Контрольный блок для определения термоокислительной стабильности топлив в динамических условиях

Полезная модель относится к лабораторным методам оценки эксплуатационных свойств моторных топлив, в частности к установкам для определения термоокислительной стабильности (ТОС) топлив в динамических условиях и может быть использована в нефтехимической, авиационной, автомобильной и других отраслях промышленности.
Известны два последовательно расположенных контрольных блока установки ДТС-1 для определения ТОС авиакеросинов.
Первый состоит из трубчатого теплоизолированного корпуса, внутри которого коаксиально установлена оценочная трубка. Корпус и оценочная трубка оснащены теплоизоляцией и электроспиралями. Топливо, прокачиваясь через кольцевой зазор между корпусом и оценочной трубкой, нагревается до заданной температуры. Входной патрубок первого корпуса расположен по его оси, а выходной, со встроенным в него измерителем температуры топлива, с противоположной стороны, тангенциально оси корпуса.
Второй блок выполнен в виде теплоизолированного цилиндрического корпуса с электроспиралью и центральным цилиндрическим каналом, в котором расположен контрольный фильтр и измеритель температуры топлива (1 - ГОСТ 17751 Топливо для реактивных двигателей. Метод определения термоокислительной стабильности в динамических условиях).
К недостаткам этих контрольных блоков относятся: большие габариты, трудоемкость и длительность подготовки к испытанию, необходимость большого количества топлива на испытание (40 литров), низкая точность оценки ТОС.
Известен малогабаритный контрольный блок установки JFTOT, в котором для оценки ТОС авиакеросинов требуется 0,6 литров топлива. Блок состоит из трубчатого корпуса с входным и двумя выходными патрубками, в одном из которых расположен контрольный фильтр. Внутри его корпуса коаксиально размещена полая оценочная трубка ТЭН, нагреваемая без спирали непосредственно электрическим током от понижающего трансформатора. Температура испытания контролируется термопарой, расположенной внутри оценочной трубки, которая показывает температуру ее стенки. (2 - ASTM 3241, ГОСТ 52954. Нефтепродукты. Определение термоокислительной стабильности топлив для газовых турбин. Метод JFTOT.)
Недостатком этого контрольного блока является экстремальное распределение температуры по длине оценочной трубки при недостаточном контроле ее температурного поля (только одной термопарой), что препятствует определению температуры начала образования отложений. Материалом оценочной трубки является алюминиевый сплав, отличающийся от материала, из которого выполнены узлы топливной системы авиадвигателей (нержавеющая сталь).
Известен контрольный блок установки ДТС-2 для оценки ТОС авиакеросинов, в котором предусмотрена прокачка топлива по кольцевому зазору между трубчатым корпусом и оценочной трубкой, внутри которой помещен трубчатый спиральный электронагреватель (ТЭН). Для измерения температурного поля топлива вдоль оценочной трубки в корпусе предусмотрено шесть герметичных вводов с термопарами, чувствительные элементы которых измеряют температуру топлива в кольцевом зазоре на расстоянии 1,5 мм от поверхности оценочной трубки. Определение количества отложений осуществляют косвенно путем определения зависимостей яркости отраженного от поверхности оценочной трубки сигнала по ее длине до и после испытания и температурного поля вдоль оценочной трубки. (3 - А.А. Гуреев, Е.П. Серегин, B.C. Азев. Квалификационные методы испытаний нефтяных топлив. М., «Химия», с. 137-139).
Недостатком этого блока является систематическая погрешность показателей ТОС, обусловленная сложностью обеспечения расстояния 1,5 мм от чувствительных элементов термодатчиков до поверхности оценочной трубки, отсутствие контроля температуры ее поверхности, а также большие габариты блока и сложности его очистки. Кроме того, при извлечении из корпуса оценочной трубки, образовавшиеся на ней отложения, могут повреждаться. Для проведения испытаний на установке требуется относительно большое количество топлива (10 литров).
