепродуктов и других жидкостей нельзя сливать в раковины: в сифонах раковин эти продукты скапливаются и могут послужить причиной взрыва и травм. При воспламенении испытуемых проб вне приборов пламя следует тушить струёй углекислоты из углекислотного огнетушителя или засыпать очаг пламени песком. Нельзя тушить пенным огнетушителем электроприборы, находящиеся под напряжением: пена электропроводна, и ток может поразить человека, тушащего пожар. Если загорелась одежда, не бежать, а гасить пламя обёртыванием полотенцем или одеялом. 4

Предупреждение ожогов и отравлений Остерегаться прикасания к горячим приборам. Не разбирать горячие приборы, а подождать, когда они остынут. После работ с этилированными бензинами, антифризом и тормозными жидкостями обязательно вымять руки водой с мылом. Предупреждение травм При работе со стеклянными приборами и посудой не употреблять излишних усилий при закрывании приборов пробками, одевании резиновых трубок и т.п., во избежание поломок стекла и порезов рук осколками. Нельзя загромождать рабочие столы портфелями, сумками или чемоданами. На рабочем месте допускаются лишь руководства к работам, тетради для записей и справочные материалы. Нельзя ставить сумки, чемоданы и портфели на пол около столов: о них можно споткнуться, разбить приборы, упасть и получить травму при падении. Все упомянутые предметы должны быть положены на специально отведённые места. При работах строго придерживаться методических указаний. Следует помнить, что поспешность или непродуманное отклонение от рекомендованного порядка работы могут привести к пожару или несчастному случаю. Лабораторная работа 1 ОПРЕДЕЛЕНИЕ СОРТА ТОПЛИВА ДЛЯ КАРБЮРАТОРНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ I. Ознакомление с внешним видом и запахом топлив Цвет. Неэтилированные бензины бесцветны. Этилированные бензины специально окрашивают: бензин А-76 в жёлтый; АИ-93 оранжевокрасный; АИ-98 жёлтый цвет. Иногда неэтилированные бензины обладают желтоватым цветом, вызванным наличием в них смолистых веществ. Лигроин и тракторный керосин имеют цвет от светло-жёлтого до тёмно-жёлтого. Цвет дизельного топлива – от жёлтого до тёмно-жёлтого, почти светло-коричневого. Прозрачность. В соответствии с ГОСТом прозрачность топлив определяется в стеклянном цилиндре. Топливо, налитое в цилиндр, должно быть совершенно прозрачным и не должно содержать взвешенных и осевших на дно цилиндра посторонних примесей, в том числе и воды. Мутность топлива при комнатных температурах вызывается обычно наличием в нём воды в виде эмульсии или механических примесей. Такое топливо перед применением подвергается отстою и фильтрации. 5

Наличие воды в карбюраторном топливе особенно опасно в зимнее время, когда образующиеся кристаллы льда нарушают дозировку топлива и даже могут вызвать полное прекращение его подачи. Кроме того, в присутствии воды увеличивается коррозионное действие топлива, усиливаются процессы окисления. В ингибированных бензинах вода может вымывать ингибитор окисления. Топливо не должно содержать воды и должно быть совершенно прозрачным. Механические примеси могут попадать в топливо при пользовании грязной и неисправной тарой и загрязнённым заправочным оборудованием. Применение топлива, содержащего механические примеси, вызывает засорение топливодозирующей системы. В карбюраторных топливах присутствие даже мельчайших механических примесей не допускается. В наших условиях убедиться в отсутствии их можно путём осмотра испытуемого образца непосредственно в той стеклянной ёмкости, в которой находится испытуемый образец. Наличие в дизельных топливах механических примесей ведет к засорению фильтров, сопла форсунки и к более интенсивным износам топливной аппаратуры, особенно прецизионных пар топливных насосов высокого давления. Этим обуславливается требование полного отсутствия механических примесей в дизельном топливе. Наличие воды в дизельном топливе особенно опасно в зимнее время. Замерзание её может привести к забиванию фильтров и топливной аппаратуры кристаллами льда. Кроме того, при наличии воды в топливе могут иметь место случаи коррозии баков и топливной аппаратуры двигателя. Поэтому присутствие воды в зимних дизельных топливах совершенно недопустимо. В летнем дизельном топливе согласно ГОСТу на период с 1 мая по 1 октября допускается (в пунктах выдачи дизельного топлива потребителям) наличие следов воды (не более 0,025%). Ввиду более высокой по сравнению с карбюраторными топливами вязкостью возможность образования устойчивой эмульсии воды в дизельном топливе возрастает, но процесс отстаивания воды требует большего времени. Наличие эмульгированной воды может быть обнаружено по мутности топлива при осмотре его в проходящем свете. II. Определение присутствия водорастворимых кислот и щелочей в топливе (определение нейтральности топлива) Коррозионный износ двигателя во многом зависит от присутствия в топливе сильнодействующих водорастворимых кислот и щелочей. 6

