Топливо и смазочные материалы

Размещено на http://www.allbest.ru/

Задача 1

Определить низшую теплоту сгорания рабочего топлива, если известна его высшая теплота сгорания Q_в и содержание в нем водорода Н^р и воды W^р.

Высшая удельная теплота сгорания топлива Содержание водорода в топливе Содержание водорода в топливе Как производится определение теплоты сгорания топлива опытным путём?

Решение:

Низшую теплоту сгорания рабочего топлива вычислим по формуле:

Теплота сгорания топлива опытным путем определяется использованием калориметрической установки. Сущность метода заключается в сжигании навески испытуемого жидкого топлива в калориметрической бомбе (при постоянном объеме) в среде сжатого кислорода и определении количества теплоты, выделившейся при сгорании.

Калориметрическая бомба, изготовленная из нержавеющей стали, представляет собой толстостенный цилиндрический сосуд, закрытый крышкой. Она крепится к корпусу накидной гайкой. В ее каналы для впуска и выпуска газов ввернуты штуцера с колпачками. Трубка предназначена для заполнения бомбы кислородом, одновременно она служит электродом. Выпускной штуцер снабжен игольчатым вентилем. В крышку ввернут токоведущий стержень с кольцом для удержания чашки. Бомба самоуплотняется давлением наполняющего ее газа; при гидравлическом испытании она должна выдерживать давление 10 МПа.

топливо калориметрический детонационный вязкость

Бомбу помещают в калориметр, который состоит из калориметрического сосуда и термостатирующей оболочки. Калориметрический сосуд цилиндрической формы выполнен из тонкого тщательно отполированного металлического листа. Оболочка представляет собой двустенный металлический кожух, защищающий калориметрический сосуд от воздушных потоков и колебаний температуры окружающей среды.

В чашечку наливают 0,5 - 0,6 грамм испытуемого нефтепродукта. Между электродами и прикрепляют запальную проволоку (железную, никелиновую, константановую или медную) диаметром 0,1 - 0,2 мм. Ее изгибают в виде петли, в которую укрепляют полоску запальной пленки. В бомбу наливают 1 мл дистиллированной воды.

Рисунок 1 Схема калориметрической бомбы 1 - стальной стакан, 2 - накидная гайка, 3 - прокладка, 4 - нажимная шайба, 5 - крышка, 6 - выходной вентиль и электрическая клемма корпуса, 7 - выходной клапан и электрическая клемма изолированного токовода, 8 - таблетка для сжигания, 9 - проволока, 10 - чашка, 11 - трубка

Между бомбой и кислородным баллоном включают редуктор с манометром и наполняют калориметрическую бомбу до требуемого давления (2,9 МПа для жидкого топлива).

Бомбу устанавливают на дно калориметрического сосуда, который заливают дистиллированной водой до полного погружения бомбы. Колпачки должны выступать над водой. Температуру воды в калориметре замеряют специальным термометром с ценой деления 0,01 °С. Мешалка, приводимая в действие с помощью электромотора, быстро и полностью перемешивает воду в сосуде.

Испытание разделяется на три периода: начальный, который предшествует сжиганию топлива и служит для учета теплообмена калориметрической системы с окружающей средой в условиях начальной температуры испытания; главный, в котором происходит сгорание топлива, передача выделившейся теплоты калориметрической системе и выравнивание температуры всех ее частей; конечный, который служит для учета теплообмена калориметрической системы с окружающей средой в условиях конечной температуры испытания.

Температуру во время испытаний по термометру отсчитывают в целых и дольных частях деления шкалы. В начальном периоде после нулевого отсчета температуры делают пять отсчетов по шкале термометра с интервалом в 1 минуту. При отсчете температур используют секундомер. При последнем отсчете замыкают цепь электрического тока, подсоединенную к клеммам бомбы. Происходит запал топлива. После этого начинается главный период, в котором отсчеты температуры проводят через каждые 0,5 минут. Интервал между последним отсчетом в начальном периоде и первым отсчетом в главном периоде является первым интервалом главного периода.

Главный период закапчивается с наступлением равномерного изменения температуры воды в калориметрическом сосуде. Интервал с равномерным изменением температуры относят к конечному периоду. За последним отсчетом главного периода следует первый полуминутный интервал конечного периода. Всего в конечном периоде проводят десять отсчетов температуры через каждые 0,5 минут.

