Разработан лабораторный стенд, который обеспечивает обработку дисперсионных сред топлива электрическим полем с заданными параметрами поля и тока, который позволяет исследовать изменения физико-химических свойств углеводородных топлив под воздействием электрического поля.
Ключевые слова: качество топлива, электрическое поле, кинематическая вязкость, углеводородные топлива, фракционный состав.
The laboratory stand which provides processing dispersive environments of fuel by an electric field with the set parameters of a field and a current which allows to investigate(research) changes of physical and chemical properties hydrocarbonic fuels under influence of an electric field Is developed.
Keywords: quality of fuel, an electric field, kinematic viscosity, hydrocarbonic fuel, fractional structure.
При хранении, транспортировании, перекачке и заправке техники в результате физических и химических процессов происходит изменение качества топлив. Интенсивность изменения качества зависит от физико–химических свойств топлив, а так же от условий их производства, транспортирования, хранения и применения [1, с. 117].
Для снижения интенсивности понижения качества топлив был разработан лабораторный стенд, который обеспечивает обработку дисперсионных сред топлива электрическим полем с заданными параметрами поля и тока. Он позволяет исследовать изменения физико-химических свойств углеводородных топлив (кинематическая вязкость, октановое и цетановые числа, фракционный и углеводородный состав, содержание фактических смол и др.) под воздействием электрического поля.
Стенд состоит из следующих основных элементов (рисунок 1): источник питания, формирователь прямоугольных импульсов, мультиметр, повышающий трансформатор с усилителем, блок обработки топлива электрическим полем, высоковольтный делитель напряжения, регистрирующее устройство (осциллограф).
Рис. 1 – Общий вид стенда для исследования изменения показателей качества углеводородных топлив под воздействием электрического поля
В качестве блоков электрической обработки топлива разработаны следующие устройства (рисунки 2, 3, 4):
Рис. 2 – Усовершенствованный вискозиметр Пинкевича (ВПЖ-4)
Для исследования изменения кинематической вязкости под воздействием электрического поля перед капилляром стандартного вискозиметра Пинкевича (ВПЖ 4) (рисунок 2) установлен катод, выполненный в виде медной втулки внутренним диаметром 8 мм, а внутрь вискозиметра установлен анод, в виде медного электрода диаметром 1,2 мм соединенные с усилителем проводами высокого напряжения.
Рис. 3 – Усовершенствованная делительная воронка
Для исследования изменения фракционного и углеводородного состава, содержания фактических смол под воздействием электрического поля, после крана стандартной делительной воронки (рисунок 3) установлен катод, выполненный в виде медной втулки внутренним диаметром 8 мм, а внутрь воронки установлен анод в виде медного электрода диаметром 1,2 мм соединенные с усилителем проводами высокого напряжения [2, с. 488].
Для исследования изменения октанового и цетанового чисел топлив под воздействием электрического поля блок электрической обработки топлива устанавливается во впускном топливопроводе перед цилиндром стедов УИТ – 85 и ИДТ – 69.
Генератор прямоугольных импульсов формирует прямоугольные импульсы с постоянным периодом подаваемые на счетчик числа импульсов периода, например двоично-десятичный счетчик, выходы счетчика подключены к устройство совпадения кодов периода импульсов, при совпадении выходного кода счетчика с заданным в регистре, формируется импульс, подаваемый на вход триггера включенного в счетном режиме, на выходе которого формируются импульсы с длительностью заданного периода импульсов [3, с. 347].
Рис. 4 – Высоковольтный делитель напряжения
Импульсное высоковольтное напряжение до (30кВ) подается на вход резистора верхнего плеча высоковольтного делителя напряжения и вход вспомогательного высоковольтного делителя напряжения, отводы от которого соединены с эквипотенциальными экранами, экранирующими резистор верхнего плеча высоковольтного делителя напряжения и уменьшающими влияние паразитных емкостей. Выходное напряжение снимается с резистора и конденсатора и усиливается усилителем.
Повышающий трансформатор с усилителем предназначен для усиления заданных параметров электрического поля. Он состоит из катушки зажигания и коммутатора.
В качестве объекта исследования выбран бензин марки Регуляр-92 по ГОСТ Р 51105. Исследования проводили методом ИК-спектрометрии ASTM D 5845 - ASTM D 6277 - EN 238.
