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 использовано в нефтехимической, авиационной, автомобильной и других отраслях промышленности.
Известна установка ДТС-1 для определения ТОС авиакеросинов при однократной их прокачке через два контрольных блока, нагреваемых спиральными нагревателями, с оценочными трубкой, контрольным фильтром и измерителями температуры потока топлива. Эти контрольные блоки расположены в составе установки, содержащей расходную емкость с анализируемым топливом, побудитель расхода, фильтр предварительной очистки, приемную емкость, а также запорную арматуру, приборы измерения и регулирования заданных режимных параметров испытания: температуры топлива на выходе из оценочной трубки и контрольного фильтра, давления топлива, его расхода и перепада давления на контрольном фильтре (ГОСТ 17751. Топливо для реактивных двигателей. Метод определения термоокислительной стабильности в динамических условиях).
3
Недостатками этих блоков являются низкая точность определения показателей ТОС, а также большое количество топлива, требуемого для испытания (≈40 дм).
3
Известна установка JFTOT, в которой для оценки ТОС авиакеросинов требуется относительно небольшое количество топлива (0,6 дм). В этой установке также осуществляют однократную, последовательную прокачку топлива через один контрольный блок, содержащий оценочную трубку и контрольный фильтр, установленные в трубчатом корпусе. Нагрев топлива осуществляют непосредственно от оценочной трубки, к концам которой подведен электрический ток от понижающего напряжение трансформатора. Рабочий центральный участок оценочной трубки выполнен меньшего диаметра, чем крайние ее части равных диаметров, для предохранения от разрушения отложений, образовавшихся на рабочей поверхности, и обеспечения необходимого размера проточного канала. Режимным параметром является температура наружной стенки в центре рабочего участка оценочной трубки, которую измеряют одной термопарой, свободно помещенной внутри оценочной трубки (ASTM D 3241, ГОСТ Р 52954. Нефтепродукты. Определение термоокислительной стабильности топлив для газовых турбин. Метод JFTOT).
Недостатками контрольного блока этой установки являются низкая точность определения показателя ТОС, связанная с недостаточным контролем температурного поля рабочего участка оценочной трубки одной термопарой, отсутствием контроля температуры топлива на выходе из корпуса контрольного блока, косвенной оценкой количества отложений на оценочной трубке (по цветному стандарту), качественной оценкой этого показателя (в баллах), а также вертикальным расположением контрольного фильтра. Материалом оценочной трубки является алюминиевый сплав, отличающийся от материала, из которого выполнены узлы топливной системы авиадвигателей (нержавеющая сталь).
Известна установка ДТС-2 для оценки ТОС авиакеросинов (СТО 08151164-014-2010), в которой также предусмотрена однократная прокачка топлива через контрольный блок с зазором между трубчатым корпусом и оценочной трубкой, внутри которой помещен спиральный нагреватель, а на выходе из корпуса - контрольный фильтр. Для измерения температурного поля топлива вдоль оценочной трубки в трубчатом корпусе предусмотрено шесть термопарных гнезд с термопарами, чувствительные элементы которых измеряют температуру топлива на расстоянии 1,5 мм от поверхности оценочной трубки. Определение количества отложений на оценочной трубке осуществляют путем наложения друг на друга зависимостей отраженной от поверхности оценочной трубки яркости по ее длине до и после испытания и профиля температурного поля оценочной трубки (А.А. Гуреев, Е.П. Серегин, B.C. Азев Квалификационные методы испытаний нефтяных топлив. М.: «Химия», 1964, С.137-139).
3
Недостатком этого блока является низкая точность показателей ТОС, обусловленная погрешностью в установлении расстояния в 1,5 мм от поверхности оценочной трубки до чувствительных элементов термодатчиков. При извлечении оценочной трубки длиной 600 мм из корпуса контрольного блока часть образовавшихся на ней отложений может утрачиваться, при этом для проведения испытаний требуется относительно большое количество топлива (10 дм).
Наиболее близким по технической сущности и взятым за прототип является контрольный блок установки для определения термоокислительной стабильности топлив в динамических условиях, содержащий вертикально установленный трубчатый корпус с входным и выходным патрубками, установленную внутри корпуса перфорированную кольцевую насадку с радиальными каналами, соосными с входным патрубком, контрольный фильтр и измеритель температуры топлива, герметично установленные в выходном патрубке, концентрично размещенную и герметично закрепленную в трубчатом корпусе с образованием кольцевого зазора оценочную трубку, внутри которой по длине от входного до выходного патрубков установлен металлический цилиндр с электроспиралью, на котором установлен съемный чехол с каналами для крепления индивидуальных измерителей температуры стенки оценочной трубки, соединенный сверху разъемным соединением с установленными на нем защитным кожухом, а снизу с металлическим держателем индивидуальных измерителей температуры, который соединен с трубчатым корпусом (Патент РФ ПМ №168867 G01N 33/22 - прототип).
