Определение кинематической вязкости при 20 °С

Задание

1. Определить наличие механических примесей и воды (ка­чественно).

2. Определить плотность дизельного топлива при 20 " С.

3. Определить кинематическую вязкость при 20 °С.

4. Определить температуру помутнения и застывания.

5. Сделать заключение о пригодности данного образца топ­лива для автомобильных двигателей.

6. Ответить на контрольные вопросы.

7.

Определение кинематической вязкости при 20 °С

Вязкостью называется свойство жидкости оказывать сопро­тивление при сдвиге или скольжении ее слоев. Препятствие перемещению слоев жидкости создают силы межмолекулярного притяжения. Внешне вязкость проявляется в степени подвижно­сти: чем меньше вязкость, тем жидкость подвижнее, и наоборот. Величину вязкости выражают в единицах динамической или ки­нематической вязкости.

На рис. 2.1 показана схема, которая иллюстрирует понятие динамической вязкости. Из рисунка видно, что слои жидкости площадью 1 м² находятся на расстоянии 1 м и перемещаются от­носительно друг друга со скоростью 1 м/с и при этом оказывают сопротивление силой 1 Н. Такое сопротивление соответствует динамической вязкости 1 Па * с или 1 Н • с/м².

В практике, как правило, пользуются кинематический вязко­стью, которая характеризует эксплуатационные свойства топлив и масел в зависимости от температуры и позволяет решать вопрос о пригодности нефтепродуктов для данного двигателя и о надеж­ности его работы на всех возможных режимах эксплуатации. Ки­нематическую вязкость определяют по ГОСТу 33—2000 в капил­лярном вискозиметре (рис. 2.2) по времени перетекания опреде­ленного объема жидкости (от метки А до метки Б) под действием силы тяжести при заданной температуре. Чем больше время пере­текания жидкости через капилляр, тем выше ее вязкость. Кине­матическую вязкость v, мм²/с, рассчитывают по формуле:

v = с т, (2.1)

где с — калибровочная постоянная вискозиметра, мм²/с²; т — время протекания жидкости, с.

Зависимость между кинематической вязкостью и динамиче­ской выражается формулой

где n — динамическая вязкость жидкости, МПа • с; р — плот­ность жидкости при той же температуре, при которой определя­лась кинематическая вязкость, кг/м³.

Для определения вязкости нефтепродуктов используются ви­скозиметры типа ВПЖ-2, ВПЖТ-2 или типа Пинкевича (ВПЖ-4, ВПЖТ-4). При этом вискозиметры типа ВПЖ-2, ВПЖТ-2 используются для определения кинематической вязко­сти прозрачных нефтепродуктов с вязкостью от 0, 6 до 30 ООО мм²/с, а вискозиметры типа ВПЖ-4, ВПЖТ-4 — для жид­костей с пределами вязкости 0, 6—10 000 мм²/с. Каждый диапа­зон кинематической вязкости требует ряда вискозиметров.

Капиллярный вискозиметр представляет собой U-образную трубку с тремя расширениями, в узкое колено которой впаян ка­пилляр. Вискозиметры выпускают с разными диаметрами капил­ляра (0, 4; 0, 6; 0, 8; 1, 0; 1, 2; до 4, 0 мм).

Над капилляром помещены два расширения, между которы­ми и над капилляром имеются кольцевые метки.

Нижнее расширение служит резервуаром, куда перетекает жидкость при определении вязкости. Оно расширено с той целью, чтобы высота столба жидкости, под действием кото­рого происходит истечение, оставалась примерно постоян­ной.

В верхней части высокого колена имеется патрубок, кото­рый служит для присоединения резиновой груши. На верхних расширениях нанесены номер вискозиметра и номинальный диаметр капилляра. На каждый экземпляр вискозиметра должен иметься паспорт, в котором указывается постоянная вискози­метра «С» в мм²/с².

Для заполнения вискозиметра топливом на боковой отвод его надевают резиновую трубку с грушей, переворачивают на 180° и погружают узкое колено в стаканчик с испытуемым топ­ливом. Закрыв пальцем отверстие широкого колена, топливо с помощью груши засасывают в узкое колено вискозиметра до метки между капилляром и расширением.

После этого вискозиметр переворачивают в нормальное по­ложение и тщательно обтирают узкое колено от топлива.

Использующиеся в работе вискозиметры представляют собой очень хрупкие и дорогие приборы. В связи с этим при работе с ними надо проявлять максимум осторожности и, в частности, держать и закреплять их следует только за одно колено. Наибо­лее часто поломка вискозиметров происходит при надевании и снятии резиновой трубки, поэтому при этой операции нужно держать их именно за то колено, на которое надевается или сни­мается резиновая трубка.

Следует учитывать, что при попадании во внутреннюю по­лость вискозиметра воды или даже ее паров он становится нера­ботоспособен.

Затем вискозиметр погружают в термостат (баню) так, чтобы шарик вискозиметра оказался полностью в термостатной жидко­сти (рис. 2.3). Выдерживают вискозиметр в термостате не менее 15 мин при температуре 20 °С. При заполнении и выдерживании вискозиметра в нем не должно образовываться разрывов и пузы­рьков воздуха. Затем, не вынимая вискозиметр из термостата, при помощи резиновой груши создают разряжение в трубке 7 (см. рис. 2.2), медленно набирая в шарик 3 несколько выше мет­ки А топливо (из расширения 6).

Подняв топливо выше метки А, отключают резиновую гру­шу и наблюдают за перетеканием топлива через капилляр 5 и расширение 6. В момент достижения уровня топлива метки А

пускают секундомер, а в момент прохождения уровня метки Б, его останавливают. Замер времени производят с точностью до 0, 1 с.

С той же порцией топлива испытание проводят несколько раз. Необходимо получить пять результатов времени истечения топлива, максимальная разность между которыми не превышала бы 1 % от абсолютного значения одного из них.

Для заполнения термостата применяют следующие жидко­сти: при температуре 100 °С — нефтяное прозрачное масло или глицерин, при 50 °С -— воду, при 0 °С — смесь воды со льдом, при более низких температурах — этиловый спирт с твердой уг­лекислотой.

Определение температуры застывания

Основные нарушения в системе подачи топлива при низких температурах связаны с температурой помутнения и застывания топлива. В отличие от бензинов в дизельных топливах может на­ходиться довольно много углеводородов с высокой температурой плавления, в первую очередь парафиновых (алкановых) углево­дородов.

При понижении температуры наиболее высокоплавкие угле­водороды выпадают из топлива в виде кристаллов различной формы, топливо мутнеет.

Для обеспечения бесперебойной подачи топлива необходи­мо, чтобы температура помутнения топлива была ниже темпера­туры воздуха, при которой эксплуатируется машина.

При дальнейшем охлаждении топлива кристаллы высоко­плавких углеводородов начинают соединяться, образуя про­странственную решетку, в ячейках которой остаются жидкие уг­леводороды. Затем образующаяся структура настолько упрочня­ется, что топливо теряет текучесть — застывает.

Температурой застывания считается температура, при кото­рой налитое в пробирку дизельное топливо при охлаждении в опре­деленных условиях не изменяет положения мениска в течение 1 мин при наклоне пробирки под углом 45° от вертикали (ГОСТ 20287-91).

Температура застывания дизельного топлива — величина условная и служит лишь ориентиром для определения условий применения топлива.