Таблица 1
Изменение углеводородного состава автомобильного бензина Регуляр 92 в результате обработки электрическим полем
|
Наименование углеводородов |
Массовая доля углеводородов, в % |
|||
|
до обработки |
после обработки |
|||
|
E= 30 кВ
|
E= 40 кВ
|
E= 35 кВ
|
||
|
Бензол, С6Н6 |
0.71 |
0.70 |
0.72 |
0.69 |
|
Толуол, С7Н8 |
7.60 |
7.80 |
8.50 |
8.20 |
|
Мета-ксилен, С8Н10 |
5.00 |
5.50 |
6.10 |
5.60 |
|
Орто- ксилен, С8Н10 |
1.60 |
1.60 |
2.10 |
1.80 |
|
Пара-ксилен, С8Н10 |
2.30 |
2.50 |
2.60 |
2.60 |
|
Пропилбензол, С9Н12 |
2.20 |
3.80 |
5.10 |
3.50 |
|
2, этилтолуол; С7Н12 |
2.30 |
2.60 |
2.70 |
2.20 |
|
3, этилтолуол; С7Н12 |
4.40 |
3.40 |
3.70 |
3.80 |
|
4, этилтолуол; С7Н12 |
1.50 |
1.80 |
2.30 |
1.70 |
|
Мецитилен, С9Н12 |
1.20 |
1.40 |
1.60 |
1.30 |
|
Псевдокумол, С9Н12 |
3.80 |
4.20 |
4.40 |
4.20 |
|
Изодурол, С9Н12 |
1.50 |
1.80 |
2.20 |
1.70 |
|
Нафталин, С10Н8 |
– |
0.20 |
0.30 |
0.20 |
|
Ароматические у/в |
30.30 |
33.20 |
37.60 |
33.40 |
|
Предельные у/в |
11.00 |
11.20 |
9.40 |
10.70 |
Наблюдали увеличение содержания ароматических углеводородов в автомобильном бензине марки Регуляр 92 на 7,6 % при частоте 460 Гц, напряжении 40 В, с одновременным уменьшением непредельных углеводородов на 0,6 % и предельных – на 5,7 %.
При анализе ИК-спектров необработанного автомобильного бензина марки Регуляр 92 и обработанного электрическим полем с частотами 460, 670 и 1000 Гц и напряжением 30, 35 и 40 кВ выявлены отличия, заключающиеся в том, что под действием электрического поля алифатические эфиры вступают во взаимодействие с метилированными производными бензола в результате чего, образуются различные замещенные производные бензола и эфирные соединения ароматического типа, а так же ненасыщенные спирты. Кроме того, происходит снижение концентрации циклических углеводородов типа алкилциклобутана и рост концентрации - алкилциклопропана.
Наиболее интенсивно этот процесс наблюдается в пробе после обработки электрическим полем 670 Гц и напряжением 40 кВ.
Стенд для исследования изменения показателей качества углеводородных топлив под воздействием электрического поля работает следующим образом: формирователь прямоугольных импульсов формирует прямоугольные импульсы с регулируемым периодом и длительностью, подаваемые через усилитель на первичную обмотку повышающего трансформатора. С вторичной обмотки сигнал по проводам высокого напряжения поступает на катод и анод блока электрической обработки топлив. Контроль характеристик электрического поля производится при помощи высоковольтного делителя напряжения, выход которого подключен к региструющему устройству (осциллографу или ПЭВМ).
Таким образом, стенд позволяет исследовать изменения физико-химических свойств углеводородных топлив (кинематическая вязкость, октановое и цетановые числа, фракционный и углеводородный состав, содержание фактических смол и др.) под воздействием электрического поля.
Литература:
Логинов Н.В., Галкин В.Б. и др. Химмотология нефтепродуктов и технических жидкостей. Учебное пособие. /Под ред. А.Н. Литвиненко. – Ульяновск: УВВТУ, 2006.
Сафонов А.С., Ушаков А.И., Гришин В.В. Химмотология горюче - смазочных материалов. НПИКЦ, 2007.- 488 с.
Файзуллин Р.Р., Волков Н.В., Логинов Н.В. и др. Химмотология горючего. Учебное пособие. /Под ред. А.Н. Литвиненко. – Ульяновск: УФВАТТ, 2004.