Наиболее близкий по технической сущности и взятый за прототип является контрольный блок для оценки ТОС авиакеросинов в динамических условиях, содержащий вертикальный трубчатый корпус, в нижней части которого имеется входной патрубок, а в верхней два выходных патрубка, в одном из которых герметично установлен контрольный фильтр и измеритель температуры топлива. В трубчатом корпусе с образованием кольцевого зазора закреплена оценочная трубка, внутри которой установлен трубчатый электрический спиральный нагреватель (ТЭН), длина спирали которого равна расстоянию между входным и выходными патрубками. В корпусе предусмотрена также радиально перфорированная кольцевая насадка, установленная в кольцевом зазоре на уровне входного патрубка, и выполненный из теплопроводного материала, надеваемый на металлический цилиндр ТЭНа съемный чехол, на котором имеются продольные каналы для индивидуальных измерителей температуры стенки оценочной трубки. Глухой торец каждого из каналов съемного чехла находится на заданном уровне точки измерения температуры стенки оценочной трубки. (4 - Патент РФ №2453839, G01N 33/22, 2012 г. - прототип).
Недостатками этого контрольного блока является неравномерность температурного поля по периметру стенки оценочной трубки, применение термопар с открытым чувствительным элементом и возможное их смещение в каналах, повреждение термопар, нарушение целостности образовавшихся отложений на поверхности оценочной трубки.
Технический результат полезной модели - повышение точности оценки ТОС топлив и надежности контрольного блока.
Указанный технический результат достигается тем, что в известном контрольном блоке для определения термоокислительной стабильности топлив в динамических условиях, содержащем вертикально установленный трубчатый корпус, в нижней части которого имеется входной патрубок, а в верхней - два выходных патрубка, в одном из которых герметично установлен контрольный фильтр с измерителем температуры топлива, концентрично размещенную с помощью радиально перфорированной кольцевой насадки и герметично закрепленную в трубчатом корпусе с образованием кольцевого зазора оценочную трубку, внутри которой установлен металлический цилиндр с электроспиралью, длина которой равна расстоянию между входным и выходным патрубками, и приспособление для крепления индивидуальных измерителей температуры в заданных точках стенки оценочной трубки, выполненное из теплопроводного материала в виде надеваемого на металлический цилиндр съемного чехла, на котором имеются продольные каналы, глухой торец каждого из которых находится на уровне точки размещения чувствительного элемента индивидуального измерителя температуры, согласно полезной модели верхняя внутренняя часть корпуса дополнительно содержит перфорированную кольцевую насадку, радиальные отверстия которой находятся на уровне каналов выходных патрубков, в качестве индивидуальных измерителей температуры стенки оценочной трубки использованы преобразователи термоэлектрические кабельные, стальная оболочка с термоэлектродами каждой кабельной термопары свободно размещена в соответствующем продольном канале съемного чехла, с наружной стороны которого дополнительно установлен защитный цилиндрический металлический кожух, верхний торец которого соединен разъемным соединением с торцом съемного чехла, а переходные втулки термоэлектрических кабельных преобразователей размещены в дополнительно введенном жестком цилиндрическом держателе, закрепленном в нижней части полой цилиндрической вставки, верхняя ступень меньшего внутреннего диаметра которой является кольцевой опорой фланца металлической муфты, имеющей наружную резьбу для взаимодействия с внутренней резьбой нижней части фигурной гайки, в верхней резьбовой части которой закреплена нижняя часть трубчатого корпуса установки, при этом в жестком цилиндрическом держателе переходных втулок кабельных термопар, металлической муфте и фигурной гайке выполнены центральные сквозные каналы для размещения съемного чехла со стальными оболочками термопар.
Сущность полезной модели поясняется чертежом фиг. 1, на котором представлена схема контрольного блока установки для определения ТОС топлив в динамических условиях (общий вид в разрезе).
