close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

2347.Дизельное смесевое топливо

код для вставкиСкачать
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ
ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ
ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
«ПЕНЗЕНСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ
АКАДЕМИЯ»
А.П. УХАНОВ, Д.А. УХАНОВ, Д.С. ШЕМЕНЕВ
ДИЗЕЛЬНОЕ СМЕСЕВОЕ ТОПЛИВО
ПЕНЗА 2012
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
УДК 665.75
У89
Рецензенты: Заслуженный деятель науки РФ, доктор технических наук,
профессор Пензенского государственного университета
Артемов И.И.;
Заслуженный деятель науки РФ, доктор технических наук,
профессор Пензенской государственной сельскохозяйственной
академии Ларюшин Н.П.
Уханов, А.П. Дизельное смесевое топливо: монография / А.П.
Уханов, Д.А. Уханов, Д.С. Шеменев. – Пенза: РИО ПГСХА, 2012. –
147 с.
Рис. 66, табл. 32, библ. 46.
В монографии показана мировая динамика использования
биотоплива в двигателях автотракторной техники; определены физические и теплотворные свойства горчичного и рыжикового масел,
дизельных смесевых топлив; приведены результаты сравнительных
экспериментальных исследований тракторного дизеля при его работе
на товарном минеральном дизельном топливе и дизельных смесевых
топливах.
Материалы, изложенные в монографии, будут полезны научным
и инженерно-техническим работникам, аспирантам и студентам.
ã ФГБОУ ВПО
ISBN 978-5-94338-530-8
«Пензенская ГСХА», 2012
ã А.П.Уханов,
Д.А. Уханов,
Д.С. Шеменев, 2012
2
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ И ТЕРМИНЫ
ДВС – двигатель внутреннего сгорания
КПД – коэффициент полезного действия
ДТ – дизельное топливо
ДСТ – дизельное смесевое топливо
ГорМ – горчичное масло
РыжМ – рыжиковое масло
УЗ – ультразвук
ОГ – отработавшие газы
Д – дымность
СО – оксид углерода
ρ – плотность топлива
γ – кинематическая вязкость топлива
С, Н, О – содержание в топливе углерода, водорода, кислорода
Н и – низшая теплота сгорания
N e – эффективная мощность двигателя
G т – часовой расход топлива
g е – удельный эффективный расход топлива
ηе – эффективный КПД
η v – коэффициент наполнения
α – коэффициент избытка воздуха
Р z – максимальное давление цикла
с.-х. – сельскохозяйственный
Дизельное смесевое топливо (ДСТ) – топливо, приготавливаемое путем смешивания минерального дизельного топлива и растительного масла [ГОСТ Р 52808-2007].
Синонимом термина «дизельное смесевое топливо» является
биоминеральная композиция.
3
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ВВЕДЕНИЕ
Основными потребителями минеральных топлив являются
поршневые двигатели внутреннего сгорания, среди которых значительную долю занимают дизели. Современные тенденции развития
транспортных дизелей таковы, что, с одной стороны, неуклонно повышаются экономичность и уровень удельной мощности, снимаемой
с двигателя, с другой – ужесточаются экологические ограничения,
накладываемые на состав выхлопных газов. В то же время ограниченность нефтяных запасов, рост цен на энергоносители диктуют необходимость экономии топлив нефтяного происхождения. Одним из
направлений решения этой проблемы является замещение минерального дизельного топлива (частичное или полное) возобновляемыми
альтернативными энергоносителями.
В последнее время большое количество зарубежных научноисследовательских центров моторостроительных фирм проводят исследования, направленные на решение задач обеспечения экономии
топлива и замены традиционных жидких углеводородных нефтяных
топлив топливами не минерального происхождения. Альтернативные
топлива можно классифицировать по следующим признакам:
· по составу – спирты, эфиры, водородные топлива с добавками;
· по агрегатному состоянию – жидкие, газообразные, твердые;
· по объемам использования – в натуральном виде, в качестве
добавок;
· по источникам сырья – из угля, торфа, сланцев, биомассы, горючего газа и др.
