Способ определения сажеобразования при горении углеводородного топлива

(51)4 О 01 И 25 ГОСУД АРСТВЕНН ПО ИЗОБРЕТЕНИЯ ПРИ ГКНТ СССР КОМИТЕТОТКРЫТИЯМ ЛИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ния - индекс ч пламени ИЧДП п нию массовых р лонного и испы ветственно: рноты диффузионного процентному отношесходов Ол и О эта уемого топлив соот 100. ОлО качестве этаси толуола иеся по содержоб.Х. вестен способ олрецеле топлив к образованию я склон Изобрет и регламен свойств уг к оценкемических ние относится ации физикохи еводородных т ределению саж окном горениитепловое излу е двигателя и о газовом тра с угл дистых продуктов дымления или мак рения по точке плив, а образования от которо- ение пламенагароотло-. те,имально Путесоте нежигания именно к коптящего пламен топлив на фитиль при диффуз го.зависит ни, дымлени жение в е елялампе е момент появеме Фитиля. ния копоти пр п ст оказателе К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ(56) Способ определения огневыхсвойств топлив. ГОСТ 4338-74.Способ определения люминометри"ческого числа топлив. ГОСТ 217750-72,(54)(57) 1.СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ САЖЕОБРАЗОВАНИЯ ПРИ ГОРЕНИИ УГЛЕВОДОРОДНОГО ТОПЛИВА, заключающийся в поочередном сжиганиииспь 1 туемого и эталонного топлив на диффузионной горелке срегулировкой расхода топлива до получения одинаковой яркости свечения,регистрируемой в желто-зеленой полосе спектра, генерируемого взвешеннойв пламени сажей, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышениядостоверности определения, в качестве эталона используют топливо со степенью черноты пламени около единицыи определяют показатель сажеобразова 801139251 2. Способ по п.1, о т л и ч а ю - щ и й с я тем, что, с целью повышения точности определения путем получения близких по размеру пламен,обеспечиващцих сходные условия горения испытуемого и эталонного топлив, в качестве эталона выбирают две толуолсодержащие смеси со значениями ИЧДП, различающимися на 0,5-3 единицы, при горении одной из которых расход топлива выше, а при горении другой ниже, чем расход испытуемого топлива, и вычисление ИЧДП испытуемого топлива производят путем интерполяции3. Способ по п.2, о т л и ч а ющ и й с я тем, что вЮ лона выбирают две смеизооктана, различающи анию изооктана на 1-7з 1139251топлива при этом является расстояние от среза горелки до верхней точки пламени. Способ первоначальнопредназначался для визуальной оценкикачества осветительных керосинов.Онне учитывает специфики диффузионного горения реактивных топлив, обеспечивающий сжигание образующейся сажи в зоне пламени. Способ субъективен и недостаточно точен,Наиболее близким к предложенномуспособу по решаемой задаче являетсяспособ определения сажеобразованияпри горении углеводородного топлива,выбранный в качестве прототипа изобретения, заключающийся в поочередном сжигании испытуемого и эталонного топлив на диффузионной горелке с. регулированием расхода топлива до 20получения одинаковой яркости свечения, регистрируемой в желто-зеленойполосе спектра, генерируемого образующейся в пламени сажей.Однако принципиально правильный 25подход к регистрации сажи в диффузионном пламени реактивного топливапри реализации этого способа обесценивается неудачным выбором критерияоценки реактивных топлив, который 30не имеет прямого физического смысла, но аддитивен по отношению к компонентам смесей, нелинейно (гиперболически) связан с концентрациейсажи в пламени и энергией ее излуче- З 5ния. Это затрудняет прогнозированиесвойств смеси топлив, приводит к недооценке опасного снижения в области малых значений люминометрическихчисел и завышению оценки при их увеличении в области повышенных значений. Использование температуры надпламенем в качестве параметра, покоторому производится расчет люминометрических чисел, ненадежно,так 45как для термопары, расположенной вузком токе горячего газа над пламенем, велики случайные. отклонения врезультатах измерения,.