Водорастворимые кислоты и щелочи могут оказаться в топливе изза нарушения технологии его очистки. Так, например, при неполной нейтрализации после воздействия серной кислотой (сернокислотная очистка) не исключено наличие остатков как самой кислоты, так и её производных сульфокислот и кислых эфиров. Щелочь попадает в топливо при плохой отмывке в процессе очистки (обычно NaOH и реже Na2CO3). Другие водорастворимые кислоты и щелочи могут оказаться в топливе случайно и крайне редко. Вследствие исключительно сильного действия водорастворимых кислот и щелочей на коррозию металлов нормы ГОСТ предусматривают их полное отсутствие как в бензинах и дизельных топливах, так и в моторных маслах. При наличии в топливах водорастворимых кислот и щелочей, последние безоговорочно бракуются и к применению не допускаются. Определение наличия водорастворимых кислот и щелочей производится качественной пробой по ГОСТу 6307-60. 1. Аппаратура и реактивы 1. Воронки делительные вместимостью 50-100 мл. 2. Мерный цилиндр на 10 мл. 3. Пробирки из бесцветного стекла. 4. Пипетки. 5. Вода дистиллированная по ГОСТ 5607-53, проверенная на нейтральность. 6. Фенолфталеин по ГОСТ 5850-51, 1%-ный спиртовой раствор. 7. Метилоранж 0,02%-ный водный раствор. 8. Химический штатив. 2. Порядок проведения работ Образец топлива тщательно перемешивают взбалтыванием в бутылке, затем наливают в делительную воронку (рис. 1) 10 мл. испытуемого топлива, добавляют такое же количество дистиллированной воды и взбалтывают смесь в течение 5 мин. Дают смеси отстоятся, после чего водный слой, находящийся внизу делительной воронки, опускают через кран в две пробирки. В одну пробирку добавляют 1-2 капли метилоранжа. При наличии в топливе минеральных кислот водная вытяжка в пробирке окрашивается в розовый или оранжево-красный цвет, при отсутствии кислот цвет водной вытяжки будет жёлто-оранжевый. 7

1

5

2

3

4

Рис. 1. Приборы для определения в топливе водорастворимых кислот и щелочей: 1–делительная воронка; 2–штатив с пробирками; 3– индикаторы; 4–вода; 5-топливо В другую пробирку добавляют 1-2 капли фенолфталеина. При наличии в топливе щелочей водная вытяжка окрасится в фиолетоворозовый цвет, при отсутствии щелочей водная вытяжка останется бесцветной или слегка побелеет. Бензин может быть допущен к применению только при неизменяющейся окраске его водной вытяжки, что будет свидетельствовать о полном отсутствии в нём водорастворимых кислот и щелочей. 3. Заключение Результаты проведения работы необходимо сопоставить с требованиями ГОСТ на испытуемый бензин по данному показателю качества. Заключение даётся в журнале лабораторных работ. III.Определение плотности бензина Как известно, фонды на автомобильный бензин устанавливаются в весовых единицах, отоваривание и учёт на нефтебазах и при оптовых перевозках также производится в весовых единицах. Розничная продажа бензина и его отпуск при заправке баков транспортных средств производится в литрах. Утвержденные нормы расхода бензина автотранспортом устанавливаются также в литрах. 8

3

Следовательно, система учёта и отчётности, а также расчёты при составлении заявок на снабжение должны предусматривать перевод количества бензина из весовых единиц в объемные и обратно. Кроме того, контроль наличия и остатков в ёмкостях автомобильных заправочных станций (АЗС) также невозможен без чётко налаженного перевода весовых единиц измерения в объёмные. Для пересчёта количества бензина в объёмных единицах в весовые достаточно умножить объёмное количество бензина, замеренное при какой-либо температуре, на плотность бензина при той же температуре, т.е. G T = VT * с t , где GT – количество бензина в весовых единицах, [кг], VT – количество бензина в объёмных единицах, [л]; ρt – плотность бензина при той же температуре, [г/см3]. Или при обратном пересчёте и тех же обозначениях VT = G T * с t . Практическое определение плотности бензина при данной температуре и приведение её к заданной температуре составляет основное целевое назначение работы. 1. Основные определения и обозначения Плотность измеряется массой тела, заключённой в единице его объёма и имеет размерность в системе СГС г/см3 (ГОСТ 3900-47), в системе СИ кг/м3. Плотность не следует смешивать с удельным весом, который представляет собой отношение веса тела к весу воды в том же объёме. За единицу массы принята масса воды объёмом 1см3 при +40С. Следовательно, удельный вес, отнесённый к воде, имеющей температуре +40С, численно равен плотности. В системе СИ удельный вес имеет размерность н/м3. Если же удельный вес отнесен к воде, имеющей другую температуру, как в некоторых старых стандартах к 150С или 200С, то он численно не равен плотности. По действующему стандарту плотность обозначается буквой ρt, где t – температура бензина. 1

Удельный вес обозначается буквой б tt 2 , где t1 – температура бензина, t2 – температура воды, к которой отнесён удельный вес (например 20

20

15

б tt 4 , б tt 20 , б tt15 и т.д.).

