CC BY
1148
УДК 681.2:003.13.001.24 Г.В. Шувалов
ФГУП СНИИМ, Новосибирск
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ МЕТОДА ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ ВСПЫШКИ МОТОРНЫХ МАСЕЛ
Температура вспышки является важным показателем, который определяет теплофизические свойства нефтепродуктов и характеризует их способность к воспламенению при нагреве, а также, способность к распространению пламени при местном зажигании топлив в дизельных двигателях.
На практике этот параметр подлежит обязательному определению согласно ГОСТ 4333-87 и ГОСТ 6356-75 «Методы определения температуры вспышки». Однако рекомендуемые стандартные приборы по своему конструктивному и аппаратному исполнению устарели, так как громоздки и определение температуры осуществляется в течение длительного времени (до 1,5 часов). При этом измерения надо проводить несколько раз (от 2 до 5) для получения результата с требуемой точностью. Таким образом, существующие методики и приборы не дают возможности оперативного определения вспышки на местах эксплуатации масел и топлив. Поэтому актуальной является задача разработки методов оперативного определения температуры вспышки нефтепродуктов. Решение этой задачи может быть связано с уменьшением объема испытуемого нефтепродукта.
Кроме того, уменьшение объемов топлива, смазочных и моторных масел при проведении экспресс-диагностики судовых энергетических установок по определению температуры вспышки обеспечит существенную экономию не фтепродуктов.
В этой связи были проведены экспериментальные исследования температуры вспышки нефтепродуктов с целью разработки экспресс-метода анализа.
Сущность исследований заключается в нагревании пробы нефтепродукта в открытом тигле с установленной скоростью до тех пор, пока не произойдет вспышка паров нефтепродукта над его поверхностью от зажигательного устройства.
Для экспериментов применялся стандартный тигель с возможностью изменения объема испытуемого масла, для чего использовались алюминиевые пластины-шайбы. Объемы, полученные с их помощью составляли: 75; 50; 25; 10; 5 мл.
По результатам экспериментов была построена зависимость температуры вспышки моторного масла от его объема Т = /(У) в диапазоне определяемых объемов от 10 до 100 мл., приведенная на рис. 1.Для выявления влияния на температуру вспышки испытания проводились при различных значениях площади испарения масла.
Расхождения температур вспышек при различных объемах, составляли не более ± 5°С, что удовлетворяет требованиям ГОСТ 4333-87 в части точности результатов испытаний.
Т, С
200 т
150
100
50
0
V, мл
0 20 40 60 80 100 120
Рис. 1. Зависимость температуры вспышки от площади поверхности тигля: 1 - при 5 = 19,6 см2; 2 - при 5 = 4,2 см2
Из данных рис. 1 видно, что уменьшение объема моторного масла не повлияло на значения температуры вспышки.
Кроме этого, была исследована закономерность изменения температуры вспышки от скорости нагрева масла. Результаты экспериментов приведены на рис. 2.
Т, С
155
150
145
140
♦ ♦
*
♦
Унагр,С/мин
10
15
Рис. 2. Зависимость температуры вспышки от скорости нагрева
нефтепродукта
0
5
Видно, что скорость нагрева масла влияет на значение его температуры вспышки. Было сделано предположение, что на результат определения температуры вспышки влияют конвективные процессы тепломассообмена в жидкости. Так, увеличение скорости нагрева нефтепродукта может приводить к возрастанию интенсивности тепловой конвекции, что приводит к уменьшению температуры вспышки масла.
Для подтверждения этого было изучено распределение температуры вспышки в зависимости от точки расположения датчика температуры -термопары в тигле с маслом.
Исследования проводились при двух интенсивностях нагрева. Пример распределения температур вспышек в зависимости от точки расположения измерительной термопары приведен на рис. 3.
Рис. 3. Распределение температур вспышек Твсп в тигле при различном
расположении термопары
Из рисунка видно, что разница температур вспышек может достигать до 50°С при разных положениях термопары и интенсивностях нагрева.