По окончании испытания выключают электромотор, приподнимают термометр, снимают крышку калориметра, отключают провода от бомбы, вынимают бомбу из воды и вытирают ее снаружи. Затем отвинчивают колпачок с выпускного штуцера и выпускают газы, отвинчивают накидную гайку и снимают крышку.

Жидкость из бомбы выливают, внутренние части бомбы промывают дистиллированной водой и тщательно вытирают.

Удельная теплота сгорания в бомбе находится по формуле:

теплостойкость калориметрической системы

начальная температура воды

конечная температура воды

поправка к показаниям термометра, учитывающая теплообмен калориметра с окружающей средой

удельная теплота сгорания запальной проволоки

масса проволоки для запала

масса пленки

масса навески (нефтепродукта)

удельная теплота сгорания пленки

Задача 2

Даны результаты определения октанового числа по моторному методу, исследования фракционного состава. Оценить детонационную стойкость бензина, его пусковые свойства, приемистость двигателя при работе на этом бензине, полноту испарения и склонность к шлакообразованиям?

Будет ли происходить смыв масла со стенок цилиндра при работе двигателя? Возможно ли будет образование в жаркие дни в системе питания паровых пробок?

Марка автомобильного бензина А - 76.

Октановое число бензина по моторному методу 76/М.

Температура перегонки 10% бензина - 72° С.

Температура перегонки 50% бензина - 114° С.

Температура перегонки 90% бензина - 179° С.

Давление насыщенных паров - 66700 Па.

Решение:

Детонационная стойкость данного бензина (А - 76) хорошая, нормальная так как октановое число, данное в задаче, равно 76, а это соответствует норме. По стандарту октановое число определенное моторным методом должно быть не менее 76.

Температура перегонки 10% бензина характеризуют пусковые свойства топлива. Чем ниже температура выкипания этой фракции, тем лучше пуск двигателя. Для бензина А - 76 летних сортов необходимо, чтобы 10% топлива выкипало при температуре не выше 75° С. По условию задачи температура перегонки 10% равно 72° С. Пусковые качества топлива хорошие, изнашиваний деталей не будет, а также не будет смываться масло с поверхности цилиндров.

Температура перегонки 50% бензина характеризует скорость прогрева и приемистость двигателя. Температура перегонки 50% летнего бензина марки А - 76 должна быть не более 115є С. По условию задачи температура 114є С, что соответствует норме. Следовательно, обеспечен быстрый прогрев и хорошая приемистость двигателя во время эксплуатации автомобиля.

Температура перегонки 90% бензина и конца его кипения характеризует полноту его испарения. Температура перегонки 90% бензина марки А - 76 должна быть не более 180° С. По условию задания температура 179° С, что соответствует нормальным условиям работы.

Давление насыщенных паров летнего бензина всех марок должно быть не более 66700 Па. По условию задачи давление насыщенных паров соответствует норме и составляет 66700 Па. Таким образом, образование паровых пробок в жаркое время исключается.

Рисунок 2 Кривая перегонки нефти

Задача 3

Установить марку дизельного топлива, предназначенного для работы в тракторах и автомобилях при заданной температуре окружающего воздуха. Определить вид топлива, если содержание серы в нем известно. Как отразится величина цетанового числа на работе дизельного двигателя и содержание фактических смол на его техническое состояние? Указать для установленной марки дизельного топлива температуру помутнения, застывания и вспышки. Как влияет величина этих параметров на качество топлива?

Температура окружающего воздуха + 10° С.

Цетановое число - 43.

Массовая доля серы - 0,22%.

Концентрация фактических смол 30 мг на 100 см³ топлива.

Решение:

Марка топлива - Л-0,4-40. Летнее топливо, по содержанию серы относится ко второму виду, значение температуры воспламенения 40°.

Цетановое число дизельного топлива влияет на запуск двигателя. Для нормального пуска и плавной работы дизеля необходимо, чтобы топливо летних сортов имело цетановое число не менее 45 единиц. По условию задания цетановое число равно 43. Поэтому при работе двигателя будут наблюдаться детонация и повышенный расход горючего.