2. Необходимые аппаратура и приборы Стеклянный цилиндр. 9

Нефтеденсиметр по ГОСТ 1284-41 с ценой деления 0,0005 г/см3 или 0,001 г/см2; ГОСТ 1289-41. 3. Проведение испытаний Для определения плотности бензина стеклянный цилиндр устанавливается на прочный горизонтальный стол. По стеклянной палочке осторожно наливают в него бензин, причем температура бензина не должна отклоняться от температуры в помещении, где производят измерение более, чем на ±50С. Далее, чистый и сухой нефтеденсиметр медленно погружают в бензин до момента его свободной плавучести. Отсчёт производится по верхнему краю мениска. Во избежание явления параллакса и связанной с этим ошибкой, глаз наблюдателя должен находится на уровне мениска (рис. 2). Температура бензина определяется термометром.

Таблица 1 Средние температурные поправки плотности нефтепродуктов

0 710 0 720

а

Температурная поправка на 10С

Замеренная плотность нефтепродуктов

Температурная поправка на 10С

0,720 – 0,7299 0,730 – 0,7399 0,740 – 0,7499 0,750 – 0,7599 0,760 – 0,7699 0,770 – 0,7799 0,780 – 0,7899 0,790 – 0,7999 0,800 – 0,8099 0,810 – 0,8199

0,000870 0,000857 0,000844 0,000831 0,000818 0,000805 0,000792 0,000778 0,000765 0,000752

0,820 – 0,8299 0,830 – 0,8399 0,840 – 0,8499 0,850 – 0,8599 0,860 – 0,8699 0,870 – 0,8799 0,880 – 0,8899 0,890 – 0,8999 0,900 – 0,9099 0,910 – 0,9199

0,000738 0,000725 0,000712 0,000699 0,000686 0,000673 0,000660 0,000647 0,000633 0,000620

б

0 730

1 0 740

где

0 750 0 760

0 770

Замеренная плотность нефтепродуктов

2

Рис. 2. Определение плотности нефтеденсиметром. A–нефтеденсиметр; B–замер плотности топлива; 1A–шкала плотности; 1B–шкала температуры. Плотность бензина принято указывать при температуре +200С. Если температура бензина в момент определения его плотности отличалась от указанной, следует ввести температурную поправку. 10

Температурная поправка определяется по формуле: с 20 = с t + г(t− 20) , ρ20 – плотность при температуре +200С; ρt – плотность при температуре замера; t – температура бензина в момент замера; γ - температурная поправка (табл. 1).

4. Оценка результатов испытаний Плотность автотракторного топлива стандартами не нормируется, но этому показателю можно только ориентировочно судить о виде топлива: бензины, керосины, дизельное топливо и т.д., так как многие марки различных топлив имеют одинаковую плотность. IV. Определение плотности бензина Фракционный состав бензина во многом определяет его важнейшие эксплуатационные свойства. Лёгкость пуска холодного двигателя, необходимая интенсивность подогрева впускного трубопровода, мощностные показатели, топливная экономичность, наконец, интенсивность износа двигателя тесно связаны с фракционным составом бензина. В отличие от химически однородных веществ, таких, например, как вода, спирт, эфиры, имеющих постоянную температуру кипения, зависящую только от барометрического давления, бензин является сложной смесью ряда индивидуальных углеводородов, кипящих при различных температурах. 11

Поэтому для оценки испаряемости бензина определяют зависимость количества испарившегося бензина от температуры. Дело в том, что по температурам, при которых перегоняются отдельные фракции бензина, можно косвенно судить о давлении насыщенных паров этих фракций. Чем ниже температура перегонки какой-либо фракции, тем выше давление насыщенных паров. График, показывающий зависимость объёма отогнанного топлива (в %) от температуры, называется кривой перегонки. Кривая перегонки даёт наглядное представление о фракционном составе топлива. По характерным точкам на кривой фракционного состава можно приближенно судить о некоторых эксплуатационных качествах бензина. Например, температура выкипания 10% бензина характеризует его пусковые свойства, в частности, возможность пуска при низких температурах воздуха. Температура выкипания 50% бензина характеризует необходимую интенсивность подогрева впускного трубопровода, а также скорость прогрева двигателя и возможность более быстрого прекращения обогащения горючей смеси при пуске. Температура 90% выкипания и конца разгонки достаточно полно характеризует противоизносные свойства бензина, т.к. с повышением этих температур увеличивается количество тяжёлых трудноиспаряющихся фракций, попадающих в цилиндр в капельножидком состоянии и смывающих масляную плёнку с зеркала цилиндров. 1. Аппаратура 1. Прибор для перегонки (разгонки) нефтепродуктов по ГОСТ 1392-63 (рис. 3). 2. Цилиндры измерительные на 100 и 10 мл. по ГОСТ 1770-64. 3. Круглодонная колба на 200 мл. 4. Термометр с корковой пробкой. 5. Горелка газовая или электрическая плитка. 2. Проведение испытаний Отмерив измерительным цилиндром 10 мл исследуемого бензина, переливают его в колбу, держа её в таком положении, чтобы носок (отводная труба) был направлен вверх. После заполнения колбы бензином (100 мл.) в шейку колбы вставляется термометр так, чтобы ось термометра совпала с осью колбы, а верх ртутного шарика находится бы на уровне нижнего края отводной трубки в месте её припая, после чего колба ставится на место и закрывается кожухом. 12

Измерительный цилиндр, не высушивая, следует поставить под нижний конец отводной трубки холодильника так, чтобы трубка входила в цилиндр не менее, чем на 25 мм, но не ниже метки 100 мл (рис.3). 3 1

2

6

5 4

Рис. 3. Прибор для определения фракционного состава бензина: 1. колба с испытуемым топливом; 4. мерный цилиндр;

2. холодильник; 5. электрическая плитка;

3. термометр; 6. защитный кожух.

