AB
Omówić rodzaje i jednostki współczynników lepkości
Współczynnik lepkości jest parametrem decydującym o wartości użytkowej płynu
Wyróżniamy współczynnik lepkości
dynamicznej
kinematycznej
względnej
Współczynnik lepkości dynamicznej charakteryzuje cechę płynu uwarunkowaną tarciem wewnętrznym, występującym podczas przesuwania się względem siebie dwóch warstewek płynu. Jest on wprost proporcjonalny do siły tarcia (F) i odległości warstewek płynu (y) oraz odwrotnie proporcjonalny do pola powierzchni (A) i różnicy prędkości sąsiednich warstw płynu (u).
$$\eta = \frac{dF*dy}{dA*du}$$
$$\eta = \lbrack\frac{N*m}{m2*\frac{m}{s}} = Pa*s\rbrack$$
w jednostce układu c.g.s. to P – poise = g/(cm*s)
Kinematyczny współczynnik lepkości uwzględnia nie tylko lepkość dynamiczną, ale równie ważną gęstość
ν = η/ρ
$$\nu = \lbrack Pa*s*\frac{\text{kg}}{m3} = m2/s\rbrack$$
w c.g.s. St – Stokes = cm2/s
Jednostki lepkości względnej zależne są od indywidualnych własności stosowanych przyrządów i przyjętych metod oznaczania
stopnie/sekundy Englera
sekundy Redwooda handlowe i Admirality
sekundy Saybolta uniwersalne
stopień Barbe’
Zdefiniować pojęcie wskaźnika lepkości olejów (WL), podać sposób jego obliczania oraz wyjaśnić sens fizyczny tej wielkości, gdy WL>100 oraz WL<100
WL – niemianowana liczba określająca zależność lepkości od zmiany temperatury, w stosunku do dwóch olejów przyjętych jako wzorcowe, których lepkości w temperaturze 100°C są takie same, jak lepkość badanego oleju w tej temperaturze
Duża wartość wskaźnika wskazuje na małą zmienność lepkości z temperaturą
Oleje wzorcowe to seria olejów H – frakcje ropy parafinowej (WL=100) i L - frakcje ropy naftenowe (WL=0)
dla olejów o WL<100
$$WL = \frac{L - U40}{L - H}$$
L-lepk kin w 40°C oleju wzorcowego L
U40 – lepk kin badanego oleju w 40°C
H-lepk kin w 40°C oleju wzorcowego H
dla olejów o WL>100
$$WL = \frac{AntylogN - 1}{0,00715} + 100$$
przy czym N dane jest wzorem:
$$N = \frac{logH - logU_{40}}{\log U_{100}}$$
U100 – lepk kin badanego oleju w 100°C
Omówić zasadę i sposób pomiaru penetracji smarów stałych
Badanie to wykonuje się w celu oznaczenia wartości użytkowej smaru. Między innymi jego zdolności do wytrzymywania obciążeń, odporności na wyciskanie spomiędzy współpracujących części.
Im wyższa wartość penetracji smaru tym jest on mniej odporny na wyciskanie. Rozróżniamy 4 metody tego badania. Na smarze nienaruszonym, nie ugniecionym, ugniecionym oraz po przedłużonym ugniataniu.
Podczas badania smar został poddany penetracji bez ugniatania.
Metodyka pomiarowa
Na początku umieszczono smar w naczyniu penetracyjnym tak aby nie powstały pęcherzyki powietrza. Po ustawieniu naczynia pod stożkiem zmieniono jego położenie aby znajdował się jak najbliżej tafli smaru. Naciśnięto zacisk na 5 sekund. Na koniec odczytano penetrację z tarczy wskazówkowej a pomiar wykonano 6 krotnie dla każdego ze smarów
CD
Podać tok postępowania przy sporządzaniu krzywej destylacji normalnej paliw oraz wyjaśnić praktyczne znaczenie punktów charakterystycznych krzywej destylacji normalnej
Proces ten pozwala na oznaczenie składu frakcyjnego paliw. Wskaźnik ten jest bardzo ważny ze względu na eksploatację. Charakteryzuje on lotność, czyli zdolność paliwa do przechodzenia w stan pary. Wartość tego parametru powinna być wysoka, co poprawia pracę silnika, lecz nie za duża, aby nie powodowała przerw w pracy silnika.
