Содержание к диссертации
Введение
1. Влияние горюче-смазочных материалов на работу двигателей внутреннего сгорания 11
1.1 Требования, предъявляемые к свойствам топлив и смазочным материалам 11
1.2 Плотность - как один из основных показателей эксплуата ционных свойств горюче-смазочных материалов 21
1.2.1 Использование плотности для учета горюче-смазочных материалов (технико-экономических расчетах) 21
1.2.2 Плотность и физико-химические свойства горючесмазочных материалов 23
1.2.3 Влияние плотности на процессы смесеобразования в двигателе внутреннего сгорания 28
1.2.4 Использование плотности для расчета основных показателей горюче-смазочных материалов 30
1.3 Основные методы измерения плотности 35
Выводы 44
2 Теоретические основы пузырьково-барботажного метода определения плотности 46
2.1 Уравнение определения плотности пузырьково-барботажным методом 46
2.2 Зависимость плотности от параметров метода 52
2.3 Закономерности образования и движения пузырьков в жидкости 55
2.4 Оценка границ применимости метода 67
2.5 Влияние различных факторов на точность измерения 68
Выводы 69
3. Экспериментальные исследования пузырьково-барботажного метода определения плотности 70
3.1 Описание методики для проведения испытаний 70
3.2 Планирование эксперимента 81
3.3 Анализ экспериментальных данных 92
3.3.1 Определение границ пузырькового режима для различных жидкостей 92
3.3.2 Исследование пузырьково-барботажного метода определения плотности 97
Выводы 99
4. Разработка рекомендаций по конструктивному исполнению, испытаниям и применению прибора 101
4.1 Описание и работа анализатора плотности 101
4.2 Метрологическое исследование СИМ-7 107
4.2.1 Результаты измерения плотности СИМ-7 107
4.2.2 Статистическая обработка результатов измерений 109
4.2.3 Расчет абсолютной погрешности измерений 110
4.3 Методика контроля плотности горюче-смазочных материалов для судовых двигателей внутреннего сгорания 111
Выводы 111
Заключение 113
Список литературы 117
Приложения
- Плотность - как один из основных показателей эксплуата ционных свойств горюче-смазочных материалов
- Закономерности образования и движения пузырьков в жидкости
- Определение границ пузырькового режима для различных жидкостей
- Методика контроля плотности горюче-смазочных материалов для судовых двигателей внутреннего сгорания
Введение к работе
Надежность работы судовых энергетических установок, в частности двигателей внутреннего сгорания (ДВС), определяется тремя основными составляющими: конструктивным исполнением самого двигателя, выбором нормальных режимов работы механизма в определенном нагрузочном режиме при той или иной внешней нагрузке; и правильным применением горючесмазочных материалов (ГСМ), используемых при эксплуатации двигателей.
Оптимизация конструкции определяется, главным образом, конструктивными технологическими факторами, и это направление является прерогативой двигателестроительных заводов и фирм. За надежность эксплуатации техники несет ответственность сам потребитель. Как показывает опыт эксплуатации ДВС на крупнотоннажных и маломерных судах речного флота, а также двигателей на суше, основой, определяющей качество работы ДВС является грамотное использование при эксплуатации двигателей ГСМ, а именно, топлива и моторных масел.
Особенности работы ДВС в различных режимах с применением различных видов топлив и масел на водном транспорте были проанализированы в работах: О. Н. Лебедева [54-56], И. В. Возницкого [13,14], Б. О. Лебедева [58], Г. П. Кича [46], И. Г. Мироненко [71], Э. М. Мохнаткина [74], А. Л. Новоселова, С. А. Худякова, Д. Д. Матиевского, Л. А. Шеромова и В. Б. Лому-хина, В. Н. Марченко [69], , Б., В. Ф. Большакова и Л. Г. Гинзбурга [5,6], О. Г. Мартыненко [68] и других.