После проведения указанных подготовительных операций приступают непосредственно к проведению перегонки. Перегонка производится в следующем порядке: Включается электроплитка или зажигается газовая горелка. Интенсивность нагрева должна быть такой, чтобы первая капля дистиллята упала из трубки холодильника через 5 – 10 мин (высота пламени горелки 60-70 мм.). Температуру, показанную термометром в момент падения первой капли, условно принимают за температуру начала перегонки. Дальнейшую перегонку ведут со скоростью 4-5 мл/мин, что соответствует 20-25 каплям за 10 секунд. Запись показаний термометра производится через каждые 10 мл перегонки дистиллята. После отгона 90% дистиллята нагрев колбы регулируют так, чтобы до конца перегонки прошло 3-5 мин. Перегонку заканчивают, когда ртутный столбик остановится. В этот момент записывают температуру конца перегонки, выключают подогрев, снимают верхний кожух и дают колбе охладится в течение 5 минут. 13

После остывания колбы из неё вынимают термометр и снимают с прибора. Оставшийся в колбе остаток сливают в измерительный цилиндр на 10 мл и замеряют с точностью до 0,1 мл. 3. Обработка результатов По результатам перегонки, которые должны быть записаны в виде таблицы, строится график. По вертикали откладывается объём дистиллята в %, а по горизонтали – температура. Кривая должна иметь плавный характер и не доходить до 100% на величину остатка в колбе и потерь при перегонке, т.е. практически на 2-3%. V. Определение октанового числа Детонационная стойкость бензинов оценивают по октановому числу. Склонность исследуемого топлива к детонации определяется сравнением его с заранее приготовленными топливами, детонационная стойкость которых известна. Для составления таких топлив, называемых эталонными, применяются два чистых углеводорода: изооктан, детонирующий при высокой степени сжатия, и нормальный гептан, обладающий плохими детонационными свойствами. Он легко детонирует уже при низких степенях сжатия, и его октановое число принято за 0. Октановое число – это показатель детонационной стойкости бензина, численно равный процентному содержанию изооктана в смеси его с нормальным гептаном, которая эквивалентна по детонационной стойкости испытуемому бензину. Оценку детонационных свойств производят на установках с одноцилиндровым двигателем, степень сжатия которого можно менять от 4 до 10 эти установки стандартизированы и испытания топлив на них производят в одних и тех же условиях. В России приняты два метода определения октановых чисел автомобильных бензинов: моторный на установках ИТ9-2 и УИТ-65 и исследовательский на установках ИТ9-6 и УИТ-65. Октановое число топлива может быть подсчитано по формуле (приближенно соответствует октановому числу, определенному исследовательским методом):  t ср − 58   0,4 = 120 − 2   5ρ20 

где

t ср =

t н.р. + t к.р. 2

tср – средняя температура разгонки топлива; tн.р. – температура начала разгонки топлива; tк.р. – температура конца разгонки топлива; ρ20 – плотность топлива при 200С.

14

,

VI. Заключение Данные перегонки и октановое число топлива (приближенно подсчитанное по формуле) сравнивается с нормами ГОСТ на бензин и дается заключение, что данный бензин по фракционному составу соответствует нормам ГОСТ на такую-то марку бензина. Лабораторная работа 2 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ДАВЛЕНИЯ НАСЫЩЕННЫХ ПАРОВ БЕНЗИНА Давлением насыщенных паров называют давление, развиваемое парами испытуемого топлива в момент равновесия между жидкой и паровой фазами. Давление насыщенных паров характеризует испаряемость топлива и поэтому является важным показателем качества топлива, дающим возможность в известной степени судить о его пусковых свойствах, потерях при хранении, склонности к образованию паровоздушных пробок и т.п. Так как давление насыщенных паров зависит от температуры и от соотношения жидкой и паровой фаз, ГОСТом предусматривается определение этой величины при температуре t=380C и соотношении фаз 1:4. Стандартизированы два метода определения насыщенных паров: ГОСТ 1756-52, по которому определение производится в специальной металлической бомбе и метод определения на приборе Валявского– Дударова (ГОСТ 6668-53). Ниже приводится описание метода определения насыщенных паров в металлической бомбе, как более полно раскрывающего физический смысл процесса, протекающего при определении. 1. Приборы и реактивы Прибор для определения насыщенных паров (по ГОСТ 1756-52). Ключи гаечные 27x32 мм. Барометр – анероид. Холодильный шкаф. Груша резиновая. Секундомер. Прибор для определения давления насыщенных паров топлива (рис. 4) состоит из двух металлических камер цилиндрической формы, соединяющихся между собой на резьбе. Нижняя камера объемом 130 мл предназначается для залива испытуемого топлива: верхняя, объемом в 4 раза большим, предназначена для паровой фазы. Верхняя камера снабжена газовым краном, который с помощью резиновой трубки соединен с ртутным манометром. 15