Graficznie zależność między ilością oddestylowanego produktu, a temperaturą określa się za pomocą krzywej destylacji. Zaznacza się na niej 5 punktów charakterystycznych:
temperaturę początku destylacji (TPD) – charakteryzuje lotność paliwa i warunki w jakich powstaje niebezpieczeństwo jego zapalenia się
temperaturę odparowania 10% objętości paliwa (T10%) – określa łatwość uruchamiania silnika i określa skłonność paliwo do tworzenia korków parowych układzie zasilania silnika
temperaturę odparowania 50% objętości paliwa (T50%) – umożliwia ocenę średniej odparowalności paliwa, wpływającej na szybkość nagrzewania i regularności pracy silnika
temperaturę odparowania 90% objętości paliwa (T90%) oraz temperaturę końca destylacji (TKD) – wskazują na ilość ciężkich trudno lotnych frakcji, nieodparowujących w silniku, lecz stanowiących materiał do tworzenia się osadów
Metodyka pomiarowa
Pomiar należy zacząć od wypełnienia kolby destylacyjnej badanym produktem, a następnie ustawieniu jej na stanowisku pomiarowym. Będzie ona ogrzewana za pomocą palnika gazowego. Kolejno łączy się kolbę z chłodnicą i wprowadza do niej termometr z korkiem, dzięki czemu wszelkie opary przedostaną się do chłodnicy. Dodatkowo naczynie osłania się w celu zmniejszenia strat ciepła do otoczenia. Skropliny zbierane są w cylindrze pomiarowym
Dodatkowo duży cylinder pomiarowym należy napełnić produktem i zmierzyć gęstość przy pomocy areometru.
Zdefiniować temperaturę zapłonu oraz porównać metody jej oznaczenia
Temperaturą zapłonu nazywamy najniższą temperatur, skorygowaną do ciśnienia barometrycznego 101,3 kPa , przy której badany produkt ogrzany w ściśle określony sposób, wydziela opary, a ich ilość jest wystarczająca do wytworzenia z powietrzem mieszaniny zapalającej się przy zbliżeniu płomienia
Temperaturą palenia definiujemy jako najniższą temperaturę, przy której ogrzewany produkt wydziela na tyle intensywne opary, że zmieszane z powietrzem zapalają się przy zbliżeniu płomienia i palą się co najmniej przez 5 sekund. Temperatura ta przewyższa temperaturę zapłonu o kilka do kilkunastu stopni.
aparat Penskyego Martensa posiada zamknięty tygiel, dlatego temperatura zapłonu otrzymamy szybciej. Mieszanina oparów oleju i powietrza szybciej powstanie ponieważ opary oleju nie będą rozprowadzane na zewnątrz urządzenia jak w przypadku aparatu Marcussona
Identyfikacja smarów stałych
Uproszczone metody badań i oceny jakości produktów naftowych
Oprócz własności fizyko-chemicznych, przy ocenie walorów użytkowych produktów naftowych, można posługiwać się metodami uproszczonymi. Metody te ze względu na prostotę oraz możliwość szybkiego przeprowadzenia badań, bez specjalnego wyposażenia laboratoryjnego, stają się szczególnie przydatne przy identyfikacji produktów naftowych, jak również pozwalają kontrolować ich jakość. Zachowanie jakościowych parametrów produktów naftowych, pozwala na właściwą i ekonomiczną eksploatację pojazdów samochodowych.
Określenie barwy i przezroczystości badanych produktów naftowych – małą kuleczke smaru rozsmarować pomiędzy 2 przezroczystymi szklanymi płytkami i oglądamy pod światło
Zawartość substancji w danych produktach naftowych
woda
zanieczyszczenia mechaniczne
Wyniki spalania produktów naftowych. Zawartość żywicy
Wielkości pierścieni – naniesienie na bibułe próbki, podgrzanie, porównanie ze wzorcem
Identyfikacja smarów – zmydlenie – dla rozróżnienia smarów – wapniowe nie ulegają zmydleniu
Próbką 6.1 i 6.4 nie zmydlały się co oznacza, że można je zaliczyć do smarów wapniowych, natomiast próbki 6.2 i 6.3 należą do grupy smarów sodowo-potasowych ponieważ zmydlały się i zmywały w połączeniu z wodą.
