УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ИССЛЕДОВАНИЯ ДИЗЕЛЬНОГО ТОПЛИВА

Полезная модель относится к устройствам исследования дизельного топлива с помощью электрических и электромагнитных средств. Может использоваться в нефтеперерабатывающей промышленности, при транспортировке, хранении и реализации топлива во всех областях промышленности, где необходим оперативный контроль качества автомобильного топлива.
16
34
Характеристикой эффективности сгорания топлива в двигателе с воспламенением от сжатия является цетановое число - процентное, по объему, содержание цетана (СН) 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 [1].
Известным устройством для определения цетанового числа являются установки ИТ9-3, ИТ9-3М, ИТД-69. Основным агрегатом этих установок
3
является одноцилиндровый предкамерный дизельный двигатель с рабочим объемом 652 см и переменной степенью сжатия.
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 условно 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 по условию постоянен и равен 13° до ВМТ. Полоска от 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 одинаковой, т.е. равной 13°, тогда
острые концы световых полосок совпадают и оказываются под визирной нитью смотровой трубки - происходит «совпадение вспышек» [1].
Недостатком этого 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 электромагнитное устройство, используемое в способе определения октанового числа автомобильных бензинов, включающее в себя измеритель импеданса, конденсатор, индуктивность и частотомер. Определение резонансных частот предварительно проводится для автомобильных бензинов с заранее известным октановым числом и устанавливается зависимость резонансной частоты от октанового числа [2].
Недостатком данного устройства является его конструкция, т.е. сначала топливо заправляется в конденсатор, затем в катушку зажигания, что существенно увеличивает время проведения исследований, также данное устройство определяет только октановое число автомобильного бензина.
Задача, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, заключается в создании устройства, позволяющего производить оперативный контроль качества дизельного топлива.
Технический результат заключается в создании компактного и мобильного устройства для определения цетанового числа дизельного топлива.
Устройство для электромагнитного исследования дизельного топлива, содержащее измеритель импеданса, включающий в себя генератор электрического импульса и измерительные шкалы определения реактивного сопротивления и сдвига фаз между током и напряжением в колебательном контуре, образованным конденсатором и индуктивностью, имеющими каждый свою рабочую камеру для исследования топлива, соединенными с
частотомером, снабжено регистрирующим прибором, выполненным в виде аналитического блока.
Аналитический блок снабжен процессором, переводящим резонансные частоты в дизельном топливе в цетановое число по заранее построенным эталонным функциональным зависимостям цетанового числа от резонансной частоты.
Предпочтительно, камеру для исследования дизельного топлива выполнить единой для конденсатора и катушки индуктивности.
В процессе измерений дизельное топливо служит диэлектрической средой в измерительном конденсаторе 2 и магнитной средой в измерительной катушке индуктивности 3. Измерительный конденсатор 2 и катушка индуктивности 3 образуют колебательный контур, резонансная частота которого определяется диэлектрической проницаемостью и магнитной проницаемостью исследуемого дизельного топлива. Как известно, при внесении диэлектриков в электрическое поле, происходит явление поляризации, которое характеризуется диэлектрическими дипольными моментами молекул. Если напряженность поля быстро изменяется, то между колебаниями векторов дипольного момента и напряженности поля появляется разность фаз, которая обуславливает электрические потери и зависимость диэлектрической проницаемости от частоты поля. Магнитная проницаемость дизельного топлива в переменном поле также будет зависеть от частоты поля, так как в переменном поле магнитная проницаемость диэлектриков определяется обратимыми процессами намагничивания и необратимыми процессами рассеяния энергии магнитного поля.
Определение резонансных частот предварительно проводят для эталонных дизельных топлив.
Возможная техническая реализация предлагаемой полезной модели показана на установке, приведенной на рис.1. Устройство включает
измеритель импеданса 1, включающий в себя генератор электрического импульса и измерительные шкалы определения реактивного сопротивления и сдвига фаз между током и напряжением в колебательном контуре, образованным конденсатором 2 и индуктивностью 3, помещенным в камеру 5, соединенным с частотомером 4. Сигнал с импедансметра 1 проходит на регистрирующий прибор 6, выполненный в виде аналитического блока, с возможностью демонстрации результатов исследований на экране 7.
В основу аналитического блока введена эталонная функциональная зависимость резонансной частоты дизельного топлива от его цетанового числа, на этой кривой определена точка стандартного значения цетанового числа - 45 и соответствующую ему частоту. При исследовании дизельного топлива с неизвестным цетановым числом аналитический блок регистрирует значение резонансной частоты, 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.
В рабочую камеру 5 заправляют исследуемое дизельное топливо. Генератор измерителя импеданса 1 выдает электрический импульс, после этого на генераторе меняют частоту до получения резонанса в колебательном контуре, которому соответствует сдвиг фаз φ между током и напряжением, равный нулю, и минимальное значение реактивного сопротивления Z. Импульс проходит через камеру 5, создавая резонанс, частоту резонанса определяет частотомер 4, после этого сигнал снова проходит через колебательный контур. Оба параметра, сдвиг фаз φ между током и напряжением и минимальное значение реактивного сопротивления Z определяют по измерителю импеданса 1, сигнал с которого поступает на вход регистрирующего прибора 6, упомянутый регистрирующий прибор выполнен в виде аналитического блока, с возможностью определения цетанового числа дизельного топлива по заранее построенным эталонным
функциональным зависимостям цетанового числа от резонансной частоты в колебательном контуре и демонстрации его в цифровом виде на экране 7 аналитического блока.
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.
7
2. МПК  G 01 N 27/22, патент №2196321, Москва, опубликован в 2002.