При неудовлетворительном качестве нефтепродуктов значительно возрастает их расход в ДВС. Известно, что мощность и экономичность работы судового двигателя в немалой степени определяется качеством используемого в нем топлива и тем, как организована его обработка и подготовка на судне. Плотность является одним из наиболее общих показателей, характеризующих свойства ГСМ, измерение которого предусмотрено стандартами различных стран. Эти показатели используется при расчете стоимости ГСМ. Вследствие этого плотность имеет особое значение при проведении операций купли-продажи между поставщиком и покупателем для определения количества продукта на всем пути следования нефти и нефтепродуктов от добычи до переработки и от переработки до потребителей. Измерение плотности осуществляется также для целей управления технологическими процессами и выполнения операций учета количества топлива, его качества. Измерение плотности в настоящее время приобретает чрезвычайно важное значение в связи с проводимыми мероприятиями по экономии топливно-энергетических ресурсов, поэтому плотность нефтепродуктов является важнейшим экономическим показателем использования ДВС.
По плотности можно судить об углеводородном составе различных нефтепродуктов, поскольку ее значение для углеводородов различных групп различна. Плотность характеризует химические свойства топлива, фракционный состав, испаряемость, цетановое число. Плотность является важным параметром в процессах приготовления водотопливных эмульсий, смесевых топ-лив.
Плотность топлива является важнейшим параметром, используемым в различных методиках по описанию процессов, происходящих в ДВС. Плотность топлива, также существенно влияет на характеристику впрыска топлива.
Таким образом, плотность следует считать универсальным и наиболее доступным для измерения качественным показателем нефтепродуктов. Ее измерение позволяет контролировать процессы эксплуатации ДВС, сортировать нефтепродукты и вести их массовый учет. Поэтому возникает необходимость в разработке новых средств измерения плотности, обеспечивающих необходимую точность, способных работать в сильно меняющихся климати ческих условиях, удовлетворяющих требованиям взрывоопасности и доступных по цене для отечественного потребителя.
На практике этот параметр подлежит обязательному определению согласно ГОСТ 3900-85 «Нефть и нефтепродукты. Методы определения плотности». Этот стандарт регламентирует условия проведения таких испытаний и описывает приборы для определения плотности. Однако рекомендуемые стандартные приборы, хотя и обеспечивают необходимую точность по своему конструктивному и аппаратному исполнению устарели, к тому же для определения плотности требуются лабораторные условия, что возможно не всегда в местах подготовки и эксплуатации топлив и масел. Плотность зависит от температуры, поэтому, для точного определения ее необходим пересчет, это тоже сложная операция. Поэтому актуальной является задача оперативного определения плотности. Большой вклад в создание и развитие методов определения плотности внесли такие ученые, как И.П. Глыбин, Л.А. За-лманзон, С.С Кивилис, В.И. Лаптев, Д.М. Мордасов и др.
Наиболее перспективным методом измерения плотности нефтепродуктов, удовлетворяющим вышеизложенным требованиям, можно считать бар-ботажный, который известен, но не нашел широкого применения. Разработке методики контроля плотности горюче-смазочных материалов, основанной на модификации барботажного метода, обусловлено проведение исследований в данной работе.
В связи с изложенным тема диссертации является актуальной.
Целью работы является экспериментальное и теоретическое обоснование метода контроля плотности, а так же разработка методики контроля, основанной на предложенном методе. Достижение поставленной цели требует решения в работе следующих задач:
1 Анализ существующих методов определения плотности жидкостей и выбор направления дальнейшего развития методов и средств ее контроля.
2 Теоретическое исследование пузырьково-барботажного метода. 3 Проведение экспериментального исследования с целью проверки метрологических характеристик.
4 Разработка рекомендаций по конструкции и использованию прибора.
5 Разработка методики контроля плотности, основанной на предложенных пузырьково-барботажном методе и приборе по определению плотности.
Методы исследования. При решении актуальной задачи использовались методы: методы математической физики, математической статистики и планирования экспериментов, экспериментальные методы, теории измерений и метрологии и др. Использованы методы компьютерного моделирования и проектирования с использованием программных пакетов AutoCAD, Stadia, Microsoft Exel, Maple.
Обоснованость и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций обеспечивалась:
Принятыми уровнями допущений при математическом описании явлений; исследованиями погрешностей измерения; удовлетворительным совпадением результатов теоретических исследований с экспериментальными данными.
Научная новизна работы заключается в получении новых экспериментальных результатов и в теоретическом их описании.
1 Разработан пузырьково-барботажный метод, основанный дискретном счете количества пузырьков воздуха, выходящих из измерительных трубок, пропорциональном плотности исследуемой жидкости.
2 Впервые получены уравнения, связывающие плотность исследуемой жидкости с основными параметрами пузырьково-барботажного метода.