Для подтверждения указанных предположений проводилось визуальное наблюдение конвекции в стеклянном тигле. В смазочное масло помещаются мелкодисперсные частицы для наблюдения движения жидкости.
Процесс переноса частиц в масле проходил по следующей схеме: от дна стакана вдоль боковых стенок к верху, затем вдоль поверхности и по оси тигля вниз ко дну. Процесс повторялся по той схеме, пока не происходило вскипание смазочного масла.
При малых скоростях нагрева и в малых объемах конвекция не играет существенной роли, поэтому зависимости температуры вспышки от скорости нагрева практически нет. На рис. 4 приведены эти данные.
200 □ 150 100 50 0
Т, С
Vнагр, С/сек
0
0,5
1,5
Рис. 4. Зависимость температур вспышек масла от скорости нагрева
2
Кроме этого осуществлялось экспериментальное исследование температур, при которых происходит вспышка отдельной капли масла, помещенной на алюминиевую пластину.
Измерения производились при разной скорости нагрева пластины с образцом. Это достигалось за счет регулировки напряжения, подводимого к печи.
Среднеарифметическое значение температуры вспышки испытуемого нефтепродукта при испытаниях в отдельной капле составило Гвсп = 150 ± 5
°С.
Таким образом, показано, что температура вспышки, определенная в разных объемах смазочного масла, в том числе и одиночной капле не меняется и составляет 150 °С.
Основные выводы по исследованиям:
1. Изменение объема масла в диапазоне от 1 до 100 мл не оказывает влияния на результат измерения температуры. Температуры вспышки не изменяются в пределах погрешности измерения ± 5°С и остаются равными 150°С, что соответствует стандарту.
2. Установлена зависимость значений вспышки от изменения скорости нагрева тигля. При увеличении скорости нагрева смазочного масла с 4 до 12°С/мин температура вспышки уменьшается в 1,2 раза.
3. Изучено распределение температуры вспышки в тигле стандартного объема. Установлено, что при разных положениях термопары разница температуры вспышки может достигать от 20 до 50°С при разных интенсивностях нагрева.
4. Результаты экспериментов с минимальным количеством масла (капля) подтвердили основные закономерности вспышки с объемами от 1 до 100 мл. Так при расстоянии 8 мм от поверхности смазочного масла температура вспышки остается равной 150°С в пределах ошибки измерения ± 5°С.
С учетом результатов проведенных исследований разработана конструкция прибора для определения температуры вспышки нефтепродуктов. Он предназначен для экспресс-определения температуры вспышки дизельного топлива, моторных и автотракторных масел и может применяться при оперативном контроле их качества.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Шувалов Г.В. Разработка приборов для определения физико-химических параметров трансформаторного масла [Текст]/ А.В. Бондарев, // Материалы междун. науч.-техн. конф. «Электроэнергетика, электротехнические системы и комплексы», посв. 100-летию электротехнического образования Сибири, Новосибирск, 2003. - Новосибирск,
2003.- С. 211-214.
2. Шувалов Г.В. Экономия горючесмазочных материалов при работе двигателей внутреннего сгорания [Текст]/ А.В. Бондарев, И.С. Новиков, [и др.]// Сибирский научный вестник./ Вып. VI. - Новосибирск: Новосиб. гос. акад. вод. трансп., 2003. - С. 49-52.
3. Г.В. Шувалов Приборы экспресс-анализа диэлектрических жидкостей [Текст]/ В.П. Горелов, А.В. Бондарев, [и др.]// Физика. - 2004. - Т.47. - № 11. - С. 200-202.
4. Г.В. Шувалов Анализатор температуры вспышки нефтепродуктов/ М.А. Мишагин, А.В. Бондарев [и др.]// 2-я междун. науч.-техн. конф., 8-11 сентября 2004 «Энергетика, экология, энергосбережение, транспорт» [Текст]: Часть 2/ Под ред. В.П. Горелова, Н.Н. Лизалека, В.В. Охотниковой. - Тобольск: Новосиб. гос. акад. вод. трансп.,
2004. - С. 153-155.
© Г.В. Шувалов, 2006