Создание топлива для дизелей из биологического сырья позволит трансформировать растениеводство из отрасли, являющейся основным потребителем светлых нефтепродуктов, в отрасль, выпускающую экологически чистое моторное топливо из возобновляемых
источников энергии.
В 2001 году Европейская комиссия одобрила три альтернативных замены моторным топливам: природный газ, биотопливо и водород. Каждый из названных видов топлива может достигнуть на рынке
топлив к 2020 году уровня свыше 5% от общего объема производства
минерального топлива.
Для эффективного производства и применения топлив из растительных масел считается необходимым: наличие достаточных сырье4
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
вых ресурсов, приемлемые технико-экономические и экологические
показатели их переработки; технологическая и энергетическая совместимость с транспортными и силовыми установками; оптимальные мощностные, топливно-экономические и экологические показатели процесса использования топлива; безопасность и безвредность.
Перспективными альтернативными видами моторного топлива
являются биодизельное топливо (метиловые или этиловые эфиры
растительных масел) и дизельное смесевое топливо (биоминеральные
композиции, состоящие из товарного минерального дизельного топлива и растительных масел в различных пропорциях). Оба вида топлива не требуют «глубокой» модернизации серийно выпускаемых и
находящихся в эксплуатации автотракторных дизелей. Основной
проблемой широкого применения их в качестве моторного топлива,
например, на тракторах с.-х. назначения является недостаточная приспособленность дизелей «классического» исполнения к работе на таком виде топлива в силу отличия его физических, теплотворных и
эксплуатационных свойств от аналогичных свойств минерального ДТ.
Поэтому целью исследований является экономия минерального
(нефтяного) ДТ и улучшение экологических показателей тракторных
дизелей применением дизельных смесевых топлив (биоминеральных
композиций) и адаптированных топливных систем.
Научная новизна – экспериментальное исследование наиболее
распространенного в АПК России тракторного дизеля Д-243 (4Ч 11/12,5)
при его работе на ДСТ (биоминеральных композициях), биологическим компонентом которых являются малоизученные растительные
масла, производимые из семян горчицы белой сорта «Рапсодия» и
рыжика сорта «Пензяк».
Практическая значимость – обеспечение эффективной работы
тракторных дизелей на ДСТ (биоминеральных композициях) по величине эффективного КПД двигателя на уровне 0,30-0,34 при незначительном снижении его мощности (не более 3%) и существенном
улучшении экологических показателей (уменьшение дымности ОГ не
менее чем на 50%).
Хроматографический анализ горчичного и рыжикового масел,
дизельных смесевых топлив (биоминеральных композиций) в пропорциях 25:75; 50:50, 75:25 и 90:10 выполнен в лаборатории анализа
масличных культур ГНУ «Пензенский НИИСХ» Россельхозакадемии.
5
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Экспериментальные исследования тракторного дизеля проводились в лаборатории испытаний двигателей ФГБОУ ВПО «Пензенская
ГСХА».
Эффективность от использования перечисленных ДСТ (биоминеральных композиций) по сравнению с минеральным ДТ оценивалась по мощностным, топливно-экономическим и экологическим показателям дизеля.
Авторы выражают признательность зав. лабораторией биохимического анализа масличных культур ГНУ «Пензенский НИИСХ»
к.с.-х. н. Зелениной О.Н. за помощь в проведении хроматографического анализа растительных масел и биоминеральных композиций на их
основе, доценту кафедры «Тракторы, автомобили и теплоэнергетика»
ФГБОУ ВПО «Пензенская ГСХА» к.т.н. Рачкину В.А., зав. кафедрой
«Технология и организация строительного производства» Дальневосточного ГАУ к.э.н. Годиной Е.Д., ст. преподавателю кафедры «Эксплуатация мобильных машин и технологического оборудования»
Ульяновской ГСХА Голубеву В.А., сотрудникам Ульяновской ГСХА
Сидоровой Л.И. и Хохловой Е.А. за обработку результатов экспериментальных исследований дизеля при работе на дизельных смесевых
топливах различного состава.