3 Установлены границы пузырькового режима для нефтепродуктов.
4 Впервые получены экспериментальные зависимости разницы частот следования пузырей от плотности. Практическую ценность работы представляет разработанная методика измерения параметров судовых нефтепродуктов, созданный действующий макет прибора и рекомендации по его изготовлению.
Внедрение результатов работы. Научные выводы и практические рекомендации реализованы в ОАО «Иртышское пароходство», ФГУП «Сибирский научно-исследовательский институт метрологии», ОАО «Сибнефть-Красноярскнефтепродукт».
Апробация результатов работы
Основные результаты работы докладывались: на III Международном научном конгрессе «ГЕО-СИБИРЬ-2007» «Специализированное приборостроение, метрология, теплофизика, микротехника» (Новосибирск 2007); III Международной научно-технической конференции «Энергетика, экология, энергосбережение, транспорт» (Омск 2007); IV Международном научном конгрессе «ГЕО-СИБИРЬ-2008» «Специализированное приборостроение, метрология, теплофизика, микротехника» (Новосибирск 2008); IX Международной конференции «Актуальные проблемы электронного приборостроения» (Новосибирск 2008); международной научно-технической конференции «Энергосистема: исследование свойств, управление и автоматизация» (Новосибирск 2009); на научно-технических конференциях в Новосибирской государственной академии водного транспорта.
На защиту выносятся следующие положения:
1 Результаты анализа существующих методов и приборов по определению плотности, доказательства актуальности разработки пузырьково-барботажного метода;
2 Уравнение определения плотности пузырьково-барботажным методом;
3 Теоретические зависимости влияния параметров измерительной системы на значение плотности нефтепродукта;
4 Экспериментальные зависимости влияния расхода воздуха и параметров измерительной системы на размер измерительных пузырей; 5 Рекомендации по конструкции и метрологическому обеспечению плотномера, основанном на предложенном методе;
6 Методика контроля плотности ГСМ, используемых в судовых ДВС.
Публикации. По результатам выполненных исследований опубликовано 12 научных работ, в том числе три в журналах, рекомендованных ВАК РФ.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав с выводами, заключения, списка литературы, включающего 115 наименований и трех приложений. Работа изложена на 150 страницах, содержит 19 таблиц и 37 рисунков.
Первая глава работы посвящена анализу влияния плотности ГСМ на основные показатели работы судовых ДВС. Проанализированы основные методы и приборы на их основе для определения плотности.
Во второй главе проводится теоретическое исследование явления бар-ботажа, получено уравнение определения плотности пузырьково-барботажным методом. Проведен анализ влияния различных факторов на точность измерения, а также оценка границ применения метода.
В третьей главе доказано существование режима одиночных пузырей для исследованных жидкостей, получены численные значения критических областей расхода газа. Доказано, что размер измерительного пузыря не зависит от расхода газа, а, действительно определяется параметрами измерительной системы. Приводится методика проведения испытаний и осуществлены экспериментальные исследования предлагаемого метода.
В четвертой главе разработана конструкция прибора, предназначенного для измерения плотности ГСМ, и разработана методика контроля. Также в главе проведено метрологическое исследование анализатора плотности СИМ-7.
Работа выполнена в Новосибирской государственной академии водного транспорта.
Плотность - как один из основных показателей эксплуата ционных свойств горюче-смазочных материалов
Плотность является одним из наиболее общих показателей, характеризующих свойства нефтепродуктов, измерение которого предусмотрено стандартами различных стран.
Плотность используется при расчете массы продукта, занимающего данный объем, и наоборот, объема продукта, имеющего определенную массу. Эти показатели используется при расчете стоимости горюче-смазочных материалов. Вследствие этого плотность имеет особое значение при проведении операций купли-продажи между поставщиком и покупателем для определения количества продукта на всем пути следования нефти и нефтепродуктов от добычи до переработки и от переработки до потребителей. Измерение плотности осуществляется также для целей управления технологическими процессами и выполнения операций учета количества топлива, его качества. Измерение плотности в настоящее время приобретает чрезвычайно важное значение в связи с проводимыми мероприятиями по экономии топливно-энергетических ресурсов, поэтому плотность нефтепродуктов является важнейшим экономическим показателем использования двигателей внутреннего сгорания.