Для создания и поддержания температуры прибор погружается в водяную баню, снабженную электроподогревателем. Термометр служит для наблюдения за температурой воды в бане. 4 6 7

3

2

1

5

8

Рис. 4. Прибор для определения давления насыщенных паров топлива в металлической бомбе: 1. нижняя камера бомбы; 4. термометр; 7. ртутный манометр;

2. верхняя камера бомбы; 3. водяная баня; 5. мешалка; 6. резиновая трубка; 8. заполнение нижней камеры топливом

2. Проведение испытаний Нижнюю камеру прибора и пробу топлива предварительно охлаждают в холодильнике или водо-ледяной ванне до 00С. В верхнюю камеру прибора вставляют термометр и определяют начальную температуру воздуха (t0) в камере. Замер температуры воздуха производится непосредственно перед сборкой прибора. В нижнюю камеру прибора заливается 130 мл охлажденного бензина. 16

Для уменьшения потерь легкой фракции камера заполняется через вставленные в колбу на пробке две стеклянные изогнутые трубки. Через одну трубку должно вытекать топливо, через другую - поступать в колбу воздух. После заполнения топливом нижняя камера быстро свинчивается с верхней камерой (необходимо обеспечить полную герметичность соединения). Резиновая трубка ртутного манометра соединяется с наконечником газового крана на бомбе. Бомбу в собранном виде опрокидывают, несколько раз сильно встряхивают и погружают в водяную баню. Температура воды в бане должна быть +38±0.30С. Уровень воды в бане должен быть выше газового крана. После погружения бомбы, открывают газовый кран и через 5 мин записывают показания ртутного манометра, после чего кран закрывается, бомба вынимается из бани, опрокидывается несколько раз, сильно встряхивается и погружается снова в баню. При этом газовый кран вновь открывается. Операцию встряхивания проводят, через каждые 2 мин до тех пор, пока давление на манометре не стабилизируется. Установившееся показание манометра (P′) записывается в журнал. Для учета давления воздуха и водяных паров, находившихся в верхней камере прибора, необходимо внести поправку. Величина поправки зависит от температуры воздуха в верхней камере прибора и барометрического давления. Расчет производится по формуле: (P − P )(t − 38) Ps = P'+ a t 0 − (P38 − Pt ) , 273 + t 0 где

PS – искомое давление насыщенных паров топлива (мм.рт.ст.); P′ – показания ртутного манометра прибора после стабилизации давления (мм.рт.ст.); Pa – барометрическое давление прибора во время опыта (мм.рт.ст.); t0 – температура воздуха в верхней камере, 0С; Pt, P38 – давление насыщенных паров воды (мм.рт.ст.) при t0 и при t=380C.

Для упрощения расчетов в конце книги приведена таблица поправок (приложение 2). 3. Выводы и заключение Полученный результат сравнить с нормами ГОСТ на давление насыщения паров различных марок бензинов. 17

Лабораторная работа 3 ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОРРОЗИОННЫХ СВОЙСТВ ТОПЛИВА (ОПРЕДЕЛЕНИЕ НАЛИЧИЯ АКТИВНОЙ СЕРЫ) Присутствие серы в бензине крайне нежелательно. Однако при производстве бензинов из нефти с высоким содержанием серы полное удаление серы весьма затруднительно. Поэтому в нормах ГОСТ на бензин допускается сравнительно небольшое содержание в нем серы, не превышающее 0,15%. Некоторые соединения серы, вызывающие особенно сильную коррозию металлов и в частности меди и ее сплавов, в бензинах и других топливах совершенно не допускаются. Эти соединения условно называют активной серой. К активной сере относятся – элементарная сера S2, меркаптаны (соединения вида RSH) и сероводород H2S. Требования ГОСТ предусматривают полное отсутствие активной серы. Бензины и другие топлива, содержащие активную серу, к применению не допускаются. Проверка бензина на отсутствие в нем активной серы производится методом испытания на медную пластинку. Приняты два метода испытания топлив на медную пластинку – стандартный и ускоренный. По стандартному методу испытание длится 3 часа при температуре +500С, при ускоренном методе – 18 мин при температуре 1000С. Ниже приводится описание ускоренного метода, дающего вполне надежные результаты. При наличии в бензине активной серы медная пластинка покрывается темным налетом (от серо-стального до черного цвета в зависимости от содержания активной серы). В этом случае бензин или другое топливо бракуется и к эксплуатации не допускается. 1. Аппаратура и реактивы Колба коническая вместимостью 250 мл. Обратный холодильник. Водяная баня. Пластинки размером 40х10х2 мм. из электролитической меди. Газовая горелка или электроплитка. 2. Проведение испытаний Испытуемое топливо заливают (на высоту 20-25 мм) в небольшую коническую колбу и в последней подвешивают на медной проволочке, тщательно отшлифовывают пластинку (40х10х2 мм) из электролитической меди и опускают в колбу так, чтобы она была погружена в топливо приблизительно на половину высоты (рис. 5). 18

