УСТРОЙСТВО ДЛЯ УЛЬТРАЗВУКОВОГО ИССЛЕДОВАНИЯ ДИЗЕЛЬНОГО ТОПЛИВА

Полезная модель относится к устройствам исследования и анализа дизельного топлива и может быть использована в нефтеперерабатывающей промышленности, при транспортировке, хранении и реализации топлива во всех областях промышленности, где необходим оперативный контроль качества.
16
34
Характеристикой эффективности сгорания топлива в двигателе с воспламенением от сжатия является цетановое число - процентное, по объему, содержание цетана (CH) в смеси с альфаметилнафталином, которая по характеру самовоспламенения эквивалентна топливу, испытуемому в стандартных условиях. По ГОСТ 305-82 все выпускающееся дизельное топливо имеет цетановое число равное 45. При повышении цетанового числа топлив скорость нарастания давления снижается, и уменьшаются жесткость работы двигателя, расход топлива и дымность отработавших газов. С повышением цетанового числа сверх оптимального ухудшается экономичность двигателя в среднем на 0,2-0,3% на единицу цетанового числа и повышается дымность отработавших газов. Цетановое число топлива связано с показателями испаряемости и химического состава. Топливо утяжеленного фракционного состава с улучшенной воспламеняемостью может привести к увеличению дымности отработавших газов, топливо же расширенного, облегченного состава может привести к ухудшению воспламеняемости и прокачиваемости за счет образования паровых пробок в системе питания дизеля.
3
Известным устройством для определения цетанового числа являются установки ИТ9-3, ИТ9-ЗМ, ИТД-69. Основным агрегатом этих установок является одноцилиндровый предкамерный дизельный двигатель с рабочим объемом 652 см и переменной степенью сжатия [1].
16
34
11
10
В качестве эталонных топлив используют два индивидуальных углеводорода - цетан (нормальный гексадекан CH) и альфаметилнафталин (ароматический углеводород СН). Цетан обладает высокой склонностью к самовоспламенению, и его воспламеняемость условно принята за 100 ед. Альфаметилнафталин имеет, наоборот, большую задержку самовоспламенения, и поэтому воспламеняемость этого индивидуального углеводорода принята за 0. Составляя смеси цетана и альфаметилнафталина в объемных процентах, можно получить топливо с цетановым числом от 0 до 100.
Принцип действия известного устройства заключается в следующем: к маховику двигателя установки крепят специальный обод, на котором монтируют две неоновые лампы, расположенные на ободе маховика таким образом, что центральный угол между ними составляет 13°. В ободе маховика напротив ламп выполнены прорези, которые можно наблюдать через специальную визирную трубку. Первая лампа вспыхивает в момент начала подачи топлива, вторая лампа вспыхивает в момент начала воспламенения. Во время работы двигателя обе лампы периодически вспыхивают, и наблюдатель видит две светящиеся полоски. Полоска от неоновой лампы, фиксирующая момент впрыскивания, независимо от режима работы вспыхивает под визирной нитью смотровой трубки, так как угол опережения впрыска постоянен и равен 13° до ВМТ. Полоска от другой лампы, фиксирующей момент воспламенения топлива, оказывается под визирной нитью только в том случае, если задержка воспламенения соответствует углу опережения впрыска. В процессе испытания добиваются, чтобы задержка воспламенения при работе на испытуемом и эталонном топливах была равной 13°, тогда острые концы световых полосок совпадают и оказываются под визирной нитью смотровой трубки - происходит «совпадение вспышек».
Недостатком известного устройства является значительная длительность испытаний, дороговизна самой установки и эталонных топлив, кроме того, сама установка имеет большие габариты и не может быть использована в качестве устройства экспресс-анализа дизельного топлива.
Наиболее близким по технической сущности является ультразвуковое устройство, используемое в способе определения октанового числа автомобильных бензинов, включающее в себя генератор прямоугольных импульсов, сигнал с которого поступает на пьезоизлучатель, установленный в рабочей части камеры, приемный пьезоэлемент, сигнал с которого поступает на регистрирующий прибор в виде двухлучевого осциллографа, где фиксируется время прохождения сигнала через рабочую камеру [2].