Indeks cetanowy
Indeks cetanowy - (nie mylić z liczbą cetanową) jest to wskaźnik uzupełniający, który można stosować biorąc pod uwagę jego ograniczenia. Określany w wypadku, gdy do określenia liczby cetanowej niedostępny jest silnik badawczy (lub próbka paliwa jest mała), można posłużyć się indeksem cetanowym, oszacowanym na podstawie pomiaru gęstości i składu frakcyjnego paliwa
Metoda czterech zmiennych - stosowana dla paliw zawierających komponenty pochodzące z destylacji i procesów krakingu katalitycznego, poszczególnych komponentów tych paliw oraz paliw zawierających komponent nie naftowe, pochodzące z piasków roponośnych i oleju z łupków bitumicznych. Nie można za to stosować tej metody do paliw zawierających dodatki podwyższające liczbę cetanową, do czystych węglowodorów oraz do destylatów paliwowych pochodzących z węgla. Polega na oznaczeniu gęstości w temperaturze 15°C oraz składu frakcyjnego, obejmującego temperatury oddestylowania 10, 50 i 90% badanego paliwa.
Obliczenia
Obliczenie gęstości oleju w temp. 15 °C
Wyznaczenie temperatury oddestylowania 10% paliwa
Wyznaczenie temperatury oddestylowania 50% paliwa
Wyznaczenie temperatury oddestylowania 90% paliwa
Obliczenie IC
E
W jaki sposób charakteryzuje się odporność benzyn samochodowych na spalanie detonacyjne, jak ją zwiększyć, jakie czynniki wpływają na wartość LO
Spalanie detonacyjne – kiedy paliwo ma niekorzystne własności, zaś stopień sprężania jest zbyt duży, wzrost temperatury w cylindrze powoduje, że mieszanka oprócz zapłonu iskrowego zapala się również samoczynnie i przestrzennie. Towarzyszu mu nadmiernie szybki wzrost ciśnienia i temperatury, który jest przyczyną:
- stuków metalicznych
- przegrzewania i wypalania denek tłoka, zaworów, kanałów
- spadku mocy przy twardej nierównej pracy silnika
- żółty płomień i czarny dym w gazach spalinowych
Charakterystyka własności antydetonacyjnych paliw
liczba oktanowa – zawartość izooktanu w mieszaninie z n-heptanem, która w znormalizowanych warunkach badań na jednocylindrowym silniku wzorcowym wykazuje identyczną, co badane paliwo, skłonność do detonacji. Warunki znormalizowane dotyczą dwóch metod pomiaru liczby oktanowej – badawczej oraz motorowej
czynniki wpływające na spalanie detonacyjne można podzielić na trzy grupy
konstrukcyjne (stopień sprężania, kształt komory spalania, materiał, z którego jest ona wykonana, rozmiar cylindrów i liczba świec oraz ich rozmieszczenie)
eksploatacyjne (kąt wyprzedzenia zapłonu, prędkość obrotowa, obciążenie silnika, intensywność chłodzenia silnika, skład mieszanki paliwowo – powietrznej oraz parametry otoczenia)
jakość paliwa
Odporność detonacyjna paliw – w zależności od składu chemicznego ropy naftowej i procesu otrzymywania benzyn różne są składy ilościowe poszczególnych węglowodorów we frakcji benzynowej. Poszczególne węglowodory charakteryzują się różną odpornością detonacyjną.
Węglowodory parafinowe mają najmniejszą odporność detonacyjną – proste łańcuchy
Węglowodory naftenowe mają pośrednią odporność detonacyjną
Węglowodory aromatyczne mają największą odporność detonacyjną
Dlatego tak ważny jest proces przeróbki ropy naftowej (np. destylacja daje dużo parafinowych, a mało aromatycznych; kraking katalityczny daje dużo aromatycznych, a reforming katalityczny jeszcze więcej)
Dodatki antydetonacyjne – przeciętnie w procesie destylacji normalnej zachowawczej otrzymujemy liczby oktanowe na poziomie 55-65 jednostek. Z tego względu produkuje się benzyny w procesie nie zachowawczym, do którego zalicza się kraking katalityczny oraz poprawia własności antydetonacyjne w procesie reformowania. Zależnie od przerabianego surowca daje poziom 80-95 jednostek. Dalsze poprawianie jest możliwe na drodze uszlachetniania dodatkami. Najczęściej spotykaną metodą jest wprowadzanie do paliwa takiego antydetonatora, który w niewielkiej ilości podniesie znacznie wartość LO, bez zmian własności fizyko – chemicznych i użytkowych. Przykłady: beznol, etery 5 lub więcej atomów węgla w cząstce, Alkohole: metylowy, etylowy, izopropylowy i inne.