Показатели плотности нефтепродуктов регламентируются различными нормативными документами, а, следовательно, подлежат определению. Количество нефти и нефтепродуктов определяют согласно ГОСТ 26976-86 «Нефть и нефтепродукты. Методы определения массы». Согласно ГОСТ 3900-85 «Нефть и нефтепродукты. Методы определения плотности» определяют плотность. Основные показатели нефтепродуктов, используемые на речном флоте, приведены в таблицах 1.1-1.3.
Плотность является важнейшей величиной, характеризующей физические свойства нефтепродуктов. Эта характеристика непосредственно зависит от фракционного и химического состава горючего [34]. По плотности можно судить об углеводородном составе различных нефтепродуктов, поскольку ее значение для углеводородов различных групп различна. Например, более высокая плотность указывает на большее содержание ароматических углеводородов, а более низкая - на большее содержание парафиновых углеводородов. Углеводороды нафтеновой группы занимают промежуточное положение. Та- ким образом, величина плотности до известной степени будет характеризовать не только химический состав продукта, но и его качество.
Плотность характеризует химические свойства топлива, фракционный состав, испаряемость, цетановое число. Чем больше в топливе тяжелых фракций, тем выше его плотность (таблица 1.4). Также плотность изменяется в процессе хранения в связи с испарением легких фракций [90].
Цетановое число дизельного топлива зависит от его углеводородного состава. Наиболее высокими цетановыми числами обладают нормальные парафиновые углеводороды, причем с повышением их молекулярной массы, а, следовательно, и плотности, оно повышается, а по мере разветвления — снижается. Различия в плотности углеводородов, составляющих топливные смеси, достигают 15 — 20%. С повышением температуры кипения плотность однотипных по строению углеводородов увеличивается через каждые 50С в среднем на 2,5 - 3,5%. Чем выше температура кипения топлива, тем выше цетановое число, и эта зависимость носит почти линейный характер; лишь для отдельных фракций цетановое число может снижаться, что объясняется их углеводородным составом. [93] По плотности можно судить о пределах выкипания, испаряемости (таблица 1.5).
Установление оптимальных цетановых чисел имеет большое практическое значение, поскольку с углублением переработки нефти в состав дизельного топлива будут вовлекаться легкие газойли каталического крекинга, коксования и фракции, обладающие относительно низкими цетановыми числами. Бензиновые фракции также имеют низкие цетановые числа, и добавление их в дизельное топливо всегда снижает цетановое число последнего.
У топлив с плотностью близкой к единице, снижается эффективность очистки от воды в сепараторах. В настоящее время этот предел составляет. 0,995 при 15С, но может быть еще повышен с помощью герметических центрифуг, позволяющих подогревать топливо более чем на 100С, а также применением MgS04 для извлечения воды или получением стойких водотоплив-ных эмульсий с помощью гомогенизаторов [86]. Плотность в сочетании с вязкостью определяет условия отстаивания воды из мазутов и осаждения механических примесей. При плотности мазута значительно ниже плотности воды отстой его протекает сравнительно быстро и не превышает 100 — 200 часов. При значениях относительной плотности мазута 0,98-1,01 время отстоя мазута значительно превышает 200 ч. При плотности около 1,05 мазут располагается в резервуарах ниже воды и отстой её становится практически невозможным. Плотность зависит от температуры и с ее повышением снижается, и это нужно учитывать при бункеровке, при определении запасов топлива на судне и измерении его расхода. Плотность дизельного топлива должна быть оптимальной с учетом сезонности эксплуатации. Снижение плотности топлива, приводит к снижению мощности. Чем выше плотность топлива, тем большая мощность вырабатывается установкой.
Плотность масел лежит в пределах 860-930 кг/м3. Меньшие значения плотности характерны для масел парафинового основания, большие присущи маслам нафтенового основания. Для некоторых видов масел значение плотности определяется нормативными документами и подлежит определению (таблица 1.6).
Закономерности образования и движения пузырьков в жидкости
Так как суть предлагаемого в работе пузырьково-барботажного метода определения плотности заключается в преобразовании непрерывной неэлектрической величины - разности гидростатических давлений - в пропорциональное ей количество пузырьков воздуха, выходящих из измерительных трубок, т.е. в удобную для последующей обработки последовательность дискретных значений, то для реализации метода следует осуществить барботаж воздуха через исследуемую жидкость.
