În timpul anului, cu modificări sezoniere ale temperaturii, vâscozitatea uleiului transportat se schimbă (Fig. 1.20). Dacă temperatura uleiului crește de la t 1 la t 2, viscozitatea uleiului scade. Acest lucru duce la o scădere a rezistenței hidraulice a conductei (H 2 Q 1).

Să luăm în considerare efectul modificărilor vâscozității uleiului asupra valorii izvoarelor de PS. Să presupunem că toate stațiile au același număr de pompe de același tip, capul la stația de pompare a capului h P, capul rezidual la punctul final h OST. Să presupunem, pentru simplitate, că conducta de petrol constă dintr-o secțiune operațională N E \u003d 1, iar numărul de stații este n (Fig. 1.21).

Șeful stației de pompare în timpul iernii va fi

in vara

, (1.59)

unde H 1, H 2 - pierderile totale de cap în conductă, respectiv, în perioadele de iarnă și de vară.

Figura: 1.20. Caracteristici combinate ale conductei și stației

când se modifică vâscozitatea uleiului

Figura: 1.21. Influența modificărilor sezoniere ale vâscozității uleiului

în funcție de cantitatea de apă din fața stației

Din punctul de plecare al profilului urmelor, amânăm valorile lui H 1 și H 2 pe o scară verticală, apoi conectăm vârfurile segmentelor cu linii drepte la punctul z K + h OST. Liniile obținute corespund poziției liniilor de pantă hidraulică în perioadele de iarnă i 1 și vară i 2.

Să ne imaginăm că traseul conductei este o linie dreaptă ascendentă AB. După cum se poate observa din construcții, la amplasarea stațiilor, un astfel de traseu va fi împărțit în secțiuni egale de lungime L / n. În acest caz, liniile pantelor hidraulice i 1 și i 2 vor traversa linia AB în aceleași puncte. Acest lucru sugerează că, cu un profil monoton al traseului conductei, modificarea vâscozității uleiului nu afectează valoarea apelor din intrarea substațiilor intermediare.

În condiții reale, profilul traseului poate fi extrem de intersectat, apoi distanțele dintre stațiile de pompare nu vor fi aceleași (l 1 ¹l 2 ¹l 3 ¹l n). În acest caz, luați în considerare schimbarea izvoarelor înainte de PS.

Valoarea de rezervă DH C înainte de al PS-lea poate fi găsită din ecuația echilibrului presiunii

unde a \u003d m M × a M și b \u003d m M × b M.

Valoarea debitului în expresia (1.61) este determinată din ecuația balanței capului conductei de petrol în ansamblu (1.37), care ne permite să scriem

. (1.62)

după înlocuirea (1.62) în (1.61), obținem

După cum rezultă din expresia (1.63), doar un factor depinde de vâscozitate , deoarece .

Să introducem notația:

;

- distanța medie între stațiile de pompare din secțiune până la stația a c-a;

- distanța medie aritmetică dintre PS;

Ținând cont de simplificările adoptate, expresia (1.63) poate fi reprezentată în formă

unde
.

Valoarea F este direct proporțională cu modificarea vâscozității uleiului: cu o scădere a vâscozității, valoarea F scade, de asemenea.

Dacă condiția L cf.< l ср(С) , то при уменьшении вязкости подпор на с-й ПС возрастает. В противном случае при L ср > l cf (C) backwater pe c-th SS scade și poate fi mai mică decât valoarea admisibilă DH min (Fig. & 1.21). În cazul plasării PS conform calculului hidraulic la temperatura minimă a uleiului (t 1 \u003d t min, n 1 \u003d n max), este necesar să se analizeze funcționarea fiecărei secțiuni vara.

Vara, dacă rezistența țevii permite, este posibil să crească capul pe HPS prin pornirea unei pompe de rapel suplimentare conectate în serie.

1.10. Reglarea modurilor de operare a conductei de petrol

Modurile de funcționare ale conductei de petrol sunt determinate de debitul și presiunea pompelor PS în momentul considerat, care se caracterizează prin condițiile de echilibru material și energetic al stațiilor de pompare și conductei. Orice dezechilibru în balanță duce la o schimbare a modului de funcționare și necesită reglare.

Principalii factori care influențează modurile de funcționare ale sistemului de conducte PS includ următorii:

§ o modificare a parametrilor reologici ai uleiului din cauza schimbărilor sezoniere ale temperaturii, precum și a influenței conținutului de apă, parafină, gaze dizolvate etc .;

§ factori tehnologici - modificări ale parametrilor pompei, pornirea și oprirea acestora, prezența rezervelor de petrol sau a rezervoarelor libere etc;

§ situații de urgență sau reparații cauzate de deteriorarea părții liniare, defecțiuni ale echipamentului de la stația de stație, declanșarea protecției limită.

Unii dintre acești factori sunt sistematici, alții sunt intermitenți. Toate acestea creează condiții în care modurile de operare ale sistemului „PS - conductă” se schimbă continuu în timp.

Din ecuația echilibrului presiunii rezultă că toate metodele de control pot fi împărțite condiționat în două grupe:

q metode asociate cu modificarea parametrilor stațiilor de pompare

§ schimbarea numărului de pompe în funcțiune sau a schemei de conectare a acestora;

§ reglare folosind rotoare înlocuibile sau rotoare rotite;

§ reglarea prin schimbarea frecvenței de rotație a arborelui pompei;

q metode asociate cu modificarea parametrilor conductei

§ strangulare;

§ ocolirea unei părți a lichidului în conducta de aspirație (bypass).

Modificarea numărului de pompe care funcționează. Această metodă este utilizată atunci când este necesară modificarea debitului în conducta de petrol. Cu toate acestea, rezultatul depinde nu numai de schema de conectare a pompei, ci și de tipul caracteristicii conductei (Fig. 1.22).

Figura: 1.22. Caracteristică combinată a conductei și a stației la reglare prin schimbarea numărului și schemei de pornire a pompelor

1 - caracteristica pompei; 2 - caracteristica de presiune a stației cu conectarea în serie a pompelor; 3 - caracteristica de presiune a PS cu conexiune paralelă a pompelor; 4, 5 - caracteristicile conductei; 6 - caracteristica h-Q a pompei în conexiune în serie; 7 - caracteristica pompei h-Q în conexiune paralelă

Să luăm în considerare, ca exemplu, conexiunea în paralel și în serie a a două pompe centrifuge identice atunci când acestea funcționează pe o conductă cu rezistență hidraulică diferită.