Podać tok postępowania podczas oznaczania liczby oktanowej metodą badawczą
Badanie na silniku UIT – 65
Wykorzystuje się metodę równoważników paliwowych określane pojęciem liczby oktanowej. Badanie to polega na porównaniu odporności detonacyjnej badanego paliwa z odpornością detonacyjną paliw wzorcowych (izooktan oraz n-heptan)
Opis stanowiska pomiarowego
W skład stanowiska pomiarowego UIT – 65 wchodzi:
Silnik spalinowy wzorcowy
Jest to jednocylindrowy, czterosuwowy silnik o zapłonie iskrowym
Silnik elektryczny
Asynchroniczny silnik, dwubiegowy, posiada przełącznik bębnowy o mocy 5,5 kW i obrotach 1000/1500 obr/min
Pulpit sterowniczy z aparaturą kontrolno – pomiarową i oprzyrządowaniem pomocniczym
detonometr
wyłącznik zapłonu oraz stabilizatora
woltomierz do pomiaru napięcia na wyjściu ze stabilizatora
przełącznik samoczynnego regulatora temperatury powietrza
licznik godzin pracy silnika
termometr mieszanki paliwowo – powietrznej
termometr do pomiaru tempearatury oleju w misce olejowej
Przeprowadzenie oznaczenia liczby oktanowej
Pomiar ciśnienia barometrycznego oraz wykonanie obliczeń poprawkowych odnośnie wskazań wskaźnika stopnia sprężania ze względu na jego wartość
Zasilenie silnika paliwem badawczym
Ustanowienie poziomu paliwa na poziomie największej intensywności detonacji
Odczyt parametrów w trakcie pomiaru
poziom paliwa w komorze pływakowej
temperatura powietrza zasysanego do spalania
temperatura wody chłodzącej silnik
wskazanie czujnika mikrometru
Ustanowienie stopnia detonacji na poziomie 55 ± 3 jednostki poprzez zmianę objętości komory tłokowej, a tym samym stopnia sprężenia
Odczyt ustanowionej wartości na wskaźniku czujnika detonacji, a także zakresu i wzmocnienia regulatora detometru
Odczyt przybliżonej wartości liczby oktanowej, przy pomocy wykresu
Odcięcie dopływu paliwa badanego, zasilenie silnika pierwszym paliwem wzorcowym (w trakcie zmiany rodzaju paliwa, silnik napędzany jest przy pomocy silnika elektrycznego)
Wykonanie ponownie zadań z punktu 3.1.3oraz 3.1.4 dla pierwszego paliwa wzorcowego
Odczyt stopnia detonacji, zakresu oraz wzmocnienia regulatora detometru
Powtórzenie pomiarów dla drugiego paliwa wzorcowego
Wykonanie drugi raz pomiarów, lecz tylko na czujniku detometru dla każdego z paliw
Porównać oznaczenie LO metodą badawczą i metodą motorową, co to czułość paliwa
Metoda badawcza –
Różnice:
prędkość obrotowa silnika (badawcza - 600 obr/min, motorowa 900 obr/min)
między wartością liczby oktanowej paliwa oznaczaną metodą badawczą i motorową nazwano czułością paliwa.
kąt wyprzedzenia zapłonu ( badawacza – stałe (13° przed GMP przy stopni sprężania=5); motorowa – zmienny)
ciśnienie oleju w układzie (badawcza – niższe)
temperatura mieszanki paliwowo – powietrznej zasysanej do cylindra (badawcza – nie mierzy, motorowa 149°C)
Czułością paliwa
Wartość ta zależy od zawartości poszczególnych węglowodorów. Najmniejszą czułością odznaczają się węglowodory parafinowe, większą węglowodory naftenowe, a największą olejowe i aromatyczne. Ich zawartość zależna jest od procesu przeróbki ropy naftowej.