Недостатками этого контрольного блока является погрешность результатов оценки термоокислительной стабильности топлив, обусловленная высокой температурой топлива на входе в контрольный фильтр, а также потерей части отложений на контрольном фильтре из-за вертикального его расположения и на оценочной трубке при извлечении ее из корпуса контрольного блока из-за отсутствия необходимой защиты образовавшихся отложений.
Технический результат полезной модели - повышение точности оценки ТОС топлив для реактивных двигателей в динамических условиях за счет создания условий сохранения образующихся в процессе испытаний, отложений, а также улучшения условий очистки корпуса.
Указанный технический результат достигается тем, что известный контрольный блок для определения термоокислительной стабильности топлив в динамических условиях, содержащий вертикально установленный трубчатый корпус с входным и выходным патрубками, установленную внутри корпуса перфорированную кольцевую насадку с радиальными каналами, соосными с входным патрубком, контрольный фильтр и измеритель температуры топлива, герметично установленные в выходных каналах, концентрично размещенную и герметично закрепленную в трубчатом корпусе с образованием кольцевого зазора оценочную трубку, внутри которой по длине от входного до выходного патрубков установлен металлический цилиндр с электроспиралью, на котором установлен съемный чехол с каналами для крепления индивидуальных измерителей температуры стенки оценочной трубки, соединенный сверху разъемным соединением с установленными на нем защитным кожухом, а снизу с металлическим держателем индивидуальных измерителей температуры, который соединен с трубчатым корпусом, согласно полезной модели контрольный блок дополнительно содержит съемную кольцевую заглушку для герметичного закрытия верхнего торца трубчатого корпуса, оценочная трубка выполнена ступенчатой с уменьшением диаметра каждой ступени в направлении от выходного патрубка к входному патрубку, ступень большего диаметра в виде днища установлена с возможностью перекрытия кольцевого канала прокачки топлива и размещена выше выходного патрубка, нижний торец средней ступени опирается на наклонную поверхность перфорированной насадки, при этом выходной патрубок на участке до выходных каналов удлинен и размещен в полой насадке, имеющей быстроразъемные соединения для подключения к источнику хладоагента, при этом каналы выходного патрубка выполнены на противоположных поверхностях вертикально, в нижнем из которых горизонтально размещен контрольный фильтр.
На фиг. 1 представлен контрольный блок для определения ТОС топлив в динамических условиях (в сборе);
фиг. 2 - металлический корпус контрольного блока с заглушкой (в разобранном виде);
фиг. 3 - оценочная трубка.
Для подтверждения достижения технического результата полезной модели (ПМ) в таблицах 1, 2 и 3 представлены результаты испытаний, полученные при использовании контрольного блока предполагаемой полезной модели и контрольного блока-прототипа. Испытания проводились на двух товарных образцах авиакеросинов марки ТС-1.
Определение показателей ТОС топлив проводилось в соответствии с СТО 08151164-014-2010.
Оценку ТОС топлив в динамических условиях, также, как и в прототипе, проводили по совокупности трех показателей ТОС:
- «скорость повышения перепада давления на контрольном фильтре, W» Па/мин;
- «индекс термостабильности, ИТ», ед;
н.о
- «температура начала образования отложений, t», °С.
Контрольный блок (фиг. 1, 2) состоит из металлического трубчатого корпуса 1, герметично закрываемого по резьбе крышкой 2 с прокладкой 3 позволяющих улучшить очистку внутренней полости корпуса 1 от образовавшихся отложений, что снижает погрешность определения всех трех показателей ТОС топлив (табл. 1, 2 и 3).
Корпус 1 снизу имеет входной патрубок 4, а сверху удлиненный выходной патрубок 5 с двумя выходными каналами 6 и 7. До начала этих каналов выходной патрубка 5 размещен в полой металлической насадке 8 с быстроразъемными соединениями 8а и 8б. Для подключения к источнику хладоагента, например антифриза, для обеспечения заданной температуры топлива, например, 120-130°С, перед контрольным фильтром 9, расположен индивидуальный измеритель температуры топлива 10. Снижение температуры перед контрольным фильтром 9 способствует повышению количества оседающих на нем нерастворимых соединений за счет коагуляции мелких нерастворимых частиц в более крупные образования. В канале 6, перпендикулярном оси выходного патрубка 5 и направленном вертикально вниз, в отличие от прототипа, контрольный фильтр 9 установлен горизонтально, что предотвращает стряхивание с него отложений и дополнительно снижает и погрешность показателя оценки ТОС «скорость повышения перепада давления на контрольном фильтре, W», (табл. 1).