După cum se poate observa din construcțiile grafice (Fig. 1.22), o conexiune în serie a pompelor este recomandabilă atunci când se lucrează la o conductă cu o caracteristică abruptă. În acest caz, pompele funcționează cu un debit mai mare (Q B\u003e Q C) decât cu o conexiune paralelă, precum și cu un cap total și o eficiență mai mari. Conexiunea în paralel a pompelor este mai preferabilă atunci când funcționează pe o conductă cu o caracteristică plană (Q F\u003e Q E, H F\u003e H E, h F\u003e h E).

Reglare cu rotoare înlocuibile... Majoritatea pompelor moderne de linie principală sunt echipate cu rotoare înlocuibile pentru un debit redus 0,5Q NOM și 0,7Q NOM. În plus, pompa HM 10000-210 este echipată cu un rotor înlocuibil pentru 1.25 Q HOM.

Rotoarele înlocuibile au caracteristici particulare (Fig. 1.23).

Figura: 1.23. Caracteristicile pompei cu rotoare înlocuibile

Utilizarea rotoarelor înlocuibile este economică în etapa inițială a operației conductei, când nu au fost construite toate stațiile de pompare și conducta nu a fost adusă la capacitatea sa de proiectare (punerea în funcțiune etapă cu etapă a conductei). Efectul instalării rotoarelor înlocuibile poate fi obținut și cu o scădere prelungită a volumului pompat.

Rotitoare rotative pe diametrul exterior utilizat pe scară largă în transportul de petrol prin conducte. În funcție de valoarea coeficientului de viteză n S, rotirea roților poate fi efectuată în următoarele limite: la 60< n S <120 допускается обрезка колес до 20%; при 120< n S <200 – до 15%; при n S =200¼300 – до 10%.

Recalcularea caracteristicilor pompei la rotirea rotorului se realizează conform formulelor de similaritate:

unde Q З, H З și N З - alimentare, cap și consum de energie corespunzător diametrului din fabrică al rotorului D З;

Q У, H У și N У - la fel cu un diametru redus al rotorului D У.

Metoda de control prin rotirea rotorului poate fi utilizată eficient atunci când modul de pompare este stabil pentru o lungă perioadă de timp. Trebuie remarcat faptul că o scădere a diametrului rotorului peste limitele admise duce la o încălcare a hidrodinamicii normale a debitului în corpurile de lucru ale pompei și la o scădere semnificativă a randamentului.

Schimbarea turației arborelui pompei - o metodă de reglare progresivă și economică. Utilizarea unei reglări uniforme a vitezei de rotație a rotoarelor pompei la stațiile de conducte principale de ulei facilitează sincronizarea funcționării stațiilor, face posibilă excluderea completă a rotirii rotorului, utilizarea rotoarelor înlocuibile și, de asemenea, evitarea șocurilor hidraulice în conducta de ulei. Acest lucru reduce timpul pentru pornirea și oprirea unităților de pompare. Cu toate acestea, din motive tehnice, această metodă de reglementare nu a găsit încă o utilizare pe scară largă.

Metoda de schimbare a vitezei se bazează pe teoria asemănării

(1.66)

unde Q 1, H 1 și N 2 - alimentare, cap și consum de energie corespunzător vitezei de rotație a rotorului n 1;

Q 2, H 2 și N 2 - la fel la viteza rotorului n 2.

Cu o scădere a vitezei de rotație, caracteristica pompei se va schimba și punctul de funcționare se va deplasa din poziția A 1 în A 2 (Fig. 1.24).

Figura: 1.24. Caracteristică combinată a conductei de ulei și a pompei la schimbarea turației arborelui

În conformitate cu (1.66), atunci când recalculăm caracteristicile pompei de la viteza n 1 la frecvența n 2, obținem următoarele relații:

Schimbarea turației arborelui pompei este posibilă în următoarele cazuri:

§ utilizarea motoarelor cu turație variabilă;

§ instalarea cuplajelor cu un coeficient de alunecare reglabil (hidraulic sau electromagnetic) pe arborele pompei;

§ utilizarea convertoarelor de frecvență de curent la schimbarea tensiunii de alimentare a motoarelor electrice.

Trebuie remarcat faptul că este imposibil să se schimbe viteza de rotație în limite largi, deoarece aceasta scade semnificativ eficiența pompelor.

Metodă strangulare în practică, este folosit relativ des, deși nu este economic. Se bazează pe o oprire parțială a debitului de ulei la ieșirea stației de pompare, adică pe introducerea unei rezistențe hidraulice suplimentare. În acest caz, punctul de funcționare din poziția A1 este deplasat spre debitul descrescător până la punctul A2 (Fig. 1.25).

Figura: 1,25. Caracteristică combinată a stației și conductei la reglarea prin strangulare și ocolire

Fezabilitatea utilizării metodei poate fi caracterizată prin valoarea randamentului de strangulare h DR

. (1.68)

Cu o creștere a valorii capului strâns h DR, valoarea h DR scade. Eficiența totală a pompei (PS) este determinată de expresia h \u003d h 2 × h DR. Metoda de strangulare este potrivită pentru pompele cu o caracteristică a capului plat. În acest caz, pierderile de energie pentru strangulare nu trebuie să depășească 2% din consumul de energie pentru pompare.

Metoda de ocolire a unei părți a lichidului în conducta de aspirație a pompelor ( ocolire ) este utilizat în principal în stațiile de capăt. Când supapa de poartă este deschisă pe linia de bypass (bypass), conducta de presiune este conectată la linia de aspirație, ceea ce duce la o scădere a rezistenței după pompă și punctul de funcționare se deplasează din poziția A1 în A3 (Fig. 1.25). Debitul Q B \u003d Q 3 -Q 2 trece prin bypass, iar debitul Q 2 intră în linie.

Eficiența de bypass este

. (1.69)

În practică, ocolirea este utilizată rar din cauza ineficienței sale. Metoda de control al bypass-ului trebuie utilizată pentru pompele cu scufundare abruptă. În acest caz, este mai economic decât limitarea.

Folosiți un convertor online cinematic la viscozitate dinamică. Deoarece raportul vâscozității cinematice și dinamice depinde de densitate, trebuie indicat și atunci când se calculează în calculatoarele de mai jos.