Контрольный блок установки для определения ТОС в динамических условиях состоит из двух легко разъединяемых составных частей - оценочного узла и измерителя температур.
Оценочный узел контрольного блока содержит вертикально установленный трубчатый корпус 1 с входным патрубком 2 в нижней его части и двумя выходными патрубками 3, 4, расположенными на одном уровне в верхней части корпуса 1. В патрубке 4 размещены контрольный фильтр 5 и измеритель температуры топлива 6, находящийся в оправке 7. Внутри корпуса 1 размещена оценочная трубка 8, которая центрируется в корпусе 1 двумя радиально перфорированными насадками 9, 10. Образованный корпусом 1 и трубкой 8 кольцевой зазор герметизируется двумя резиновыми уплотнительными кольцами 11, 12, металлическими кольцами 13, 14, резьбовой заглушкой 15 и фигурной гайкой 16. При этом фигурная гайка 16 входит в состав узла измерителя температур.
Измеритель температур содержит съемный чехол 17 с наружными резьбовыми частями с обоих торцов и продольными каналами 18, в которых размещены преобразователи 19 термоэлектрические кабельные (ПТК), чувствительные элементы 20 которых расположены в заданных точках по длине съемного чехла 17. В качестве ПТК используются выпускаемые промышленностью по ТУ 4211-002-10854341-2013 изделия в виде датчика температуры на основе преобразователя термоэлектрического кабельного. С наружной стороны съемного чехла 17 вдоль оценочной трубки 8 установлен защитный кожух 21, соединенный в верхней части со съемным чехлом 17 резьбовым соединением. Фигурная гайка 16 закреплена по резьбе через металлическую муфту 22 с жесткой разъемной полой ступенчатой цилиндрической насадкой 23, которая имеет в нижней ступени сквозные проточки, для размещения переходных втулок 24 термоэлектрических кабельных преобразователей. При этом в разъемной полой насадке 23 закреплены металлический цилиндр 25 ТЭНа со спиралью 26 и съемный чехол 17. Все комплектующие узлы изготавливаются из стали марки Х18Н10Т.
3
Контрольный блок является составной частью установки для определения ТОС топлив в динамических условиях по прототипу. Сущность полезной модели заключается в том, что для определения ТОС топлива с использованием контрольного блока проводят следующим образом. Собирают контрольный блок, для этого оценочную трубку 8 вводят во внутреннюю полость трубчатого корпуса 1, в котором установлена также радиально перфорированная насадка 10, резиновое кольцо 12, металлическое кольцо 14 и заглушка 15, которая не затянута. При этом насадка 10 опирается на внутренний уступ в корпусе 1, а ее радиальные отверстия располагаются по оси патрубков 3, 4. Затем с другой стороны, оценочного узла между наружной поверхностью оценочной трубки 8 и внутренней поверхностью корпуса 1 устанавливают: нижнюю радиально перфорированную кольцевую насадку 9, которая также опирается на уступ в корпусе 1, резиновое уплотнительное кольцо 11 и металлическое кольцо 13. Центральный канал ступенчатой цилиндрической насадки 23 соединяют по резьбе с чехлом 17, при этом его продольные каналы 18 совмещают с осями сквозных проточек. В сквозные проточки ступенчатой насадки 23 и каналы 18 вводят поочередно соответствующие им по длине стальные оболочки 19 ПТК и переходные втулки 24 ПТК и каждую из них фиксируют боковым винтом (не показано). На верхнюю сторону съемного чехла 17 надвигают защитный кожух 21, который закрывает первый чувствительный элемент ПТК. Поочередно закрывают кожухом 21 и другие ПТК в каналах 18 чехла 17, после чего чехол 17 и кожух 21 соединяют по резьбе между собой в их торцах. Снизу, во внутреннюю полость чехла 17, находящуюся в ступенчатой насадке 23, вводят металлический цилиндр 25 ТЭНа, который фиксируют. Окончательная сборка контрольного блока происходит тогда, когда в свободное внутреннее отверстие трубки 8 оценочного узла контрольного блока