CC BY
17
УДК 528
Г.В. Шувалов, О.А. Ясырова СГГА, Новосибирск
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРИБОРА ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПЛОТНОСТИ ГОРЮЧЕ-СМАЗОЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ, ИСПОЛЬЗУЕМЫХ В СУДОВЫХ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ УСТАНОВКАХ
G.V. Shuvalov, O.A. Jasyrova
Siberian State Academy of Geodesy (SSGA)
10 Plakhotnogo UI., Novosibirsk, 630108, Russian Federation
EXPERIMENTAL STUDY OF THE INSTRUMENT FOR MEASUREMENT OF DENSITY COMBUSTIBLE-LUBRIFICANT, USED IN SHIP ENERGY INSTALLATION
Results of the experimental studies are brought In work agitation-bubble method of the determination to density of the fluid ambiences.
It Is Received piece of evidence to capacity to work bubble-agitation of the method of the determination to density нефтепродуктов and are determined critical borders of the expenses of the gas, under which possible mode of the single bladders and influences of the consuption of the gas on diameter of the bladders.
В [1, 2] рассмотрены вопросы разработки прибора для определения плотности горюче-смазочных материалов, применяемых в судовых энергетических установках. Было показано, что размер измерительных пузырьков в барботажной системе не зависит от расхода газа, а определяется только ее параметрами и, следовательно, расход газа не будет влиять на погрешность метода.
Для подтвержения сделанных выводов и полученных зависимостей были проведены экспериментальные исследования предлагаемого метода. Экспериментальные исследования проводились по двум направлениям:
- Определение критических границ расходов газа, при которых возможен режим одиночных пузырей и влияния расхода газа на диаметр пузырей;
- Экспериментальное подтверждение работоспособности пузырьково-барбо-тажного метода определения плотности нефтепродуктов.
Граница режима одиночных пузырей определялась переходом в режим сплошной струи (рис. 1).
Измерение диаметра пузырьков осуществлялось при помощи фотосъемки с последующим определением размеров пузырьков. Опыты проводились для эталонных жидкостей с разными диаметрами измерительных трубок.
Экспериментальное исследование работоспособности пузырьково-барбо-тажного метода определения плотности нефтепродуктов проводили на макете прибора, блок-схема изображена на рис. 2.
Экспериментальная установка включает в себя измерительную ячейку (кювету) с двумя трубками (1); источники света (2); фотодиодные датчики счета пузырьков (3); блок питания (4); счетчик импульсов (5); осциллограф (6); ротаметр (7); компрессор. Фотография измерительной ячейки приведена на рис. 3.
Рис. 1. Режимы течения воздуха, не соответствующие режиму одиночных
пузырей
Рис. 2. Блок-схема измерительного устройства
Рис. 3. Конструкция измерительной ячейки
С одной стороны кюветы в области испускания пузырьков воздуха размещены точечные источники света - лампы накаливания, с другой стороны - расположены фотодиоды. Каждый пузырек газа при движении пересекает на своем пути световой луч, что регистрируется фотоприемником. Для каждой трубки используется своя оптопара - источник света и фотоприемник. Дополнительно величины и формы сигналов с фотодатчиков
регистрировались осциллографом С1-85. Подача воздуха осуществлялась при помощи микрокомпрессора, расход воздуха контролировался при помощи ротаметра РМК-А-0,16 Г. Измерение разницы частот следования пузырей производилось при помощи цифрового счетчика СИ-8.
Кювета наполнялась испытуемой жидкостью выше уровня верхней трубки на 15 мм. После этого включался компрессор. Далее с помощью ротаметра выбирался режим одиночных пузырей. Счетчиком проводилось измерение разницы частот следования пузырей из измерительных трубок.
Результаты, полученные в опытах по определению критических границ расходов газа, при которых возможен режим одиночных пузырей, приведены в табл. 1.
Таблица 1. Расходы газа, соответствующие выходу из режима одиночных
пузырей
Наименование жидкости Диаметр измерительной трубки
ё1 = 0,5 мм ё2 = 0,7 мм ё3 = 1 мм
^ с V, см3/мин ^с V, см3/мин ^ с V, см3/мин
Бензин А-80 25,2 20,6 13,5 39,2 6,6 78
Дизельное топливо 3-0,2-40 28 18,4 20 25,7 9 57
Моторное масло МС-20сп 29 17,8 11 46,8 8 64,6
Зависимость критического расхода газа от диаметра измерительной трубки изображена на рис. 4.