При барботаже воздухо-жидкостная смесь состоит из двух компонентов, имеющих различное химическое строение, поэтому является двухфазным течением [94]. Двухфазные течения подчиняются всем основным законам гидромеханики, однако уравнения более сложны и более многочисленны, чем в случае однофазных течений.
Поскольку в данной работе рассматривается пузырьковое течение, то интерес представляет именно этот режим двухфазного течения. Режим одиночных пузырьков является одним из частных случаев теории пузырькового течения. Для данного явления характерно присутствие отдельных пузырьков в непрерывной жидкой среде. На их форму и траекторию движения влияют различные эффекты, вызванные взаимодействием между силами поверхностного натяжения, вязкости, инерции и подъёмными силами [61].
Для определения режима течения необходимо описание морфологического распределения компонентов или структуры потока. Существует несколько классификаций течения. Классификация морфологической структуры течения газо-жидкостных систем: кольцевая и дисперсная (рис.2.7).
В технике пузырьковое течение наиболее часто наблюдается в барботажных (от французского barbotage - перемешивание -пропускание через жидкость газа или пара под давлением ) колоннах, в испарителях при высоком давлении, в поверхностных дистилляторах, в измерительных приборах. В связи с широким применением режим движения пузырьков был всесторонне изучен в ряде экспериментальных и теоретических работ [50,51].
Показано, что газовые пузырьки, присутствующие в жидкостях, обычно стремятся слиться друг с другом, в результате чего пузырьковая структура теряет свою «однородность». Если в канале происходит испарение или конденсация, мелкие пузырьки могут существовать в потоке лишь как некая переходная структура. Стабилизированный равновесный пузырьковый режим течения встречается весьма редко. По этим причинам особенно важно иметь представление о возможных способах образования пузырьков. Кроме того, размер пузырьков оказывает влияние на динамику пузырьковой смеси и потому часто должен быть определен через соотношения, описывающие механизм образования пузырьков. Несмотря на большое число работ, посвященных данному вопросу, всеобщее признание получили всего лишь несколько соотношений для расчета размера пузырька [94].
Поскольку в данной работе для определения плотности предлагается использовать модификацию барботажного метода — пузырьково-барботажный метод, то рассмотрим основные закономерности, связанные с зарождением, отрывом и движением пузырьков в жидкости из одиночной трубки для выбора оптимальных режимов обеспечения одиночных пузырей.
На основе экспериментальных данных Кутателадзе и Стырикович [50] предложили соотношение для радиуса пузырька следующее выражение которое перестаёт быть справедливым, если диаметр отверстия становится соизмеримым с радиусом пузырька
На процесс образования пузырьков с конечной скоростью оказывают влияние многие факторы. Весьма существенными являются все свойства газа и жидкости, а также конструктивные особенности отверстия и способ подвода газа. В работе Джексона[94] даётся обзор литературы по данному вопросу и показано, что в общем случае этот процесс чрезвычайно сложен.
При увеличении расхода газа через отверстие размер пузырьков сначала также возрастает, поскольку до достижения размера, определяемого формулой (2.21), пузырьку требуется некоторое время, чтобы оторваться от поверхности. Для системы, в которой расход газа через отверстие поддерживается постоянным, возможно рассчитать отрывной размер пузырька, если известно время, в течение которого пузырёк остаётся прикреплённым к отверстию. Дэвидсон и Харрисон[38] рассчитали это время, исходя из уравнения движения всплывающего пузырька, и получили выражение для объёма пузырька в момент его отрыва в невязкой жидкости где Qg - объёмный расход газа через отверстие. На рис.2.8 представлены данные для расчёта по формуле (2.23) в сравнении с эмпирическими данными для воды в широком диапазоне размеров отверстий.