снизу вводят торец защитного кожуха 21 измерителя температур контрольного блока до фигурной гайки 16, которую затем соединяют по резьбе с трубчатым корпусом 1 оценочного узла, и герметизируют его усилием затяжки гайки 16 и затяжкой заглушки 15. Благодаря фигурной гайке 16 и металлической муфте 22 герметизированный контрольный узел оценочного блока имеет возможность горизонтального движения вокруг измерителя температур, что необходимо для совмещения входного 2 и выходных 3, 4 патрубков с ответными элементами гидравлической системы установки по прототипу. Подключают с помощью патрубков 1, 2 и 3 контрольный блок к установке по прототипу. Испытуемое топливо заливают в расходную емкость установки, по прототипу, в заданном количестве, например 600 см. И с клавиатуры компьютера запускают программу на установке по прототипу, которая осуществляет управление по заданному алгоритму: прокачкой топлива с заданным расходом, поддержанием максимальной температуры стенки оценочной трубки с необходимой точностью в течение заданного времени, отключением нагрева, прокачкой топлива для промывания гидравлических частей установки. В момент прокачки, топливо поступает в патрубок 2. За счет перфорированной кольцевой насадки 9 радиальные отверстия, которой находятся на уровне входного патрубка 2, поток топлива выравнивается вдоль оценочной трубки 8 и приобретает ламинарный характер течения. За счет перфорированной кольцевой насадки 10 радиальные отверстия, которой находятся на уровне выходных патрубков 3, 4 поток топлива не теряет своего ламинарного характера течения в момент выхода из патрубков 3, 4. При нагреве температура топлива в каждой заданной точки оценочной трубки 8 замеряется с помощью чувствительных элементов 20 ПТК. После охлаждения топлива патрубки 2, 3, 4 оценочного узла контрольного блока отсоединяют от системы подачи топлива в установке по прототипу, отсоединяют фигурную гайку 16 от корпуса 1 и выводят измеритель температур контрольного блока из оценочного узла. Оценочный узел отсоединяют от кронштейна установки по прототипу и разбирают. Затем предварительно подготовленную оценочную трубку 8, устанавливают в сканирующее устройство для считывания отложений на установке по прототипу. Запускают программу считывания отложений, согласно которой определяется зависимость значений отраженной яркости оценочной трубки 8 по ее длине после прокачки топлива, при этом осуществляется наложение этой зависимости на аналогичную зависимость, полученную при считывании отраженной яркости оценочной трубки 8 до прокачки топлива. Осуществляется также наложение на эти зависимости температурной зависимости по длине оценочной трубки 8 зафиксированной в процессе испытания с помощью чувствительных элементов 20 ПТК. Фиксируется координата точки пересечения первых двух зависимостей, по которой с помощью третьей зависимости (температуры от координаты) определяется показатель - температура начала образования отложений. (3-с. 138-140).
На заявляемом контрольном блоке были проведены испытания проб топлив марок ТС-1, РТ и Т6, результаты представлены в таблице 1, в которой показаны и результаты испытаний этих же проб топлив на контрольном блоке по прототипу.
но
Как видно из результатов испытаний (столбец 9) достигается повышение точности (сходимости) значений показателя t при использовании полезной модели в 1,3-2,8 раз, по сравнению с прототипом. Применение легкосъемных частей контрольного блока оценочного узла и измерителя температур позволило также, упростить его монтаж-демонтаж, а применение легкосъемного защитного кожуха 21 предотвратить повреждение чувствительных элементов 20 преобразователей термоэлектрических кабельных и их стальных оболочек при монтаже-демонтаже ПТК.
Таким образом, применение полезной модели позволит повысить точность оценки ТОС топлив и надежность проведения испытаний.