Способ и прибор для определения детонационной способности жидких топлив Советский патент 1935 года по МПК G01N33/22 

В настоящее время стойкость топлива к детонации в двигателях оценивается путем октановых чисел. Определение октановых чисел производится посредством испытания топлива на специальных опытных двигателях с переменной степенью сжатия. Этот метод повсеместно принят на практике как наилучший из существующих. Недостатками способа определения октановых чисел на двигателях служат;

1)субъективность определения-октановые числа для одного и того же образца топлива, определенные на опытных двигателях разных конструкций, имеют различную величину, что указывает на невозможность достаточно точной характеристики детонационной способности топлива в практике применения в двигателях разных конструкций;

2)малая доступность способа для широкой практики по следующим причинам: а) аппаратура,, необходимая для определения (опытный двигатель}, является предметом импорта и оценивается в несколько десятков тысяч золотых рублей; б) при производстве определения нужны эталонные горючие, в основном также являющиеся дорогими продуктами;

3)производство, определения октанового числа на опытном двигателе

(249)

является достаточно трудоемким и требует значительного времени.

Предлагаемый способ определения детонационной способности жидких топлив свободен от указанных недостатков и состоит в том, что детонационную способность определяют по температуре явления хемилюминисценции, появляющейся при начале реакции неполного окисления.

На прилагаемом чертеже фиг. 1 изображает прибор для осуществления предлагаемого способа и фиг. 2-форму выполнения прибора по фиг. 1.

Согласно предлагаемому способудетонационная способность топлив определяется по температуре начале реакций неполного окисления, сопровождаю , щихся хемилюминисценцией. Величина этой температуры, являясь специфичной для каждого сорта топлива, характеризует склонность топлива к детонации в двигателе.

Установлено, что хемилюминисценция сопровождает ту фазу реакций неполного окисления, в которой образуются и распадаются органические перекиси. Последние, как известно, служат возбудителями детонации в двигателях карбюраторного типа. Известно также, что легкость, в смысле величины необходи мого подогрева, с которой процесс

окисления вступает в фазу образования перекисей, характеризует склонность топлива к детонации. Отсюда следует, что те топлива, у которых фаза образования перекисей возникает при более низких температурах,/будут детонировать при меньшей степени сжатия двигателя, чем топлива с высокой температурой начала реакций образования перекисей.

Установлено, что момент вступления процесса окисления топлива в фазу образования и одновременного распада перекисей всегда сопровождается хемилюмкнисценцией в виде бледного свечения, видимого в темноте.

Метод подсчета октановых чисел топлива П5 величинам температур появления свечения основывается на установленной заявителями шкале по общепринятым эталонам: нормальному jenтану и изооктану (2J 2, 4-триметилпентану).

Таким образом может быть графически изображена зависимость величины температуры появления свечения от величины процентного содержания изооктана в смеси (октанового числа). Для подсчета октанового числа топлива величина температуры появления свечения, определенная на приборе, должна быть сличена с соответствующей точкой кривой графика.

Абсцисса этой точки дает непосредственно октановое число испытуемого топлива.

Преимуществами предлагаемого метода по сравнению с существующим в настоящее время способом оценки стойкости топлива к детонации на опытном двигателе служат:

1)объективность определения. Полученные результаты характеризуют детонационную, способность топлива вне зависимости от конструкции двигателя, а потому могут быть применяемы на практике для двигателей разной конструкции в одинаковой степени;

2)доступность метода. Аппаратура, нужная для определения, легко изготовляется, проста по своей конструкции и во много раз дешевле по стоимости опытных двигателей с переменной степенью сжатия. Производство самого определения не требует никаких материалов и требует небольшой затрату времени (около 1 часа)на весь опыт с подготовкой.

Необходимо упомянуть также, что способ определения величины температур начала реакций окисления топлива, сопровождаемых свечением кроме оценки детонационной способности жидкого топлива может быть использован для характеристики дизельного топлива. В последнем случае величина температуры появления свечения дает возможность судить о величине задержки воспламенения и скорости нарастания давления при сгорании топлива в двигателе Дизеля.

Прибор для осуществления предлагаемого способа представляет собою прибор для определения температур появления хемилюминисценции (т. е. стойкости к детонации) для легко испаряющихся топлив типа легких авто-и авио бензинов. Эти топлива способны образовать гомогенную смесь с воздухом уже при температурах порядка 200-250°, т. е. ниже их температуры появления хемилюминисценции.

Прибор (фиг. 1) состоит из серебряного (можно чугунного, высеребренного изнутри) полого щара /, в котором разбитие,м ампулки с навеской приготовляется смесь желаемого состава из испытуемого топлива с воздухом. Ампулка вводится через вывинчиваемую для этой цели пробку 2 со смотровым кварцевым стеклом. Через эти же пробки 2 производится наблюдение (в обычных условиях-непосредственно глазом, а для получения точного замера величины светового эффекта - фотоэлементом). Термопары 3 позволяют замерять температуры смеси в центре шара и у его стенки.