Фактические смолы - это остаток, образовавшийся в стеклянной чашке после испарения определенного объема испытуемого топлива на водяной бане в струе воздуха. Концентрация фактических смол влияет на способность топлива противостоять повышенному образованию нагара и закоксовыванию форсунок. Концентрация для летнего дизельного топлива не должна превышать 40 мг на 100 см³. По условию задачи концентрация фактических смол 30 мг на 100 см³ топлива. Нагарообразование не увеличиться, вследствие этого не снизится КПД двигателя.

Температура помутнения - это температура, при которой меняется фазовый состав топлива, парафиновые углеводороды переходят в твердое состояние. При этой температуре топливо в условиях испытания начинает мутнеть. Появившиеся кристаллы забивают топливные фильтры, что ведет к нарушению или прекращению подачи топлива. Для летних дизельных топлив температура помутнения не должна превышать - 4° С для умеренной климатической зоны.

Температура застывания - это температура, при которой топливо полностью теряет подвижность. При температуре застывания топлива кристаллическая структура настолько упрочняется, что топливо теряет текучесть и приобретает студнеобразный вид. Температура застывания не должна превышать - 10° С для умеренной климатической зоны.

Температура вспышки - это минимальная температура, до которой необходимо нагреть топливо, чтобы пары, образующиеся над его поверхностью, вспыхивали при поднесении открытого пламени. По температуре вспышки оценивают огнеопасность нефтепродуктов, а также количество фракций с высоким давлением паров. Для летнего топлива температура вспышки не должна быть ниже 40° С.

Задача 4

Дана группа моторного масла по эксплуатационным свойствам, класс вязкости и значение кинематической вязкости при 100° С. В соответствии к классификацией моторных масел установить марку масла для конкретного типа двигателя и указать величину индекса вязкости. Содержит ли это масло загущающую (вязкостную) присадку? Указать, выпускается ли оно в настоящее время и допускается ли к назначению во вновь разрабатываемую и модернизированную технику. Как определяется кинематическая вязкость масла?

Тип двигателя - карбюраторный

Группа масел по эксплуатационным свойствам - Б₁

Класс вязкости - 16

Кинематическая вязкость при 100° С - 16 сСт

Кинематическая вязкость при 400° С - 220 сСт

Решение:

Марка моторного масла: М16/Б₁ для нефорсированных и малофорсированных бензиновых двигателей, работающих в условиях, способствующих образованию высокотемпературных отложений и коррозии подшипников. Класс вязкости 16 относится к летним маслам.

Летнее масло не содержит загущающих (вязкостных) присадок.

Индекс вязкости для данного масла определим из формулы высокотемпературных отложений коррозии подшипников.

кинематическая вязкость масла при 400° С с индексом вязкости, равным 0, обладающего при 1000° С такой же кинематической вязкостью, как испытуемое масло

кинематическая вязкость испытуемого масла при 400° С

кинематическая вязкость масла при 400° С с индексом вязкости, равным 100, обладающего при 1000° С такой же кинематической вязкостью, как испытуемое масло

Чем меньше цифра - тем жиже масло, чем больше цифра - тем оно более густое. Для масел без загущающих присадок индекс вязкости не должен быть ниже 85. По решению задачи индекс получился равен 111,5. Технико-эксплуатационные свойства масла будут высокими.

Моторное масла М16/Б₁ выпускается и в настоящее время и допускается к назначению во вновь разрабатываемую и модернизированную технику.

Метод определения кинематической вязкости заключается в измерении времени истечения определенного объема жидкости под действием силы тяжести через калиброванный стеклянный капиллярный вискозометр. Для вискозометров используют стекла с малым коэффициентом температурного расширения.

В качестве термостата или бани вискозиметра используют прозрачный сосуд. Нефтепродукт, находящийся в вискозиметре, погружают не менее чем на 20 мм ниже уровня жидкости в бане и на 20 мм над дном сосуда. Баню вискозиметра снабжают устройством для регулирования температуры жидкости.

Для заполнения термостата используют следующие жидкости: технический этиловый спирт - для температуры от - 60 до + 15° С; дистиллированную воду - для температуры от + 15 до + 60° С; глицерин или раствор глицерина с водой 1:1 или светлое нефтяное масло - для температуры свыше + 60° С.