Дотрагиваться руками до пластинки при подготовке её и опускании в колбу нельзя. Колбу закрывают корковой пробкой с вмонтированным в ней обратным холодильником, охлаждаемым проточной водой, и опускают точно на 18 мин в кипящую водяную баню (1000С). По прошествии 18 мин колбу быстро вынимают из бани, медную пластинку извлекают и тщательно осматривают. Если на пластинке появились черные, бурые, коричневые или серостальные пятна и налёт, топливо считается не выдержавшим испытания и бракуется. При всех других изменениях цвета (порозовение и т.п.) или при отсутствии изменений цвета пластинки топлива считаются выдержавшим испытание. 3. Выводы и заключение По полученным результатам судят о присутствии или отсутствии в топливах активной серы и, следовательно, о доступности или недоступности применения его для автомобилей.

Во-

Рис. 5. Определение активной серы (проба на медную пластинку) Лабораторная работа 4 ОПРЕДЕЛЕНИЕ СОРТА ДИЗЕЛЬНОГО ТОПЛИВА I. Определение кинематической вязкости дизельных топлив 19

Подача топлива в цилиндры двигателя, его движение по трубопроводам и распыл зависят от вязкости т.е. от свойств жидкости, в данном случае топлива, оказывать сопротивление перемещению её частиц относительно друг друга под влиянием действующих на них сил. Различают вязкость динамическую, кинематическую и условную. При практических и теоретических расчетах часто приходится встречаться с кинематической вязкостью, равной отношению динамической вязкости к плотности жидкости при той же температуре. Единицей кинематической вязкости является стокс. Одна сотая доля стокса называется сантистоксом и обозначается I сет. Вязкость является одной из важнейших характеристик качества дизельного топлива. Слишком большая вязкость топлива затрудняет прокачиваемость его через фильтры и трубопроводы, а также приводит к плохому распыливанию при впрыске в цилиндры двигателя. При применении дизельных топлив с очень малой вязкостью ухудшается смазка топливного насоса и возрастает его износ. Кроме того, увеличивается подтекание через зазоры насоса и форсунки. Все это привело к ограничению вязкости дизельных топлив и установлению для неё верхнего и нижнего пределов. Существующие ГОСТы устанавливают эти пределы для каждого сорта дизельного топлива. Определение кинематической вязкости. Кинематическая вязкость обычно определяется в капиллярном вискозиметре. Стандартизованный в СССР капиллярный вискозиметр (ГОСТ 33-53) изображен на рисунке 6. Этот вискозиметр представляет собой стеклянную U-образную трубку, в одно колено которой впаян капилляр 6, переходящий в две расширенные 3

1 A

4

2 6

7

B

5

емкости. Рис. 6. Капиллярный вискозиметр 20

Вискозиметр заполняется испытуемой жидкостью и помещается в термостат (обычно в стеклянный стакан с водой или какой-либо другой термостатной жидкостью), где и принимает температуру опыта (например, 200С). Испытуемой жидкости дают возможность перетекать из правого колена вискозиметра в левое и с помощью секундомера замеряют время протекания определенного объема жидкости, находящейся между двумя метками А и В нижнего расширения правого колена. Кинематическая вязкость испытуемой жидкости (в случае ламинарного потока) прямо пропорциональна времени истечения нt = c* ф, где с – постоянная вискозиметра (сст/сек), зависящая в основном от геометрических размеров прибора, в частности, от длины и диаметра капилляра. Постоянной вискозиметра называют отношение кинематической вязкости калибровочной жидкости при температуре +200С к среднему времени её истечения, через капилляр вискозиметра. н сст . c = 20 фсек 1. Аппаратура и реактивы Капиллярный вискозиметр. Водяной термостат с электроподогревом и мешалкой. Секундомер. Стаканчик емкостью 50-100 мл. Образец дизельного топлива. 2. Подготовка к испытанию Для определения вязкости налить из бутылки в открытый сосуд (стаканчик) 30-40 мл испытуемого образца дизельного топлива (не содержащего воды и механических примесей). Надев на отводную трубку 3 вискозиметра (см. рис 6) резиновую трубку длиной 15-20 см, перевернуть вискозиметр и опустить его узкое колено 1 в сосуд с испытуемым образцом топлива. Зажать большим пальцем правой руки широкое колено 2 и, взяв свободный конец резиновой трубки в рот, засосать образец дизельного топлива так, чтобы оно заполнило без пузырьков и разрывов всю внутреннюю полость от конца колена 1 до метки В. В тот момент, когда уровень топлива (при засасывании) достигнет метки В, повернуть вискозиметр в нормальное положение, освободить от зажатия пальцем широкое колено и снять резиновую трубку. 21