Монография посвящается 60-летию со дня рождения и 35-летию
научно-педагогической деятельности Заслуженного работника высшей школы РФ, Почетного работника высшего профессионального
образования РФ, академика ООО «Российская академия транспорта»,
доктора технических наук, профессора, заведующего кафедрой
«Тракторы, автомобили и теплоэнергетика» Уханова А.П.
6
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
1 ОПЫТ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ДИЗЕЛЬНЫХ СМЕСЕВЫХ ТОПЛИВ
В ДВИГАТЕЛЯХ АВТОТРАКТОРНОЙ ТЕХНИКИ
На сегодняшний день одним из альтернативных видов моторного топлива является биотопливо, полученное из растительной биомассы (биомасса – не ископаемый органический материал, прямо или
косвенно произведенный путем фотосинтеза).
Переход на использование растительного топлива позволяет одновременно решить ключевую проблему современности – удовлетворить растущие потребности в энергии без ущерба для окружающей
среды.
Можно выделить три основные группы факторов, обуславливающих необходимость замены нефтяных моторных топлив топливом биологического (растительного) происхождения: экологические,
экономические и санитарные.
Экологические факторы. Процесс выработки энергии из углеводородов сопровождается выбросом большого количества вредных
веществ (серы, бензола) и газов. Содержащийся в выбросах диоксид
углерода (СО2) не разлагается в природной среде, накапливается в
значительном количестве в атмосфере, что приводит к парниковому
эффекту.
Сельское хозяйство, как один из главных потребителей дизельного топлива, оказывает существенное влияние на чистоту воздушного бассейна, поскольку характеризуется значительным по территориальному охвату воздействием на окружающую среду. На долю автотракторной техники, оснащенной дизелями, приходится более 9% выбросов основных вредных веществ.
В выбросах отработавших газов двигателей присутствуют до
200 различных компонентов. В среднем один дизель, например, автомобиля выбрасывает 100 г токсичных веществ на каждый километр
пробега. Мнение о дизеле, как о малотоксичном двигателе, неоправданно. Горение в дизеле осуществляется в диффузионной струе при
попадании в нее жидких капель, что однозначно приводит к обильному выделению сажи (углерода) и полициклических ароматических
углеводородов из-за термического распада молекул топлива «без доступа воздуха».
7
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Поэтому одними из главных вредных компонентов отработавших газов дизелей являются оксиды азота, доля которых в суммарном
индексе токсичности составляет около 90%.
Однако выброс оксидов азота имеет неблагоприятную корреляционную зависимость от топливной экономичности дизеля – по мере
сокращения выхода оксидов азота выше становится удельный расход
топлива и наоборот, т.е. эффективный КПД есть функция ηе = f ( NO x ).
В минеральном дизельном топливе присутствует сера, которая в
дизеле, при избытке кислорода, преобразуется в сернистые оксиды SO2.
Вредные вещества, выбрасываемые дизелями, вызывают негативные воздействия на окружающую среду. Защита окружающей
среды от вредных выбросов, содержащихся в отработавших газах
ДВС, работающих на светлых нефтепродуктах, в настоящее время по
важности находится в одном ряду с проблемами разоружения и борьбы с голодом на планете. Это заставляет вести интенсивные поиски
путей снижения вредных выбросов двигателями автотракторной техники.
Экономические факторы. Известно, что система, основанная на
использовании одного доминирующего вида энергии (моноэнергетика), каким является нефть, не оправдала себя.
На современном этапе развития производства возникла необходимость в переходе к энергетическому балансу, базирующемуся на
полиэнергетике, т.е. системе, использующей несколько видов энергии. Полиэнергетика предусматривает переход от использования традиционных энергоисточников (светлых нефтепродуктов) к альтернативным.