Najmniejszą czułością charakteryzują się węglowodory parafinowe, większą czułość wykazują węglowodory naftenowe, a największą węglowodory olefinowe i aromatyczne. Proces przeróbki ropy naftowej i otrzymywania benzyn decyduje o udziale poszczególnych węglowodorów w czułości paliwa
Wartość czułości paliwa decyduje o zdolności dostosowania się paliwa do zmiennych warunków eksploatacji. Zmiana warunków eksploatacji, obciążenia i charakteru pracy silnika wymaga takiej czułości paliwa na którą te czynniki nie będą miały wpływu.
Kąt wyprzedzenia zapłonu – określa ile stopni przed GMP nastepuje przeskok z iskry miedzy elektrodami swiecy w suwie sprężania w cylindrze silnika; moment powistawania iskry odpowiada początku rozwieeranai styku przerywacza iskrownika
F
Jak ocenia się własności samozapłonowe paliw i jak się je poprawia
Własności samozapłonowe:
równomierny dopływ paliwa do cylindrów (lepkość, temperatura mętnienia i krzepnięcia, zawartość wody i ilość zanieczyszczeń mechanicznych)
wytworzeni wysokiej jakości mieszanki paliwowo – powietrznej (dobra zdolność rozpylania i mieszanie się z powietrzem, odparowanie rozpylonych kropel, temperatura i ciśnienie w komorze spalania, stopień rozpylenia paliwa, prędkość strumienia, lotność)
okres opóźnionego zapłonu – jak najkrótszy
temperatura samozapłonu – jak najniższa
Jak się ocenia własności samozaplonowe
Metoda poprawy własności samozapłonowych
dodatki podwyższające LC – octan metylu, nadtlenek acetonu, azotan etylu – dodaje się je w ilości 1-2%. Wyszło, że z czasem, że dodatki nie są stabilne i ulegają rozkładowi (zwłaszcza w wysokich tem. i przy obecności wody). Wyższa wartość LC zwiększa zdolności rozruchowe, maleje skłonność do tworzenia nagaru i dymienia
Jako paliwa wzorcowe przyjęto dwa węglowodory o bardzo zbliżonych własnościach fizyko-chemicznych, różniące się jedynie własnościami zapłonowymi. Węglowodorem o niskiej temperaturze samozapłonu, a więc o dobrej zapłonności i gwarantującym krótki okres opóźnienia zapłonu jest węglowodór parafinowy cetan (LC= 100). Drugim węglowodorem jest węglowodór aromatyczny alfametylonaftalen o wysokiej temperaturze samozapłonu (LC=0).
Liczba cetanowa – stosunek cetanu do mieszaniny cetanu oraz alfametylonaftalenu w procentach objętościowych, w takiej mieszaninie wzorcowej tych dwóch składników, która w znormalizowanych warunkach, w jednocylindrowym silniku wzorcowym spala się. Im większą liczbę cetanową ma dane paliwo, tym lepsza jest jego zdolność do samozapłonu, tym krótszy okres opóźnienia zapłonu, tym bardziej sprawny i regularny przebieg procesu spalania.
Stopień sprężania – jest to stosunek całkowitej objętości komory spalania silnika, łącznie z objętością komory wstępnej, przy tłoku znajdującym się w DMP do objętości komór spalania przy tłoku znajdującym się w GMP.
Okres opóźnienia zapłonu – (opóźnienie zapłonu) jest to czas, jaki upływa od chwili rozpoczęcia wtrysku paliwa do cylindra do momentu jego samozapłonu. Okres ten jest wyrażany w stopniach kąta obrotu wału korbowego silnika (⁰OWK)
Kąt wyprzedzenia wtrysku – jest to kąt obrotu wału korbowego w czasie suwu sprężania, mierzony od początku wtrysku do chwili, w której tłok osiąga położenia zwrotne GMP.
Kąt opóźnienia – jest to kąt obrotu wału korbowego mierzony od chwili, w której tłok osiągnął odpowiednie położenie zwrotne do początku działania urządzenia rozrządczego, zapłonowego lub wtryskowego.