Densitatea și vâscozitatea trebuie menționate la aceeași temperatură.

Dacă setați densitatea la o temperatură diferită de temperatura vâscozității, va apărea o eroare, al cărei grad va depinde de efectul temperaturii asupra modificării densității pentru o anumită substanță.

Calculator cinematic la viscozitate dinamică

Convertorul vă permite să convertiți vâscozitatea cu dimensiunea în centistokes [cSt] în centipoise [cP]... Rețineți că valorile numerice ale mărimilor cu dimensiuni [mm2 / s] și [cSt] pentru vâscozitatea cinematică și [cP] și [mPa * s] pentru dinamică - sunt egale între ele și nu necesită traducere suplimentară. Pentru alte dimensiuni - utilizați tabelele de mai jos.

Vâscozitatea cinematică, [mm2 / s] \u003d [cSt]

Densitate, [kg / m3]

Acest calculator face opusul celui precedent.

Vâscozitate dinamică, [cP] \u003d [mPa * s]

Densitate, [kg / m3]

Dacă utilizați vâscozitatea condiționată, aceasta trebuie convertită în cinematică. Pentru a face acest lucru, utilizați un calculator.

Tabelele de conversie a viscozității

Dacă dimensiunea valorii dvs. nu coincide cu cea utilizată în calculator, utilizați tabelele de conversie.

Selectați dimensiunea din coloana din stânga și multiplicați valoarea cu factorul situat în celulă la intersecția cu dimensiunea din linia de sus.

Tab. 1. Conversia dimensiunilor vâscozității cinematice ν

Tab. 2. Conversia dimensiunilor vâscozității dinamice μ

Etapele apariției uleiului pe pământ

Relația dintre vâscozitatea dinamică și cinematică

Vâscozitatea unui lichid determină capacitatea unui lichid de a rezista la forfecare în timpul mișcării sale sau, mai bine zis, la forfecarea straturilor una față de cealaltă. Prin urmare, în industriile în care este necesară pomparea diferitelor medii, este important să știți exact vâscozitatea produsului pompat și să selectați echipamentul de pompare potrivit.

Există două tipuri de vâscozitate în tehnologie.

1. Cinematic vâscozitatea este mai des utilizată într-un pașaport cu caracteristici fluide.
2. Dinamic utilizat în calculele tehnice ale echipamentelor, cercetare și dezvoltare etc.

Conversia vâscozității cinematice în vâscozitate dinamică se realizează folosind formula de mai jos, prin densitatea la o temperatură dată:

v - vâscozitatea cinematică,

n - vascozitate dinamica,

p - densitate.

Astfel, cunoscând vâscozitatea și densitatea lichidului, este posibil să se convertească un tip de vâscozitate în altul conform formulei indicate sau prin convertorul de mai sus.

Măsurarea viscozității

Conceptele pentru aceste două tipuri de vâscozitate sunt unice lichidelor datorită particularităților metodelor de măsurare.

Măsurarea vâscozității cinematice utilizați metoda fluxului de lichid printr-un capilar (de exemplu, folosind dispozitivul Ubbelohde). Vâscozitatea dinamică este măsurată prin măsurarea rezistenței unui corp într-un lichid (de exemplu, rezistența la rotație a unui cilindru scufundat într-un lichid).

De ce depinde valoarea vâscozității?

Vâscozitatea unui lichid depinde în mare măsură de temperatură. Odată cu creșterea temperaturii, substanța devine mai fluidă, adică mai puțin vâscoasă. Mai mult, schimbarea vâscozității, de regulă, are loc destul de brusc, adică neliniar.

Deoarece distanța dintre moleculele unei substanțe lichide este mult mai mică decât cea a gazelor, interacțiunea internă a moleculelor scade în lichide datorită scăderii legăturilor intermoleculare.

Apropo, citiți și acest articol: Din ce este făcut uleiul

Forma moleculelor și mărimea lor, precum și relația și interacțiunea pot determina vâscozitatea unui lichid. Structura lor chimică afectează, de asemenea.

De exemplu, pentru compușii organici, vâscozitatea crește în prezența inelelor și grupurilor polare.

Pentru hidrocarburile saturate, creșterea are loc atunci când molecula substanței devine „mai grea”.

Vei fi interesat de:

Rafinării de petrol din Rusia Conversia debitului volumetric în flux de masă și invers Conversia barilelor de petrol în tone și invers Cuptoare cu tuburi: design și caracteristici Reynolds formula numerică Re

În industrie, activități științifice, este adesea necesar să se calculeze coeficientul de vâscozitate al unui lichid. Lucrul cu medii convenționale sau dispersate sub formă de aerosoli, emulsiile de gaze necesită cunoașterea proprietăților fizice ale acestor substanțe.

Ce este vâscozitatea fluidelor?

Chiar și Newton a pus bazele unei astfel de științe precum reologia. Această ramură este preocupată de studiul rezistenței unei substanțe la mișcare, adică vâscozitatea.

În lichide și gaze, există o interacțiune continuă a moleculelor. Se lovesc reciproc, se împing sau pur și simplu zboară. Drept urmare, straturile de materie par să interacționeze între ele, dând viteză fiecăruia dintre ele. Fenomenul unei astfel de interacțiuni a moleculelor de lichide / gaze se numește vâscozitate sau frecare internă.

Pentru a lua în considerare mai bine acest proces, este necesar să se demonstreze un experiment cu două plăci, între care există un mediu lichid. Dacă mutați placa superioară, atunci stratul de lichid „aderat” la ea va începe, de asemenea, să se deplaseze cu o anumită viteză v1. După o scurtă perioadă de timp, observăm că straturile subiacente ale lichidului încep de asemenea să se deplaseze de-a lungul aceleiași traiectorii cu viteza v2, v3 ... vn etc. și v1\u003e v2, v3 ... vn. Viteza celei mai mici rămâne zero.

Este practic imposibil să se efectueze un astfel de experiment folosind un gaz ca exemplu, deoarece forțele de interacțiune a moleculelor între ele sunt foarte mici și nu va fi posibil să se înregistreze vizual. Aici se vorbește și despre straturi, despre viteza de mișcare a acestor straturi, prin urmare, vâscozitatea există și în mediul gazos.