Определение границ пузырькового режима для различных жидкостей
По результатам эксперимента находим значения коэффициентов регрессии bj и by, позволяющие оценить степень влияния факторов и их взаимодействий на параметр оптимизации. Чем больше численная величина коэффициента, тем большее влияние оказывает фактор. Если коэффициент имеет знак «+», то с увеличением значения фактора параметр оптимизации увеличивается, а если «-» уменьшается. Величина коэффициента соответствует вкладу данного фактора в величину параметра оптимизации при переходе значения фактора с нулевого уровня на верхний или нижний. Проверка значимости коэффициентов регрессии проводится с целью упрощения уравнения регрессии путем исключения статистически незначимых коэффициентов. Проверку можно осуществлять двумя способами: по ґ-критерию Стью-дента или путем построения доверительного интервала. Для много факторного эксперимента ошибки всех коэффициентов уравнения регрессии одинаковы sb = Sb, = Sb„, доверительные интервалы для всех коэффициентов равны. Расчет ошибок коэффициентов производим по формуле Коэффициент регрессий считается значимым, если он по абсолютной величине больше величины доверительного интервала б 2Ab. Величина доверительного интервала рассчитывается при помощи критерия Стьюдента Для отыскания значения ґ-критерия используем таблицу распределения Стьюдента. При числе степеней свободы d.f = N(r-1) = 8(3-1) = 16 и уровне значимости а = 0,01 tT = 2,56. Проверка значимости коэффициентов показала, что коэффициент b3, а также коэффициенты, характеризующие двойные взаимодействия незначимы, следовательно, разность глубин погружения измерительных трубок в выбранном диапазоне не оказывает влияния на результат измерения.
С учетом незначимости коэффициентов, уравнение регрессии имеет вид Проверка адекватности модели проводится с целью доказательства пригодности полученного уравнения регрессии для описания экспериментальных данных с заданной точностью. Для этого оценивают отклонения вычисленных по уравнениям регрессии значений функции оптимизации у от экспериментально установленных у. Для оценки отклонений используем F-критерий Фишера. Проверку адекватности математической модели выполняем в несколько этапов: - вычисляем ошибку адекватности где г - число параллельных опытов в z-ой строчке матрицы планирования; у, - среднее арифметическое параметра оптимизации из г параллельных опытов; у - значение параметра оптимизации, предсказанное по уравнению в /-ом опыте; g - число значимых коэффициентов в уравнении регрессии; N — число независимых опытов, - находим значения F-критерия Фишера (дисперсионное отношение): - определяем число степеней свободы:d.f = N-1 = 7;d.feocn = N(r-і) = 16; уровень значимости а = 0,01; - по значениям fad; feocn; а находим критическое значение FT = 3,838 .Так как F FT, то математическое описание функции отклика уравнениями регрессии считается адекватным. Следовательно, полученная математическая модель пригодна для описания экспериментальных данных. Из уравнения (3.20) следует, что с увеличением длины измерительных трубок и при уменьшении их диаметра частота следования пузырей увеличивается, это подтверждает, что параметры конструкции измерительной ячейки, рассчитанные в главе 2, выбраны оптимально.
Кроме того, в результате эксперимента получена зависимость параметра оптимизации от объема измерительной ячейки, что позволило выбрать ее оптимальный размер. В соответствии с методикой, изложенной в (п.3.1) и теорией планирования эксперимента (п.3.2), были проведены эксперименты с различными эталонными жидкостями: бензин, дизельное топливо, моторное масло. Результаты, полученные в опытах по определению критических границ расходов газа, при которых возможен режим одиночных пузырей, приведены в таблице 3.6. Зависимость критического расхода газа от диаметра измерительного наконечника изображена на рисунке 3.13. Исследования подтвердили теоретическое предположение о существовании для данного типа жидкостей области расхода газа, соответствующей режиму одиночных пузырей. Получены численные значения для рассматриваемых типов нефтепродуктов. Результаты исследования влияния расхода газа на размер пузырей в пределах режима следования одиночных пузырей приведены в таблице 3.7. Размер пузырьков воздуха определялся по фотографиям. Проводилось по четыре измерения для трех эталонных жидкостей и трех наконечников измерительной трубки. Фотографии для дизельного топлива и наконечника диаметром 0,7 мм приведены на рисунке 3.14. По полученным результатам построены зависимости для разных нефтепродуктов рисунки 3.15-3.17. Как видно из графиков диаметр пузыря практически не зависит от расхода газа или влияние незначительно для режимов, соответствующих режиму одиночных пузырей. Для режимов расхода близких к критическому наблюдалось некоторое увеличение размера пузырька воздуха, а также форма теряла свою сферичность. Зависимость диаметра пузыря от размера наконечника приведена на рисунке 3.18.