Эти проблемы стоят и перед российской экономикой. При достаточно больших объемах добычи нефти в России не только уменьшаются объемы производства автомобильных бензинов и дизельных
топлив, но и снижается их качество при неуклонном повышении цен
на топливо. Это негативно сказывается на основных потребителях
светлых нефтепродуктов, в том числе и на рентабельности с.-х. товаропроизводителей.
Санитарные факторы. В настоящее время проблема «экологичности» топлива приобрела самостоятельное значение в связи с
ужесточением санитарных требований, предъявляемых как к самим
топливам, так и к продуктам их сгорания. Эти требования указаны в
ряде международных документов, на которые ориентируется и Рос8
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
сия. В таблице 1.1 приведены экологические нормы, которым должны
соответствовать современные топлива, в таблице 1.2 – нормы, предъявляемые к продуктам сгорания топлив.
Таблица 1.1 – Основные экологические показатели минеральных
дизельных топлив
Характеристики
топлива
кг/м3
%
49
820-860
не установлена
51
820-845
11
Евро-4,
стандарт на
топливо
Правила
ЕЭК ООН
№ 49-04
51
820-845
11
мг/кг
%
мкм
500
0,050
460
350
0,035
460
50
0,005
460
Единица
измерения
Цетановое число, не менее
Плотность при 15°С
Массовая доля полициклических ароматических
углеводородов, не более
Концентрация серы,
не более
Смазывающая способность, не более
Евро-2,
Евро-3,
стандарт
стандарт
на топливо на топлипо
во по ЕN
ЕN 590-96
590-2000
Примечание: для Евро-5 массовая доля серы не более 0,001%.
Таблица 1.2 – Предельно-допустимые выбросы двигателей
внутреннего сгорания при работе
на минеральных дизельных топливах
Нормирующий
документ
Евро-1
Евро-2
Евро-3
Евро-4
Евро-5
Тип
двигателя
Дизель
Дизель
Дизель
Дизель
Дизель
Год введения
требований
Европа Россия
1993
1999
1996
2002
2000
2004
2005
2008
2008
2010
Предельно-допустимые
выбросы, г/км
NОх
сажа
0,77
0,140
0,70
0,080
0,50
0,050
0,25
0,025
0,20
0,005
С 1 сентября 2010 г. в 27 странах Евросоюза введен экологический стандарт Евро-5 (табл. 1.2), регулирующий содержание вредных
веществ в отработавших газах транспортных средств с дизельными и
бензиновыми двигателями.
9
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Новый стандарт ужесточает экологические нормы для новых
легковых и полугрузовых автомобилей. Переход на Евро-5 позволит
на 80% сократить выбросы вредных частиц автомобилями с дизельным двигателем и на 20% – оксидов азота.
Основными факторами развития индустрии растительного топлива являются:
· значительный рост цен на ископаемые энергоносители, например, в 2008 году среднегодовая цена на нефть в мире составила
$97 за баррель;
· мировых разведанных запасов нефти и природного газа хватит, по прогнозам, при современном уровне добычи на 42 и 61 год
соответственно;
· производство ископаемых видов топлива вскоре перестанет
удовлетворять растущий спрос;
· глобальные проблемы экологической безопасности;
· возможность снижения зависимости от импорта энергоресурсов для стран с низким уровнем собственных запасов ископаемого
сырья;
· стимулирование и поддержка развития аграрного сектора.
Использование невозобновляемых источников углеводородного
сырья в мире в последние годы связано с рядом проблем:
- ограниченностью имеющихся запасов;
- усложнением условий добычи и транспортировки ископаемых углеводородов, связанным с переходом к новым источникам;
- постоянным ростом цен на все виды энергоносителей – за последние пять лет цены на нефть повысились почти в 2,6 раза (марки
Urals – с 171 долл./т в 2001 г. до 448 долл./т в 2006 г.);
- политической и экономической нестабильностью в основных
добывающих регионах – до 31% добычи нефти приходится на страны
Ближнего Востока, 12% – на страны Африки;
- повсеместным ухудшением экологической обстановки.