Medii newtoniene și non-newtoniene

Un fluid newtonian este un fluid a cărui vâscozitate poate fi calculată folosind formula lui Newton.

Aceste medii includ apă și soluții. Coeficientul de vâscozitate al unui lichid în astfel de medii poate depinde de factori precum temperatura, presiunea sau structura atomică a unei substanțe, dar gradientul de viteză va rămâne întotdeauna neschimbat.

Fluidele non-newtoniene sunt medii în care valoarea de mai sus se poate schimba, ceea ce înseamnă că formula lui Newton nu va funcționa aici. Astfel de substanțe includ toate mediile dispersate (emulsii, aerosoli, suspensii). Aceasta include și sânge. Despre asta vom vorbi mai detaliat mai târziu.

Sângele ca mediu intern al corpului

După cum știți, 80% din sânge este plasmă, care are o stare lichidă de agregare, iar restul de 20% sunt eritrocite, trombocite, leucocite și diverse incluziuni. Eritrocitele umane au un diametru de 8 nm. Într-o stare staționară, ele formează agregate sub formă de coloane de monede, crescând în același timp vâscozitatea lichidului. Dacă fluxul sanguin este activ, aceste „structuri” se dezintegrează, iar frecarea internă, în consecință, scade.

Coeficienți de viscozitate medie

Interacțiunea straturilor mediului reciproc afectează caracteristicile întregului sistem de lichid sau gaz. Vâscozitatea este un exemplu al unui astfel de fenomen fizic precum fricțiunea. Datorită acestuia, straturile superioare și inferioare ale mediului egalizează treptat viteza curentului lor și, în cele din urmă, este echivalată cu zero. De asemenea, vâscozitatea poate fi caracterizată ca rezistența unui strat de mediu la altul.

Pentru a descrie astfel de fenomene, se disting două caracteristici calitative ale fricțiunii interne:

• indicele de vâscozitate dinamică (vâscozitatea dinamică a fluidului);
• coeficientul cinetic de vâscozitate (vâscozitatea cinetică).

Ambele mărimi sunt legate de ecuația υ \u003d η / ρ, unde ρ este densitatea mediului, υ este vâscozitatea cinetică, iar η este vâscozitatea dinamică.

Metode de determinare a vâscozității unui lichid

Viscometria este măsurarea vâscozității. În stadiul actual al dezvoltării științei, valoarea vâscozității unui lichid poate fi găsită într-un mod practic în patru moduri:

1. Metoda capilară. Pentru a-l realiza, este necesar să aveți două vase conectate printr-un canal de sticlă cu diametru mic de lungime cunoscută. De asemenea, trebuie să cunoașteți valorile presiunii într-un vas și în altul. Lichidul este plasat într-un canal de sticlă și, într-o anumită perioadă de timp, curge dintr-un balon în altul.

Alte calcule se fac folosind formula Poiseuille pentru a găsi valoarea coeficientului de vâscozitate al unui lichid.

În practică, mediile lichide pot fi amestecuri încălzite la 200-300 de grade. Un tub obișnuit de sticlă în astfel de condiții s-ar deforma sau chiar ar sparge, ceea ce este inacceptabil. Viscometrele capilare moderne sunt asamblate dintr-un material durabil și de înaltă calitate, care poate supraviețui cu ușurință unor astfel de sarcini.

2. Metoda medicală conform lui Hesse. Pentru a calcula vâscozitatea unui lichid în acest fel, este necesar să aveți nu una, ci două instalații capilare identice. Într-unul dintre ele, este plasat un mediu cu o valoare predeterminată a fricțiunii interne, iar în celălalt, este plasat un lichid de testare. Apoi, se măsoară două valori de timp și se face proporția în funcție de care ating numărul dorit.

3. Metoda rotativă. Pentru a-l realiza, este necesar să aveți o structură de doi cilindri coaxiali. Aceasta înseamnă că unul dintre ei trebuie să fie în interiorul celuilalt. Lichidul este turnat în spațiul dintre ele, iar apoi viteza este dată cilindrului interior. Această viteză unghiulară este, de asemenea, conferită fluidului. Diferența de forță a cuplului permite calcularea vâscozității mediului.

4. Determinarea vâscozității lichide prin metoda Stokes. Pentru a efectua acest experiment, trebuie să aveți un viscozimetru Heppler, care este un cilindru umplut cu lichid. Înainte de a începe experimentul, faceți două semne pe cilindru și măsurați lungimea dintre ele. Apoi iau o minge cu o anumită rază R și o scufundă într-un mediu lichid. Pentru a determina viteza de cădere a acestuia, găsiți timpul de mișcare a obiectului de la un semn la altul. Cunoscând viteza mingii, puteți calcula vâscozitatea lichidului.

Aplicarea practică a viscozimetrelor

Determinarea vâscozității lichidelor are o mare importanță practică în industria de rafinare a petrolului. Când lucrați cu medii multifazice, dispersate, este important să le cunoașteți proprietățile fizice, în special fricțiunea internă. Viscometrele moderne sunt fabricate din materiale durabile și utilizează tehnologii avansate în producția lor. Toate acestea împreună vă permit să lucrați cu temperatură și presiune ridicate, fără a afecta echipamentul în sine.

Vâscozitatea unui lichid joacă un rol important în industrie, deoarece transportul, prelucrarea și producerea, de exemplu, a uleiului depinde de valorile fricțiunii interne a amestecului lichid.

Ce rol joacă vâscozitatea în dispozitivele medicale?

Fluxul amestecului de gaze prin tubul endotraheal depinde de fricțiunea internă a acestui gaz. O modificare a valorilor vâscozității mediului are un efect diferit asupra pătrunderii aerului prin aparat și depinde de compoziția amestecului de gaze.

Introducerea de medicamente, vaccinuri printr-o seringă este, de asemenea, un exemplu viu al acțiunii vâscozității mediului. Vorbim despre scăderile de presiune la capătul acului atunci când lichidul este injectat, deși inițial s-a crezut că acest fenomen fizic ar putea fi neglijat. Creșterea presiunii ridicate la piesa de mână este rezultatul fricțiunii interne.

Concluzie

Vâscozitatea mediului este una dintre cantitățile fizice care are o aplicare practică deosebită. În laborator, industrie, medicină - în toate aceste domenii, conceptul de frecare internă apare foarte des. Funcționarea celui mai simplu echipament de laborator poate depinde de gradul de vâscozitate al mediului utilizat pentru cercetare. Chiar și industria prelucrătoare nu se poate descurca fără cunoștințe în domeniul fizicii.