а разностныйметод, лежащий в основе. вычислениялюминометрических чисел, приводит ких накоплению. Способ привязан к таким эталонным топливам, режим горения которых существенно отличаетсяот режима горения реальных Реактивных топлив, а их взаимная нерастворимость исключает возможность применения промежуточных эталонных топлив. Все. это в конечном счете отрицательно сказывается на достоверности оценки реактивных топлив и точности ее определений,Цель изобретения - повышение достоверности определения,Это достигается тем, что в способе определения сажеобразования пригорении углеводородного топлива,заключающемся в поочередном сжиганиииспытуемого и эталонного топлив надиффузионной горелке с регулировкойрасхода топлива до получения одинаковой яркости свечения, регистрируемой в желто-зеленой полосе спектра,генерируемого взвешенной в пламенисажей, в качестве эталона используюттопливо со степенью черноты пламениоколо единицы и определяют показатель сажеобразования - индекс черноты диффузионного пламени (ИЧДП) попроцентному отношению массовых расходов Си Оа эталонного и испытуемого топлив соответственно: ИЧДП =Ол100, С целью повышения точСгности определения путем полученияблизких по размеру пламен, обеспечивающих сходные условия горения испытуемого и эталонного топлив, в качестве эталона выбирают две толуолсодержащие смеси со значениями ИЩП,различающимися на 0,5-3 единицы,пригорении одной из которых расход топлива выше, а при горении другой ниже, чем расход испытуемого топлива,и вычисление ИЧДП испытуемого топлива производят путем интерполяции. Вкачестве эталона могут быть выбраныамеси толуола и изооктана, различающихся по содержанию изооктана на1-7 об,Изобретение позволяет достигнутьнаибольшей достоверности и повыситьтоМность оценки сажеобразования пригорении углеводородных топлив, например керосина, в реактивных двигателях, что обеспечивается возможностьюэкспериментального сопоставления исггытуемого топлива с одинаковым эталонным топливом в различных видахиспытаний, на различных аппаратах сдиффузионной горелкой, в камере сгорания и созданием соответственно одинаковых условий сжигания испытуемого и эквивалентного ему эталонноготоплива.Поскольку лучистый поток пропорционален произведению расхода О топ35 п .Ца фиг.2 приведены примеры реЮзультатов испытаний на индикаторечерноты пламени с фитильной горелкой трех образцов углеводородныхтоплив: РТ - прямая 1, ТС- пря 5мая 2, Т- прямая 3, с использо. ванием эталонных смесей толуола иизооктана, различающихся на 5 об. толуола при испытании каждого углеводородного топлива: прямые 4 и 5соответственно 10 и 15% толуола.,прямые 6 и 7 - 20 и 25 . толуола,прямые 8 и 9 - 35 и 40 толуола. Индексы эталонных топлив, линейно зависящие от массовой доли толуола вих составе: 64,9 для 10 , 67,2 для15 , 69,5 для 20 , 71,8 для 25 ,176,.1 для 353 и 78,2 для. 40 ,. При,фототоке ф = 50 мкА, соответствующем расчетному уровню излучения пламени каждого испытуемого и.эталонного углеводородного топлива, замеренпараметр расхода П (О) в условныхединицах. По его значениям путем линейной интерполяции вычислены индексы черноты пламен испытуемых углеводородных топлив (ИЧДП):для топлива РТ ИЧДП = 64,9 +270 - 267 30+ (78 2-76 1) - - --- = 77 2.ф ф 21 3-198 фЭти результаты, полученные в случае "вилки" двух эталонных топлив,различающихся по объемной доле толуола на 5 , помещены в таблице. В тойже таблице даны аналогичные результаты испытания тех же образцов топлив РТ, ТСи Тдля случаев различия эталонных топлив на 1 и 745объемной доли толуола.Из представленного табличного материала видно, что разница в результатах определения ИЧДП незначительна.50Исследования показали возможностьреализации способа на аппарате, предназначенном для определения люминометрических чисел топлив, который имеется в лабораториях. Использование этого аппарата может способствовать освоению предлагаемого способа и внедрению нового показателя до оснащения лабораторий более простым специально разработанным индикатором черноты пламени.Использование предлагаемого способа позволит за счет повышения достоверности и точности оценки огневых свойств реактивного топлива увеличить ресурсы топлива вследствие рационального регулирования состава при разработке новых сортов топлива и совершенствования технологии производства вырабатываемых топлив, исключения ошибочной отбраковки кондиционных топлив, исключения допуска некондиционного топлива к,применению на авиационной технике и связанного с этим ущерба самой технике (то есть косвенно поможет повысить надежность авиационной техники).Поскольку предлагаемый способ основан на фундаментальном физическом понятии степени черноты, он позволит применить результаты оценки реактивных углеводородных топлив для инженерных расчетов теплообмена при проектировании и испытании двигателей, а также при подборе топлива для конкретных типов двигателей.Аддитивность результатов оценки по предлагаемому способу обеспечивает выполнение расчета характеристик сгорания при смешении топлив разного состава, что нельзя сделать на основе люминометрических чисел, характеристики смешения для которых неадцитивны. Принцип сравнения испытуемого и эталонного топлива по расходу или другому параметру, однозначно и монотонно с ним связанному, открывает возможность разработки более простого по конструкции и удобного в эксплуатации аппарата для оценки огневых свойств по сравнению с применяемым аппаратом.