Материалом термопар могут быть избраны N1-NiCr, имеющие (как это установлено авторами) наименьшее каталитическое влияни е на процессы неполного окисления.

Заряженный смесью реакционный шар / нагревается помощью электронагревателя 5 до необходимой температуры.

Экраны 6 предохраняют стенки шара от местных перегревов. Для поддержания в шаре постоянного ат.мосферного

Мвленйя таковой соединен с атмосферой тонкой серебряной трубкой 7, соединенной, в свою очередь, при помощи переходной резиновой трубки 8 с тонкой стеклянной трубкой 9, вытянутой на конце в капилляр. Избыток давления, образующийся при нагревании испаренной смеси, отводится таким образом в атмосферу без нарушения постоянства состава смеси.

Реакционный шар крепится при помощи стержней 10, поддерживающих также и экраны на стойке, и рчружен асбестовой изоляцией 4. Вводная пробка для термопар /5, так же как и пробки 2 для смотровых стекол изготовляются из серебра или покрываются серебром в части, обращенной внутрь шара. Таким образом, вся внутренняя поверхность шара, исключая термопары, серебряная. Серебро избрано авторами в силу его прекрасной теплопроводности, обеспечивающей равномерность распределения температур и малого каталитического влияния на процессы неполного окислеция.

Форма выполнения-прибора, показанная на фиг. 2 представляет наибольший интерес, так как позволяет определять необходимые температуры для любых жидки:, топлив вплоть до трудно,испаряющихся дизельных. Принцип действия прибора основан на том, что при капании дозированного количества топлива .при помощи дозировочного лехайизма 1 на поверхность нагретого серебряного стакана 5, при испарении топлива образуется целая гамма смесей, среди которых одна окажется оптимальной для появления начала реакций , окисления при наинизшей возможной температуре.

Прибор состоит из разъемного чугунного стакана-печи 2, состоящего из трех частей, серебряного вставного стакана 5 с отверстием 9 для ввода продувочного воздуха, подводящей этот воздух (через подогревательный резервуар 5) трубки 4 и электронагревателя 7 с изолирующей асбестовой массой 10. Вверху над печью помещается приспособление для дозированного капания. Пробка со смотровым стеклом служит для наблюдения. Термопара для замера температуры поверхности серебряного стакана 3 помещается в специальное сверление 5.

Прибор работает.с.ледующйм образом. Через печь по трубке 4 продувается при верхнем положении плунжера дозирую.шего приспособления воздух для очистки внутренности печи от продуктов горения, полученных при предыдущем капании. Затем делают замеры температуры, гасят свет и отпускают пружину плунжера. Последний вытесняет в печь необходимое количество топлива, одновременно перекрывая продувочный воздух. После этого производится наблюдение через смотровое стекло 6. Имея в одной руке секундомер, можно параллельно замерить величину задержки появления хемилюминисценции (т. е. время между капанием и появлением свечения).

Производя несколько капаний, например, через каждые 3°, вблизи ожидаемой температуры появления хемилюминисценции, можно таким образом с достаточной точностью определить нужную температуру для исследуемого на стойкость к детонации топлива.

Прибор позволяет также определять величину температуры самовоспламенения в чистом 02 для дизельных топлив. Эта величина, являющаяся важной характеристикой дизельных топлив, согласно проведенным авторамиработам, является нижним пределом температуры самовоспламенения в воздухе. Температура воспламенения в 0 весьма стабильна для данного топлива и не зависит от целого ряда побочных обстоятельств, чего нельзя сказать о температуре самовоспламенения в воздухе.

При определении температуры самовоспламенения в чистом Oj работа производится точно так же, но вместо воздуха через прибор по трубке 4 пропускается чистый кислород.

Таким образом, второй вариант прибора имеет универсальный характер и в зависимости от способа работы может быть получено определение детонационной способности для легких жидких топлив и низшего предела температуры самовоспламенения для тяжелых дизельных топлив.

Предмет изобретения.

1. Способ определения детонационной способности жидких топлив, от.И, ча1ощийся тем, что детонационную способность топлива определяют по температуре появления хемилюминисценции, появляющейся при начале реакции неполного окисления. 2. Прибор для осуществления способа по п. 1, отличающийсятем, что он выполнен в виде служащего Для заполнения испытуемой смесью полого, высеребренного внутри -сосуда 1, окруженного нагревательной обмоткой 5 и снабженного введенной в него термопарой и закрывающими его отверстия пробками 2с кварцевым стеклом для наблюдения явления хемилюминисценцин внутри шара. 3.Форма выполнения прибора по пЧ отличающаяся тем, что, с целью поддержания внутри сосуда одинакового с атмосферным давления, полость сосуда 1 при помощи капиллярной трубки 9 сообщена с атмосферой. 4.Форма выполнения прибора по пп. 2 и 3, отличающаяся тем, что с целью возможности получения вНутри сосуда последовательно ряда смесей, прибор снабжен приспособлением / для впуска исследуемого топлива в сосуд дозированными каплями. 5.В приборе по пп. 1-4 применение для наблюдения явления хемилюминисценции фотоэлемента.