1

Procesele fizico-chimice și de cristalizare în mase ceramice cu aditivi mineralizanți determină natura modificării vâscozității fazei lichide rezultate, precum și raportul fazelor cristalină și a fazelor lichide, care se reflectă în modificarea vâscozității sistemului în ansamblu. Utilizarea aditivilor mineralizanți este, în multe cazuri, un factor determinant în îmbunătățirea și controlul direcționat al proprietăților unei game largi de materiale ceramice. S-a stabilit că efectul mineralizant al unui număr de substanțe mineralizante va duce la accelerarea transformărilor termice în sistemele de argilă. Eficacitatea acțiunii mineralizatorilor depinde de caracteristicile reologice ale acestora în intervalul de temperatură al arderii maselor ceramice. Am găsit o confirmare experimentală a presupunerii cu privire la eficacitatea și fezabilitatea utilizării aditivilor mineralizatori complecși care combină mineralizatorii cu un punct de topire scăzut și acceleratorii de sinterizare cu o vâscozitate dinamică redusă pentru a controla formarea unei faze lichide cu caracteristici reologice optime.

viscozitate

component mineralizant

proprietăți reologice

sinterizare

rata de încălzire

1. Bezborodov M.A. Vâscozitatea ochelarilor cu silicat. - Minsk: Știință și tehnologie. - 1975.-163 p.

2. P.P. Budnikov Influența mineralizatorilor asupra procesului de mullitizare a argilelor, kaolinelor și maselor sintetice / P.P. Budnikov, Kh.O. Govorkyan // ZhPH. - 1946 .-- T. XIX. - Nr. 10-11. - S. 1029-1035.

3. PP Budnikov Reacții în amestecuri de solide / P.P. Budnikov, A.M. Ginstling. - M .: Editura lit. la pagina, 1971. - 487 p.

4. Nikiforova E.M. Mineralizatori din industria ceramică. - Krasnoyarsk: GUTSMiZ, 2004 .-- 108 p.

5. Chandhuri S.P. Influența mineraliștilor asupra constituției porțelanului dur. Partea a II-a. Microstructuri // Amer. Ceran. Soc. Taur. - 1974, 53. - Nr. 3. - P. 251-254.

Introducere

Procesele fizico-chimice și de cristalizare în mase ceramice cu aditivi mineralizanți determină natura modificării vâscozității fazei lichide rezultate, precum și raportul fazelor cristalină și a fazelor lichide, care se reflectă în modificarea vâscozității sistemului în ansamblu.

Utilizarea aditivilor mineralizanți este în multe cazuri un factor determinant în îmbunătățirea și controlul direcționat al proprietăților unei game largi de materiale ceramice. Mecanismul de acțiune al mineralizatorilor în timpul reacțiilor de formare a mineralelor în sistemele dispersate ceramice necesită un studiu serios suplimentar.

Alegerea aditivilor mineralizanți se reduce la selecția empirică a compoziției acceleratorului de sinterizare. Această abordare nu oferă optimizarea soluțiilor tehnice adoptate. Nu există criterii tehnologice și o evaluare obiectivă a eficacității acțiunii mineralizatorilor, care împiedică utilizarea acestora, inclusiv deșeurile industriale. Nu există o explicație general acceptată a mecanismului de acțiune a mineralizatorilor în reacțiile de formare a mineralelor din materialele ceramice care apar în timpul formării și prezenței unei faze lichide.

Efectul pozitiv al mineralizatorilor nu poate fi atribuit doar accelerării formării fazei lichide, deoarece este necesar să se țină seama de schimbarea altor factori (vâscozitatea, structura topiturii etc.). După cum observă mulți cercetători, efectul pozitiv al mineralizatorilor este determinat nu numai de accelerarea formării unei faze lichide în sistemele ceramice dispersate, ci și de proprietățile reologice ale fazei lichide. Mecanismul de acțiune al mineralizatorilor nu explică scăderea vâscozității fazei lichide și a vâscozității sistemului în ansamblu ca factor determinant în intensificarea proceselor de formare a structurilor ceramice dispersate.

Punctele de vedere, conform cărora scăderea temperaturii de formare a fazei lichide datorită și în prezența unui mineralizant, nu este confirmată, este un factor decisiv în activarea reacțiilor în curs.

Opiniile cele mai acceptabile sunt, în opinia noastră, conform cărora activarea proceselor în faza lichidă mineralizată este determinată de proprietățile termoreologice ale mineralizatorilor înșiși. Cu toate acestea, nu se poate exclude faptul că numai combinația acestor manifestări determină activarea reacțiilor de formare a fazelor structurilor dispersate ceramice.

Materiale și metode de cercetare

A fost investigat un lut polineral de calitate scăzută din regiunea siberiană, caracterizat printr-un conținut scăzut de particule de argilă. Lutul se caracterizează prin conținutul de minerale argiloase montmorillonit (d / n \u003d 1.530; 0.450; 0.255 nm), caolinită (d / n \u003d 0.714; 0.357; 0.237 nm) și hidromică (d / n \u003d 0.998; 0.447; 0.256 nm). Datorită conținutului scăzut de particule de argilă (până la 20%), argila necesită îmbunătățiri și o reglementare țintită a proprietăților sale fizico-chimice și tehnologice. Compoziția chimică a materiei prime argiloase studiate este prezentată în Tabelul 1.

Tabelul 1 - Compoziția chimică a materiei prime originale din lut, în greutate. %

Studiul vâscozității dinamice a fost realizat prin metoda unui corp care se rotește într-o topitură pe un viscozimetru rotativ. Compoziția mineralogică a materiilor prime și a maselor sinterizate a fost determinată pe baza datelor analizei structurale cu raze X efectuate pe un difractometru Shimadzu XRD-6000. Analiza termică diferențială a fost efectuată folosind un derivatograf Netche Q-1500 în aer.

Aditivii cu o gamă largă de proprietăți reologice în gama materialelor ceramice de ardere sub formă de compuși NaF, Na 2 CO 3, LiCl și KCl (vâscozitate dinamică h \u003d (0,6-6) Pa × s) au fost studiați ca o componentă mineralizantă pentru argila polinerală de grad scăzut. cullet (h \u003d (10-10 14) Pa × s), precum și deșeuri industriale care conțin un complex de componente mineralizante cu vâscozitate redusă.