Методика контроля плотности горюче-смазочных материалов для судовых двигателей внутреннего сгорания
На основе предложенного барботажно-пузырькового метода и сконструированного анализатора СИМ-7 разработана методика определения плотности ГСМ для СДВС. Данная методика представлена в приложении Б. Выводы по главе 1 Разработана конструкция анализатора плотности нефтепродуктов. Анализатор имеет следующие метрологические характеристики: 1.1 Диапазон измерения плотности нефтепродуктов от 0,7736 до 0,8879 г/см3. 1.2 Пределы допускаемой абсолютной погрешности измерения плот-ности нефтепродуктов ± 0,0005 г/см . 1.3 Питание анализаторов - напряжение 220 В, частота 50 Гц. 1.4 Мощность, потребляемая анализатором, не более 12 В «А. 1.5 Масса анализатора не более 3,7 кг. 1.6 Габаритные размеры, мм, не более: блока оптических датчиков -70x80x120; прибора измерительного - 200x260x60. 1.7 Средняя наработка на отказ не менее 5000 ч. 1.8 Средний срок службы не менее 5 лет. 1.9 Среднее время восстановления работоспособного состояния после ремонта не более 1 ч. 2 Проведено экспериментальное исследование разработанного анализатора и определены его погрешности на реальных образцах нефтепродуктов. Она соответствует заявленному пределу допускаемой абсолютной погрешности измерения плотности нефтепродуктов. 3 Разработана методика контроля плотности ГСМ на речных судах. 4 Определены области использования разработанного анализатора: - для определения плотности обычных нефтепродуктов, водотоп-ливных эмульсий, альтернативных смесевых топлив (на основе растительного масла); - использование в передвижной лаборатории по определению качества ГСМ; - для определения поверхностного натяжения; - для определения малых расходов газа. По результатам проведенных экспериментальных исследований разработана конструкция прибора для определения плотности нефтепродуктов. Он предназначен для измерения плотности бензинов, дизельного топлива, моторных масел и может применяться при оперативном контроле их качества в СЭУ на речном транспорте. Также разработана методика контроля плотности.
Основные научные выводы и практические рекомендации диссертационной работы. 1 Рассмотрены требования к ГСМ, которые используются в СЭУ. Вы явлен ряд характеристик ГСМ, которые определяют эксплуатационную на дежность работы СДВС. 2 Проведен анализ влияния плотности на основные показатели работы СДВС, в частности на процессы смесеобразования, а также использования плотности для их расчета (цетановое число, теплоемкости, теплоты сгорания, поверхностного натяжения). Выявлена связь плотности с физико-химическими свойствами топ лив. Разработаны теоретические основы пу-зырьково-барботажного метода определения плотности ГСМ. 3 Проанализированы основные методы и приборы на их основе для определения плотности, а также их основные недостатки. Показано, что перспективными являются гидростатические методы, в частности барботажно-пузырьковый метод. 4 На основе рассмотренных физических процессов, происходящих в случае режима одиночных пузырей, получено уравнение определения плотности пузырьково-барботажным методом, устанавливающим связь между плотностью жидкости и количеством пузырей воздуха в единицу времени, выходящих из измерительных трубок. 5 Проведен анализ влияния различных факторов на точность измерения, а также оценка границ применения метода по разнице частот следования пузырей. 6 Определены границы пузырькового режима для бензинов, дизельных топлив, моторных масел. Показано, что при расходах воздуха для бензи-на - 20см /мин, для дизельного топлива — 18см /мин, для моторного масла — 17см /мин соблюдается режим одиночных пузырей. 7
Получены зависимости расхода воздуха для режима одиночных пузырей от диаметра измерительной трубки. С увеличением диаметра от 0,5мм до 1мм расход воздуха изменяется от 20,6 до 78 см3/мин. 8 Получены зависимости размеров (диаметра) измерительных пузырей от расхода воздуха для бензина, дизельного топлива, моторного масла. Показано, что диаметры измерительных пузырей остаются практически неизменными для исследованных жидкостей в пределах режима одиночных пузырей при диаметрах измерительных трубок 0,5; 0,7; 1мм. 9 Получены зависимости диаметра измерительного пузыря от диаметра выходного отверстия измерительной трубки для бензина, дизельного топлива, моторного масла. В диапазоне измерительной трубки 0,5 - 1мм размер пузыря увеличивается от 1 до 5мм.