Krytyczny stopień sprężania – jest to najmniejszy stopień sprężania, przy którym silnik pracuje bez przerw.
GMP – górne martwe położenie tłoka (zewnętrzne zwrotne położenie).
DMP – dolne martwe położenie tłoka (wewnętrzne zwrotne położenie).
⁰OWK – stopnie obrotu wału korbowego.
Przedstawić znane metody badania LC
Metody oznaczania właściwości zapłonowych paliw
W metodach silnikowych, zgodnie z definicją liczby cetanowej, porównuje się zachowanie badanego paliwa z paliwem wzorcowym. Nie jest to więc ani pomiar temperatury samozapłonu ani okresu opóźnienia zapłonu. Rozpowszechnione metody oznaczania liczby cetanowej to:
metoda opóźnionego zapłonu
metoda synchronizacji (zgodności) zapłonu
metoda krytycznego stopnia sprężania
Tok postępowania podczas oznaczania LC, synchronizacja zapłonu
Przeprowadzenie oznaczenia liczby cetanowej
Osiągnięcie parametrów ustalonych(900 obr/min, 13° przed GMP
Uzupełnienie trzech zbiorników z wstępnie przygotowanymi paliwami, które posiadają liczby cetanowe równe 50, 54 – paliwa wzorcowe oraz 52 dla paliwa badanego (odczyt liczby cetanowej dla paliwa badanego wykonuje się na urządzeniu IDT – 69, a następnie przygotowuje odpowiednie mieszaniny paliw o liczbach cetanowych o 2 większej oraz o 2 jednostki mniejszej o liczby cetanowej paliwa badanego)
Pomiar strumienia przepływu (13 ml/min). Wstępnie silnik pracuje na paliwie badanym, mierzymy wówczas spadek pojemności zbiornika paliwa od 25 do 14 cm3 stoperem
Odczyt wskazania mikrometru 4,25 mm
Odczyt temperatury powietrza na ssaniu
Odczyt temperatury wody na wtryskiwaczu
Zmiana położenia pokrętła odpowiedzialnego za zmianę pojemności komory spalania w celu ustanowienia krytycznego stopnia sprężania. Silnik zacznie wtedy nieregularną pracę (rozpoznamy ją za pomocą nieciągłego strumienia spalin w przezroczystym odcinku przewodu odprowadzającego spaliny)
Powrót do regularnej pracy silnika
Odczyt krytycznego stopnia sprężania z wykresu
Dodanie 2 jednostek do KSP oraz odczyt z wykresu krytycznej wartości mikrometru
Regulacja smug momentu zapłonu i wtrysku (linia cieńsza oznacza wtrysk, staramy się wyrównać szerokość linii)
Odczyt liczby cetanowej z przyrządu
Zasilenie silnika pierwszym paliwem wzorcowym (pomiar wykonywany jest po ok. 5 minutach jego pracy, gdyż chcemy aby paliwo się wymieszało)
Wykonanie pomiaru
Zasilenie silnika drugim paliwem wzorcowym oraz wykonanie pomiaru
Budowa stanowiska
Badanie zostało przeprowadzone na silniku wzorcowym IDT – 69, w skład którego wchodzą zespoły:
Silnik badawczy
Wysokoprężny, jednocylindrowy, czterosuwowy z komorą wstępną silnik spalinowy z zapłonem samoczynnym
Hamulec elektryczny
Silnik elektryczny, asynchroniczny, o mocy 5,5 kW i obrotach 1500 na minutę. Silnik ten jest zarówno rozrusznikiem jak i hamulcem
Pulpit sterujący z aparaturą kontrolno – pomiarową i oprzyrządowaniem pomocniczym (detonometr, mikrometr)
Układ paliwowy (pompa wtrysku paliwa, wtryskiwacz, 3 zbiorniczki na paliwa, urządzenie do zlewania paliwa)
Układ doprowadzania powietrza (z termometrem, podgrzewaczem i automatycznie regulowaną temperaturą)
Układ smarujący (z pompą, zaworem olejowym i wkładem filtrującym)
System chłodzenia bloku cylindra (system termosyfonowy, przez odparowanie; cieczą chłodzącą jest woda destylowana z niewielkim dodatkiem dwuchromianu potasu)