Cea mai mare cantitate de deșeuri de tonaj mare din producția de aluminiu - nămolul de curățare a gazelor este reprezentat de un material negru fin dispersat cu o dimensiune a particulelor de 0,071 până la 1,0 mm. Examinarea microscopică a nămolului a arătat că materialul este format din particule de carbon metamorfozate de grafit, criolit, chiolit, corindon, fluorit, nefelină, diaspora etc. 0,202; 0,169 nm, corindon - d / n \u003d 0,208; 0,255; 0,160 nm, criolit - d / n \u003d 0,193; 0,275; 0,233 nm. Când nămolul este încălzit, se observă un efect endoterm la o temperatură de 50-100 ºС, legat de îndepărtarea apei higroscopice; efectul exoterm la 90-140 ºС este asociat cu adsorbția oxigenului din atmosferă de către masa de cărbune; efect slab în intervalul de temperatură 180-300 ºС se referă la procesul de deshidratare a hidroxidului de aluminiu; efectul endotermic la 340 ºС este asociat cu pierderea de apă de către hidratul criolit cristalin; efectul exoterm intens la 350-600 ° C se referă la procesul de ardere a masei carbonice; efectul exoterm cu maximum 975 ºС se referă la cristalizarea fazei de sticlă.

Compoziția chimică a deșeurilor mixte de producție de aluminiu corespunde conținutului următoarelor componente, în greutate. %: Si02 - 0,68; Al203 - 12,53; Fe 2 O 3 - 1,13; CaO - 0,73; MgO 0,60; Na2O 15,89; F - - 16,38; p.p. - 51,42. Slime de producție de aluminiu se caracterizează printr-o viscozitate scăzută a componentelor lor mineralizante NaF, Na 2 CO 3, Na 2 SO 4, NaHCO 3, Na 3 AlF 6, AlF 3 între ele cu h 900-1000 ºС \u003d (4.9-1.9) Pa × s.

Rezultatele cercetării și discuțiile

Modificarea vâscozității unui sistem ceramic cu aditivi mineralizanți, în funcție de proprietățile reologice ale mineralizatorilor, a fost stabilită în sistemele ceramice dispersate din mase pe bază de argilă polinerală cu aditivi (mineralizatori NaF, Na 2 CO 3, cullet, precum și deșeuri de producție sub formă de nămol), având un punct de topire mai jos temperatura optimă pentru arderea lutului. Curbele modificării vâscozității în funcție de temperatură și tipul de aditiv sunt prezentate în Figura 1.

Figura: 1. Schimbarea vâscozității lutului de grădină cu aditivi mineralizanțiîn funcție de temperatură:1 - lut pur; 2 - cu adaos de cullet; 3 - cu Na2C03; 4 - cu NaF; 5 - cu nămol adăugat.

O analiză a proceselor care determină anomalii în curbele de vâscozitate indică faptul că procesele de cristalizare suferă modificări odată cu introducerea aditivilor mineralizanți.

Astfel, apariția unei faze lichide datorită topiturilor eutectice, care se caracterizează printr-o temperatură de 875 ºС pentru argila polinerală, se deplasează în regiunea temperaturilor mai scăzute: când se adaugă cullet cu 15 ºС, Na 2 CO 3 - cu 70 ºС, NaF - cu 75 ºС, nămol - la 80 ºС. Începutul apariției fazei lichide, provocând o scădere monotonă a vâscozității pentru masele cu NaF și cullet, coincide în temperatură cu efectul endotermic asupra curbei diferențiale la 810 și respectiv 840 ºС, corespunzător apariției unei topiri mineralizante. Inflexia în curba de vâscozitate, corespunzătoare transformării produselor de deshidratare în noi faze cristaline și caracterizată pentru argila pură la 925 ° C, este mutată odată cu introducerea mineralizatorilor în regiunea temperaturilor mai scăzute, cu excepția adăugării de cullet, care nu modifică temperatura de la începutul cristalizării fazelor noi.

Adăugarea de Na 2 CO 3 schimbă această temperatură cu 15 ºС, NaF - cu 25 ºС, nămol - cu 30 ºС. Punctul de inflexiune pe curbele corespunzătoare argilei pure și cu adaosuri de NaF și cullet coincide cu efectul exotermic asupra curbei diferențiale la 925 și respectiv 900 ° C, corespunzător recristalizării noilor faze.

Cel mai intens efect asupra naturii proceselor de cristalizare care au loc în timpul arderii argilei de grădină cu topire scăzută, adăugarea de nămol. Evident, acest lucru se datorează faptului că deja la 800 ° C mineralizatorul combinat din componentele mineralizante ale nămolului are o vâscozitate dinamică redusă h \u003d 4,9 Pa s. Adăugarea nămolului în gama stabilită de activități a mineralizatorilor și efectul acestora asupra proceselor fizico-chimice și de cristalizare: nămol\u003e NaF\u003e Na 2 CO 3\u003e tampon, este înaintea componentelor mineralizante individuale ale nămolului (NaF, Na 2 CO 3), ceea ce confirmă eficacitatea mineralizatorilor combinați.

Introducerea de aditivi NaF și cullet duce la o creștere a intensității efectului endotermic cu un maxim de 130 ° C pentru argila de grădină și mută procesul cauzat de deshidratare și îndepărtarea apei inter strat din rețeaua montmorillonitului în regiunea temperaturilor mai scăzute: NaF - cu 15 ° C, cullet - cu 5 °С.

În raport cu argila de grădină hidromica-kaolinită-montmorillonită, se stabilește o scădere semnificativă a temperaturii de disociere a CaCO 3 în prezența mineralizatorilor și o schimbare a zonei de decarbonizare către temperaturi mai scăzute, dovadă fiind deplasarea maximului efectului endotermic corespunzător acestui proces și caracterizată printr-un vârf maxim de 805 ° C pentru argilă. la 55-60 ºС când se adaugă NaF și la 20-25 ºС când se adaugă cullet.

Temperatura de topire a mineralizatorilor NaF și a lichidului este mai mare decât temperatura de disociere a carbonatului de calciu CaCO3, ceea ce sugerează că reacțiile de interacțiune dintre mineralizant și carbonat de calciu se desfășoară în faza solidă cu formarea de soluții solide care contribuie la deformarea rețelelor cristaline ale componentelor care reacționează și la creșterea reactivității acestora.