Внутри корпуса 1 размещена оценочная трубка 11 со ступенями 11а, 11б и 11в (фиг. 1, 3) с увеличением их наружных диаметров от входного патрубка 4 к выходному патрубку 5. Также, как и в прототипе, в корпусе 1 установлена радиальная перфорированная насадка 12, резиновое уплотнительное кольцо 13, металлическое нажимное кольцо 14. Ступень большего диаметра 11а (фиг. 3), например, 9 мм, выполненная в виде днища оценочной трубки 11, установлена с возможностью перекрытия кольцевого канала прокачки топлива выше выходного патрубка 5. Эта ступень, в отличие от прототипа, центрирует сверху оценочную трубку 11, предотвращая убыль отложений при извлечении трубки 11 из корпуса 1. Нижний торец средней ступени 11б оценочной трубки 11, например, диаметром 8 мм, опирается на наклонную поверхность перфорированной кольцевой насадки 12 и не допускает ее перемещения по оценочной трубке 11 при извлечении ее из корпуса 1. Это также предотвращает потерю части отложений, образовавшихся на оценочной трубке 11. Таким образом, наличие у оценочной трубки ступеней снижает погрешность показателя ТОС «индекс термостабильности, ИТ», (табл. 2).
Внутри оценочной трубки 11, как и в прототипе, расположен съемный чехол 15 с каналами 16 индивидуальных измерителей температуры 17 стенки оценочной трубки 11 с чувствительными элементами 18. Съемный чехол 15, как и в прототипе, связан резьбовыми соединениями сверху с установленным на нем защитным кожухом 19, а снизу с жестким металлическим держателем 20, который соединен с корпусом 1 через полую металлическую вставку 21, металлическую муфту 22 и фигурную гайку 23. Внутри держателя 20, вставки 21, муфты 22 и съемного чехла 15, как и в прототипе, установлен цилиндр 24 с внутренней спиралью 25 нагревателя потока топлива, а в периферийной части держателя 20 закреплены втулки 26 измерителей температуры 17.
Пример оценки ТОС топлив в динамических условиях с использованием контрольного блока предлагаемой полезной модели.
3
3
Испытуемое топливо заливают в расходную емкость установки, например, 400 см, после чего с клавиатуры компьютера программного блока управления запускают установленную в нем программу, которая осуществляет управление работой систем установки: прокачкой топлива с заданным расходом, например 1,5 см/мин, при комнатной температуре в течение заданного времени, например 4-5 минут, для промывки магистралей, повышением давления топлива в магистралях до заданного значения, например, 3,5 МПа, повышением максимальной температуры стенки оценочной трубки до заданного значения, например, 270°С, которую поддерживают с необходимой точностью ±1°С в течение заданного времени, например, 160 минут. После чего автоматически отключается нагрев. Прокачка топлива осуществляется до достижения температуры 40°С, затем она автоматически отключается. Контрольный блок отсоединяют от установки в 3-х разъемных соединениях. Затем отсоединяют от установки электрический и измерительный разъемы. Контрольный блок переносят в вытяжной шкаф и разбирают. Откручивают фигурную гайку 23 и отделяют корпус 1 с оценочной трубкой 11 и перфорированной насадкой от других внутренних элементов. Извлекают из корпуса 1 оценочную трубку 11 с перфорированной насадкой. При этом нижний торец ее средней ступени 11б не допускает перемещение перфорированной насадки 12 по рабочей поверхности оценочной трубки 11, что предотвращает разрушение образовавшихся отложений. Оценочную трубку 11 отделяют от перфорированной насадки 12, промывают гептаном, сушат и устанавливают в специальный блок считывания отложений (не показан). Запускают программу считывания отложений, согласно которой определяется зависимость значений отраженной яркости оценочной трубки 11 по ее длине. При этом осуществляется наложение ее на аналогичную зависимость, полученную при считывании яркости чистой оценочной трубки 11 (до прокачки топлива). Осуществляется также наложение на эти зависимости профиля температуры стенки оценочной трубки 11 по ее длине. Площадь между первыми двумя зависимостями, как и в прототипе, характеризует количество образовавшихся отложений при испытании и входит в расчет показателя «индекс термостабильности (ИТ)», который является частным от деления площади, полученной при испытании топлива, на площадь, полученную при испытании эталона.
н.о
Показатель «температура начала образования отложений, t», как и в прототипе, определяется по координате в точке разъединения первых двух линий указанных зависимостей и профиля температуры.
Третьим показателем оценки ТОС топлива, как и в прототипе, является «скорость повышения перепада давления на контрольном фильтре, W», которая определяется как частное от деления перепада давления на время испытания.
Как следует из приведенных в таблицах 1, 2 и 3 результатов, использование полезной модели позволяет, за счет создания условий сохранения образовавшихся отложений, повысить точность определения термоокислительной стабильности топлив в динамических условиях по сравнению с результатами такой же оценки топлив с помощью контрольного блока по прототипу.
Таким образом, заявленная совокупность существенных признаков (фиг. 1, 2, 3 поз. 2, 8, 9, 11), изложенная в формуле ПМ, позволяет достичь технического результата предлагаемой полезной модели.