откуда У -- 100, оо ИСЙ 55 5 13 пива и степени черноты пламени или концентрации сажи в пламени 1 С , при регулировке расхода топлив на одинаковый фотоэффект для испытуемого .топлива (обозначение "исп.") и эталонного топлива с индексом 100, пламя которого в характерных условиях реактивного двигателя излучает)как абсолютно черное тело, реализуются следующие соотношения: г сОиру Едщ - "оо Я,мСся 1 С,)нсп = 0 оо Юоо е 0 оо Ю цсй жяцел С 4 оо доЕсли выразить Яйся в процентах кстепени черноты пламени эталонноготоплива, то индекс черноты диффузион"ного пламенижп С 3 исяИЧДП---100- - А 00Ьоо С 3 то-есть ИЧДП топлив экспериментально определяется отношением их расходов.Для лучших топлив, при сгорании которых образуется меньше сажи, эталонный Фотоэффект достигается при большей высоте язычка пламени и,соответственно, большем расходе топлива, обратно пропорциональном концентрации сажи, степени черноты пламени .и энергии его излучения,Таким образом, ИЧДП характеризует энергию излучения, испускаемого твердой дисперсной фазой - микрочастицами сажи при диффузионном горении углеводородного топлива, выражаемую в процентах к соответствующей энергии эталонного топлива, индекс которого принят за 100.Наиболее подходящими в качестве эталонноготоплива являются толуолсодержащие смеси. Толуол в условиях работы реактивного двигателя (давление воздуха в камере сгорания 1,0 - 1,5 МПа) имеет степень черноты сФ 1. Смеси толуола с разбавителем,имеющим меньшую степень черноты, дают другие значения ИЧДП. Этим разбавителем может быть изооктан.На фиг,1 показана зависимость энергии нормального излучения Е факела толуола от давления РК в каме 9251 б ре сгорания в МПа; на фиг, 2 - зависимости свечения пламени по величине фототока (ф) от расхода П (С) уг леводородного топлива в горелке в условных единицах,В таблице приведены результатыиспытаний разных видов углеводород" ного топлива и толуолсодержащих сме сей. По сравнению с тетралином толуолболее стабилен, ближе по химической природе к реактивным углеводородным топливам для реактивных двигателей, обладает менее резким запахом и менее токсичен. Химически чистый толуол менее дефицитен, чем тетралин. В отличие от тетралина, малорастворимого в других углеводородах, толуол неограниченно растворяется в парафиновых углеводородах, что обеспечивает приготовление смесей эталонных топлив любого состава, сажистость пламени которых близка к сажистости горящих углеводородных топлив, Целесообразность применения толуолсодержащих смесей в качестве эталона в предлагаемом способе диктуется тем, что при непосредственном сравнении испытуемого топлива с толуолом точность определения недостаточна вследствие значительной разницы в размере пламени, конвективных токах воздуха и связанных с этим Факторах.З 5 Режимы горения испытуемого топливаи ближайших по сажистости пламени смесей основного эталонного топлива - толуола с разбавителем, сажистость пламени которого ниже, чем у реальных углеводородных топлив, близки друг к другу по расходу и зависящим от него параметрам. Благодаря этому ослабляется влияние конструктивных особенностей аппарата, регулировки измерительных устройств,атмосферных условий и других внешних факторов на точность результатов испытаний В качестве разбавителя толуола можно использовать изооктан (2,2,4-триметилпентан), пламя которого в характерных условиях работы имеет степень черноты с = 0,6.Индекс изооктана принимается равным 60. Индекс любой эталонной смеси определяется его линейной зависимостью от массовой доли толуола в смеси, точный состав смесей контролируется по коэФфициенту рефракции,.139251 1оослсч ссчсч мл сч с 1 1 1 О 1 11л 11 1 1 Ф Оф ио СЧМ с ФОл В 1 1хх юоех ойдоо Ц 1 1О 1С Ос сММСОО СЧ О сЧ о - сЧс е Ецо Ц оо цк 1 Х Ц1 1 11 Осч 1 л О 1 фФ о Ф л счлоСЧ 01о оФлО сЧ О О ВО лсч 1 лО сСЧ фм вфсл Ф оВ 1 йхюОФХ м сч л м ос и Чсч В- о1 СВЕ 1о хос. осо с о.Ох юЦЕ Фдохс"5Ф С Фо иец охо ццц ю х фЕ ЕХСЧ 1о с- иы цюаоЕ Осч-моцс- о.о14 Ж Ю ас,асч сс ФоЦцйоЦло соасчос 1оД гФссВ; ъас о Щ х х о Е Ф о Е Фц иххо Ек оЮ1 Юйхххх цЮю оЮЫо оИ 1 1 Ф 1е о В 1 х 1 хюо СФВ И Ю о х с Ю о а 1- е о Ф . х х й Ю х ц а о 2 омы1сохс ц хоха ццоесайф хюоха ц5 ц ЮОЮЕС.Еох . аоцюм Ф14 И Ф1 й Ж ю о Ц С о о Х Е ц Ф Ю а хц Ф х Е Ю И а к Ю " йО сч- м счо сч л11С Ф 1с 1хлц 11Е фо 1С 1 счоаос гооЮФ 11 ои Ф Е о х с о х оцуп ххц оое оох С Ц 1 ц Ю а Е е о ц а 1 ч Ц Ю. Еим лба Заказ 4915 . Тираж 788ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям 113035, Москва, Ж-З 5, Раушская Подписноеоткрытиям при ГКНТ СС