Надеть на узкое колено 1 резиновую трубку, погрузить вискозиметр (примерно до середины верхнего расширения 7) в стакан с водой, надеть резиновый манжет на широкое колено 2 и осторожно закрепить его в зажиме штатива, обратив особое внимание на то, чтобы вискозиметр принял вертикальное положение. При работе с вискозиметром необходимо проявлять максимум осторожности, чтобы не сломать и не загрязнить его. Для этого необходимо соблюдать следующие правила: а) при заполнении, установке и других операций держать вискозиметр только за одно колено (или широкое, или узкое); б) надевая или снимая резиновую трубку, держать вискозиметр за то колено, на которое надевается или с которого снимается эта трубка; в) не допускать попадания в вискозиметр воздуха; г) не затягивать чрезмерно сильно зажим при закреплении вискозиметра в штативе. Установить и поддерживать в термостате необходимую для испытания температуру 20±0,10С. Контроль температуры вести по термометру с ценой деления шкалы 0,10С. При нагреве жидкости в термостате до заданной температуры необходимо избегать перегрева её, что достигается медленным нагреванием стакана, начиная с того момента, когда температура на 3-50С ниже заданной. Выдержать вискозиметр с дизельным топливом при температуре испытания в течение 10 мин. 3. Проведение испытания Медленно засосать дизельное топливо, находящееся во время термостатирования в расширении 6, в узкое колено немного выше метки А (см. рис. 6), следя за тем, чтобы в капилляре 5 и в расширении 4 не образовалось пузырьков воздуха и разрывов жидкости. Наблюдая за спусканием жидкости в расширении, пустить секундомер в момент прохождения уровня жидкости через метку А. Записав время истечения, отмеченное секундомером, с точностью до 0,2 сек, повторить опыт не менее двух раз, чтобы получить три замера, отличающихся друг от друга не более, чем на 0,5%. Вычислить кинематическую вязкость испытуемого дизельного топлива при температуре испытания по формуле н = c* ф. Постоянную вискозиметра С взять из паспорта на вискозиметр. Значение ф берется как среднее арифметическое из трех отсчетов времени истечения испытуемого топлива. Результаты вычисления выразить в сст и округлить, оставив три значащие цифры (например: 0,835; 0,883). 22

II. Определение плотности дизельного топлива Производится также как и для бензинов (см. лабораторную работу 1) III.Определение цетанового числа Цетановое число – показатель самовоспламеняемости топлива: численно он равен такому содержанию цетана (в объемн.%) в смеси с альфаметилнафталином, при котором самовоспламеняемость этой смеси и сравниваемого с ней испытуемого топлива одинакова. Определяют цетановые числа на установках ИТ9-3 и ИТ9-3М. Степень сжатия на установках можно менять от 6,8 до 23,5. Определяется цетановое число путем сопоставления самовоспламеняемости испытуемого топливо с самовоспламеняемостью эталонного топлива. Эталонное топливо состоит из смеси двух углеводородов нормального цетана и б –метил нафталина. Цетан углеводород парафинового ряда обладает хорошей воспламеняемостью, цетановое число его принято условно за 100 ед. В установке нормальный цетан самовоспламеняется при самой малой степени сжатия 6,8. б –метил нафталин, чистый углевод ароматического ряда не воспламеняется в установке даже при самой высокой степени сжатия 23,5. При смешивании цетана с б –метил нафталином в различных пропорциях получаются эталонные смеси с цетановым числом от 0 до 100. Принцип определения цетанового числа топлива состоит в том, что на установке при строго стандартных условиях сравнивают воспламеняемость топлива с воспламеняемостью эталонных смесей. Существует несколько методов определения цетанового числа для топлив. Цетановое число топлива приближенно может быть подсчитано по формуле (отличается от действительного на 2-3 ед.).  1,5879  , Ц . Ч . = н20 + 17,8 *    с 20  0 где н20 - вязкость топлива при 20 С; с 20 - плотность топлива при 200С. IV. Заключение Данные, полученные при выполнении работы вязкость, плотность, цетановое число (приближенно подсчитанное по формуле), сравниваются с нормами ГОСТ на дизельные топлива и дается заключение на соответствие или несоответствие испытуемого образца дизельного топлива нормам ГОСТ. (Отклонение цетанового числа в сторону понижения не допускается). 23

ПРИЛОЖЕНИЕ 1 Автомобильные бензины ГОСТ 2084-77 Показатели качеств

А-72

Детонационная стойкость, не менее: моторный метод, оч/м 72 исследовательский метод, оч/и Содержание антидетонатора, г Отсутствует х свинца на кг бензина, не более

А-76

АИ-93

АИ-98

76 -

85 93

89 98

0,24

0,50

0,50

95 Отсутствует

35

35

30

70 55

70 55

70 55

70 -

70 -

115 100

115 100

115 100

115 -

180

180

180

180

115 Не ниже 135

зимний вид кончает перегоняться, не выше: летний вид зимний вид

160 195

160 195

195

185

185

185

-

-

остаток в колбе после перегонки, %, не более остаток + потери, %, не более Давление насыщенных паров, мм.рт.ст.: летний вид, не более зимний вид, в пределах