Перед проведением испытания подбирают вискозиметр с пределами измерения, соответствующими ожидаемой вязкости испытуемого нефтепродукта. Вискозиметр должен быть сухим и чистым. Между определениями вискозиметр промывают растворителем и сушат воздухом. В качестве растворителей применяют бензин-растворитель для резиновой промышленности, нейтральный эфир, ацетон, толуол. Периодически вискозиметр промывают хромовой смесью, затем прополаскивают дистиллированной водой, ацетоном и сушат воздухом.

Пробу нефтепродукта фильтруют через сито, стеклянный или бумажный фильтр. При необходимости нефтепродукт сушат безводным сульфонатом натрия или прокаленной крупнокристаллической поваренной солью и затем фильтруют через бумажный фильтр. Если вязкость нефтепродукта определяют при температуре ниже 95° С, то его предварительно подогревают. Вискозиметр заполняют испытуемым нефтепродуктом и помещают в баню, где устанавливают нужную температуру.

Рассчитывают кинематическую вязкость испытуемого нефтепродукта по формуле:

кинематическая вязкость

калибровочная постоянная вискозометра

среднее арифметическое значение времени истечения

Задача 5

Установить группу и марку моторного масла, предназначенного для работы двигателя указанной форсированности в определенный период года. Оцените вязкостно-температурные свойства масла по величине индекса вязкости и склонность его к лако- и нагарообразованию по значению термоокислительной стабильности.

Двигатель - среднефорсированный дизельный

Время года - зима

Индекс вязкости - 95.

Термоокислительная стабильность при 250° С - 65 мин.

Решение:

Для среднефорсированных дизельных двигателей, работающих в условиях, способствующих окислению масла, образованию всех видов отложений и коррозии выбираем моторное масло M - 8B₁ (универсальное зимнее масло)э

Индекс вязкости для зимних моторных масел должен быть не менее 100. По условию задачи индекс вязкости 95. Технико-эксплуатационные свойства масла низкие.

Термоокислительная стабильность характеризует свойство масла под действием высокой температуры образовывать на поверхности поршневой группы двигателей лаковые отложения, характеризует стойкость моторного масла к образованию кислот и смол при высокой температуре. Из смол на нагретых поверхностях образуются углеродистые отложения, нагар и лак, накопление которых может привести к повышенному износу, заклиниванию колец, толкателей. Продукты окисления, в свою очередь, способствуют коррозии деталей двигателя, они также ускоряют старение резиновых уплотнительных материалов. Моторное масло должно обладать высокой термоокислительной стабильностью.

При исследовании масла на термоокислительную стабильность производится окисление масла под действием высокой температуры, значение температуры подбирается таким образом, чтобы соответствовать температуре верхнего компрессионного кольца поршневой группы двигателя. Суть метода заключается в том, что под действием кислорода масло меняет свои основные свойства, такие, как вязкость и щелочное число, а также в нем накапливаются продукты окисления. Соответственно, эти параметры измеряются до и после окисления, и по их изменению оцениваются эксплуатационные свойства продукта. Чем меньше произошедшие изменения, тем лучше масло сопротивляется окислению, меньше изменяет свои свойства и дольше может работать в двигателе.

Термоокислительная стабильность моторного масла выражается временем, в течении, которого испытуемое масло при температуре 250є С превращаться в остаток, состоящий из 50% рабочей фракции и 50% лака. По условию задачи термоокислительная способность моторного масла при 250° С составляет 65 мин. Склонность масла к образованию лака составляет около 40 %.

Литература

1. Васильева Л. С. Автомобильные эксплуатационные материалы. - М.: Транспорт, 2001

2. Итинская Н. И., Кузнецов Н. А. Топливо, масла и технические жидкости. - М.: Агропромиздат, 2000

3. Кузнецов А. В. Топливо и смазочные материалы. - М.: «Колос С», 2004

4. Колобов М. П. Эксплуатационные материалы для автомобилей и специальных машин - М.: Академия, 2004

5. Колосюк Д. С., Кузнецов Н. В. Автотракторные топлива и смазочные материалы. - М.: Высшая школа, 2001

6. Лышко Г. П. Нефтепродукты и технические жидкости. - М.: «Колос С», 2008

7. Манусаджянц О. И., Смаль Ф. В. Автомобильные эксплуатационные материалы. - М.: Транспорт, 2002

8. Топливо, смазочные материалы и технические жидкости. Ассортимент и применение. Под ред. В. М. Школьникова. - М.: Высшая школа, 1999

Размещено на Allbest.ru