Formarea soluțiilor solide se explică printr-o creștere a amplitudinii oscilației ionilor Na + în jurul centrului lor geometric la 600-700 ° С și apropierea valorii razei sale ionice de raza Ca 2+, ceea ce creează condiții pentru introducerea ionului Na + în rețeaua cristalină a CaCO 3, CaO. Termogramele imediat după efectul endotermic al disocierii CaCO3 au dezvăluit efecte endotermice la temperaturi de 810, 840 ° С în mase cu mineralizatori NaF și, respectiv, cullet, care pot fi asociați cu apariția unei faze lichide la temperaturi sub punctul de topire al mineralizatorului datorită formării mineralizatorului cu topire redusă și a eutecticii carbonatului. calciu. Această observație este în concordanță cu datele N.A. Toropov, indicând formarea unei faze lichide în sistemul NaF-CaCO 3 la 400-600 ºС. Un vârf de intensitate semnificativ mai mare al efectului endotermic asociat cu apariția unei faze lichide în mase cu conținut de NaF caracterizează un proces mai activ de formare a acesteia în comparație cu masa de argilă și cullet, care este asociată cu o vâscozitate mai mică a fazei lichide formate de mineralizatorul NaF în argilă în perioada de disociere a calcitului. și, în consecință, o creștere a cantității de topitură datorită activării procesului de dizolvare a carbonatului de calciu în acesta.

Scăderea semnificativă stabilită a intensității vârfului efectului endotermic asociată cu disocierea calcitului în masa de argilă și NaF este cauzată de suprapunerea acestuia de reacția exotermă a formării silicaților de calciu, care este o consecință a accelerației directe a efectului hidromicii și montmorillonitei argilei și a mineralizatorilor conținuți în aceștia asupra disocierii carbonaților.

Judecând după datele de mai sus, efectul mineralizant al unui număr de substanțe duce la o accelerare a transformărilor termice în sistemele de argilă, la o creștere a reactivității acestora, iar eficacitatea efectului mineralizatorilor asupra acestor procese depinde de caracteristicile reologice ale acestora în intervalul de temperatură al arderii maselor ceramice.

Am găsit o confirmare experimentală a presupunerii cu privire la eficacitatea și fezabilitatea utilizării aditivilor mineralizatori complecși care combină mineralizatorii cu un punct de topire scăzut și acceleratorii de sinterizare cu vâscozitate dinamică scăzută în intervalul temperaturilor de ardere ale materialelor ceramice pentru a controla formarea unei faze lichide cu caracteristici reologice optime.

Rezultatele studiilor privind proprietățile reologice ale aditivilor complecși ai mineralizatorilor (Fig. 2, 3), coincizând cu datele NV Bondarenko. , indicați posibilitatea de a reduce temperatura de topire a topiturii prin combinarea aditivilor mineralizanți cu proprietăți reologice diferite.

Figura: 2. Dependența vâscozității unui aditiv complexdin temperatură și compoziție (în greutate,%):1 - LiCl 100; 2 - KCI 100; 3 - LiCl10, KCl 90; 4 - LiCl 30, KCl 70; 5 - LiCl 50, KCl 50; 6 - LiCl 70, KCl 30.

Figura: 3. Dependența vâscozității aditivului complex al culletului -NaFtemperatura și compoziția (% în greutate): 1 - cullet 100; 2 - NaF 100;

3 - cullet 50, NaF 50; 4 - cullet 75, NaF 25; 5 - cullet 25, NaF 75.

După cum urmează din Fig. 2, cel mai eficient din punct de vedere al evaluării proprietăților sale reologice, în comparație cu aditivii LiCl și KCl puri, un aditiv mineralizant combinat într-o combinație de LiCl și KCl 1: 1, formând o topire la punctul de topire a LiCl, în același timp, vâscozitatea aditivului complex se apropie de vâscozitatea KCl. De asemenea, foarte eficient este un aditiv mineralizant combinat care combină un aditiv NaF cu vâscozitate redusă (h 1000º C \u003d 2Pa × s) și un aditiv cu vâscozitate ridicată (h 800º C \u003d 10 9 Pa × s), care formează un topit la o temperatură de 130 ° C sub punctul de topire al NaF. În același timp, vâscozitatea mineralizatorului combinat se apropie de vâscozitatea NaF (h 870 ° C \u003d 4 Pa \u200b\u200b× s). În conformitate cu regularitățile stabilite, posibilitatea de activare a aditivilor individuali cu vâscozitate ridicată caracterizată prin apariția dedurizării în regiunea temperaturilor destul de scăzute de 575-875 ºС (erkles, borat de calciu, cullet, frit, zeolit) este evidentă deja în acest interval de temperatură.

Concluzie

S-a stabilit o schimbare a vâscozității unui sistem de masă dispersat ceramic pe bază de argilă polinerală cu aditivi mineralizanți, în funcție de proprietățile termoreologice ale mineralizatorilor. Natura modificărilor proceselor de cristalizare, care cauzează anomalii în curbele de vâscozitate, a fost dezvăluită.

A fost dovedită experimental posibilitatea creșterii eficienței aditivilor cu vâscozitate ridicată și a transferării proprietăților lor termoreologice în domeniul optim prin combinarea acestora cu mineralizatori cu vâscozitate redusă. Combinația de aditivi cu vâscozitate ridicată cu un punct de înmuiere scăzut cu mineralizatori cu vâscozitate scăzută duce la o scădere a vâscozității și menținerea unui punct de înmuiere scăzut.

Recenzori:

• Tolkachev V.Ya., doctor în științe tehnice, profesor, tehnolog șef al CTC LLC „Element siberian”, Krasnoiarsk.
• Stupko TV, doctor în științe tehnice, cercetător principal, șef al departamentului de chimie, Universitatea Agrară de Stat din Krasnoiarsk, Krasnoiarsk.

Referință bibliografică

Eromasov R.G., Nikiforova E.M., Simonova N.S., Vasilieva M.N., Taskin V.Yu. SCHIMBAREA VISCOZITĂȚII SISTEMULUI CERAMIC CU MINERALIZATORI // Probleme moderne de știință și educație. - 2012. - Nr. 3;
URL: http://science-education.ru/ru/article/view?id\u003d6282 (data accesului: 02/01/2020). Vă aducem în atenție revistele publicate de „Academia de Științe ale Naturii”

Chiar dacă utilizați cel mai modern ulei de motor, proprietățile acestuia se schimbă în timpul funcționării vehiculului.