1,5 4,0

1,5 4,0

160 195 (205)хх 185 (195) 1,5 4,0

1,5 4,0 (3,5)

1,5 4,5

500 500-700

500 500700

500 500700

500 -

500 -

3

3(1)

3(0,8)

3(1)

2

10

10(8) 990 (1200) 0,1 (0,02)

Кислотность, мг. ион/100 мл. бензина, не более Содержание фактических смол на месте потребления, мг/100 мл бензина, не более Индукционный период до этилирования, мин, не менее Содержание серы, %, не более

600 0,12

Испытание на медной пластинке Вода, механические примеси, водорастворимые кислоты и щелочи Цвет этилированного бензина х

35 35 Не нормируется

7(2) 7(5) 900 900 (1200) (1300) 0,1 0,1 (0,01) (0,05) Выдерживают

– в скобках данные для бензинов, аттестованных Государственным знаком качества.

ОСТ 38019-75, АИ-95 «Экстра»

0

Фракционный состав, С: начинает перегоняться, не ниже: летний вид зимний вид 10 % перегоняется, не выше: летний вид зимний вид 50 % перегоняется, не выше: летний вид зимний вид 90 % перегоняется не выше: летний вид

хх

ПРИЛОЖЕНИЕ 2 Поправки для определения истинного давления насыщенных паров Поправки для различных значений барометрического Начальная температура давления (мм рт. ст. ) верхней камеры прибора 770 760 750 740 730 10 116 115 114 113 112 11 112 111 110 109 108 12 109 108 107 106 105 13 105 104 103 102 101 14 101 100 99 99 98 15 98 97 96 95 94 16 94 93 92 91 91 17 89 89 88 88 87 18 86 85 85 84 83 19 83 82 81 80 80 20 78 78 77 77 76 21 74 74 73 73 72 22 70 70 69 69 68 23 67 66 66 65 65 24 63 62 62 61 61 25 59 58 58 57 57 26 55 54 54 53 53 27 51 50 50 49 49

3 0,1 0,1

Отсутствуют Желтый

-

Оранжевосиний

Красный

-

– бензин А-72 в некоторых случаях этилируют 24

25

ПРИЛОЖЕНИЕ 3 Топлива для дизельных двигателей Показатели качества Цетановое число, не менее Фракционный состав: 10 % перегоняется при температуре, 0С, не выше 50 % перегоняется при температуре,0С, не выше 96 % перегоняется при температуре, 0С, не выше Вязкость кинематическая при 20 0С, сст (мм2/с) Температуры, 0С: помутнения, не выше застывания, не выше вспышки (закрытый тигель), не ниже Содержание серы,% для подгруппы 1, не выше для подгруппы 2, не выше Содержание меркаптановой серы, %, не более Испытание на медной пластинке Вода, механические примеси, водорастворимые кислоты и щелочи, сероводород Содержание фактических смол, мг/100 мл, не более Кислотность, мг КОН/100 мл, не выше Йодное число, г йода /100 мл топлива, не более Зольность, %, не более Коксуемость 10%-ного остатка, %, не более Коэффициент фильтруемости, не выше Плотность при 20 0С, кг/м3, не более

ГОСТ 4749-73

ГОСТ 305-73

ДЛ

ДЗ

ДА

Л

З

ЗС

А

45

45

45

45 (49)

45

45

45

-

200

200

-

-

-

-

290

280

255

280 (270)

250

280

240

360

340

330

360

340

340

330

3,56,0

3,56,0

3,06,0

1,83,2

1,83,2

-5

-35

-

-5

-25

-35

-

-10

-45

-60

-10

-35

-45

-55

65

50

35

40

35

35

30

0,2

0,2

0,2

0,2 (0,15)

0,2

0,2

0,2

-

-

-

0,21 -0,5

0,21 -0,5

0,21 -0,5

0,21 -0,4

0,01

0,01

0,01

0,01

0,01

0,01

0,01

1,5-4,0

не ниже

1,5

Выдерживает Отсутствует 50

30

30

40 (25)

30 (5)

30 (5)

30 (5)

5

5

5

5(2)

5 (2)

5(2)

5(2)

6 (1,5)

6 (1,5)

-

-

-

6(5)

6 (1,5)

0,01

0,01

0,01

0,01 (0,008)

0,01 (0,008)

0,01 (0,008)

0,01 (0,008)

0,3

0,3

0,2

0,3 (0,2)

0,3 (0,2)

0,3 (0,2)

0,3 (0,2)

3

3

3

3(2)

3(2)

3(2)

3(2)

860 (845)

830

830

820

От 790 до 860

Примечание: в скобках данные топлив, аттестованных Государственным знаком качества. 26

Подписано в печать 20.10.2006 г. Формат 60х84 1/16. Усл.п.л. 1,63. Тираж 100 экз. Заказ №219. Издательство ВСГТУ. 670013, г. Улан-Удэ, ул. Ключесвская, 40 в. © ВСГТУ, 2006 г.