V,
см3/мин
100,0 80,0 60,0 40,0 20,0 0,0
/- • '
* *
0,5
0,7
1
d, мм
МС-20сп--3-0,2-40----А-80
Рис. 4. Зависимость критического расхода от диаметра выходного отверстия
Исследования подтвердили теоретическое предположение о существовании для данного типа жидкостей области расхода газа,
соответствующей режиму одиночных пузырей. Получены численные значения для рассматриваемых типов нефтепродуктов.
Размер пузырьков воздуха определялся по фотографиям. Проводилось по четыре измерения для трех эталонных жидкостей и трех диаметров измерительной трубки.
По полученным результатам построены зависимости для разных нефтепродуктов. Выяснено, что диаметр пузыря практически не зависит от расхода газа или влияние незначительно для режимов, соответствующих режиму одиночных пузырей (рис. 5). Для режимов расхода близких к критическому наблюдалось некоторое увеличение размера пузырька воздуха, а также форма теряла свою сферичность. Зависимость диаметра пузыря от размера измерительной трубки приведена на рис. 6.
¿пуз, мм 8 1
6---ТГ^---
4------
2-- -
0 -I----
10 20 30 40
V, см3/мин
--d=0,5 мм -d=0,7 мм - - - ■ d=1 мм
Рис. 5. Зависимость диаметра пузыря от расхода воздуха (бензин А-80)
Л
-пу^ мм 6
5 4 3 2 1 0
0,5
0,7
1
3-0,2-40
мм
А-80----МС-20сп
Рис. 6. Зависимость диаметра пузыря от диаметра выходного отверстия
измерительной трубки
В результате эксперимента получены значения разности частот Ау , используемые в дальнейшем для расчета плотности бензина, дизельного
топлива, моторного масла, а также смесевого топлива состоящего из 50% дизельного топлива и 50% рапсового масла, с применением уравнения измерения [1].
Результаты расчета плотности приведены в табл. 2.
Таблица 2. Плотность нефтепродуктов
Наименование жидкости Плотность жидкости, кг/м3 Значение А V, Гц Плотность жидкости расчитанная по экспериментальным данным, кг/м3
Бензин А-80 740 27 468
Бензин А-92 760 28 493
Дизельное топливо З-0,2-40 840 34 523
Дизельное топливо Л-0,2-40 860 35 530
Смесь рапсового масла и дизельного топлива 0,5ДТ+0,5РМ 872 36 554
Моторное масло МС-20сп 905 37 572
Из таблицы видно, что несмотря на то, что количественные значения плотности отличаются от реальных значений примерно на 30 %, тем не менее существует явно выраженная функциональная зависимость разности частот от плотности (рис. 7).
1000
^ 800
—
600
Ё
о
= 400
с
= 200 0
21 30 34 35 36 37
разница частот, Гц
— *— экспериментальная зависимость —♦—фактические значения
Рис. 7. Зависимость плотности от разницы частот следования пузырей
Различие между расчетными значениями и реальными показателями жидкости можно объяснить тем, что в расчетной формуле не учитывается влияние некоторых факторов, которые трудно учесть аналитически: испаряемости жидкости, растворяемости газа в жидкости, охлаждении жидкости при пропускании через нее газа. При измерениях эти факторы можно исключить градуировкой прибора по эталонным жидкостям.
С учетом проведенных исследований была разработана конструкция прибора, предназначенного для измерения плотности ГСМ и разработана методика его применения для контроля плотности.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Ясырова О.А., Шувалов Г.В., Жуков А.Ю. Исследование метрологических характеристик приборов для определения плотности жидкости // Специализированное приборостроение, метрология, теплофизика, микротехника: Сборник материалов 4-го Международного конгресса «ГЕО-СИБИРЬ-2008», 22-24 апреля 2008. -Новосибирск, 2008. - Том 4. - Часть 2. - С. 109-112.
2. Ясырова О.А., Шувалов Г.В. Разработка метода определения плотности нефтепродуктов // Сборник научных трудов: вып. 6 / сост. В.А. Глушец. - Омск: Иртышский филиал НГАВТ, 2008. - С. 367-370.
© Г.В. Шувалов, О.А. Ясырова, 2009
