Семернин А.Н., Шилібек К.Қ., Семернин Н.А.,

Нармаганбетов С.А.,  Сартай А.Е.

Таразский государственный университет им.М. Х. Дулати, Казахстан

 

ГРАВИТАЦИОННОЕ  ОТСТАИВАНИЕ  ДИЗЕЛЬНЫХ ТОПЛИВ

 

 

Отстаивание или седиментация, является наиболее простым спо­собом обезвоживания топлив. Удаление свободной воды из топ­лива осуществляется путём осаждения капель воды под действием гравита­ционной силы.

Для определения скорости осаждения частиц воды в поле гра­ви­тации можно использовать следующую формулу:

 

                     , м/с                                               (1)

 

где g – ускорение свободного падения, м/с2;

d – диаметр капли, м;

ρв, ρт – соответственно плотность воды и топлива, кг/м3;

μт – динамическая вязкость топлива, Н*с/м2.

Формула (1) является выражением закона Стокса для случая осаждения сферической капли воды в жидкости с меньшей плотно­стью, чем вода при ла­минарном режиме осаждения.

Закон Стокса справедлив для устойчивого состояния потока топ­лива, то есть для случая, когда скорость потока равномерна и ус­коре­ние потока равно нулю. Однако, на границе раздела жидкостей вслед­ствие поверхностного взаи­модействия между молекулами воды и топ­лива возникают перемещения воды внутри капли, с учётом этого ско­рость осаждения капли может быть опреде­лена по формуле:

 

                     , м/с                          (2)

где μв – динамическая вязкость воды, Н*с/м2.

Согласно выражений (1) и (2) самым важным фактором в про­цессе осаждения воды является диаметр капли, так как скорость осаж­дения капель изменяется прямо пропорционально квадрату диа­метра капли. Другими факто­рами, влияющими на эффективность осаждения капли, являются вязкость и плотность топлива: чем больше вязкость и плотность, тем медленнее скорость осаждения ка­пли.

Зависимость времени осаждения от размера капель воды на глу­бину Н вы­ражается формулой:

                     , с                                                      (3)

где t – время осаждения капли, с.

Как видно из формул (1-3) скорость и время осаждения ка­пли воды определяются напряжённостью гравитационного поля, плот­ностью воды и топ­лива, вязкостью и размерами капли. Напря­жённость гравитационного поля в данном случае постоянная, следо­вательно, скорость и время осаждения зависят от температуры топ­лива, размеров капель воды, а также от конструктивных особенностей отстойников.

Для оценки эффективности обезвоживания дизельных топлив ме­тодом гра­витационного отстаивания были определены теоретиче­ская скорость осаждения капель воды и их время осаждения.

Скорость осаждения капель воды рассчитана для различных ма­рок дизель­ных топлив, выпускаемых в соответствии с ГОСТ 4749-93 и ГОСТ 305-93 в диапазоне температур от 273 до 323o К.

На рисунке 1 приведён диапазон скоростей осаждения, опре­де­лённых по формуле (1) в зависимости от размеров капель и тем­пера­туры топлива.

Рисунок 1. Зависимость времени осаждения капли от её диаметра и температуры топлива

Рисунок 2. Зависимость времени осаждения капли на 1 м налива от её диаметра и температуры топлива

 

Анализ данных, представленных на рисунке 1, показы­вает, что с повы­шением температуры топлива скорость осаждения возрас­тает, так как умень­шается вязкость топлива.

Скорость осаждения пропорциональна квадрату диаметра ка­пли, чем больше размер капли, тем выше скорость осаждения.

Полученные результаты использованы при расчёте времени оса­ждения ка­пли в топливах различных марок, выпускаемых нефте­пере­рабатывающими за­водами.

Время осаждения капли на 1 м топлива по существующим тре­бо­ваниям со­ставляет около 104 с [1].

На рисунке 2 приведена зависимость времени осаждения ка­пли на 1 м налива топлива. Из рисунка 2 следует, что согласно су­щест­вующих требова­ний полное осаждение капель возможно при их разме­рах более 50 мкм. Капли с размерами 10-20 мкм осаждаются длитель­ное время, а 5 мкм практически не осаждаются и находятся в топливе во взвешенном состоянии. Следовательно, отстаиванием не­возможно обеспечить полного удаления воды в резервуарах при хра­нении топ­лива.

 

Рисунок 3 – Зависимость времени осаждения капли от её диаметра и температуры топлива в отстойниках типа ФГ

 

Эффективность обезвоживания топлив в тракторах с использо­ва­нием гра­витационных отстойников типа ФГ зависит от времени нахо­ждения в них ка­пель воды.

В отстойниках типа ФГ-75 время пребывания капли изменя­ется в зависи­мости от его пропускной способности и равно 40-100 с, а в ФГ-25 – 30-90 с. Из рисунка 3 следует, что в отстойниках осажда­ются капли раз­мером бо­лее 150 мкм. Капли меньше 150 мкм будут захватываться то­пливом и поступать дальше в систему питания.

На основании вышеизложенного можно сделать следующие вы­воды:

1. Теоретические исследования обезвоживания дизельных топ­лив методом гравитационного показали, что для удаления капель воды с размерами менее 50 мкм требуется длительное время для их осаждения.

2. Капли с размерами 20 мкм сохраняются в топливе во взвешен­ном состоя­нии в течение 10 часов и более, с размерами 10 мкм – более 2 суток.

3. Фильтры-отстойники, применяемые на дизельных двигате­лях, обеспечи­вают эффективное удаление капель свободной воды размером более 150 мкм.

4. Повышение чистоты дизельных топлив в двигателях воз­можно за счёт применения более совершенных методов обезвожива­ния.

 

Литература:

 

1. Рыбаков К.В., Жулдыбин Е.Н., Коваленко В.П. Обезвожива­ние авиа­ционных горюче-смазочных материалов. – М.: Транспорт, 1979. – 184 с.

2. Колосюк Д.С., Кузнецов А.В. Автотранспортные топлива и смазоч­ные мате­риалы. – К.: Вища школа, 1987. – 191 с.