Недостатком данного устройства является возможность его применение для экспресс-анализа только автомобильных бензинов и невозможности определения цетанового числа дизельного топлива.
Задача, на решение которой направлена заявляемая полезная модель и технический результат от использования заключается в создании устройства для определения цетанового числа дизельного топлива и оценки его качества.
Технический результат достигается тем, что в устройстве для ультразвукового исследования дизельного топлива содержащее генератор прямоугольных импульсов, водяной термостат, рабочую камеру с исследуемым топливом и размещенными в ней пьезоизлучателем и приемным пьезоэлементом, сигнал с которого поступает на вход регистрирующего прибора, упомянутый регистрирующий прибор выполнен в виде аналитического блока, с возможностью определения цетанового числа дизельного топлива по заранее построенным эталонным функциональным зависимостям цетанового числа от скорости ультразвука и демонстрации его в цифровом виде на экране аналитического блока.
Дизельное топливо - представляет собой смесь углеводородов сложного состава, из-за этого дизельное топливо можно рассматривать как
акустическую систему с распределенными постоянными. Скорость звука в различных органических жидкостях с учетом ряда факторов, характеризующих взаимодействие молекул, может быть определена по следующей формуле:
где М - молекулярная масса, ρ - плотность жидкости, b - постоянная Вандер-Ваальса, β - адиабатическая сжимаемость, Т - температура.
Исходя из этого следует, что скорость звука в органической жидкости должна зависеть от природы жидкости и от температуры. Именно эти зависимости были выбраны за основные информационные параметры дизельного топлива при определении его цетанового числа. В дизельных топливах разного состава в различной степени проявляется акустическая релаксация, которая сопровождается не только отличающимися значениями интегральных поглощений энергии, но и температурными дисперсиями скоростей звука. Причиной указанных эффектов являются обмены энергией между поступательными и внутренними степенями свободы молекул, при которых звуковая энергия расходуется на возбуждение соответственно колебательных и вращательных степеней свободы. Интенсивность таких энергетических обменов зависит от состава и пространственной конформации молекул. Поэтому дизельные топлива разного состава имеют индивидуальную степень акустической релаксации.
На фигуре представлено устройство, включающее в себя генератор прямоугольных импульсов 1, рабочую камеру 2 с исследуемым дизельным топливом и размещенными в ней пьезоизлучателем 3 и приемным пьезоэлементом 4, водяной термостат 5, регистрирующий прибор 6, выполненный в виде аналитического блока, с возможностью демонстрации результатов исследований на экране 7.
В основу аналитического блока введена эталонная функциональная зависимость скорости ультразвука в дизельном топливе от его цетанового
числа, на этой кривой определена точка стандартного значения цетанового числа - 45 и соответствующую ему скорость ультразвука - 1,684 км/с. При исследовании дизельного топлива с неизвестным цетановым числом аналитический блок регистрирует скорость прохождения ультразвуковой волны, процессор, который входит в конструкцию этого блока, сравнивает результат с функциональной зависимостью для эталонных топлив и демонстрирует значение цетанового числа исследуемого дизельного топлива в цифровом виде на экране.
Работа устройства осуществляется следующим образом: рабочая камера 2 заполняется исследуемым дизельным топливом, после включения прибора генератор прямоугольных импульсов 1 производит сигнал, который поступает на пьезоизлучатель 3, установленный в торце рабочей части камеры 2. С противоположного торца камеры установлен приемный пьезоэлемент 4, сигнал с которого поступает на блок 6, фиксирующий время прохождения ультразвуковой волны через рабочую камеру 2, заполненную дизельным топливом. Посредством водяного термостата 5 в камере поддерживается температура равная 20°С.
Цетановое число дизельного топлива должно равняться 45, по ГОСТ 305-82. При большем значении цетанового числа у дизельного двигателя увеличиваются расход топлива и дымность отработавших газов. При снижении цетанового числа увеличивается жесткость работы двигателя, что к более интенсивному износу деталей двигателя.
Источники информации.
1. Покровский Г.П., Топливо, смазочные материалы и охлаждающие жидкости. М.: Машиностроение, 1985 г.
2. Патент №2189039, Москва, 2002.