După cum știți, toate uleiurile conțin aditivi funcționali meniți să îmbunătățească și să mențină anumite proprietăți (în Rusia sunt de obicei numiți aditivi). Atunci când funcționează într-un motor, acești aditivi sunt distruși de solicitări termice și mecanice. De asemenea, moleculele de ulei suferă modificări. Când toate aceste modificări ating o anumită limită, este necesar să înlocuiți uleiul de motor.

Una dintre caracteristicile cheie în determinarea timpului de schimb al uleiului este schimbarea vâscozității, care afectează foarte mult capacitatea uleiului de a-și îndeplini funcțiile. O modificare a vâscozității cu doar 5% este deja percepută de specialiști ca un semnal, iar o modificare cu 10% este deja percepută ca un nivel critic.

Este important să înțelegem că schimbarea vâscozității nu are loc într-un salt. Acesta este un proces treptat care are loc de-a lungul vieții vehiculului între schimbul de ulei. Principalele motive care duc la o modificare a vâscozității sunt prezentate în tabel.

Cauze frecvente ale modificărilor vâscozității uleiului de motor

Modificările datorate contaminării cu ulei trebuie corectate fie prin diagnosticare și reparații la stațiile de service, fie prin schimbarea stilului de conducere.

Cele mai interesante sunt schimbările care au loc la nivel molecular. Sunt interesante prin faptul că nu pot fi complet evitate, deoarece au o natură fundamentală, naturală. Dar aceste schimbări pot fi conținute.

Motivele care duc la creșterea vâscozității vor fi discutate într-un articol separat dedicat proprietăților antiuzură ale uleiurilor. Aici ne vom concentra asupra procesului invers. Iată cele mai probabile consecințe ale scăderii vâscozității uleiului de motor:

Reducerea grosimii filmului de ulei pe suprafețele pieselor de frecare și, ca urmare, uzura excesivă, sensibilitatea crescută la impuritățile mecanice, ruperea filmului de ulei la sarcini mari și la pornirea motorului.

O creștere a forței de frecare a elementelor motorului care funcționează în moduri de frecare mixte și limită (inele pistonului, mecanism de distribuție a gazului) va duce la consumul excesiv de combustibil și la generarea de căldură.

Se știe că standardul SAE J300 a aprobat patru metode pentru determinarea vâscozității uleiului de motor. Deoarece efectele vâscozității reduse sunt observate în cea mai mare parte cu motorul pornit, cea mai potrivită metodă este determinarea vâscozității HTHS.

Acest parametru, care înseamnă vâscozitate la viteză de forfecare ridicată la temperatură ridicată, este de obicei determinat în condiții cât mai apropiate de condițiile de funcționare ale uleiului din perechea de frecare a inelului piston-cilindru. Apropo, condiții similare există la suprafața camelor arborelui cu came și la rulmenții arborelui cotit la sarcini mari ale motorului. Temperatura pentru determinarea vâscozității HTHS este de + 150 ° С, iar viteza de forfecare este de 1,6 * 10 6 1 / s. Pentru a face mai ușoară reprezentarea ultimei valori, vom oferi câteva exemple fantastice de zi cu zi în care viteza de forfecare are o valoare apropiată: vopsirea gardului cu o rolă la o viteză de 160 km / s, scoaterea apei dintr-o seringă de 10 ml cu un ac în 1/10 dintr-o secundă, împrăștierea uleiului pentru 200.000 bucăți de pâine de o persoană în 1 minut.

Deci, vâscozitatea HTHS este cea mai strâns legată atât de proprietățile de protecție ale uleiului, cât și de consumul de combustibil al unui motor în funcțiune. Ultima afirmație este confirmată de cercetare (Fig. 1).

Imaginea 1.
Relația dintre consumul de combustibil și proprietățile uleiului de motor
(P.I. Lacey, Document tehnic SAE 2001-01-1904)

În laboratorul VMPAUTO, pe reometrul Anton Paar MCR 102, măsurarea vâscozității HTHS poate fi determinată în condiții mai blânde decât cele prevăzute în standarde: în timp ce este posibil să se atingă o viteză de forfecare de 10 5 1 / s la +150 ° C. Cu toate acestea, chiar și cu această aproximare, se pot obține rezultate interesante.

Figura 2 prezintă rezultatele determinării vâscozității HTHS a uleiului complet sintetic Shell Helix ULTRA AV-L 5W-30 utilizat în modelul VW GOLF 1.6 2006. Noul ulei avea o viscozitate HTHS de 3,62 mPa * s. Dar după 8000 km de HTHS, vâscozitatea a scăzut cu 0,16 mPa * s (-4,4%), adică s-a apropiat deja de nivelul de „semnal” de 5% pentru specialiști. Aceasta înseamnă că toate consecințele negative descrise mai sus pot începe să se manifeste în viitorul foarte apropiat.

La începutul anului 2013, departamentul științific și tehnic al VMPAVTO a început să dezvolte un aditiv multifuncțional de nouă generație pentru uleiuri de motor. Numele său este „P14”. În primăvara anului 2014, au început testele pe teren pe vehicule de diferite clase.

După cum se vede din Fig. 2 adăugarea „P14” nu a avut practic niciun efect asupra vâscozității HTHS a noului ulei de motor (-1,4%). În același timp, adăugarea de „P14” la ulei după 8000 km de rulare a permis nu numai restabilirea valorii vâscozității HTHS la valoarea inițială, ci și creșterea ușoară (+ 3,0%), oferind uleiului de motor un nou „potențial de vâscozitate” pentru o funcționare ulterioară fără probleme. Măsurarea vâscozității HTHS la 7500 km după aplicarea „P14” (+ 5,5%) arată că, chiar înainte de următoarea schimbare a uleiului de motor, caracteristicile sale de protecție rămân la un nivel ridicat: nu a existat nicio cădere sau creștere critică a acestui parametru cel mai important.

Figura 2.
Vâscozitatea HTHS a uleiului de motor la + 150 ° C și viteza de forfecare 10 5 1 / s.
Fiecare valoare este media a 100 de măsurători.