Для стимулирования данных процессов в некоторых странах
разработан комплекс мер, включающий в себя законодательное регулирование, прогнозное планирование объемов производства, льготное налогообложение, бюджетную поддержку и др.
По прогнозам Международной энергетической ассоциации (IEA),
мировое производство биотоплива увеличится с 20 млн. тонн энергети10
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ческого эквивалента нефти в 2005 г. до 92-147 млн. тонн к 2030 году.
Ежегодные темпы прироста производства биотоплива составят 7-9%.
Ожидается, что до 2030 г. потребление биотоплива в странах
Евросоюза (ЕС) увеличится по сравнению с текущими показателями
в 13-18 раз.
В 2010 году Бразилия, Аргентина, Канада, США и ряд стран ЕС
должны были выйти на уровень потребления биотоплива 5,75%. Однако в 2005 году выяснилось, что ряд стран ЕС не в состоянии выполнить установленный норматив. Так, по данным Генерального
управления ЕС по вопросам энергетики и транспорта, в 2005 году доля биодизельного топлива на рынке Евросоюза составляла 1,2% от
всего моторного топлива против 2%, предусмотренных директивой
Евросоюза о биотопливе. Одной из основных причин этого эксперты
назвали дефицит посевных площадей, из-за которого обеспечить необходимые объемы производства семян масличных культур, в частности рапса, ЕС не сможет (рис. 1.1).
Российская Федерация располагает большим земельным пространством. Ее территория насчитывает почти 1 млрд. 710 млн. га.
Земли с.-х. назначения занимают 400,9 млн. га, или 23% от общего
земельного фонда. Часть из них используется для получения продукции сельского хозяйства и выделены в качестве сельскохозяйственных угодий. При этом на сегодняшний день в России остаются невостребованными около 20 млн. га продуктивной пашни. Этот ресурс
можно было бы использовать для выращивания энергетических с.-х.
культур, необходимых для производства биотоплива.
Aнализ мирового производства и потребления нефти (табл. 1.3)
и биотоплива (рис. 1.2) показывает, что среднегодовые темпы роста
объемов производства ископаемых видов топлива за последние пять
лет составляют 1,6-2,8%, производства биоэтанола – 31,7%, а дизельного биотоплива – 80,7%.
Биотопливо было предложено впервые англичанами Даффи и
Патриком в 1853 году. Только спустя 40 лет немец Рудольф Дизель
изобрел двигатель, работающий на арахисовом масле. Дизельное топливо нефтяного происхождения в то время стоило дешевле, поэтому
и стало на многие годы основным видом топлива для дизелей. В начале 90-х годов прошлого столетия к идее использования биотоплива
вернулись вновь.
11
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Рисунок 1.1 – Плодородные земли, тыс. км2
Таблица 1.3 – Динамика мирового производства и потребления нефти
млн. баррелей/день
Мировое производство нефти
ОПЕК
Европа
СНГ
Россия
Северная Америка
США
Канада
Мексика
Южная Америка
Бразилия
Аргентина
Колумбия
Эквадор
Африка
Азия и Австралия
Китай
Индия
Малайзия
Средний Восток
Австралия
Другие страны
Мировой спрос на нефть
Европа
СНГ
Северная Америка
Южная Америка
Африка
Азия и Австралия
Другие страны
Баланс
3к 2007
4к 2007
2007
2008
2009 П
2010 П
85,06
35,34
4,97
12,68
10,10
14,17
7,40
3,38
3,39
4,30
2,22
0,78
0,52
0,50
2,51
7,60
3,70
0,81
0,78
1,68
0,64
3,48
85,32
16,19
3,90
25,48
6,62
2,99
20,89
9,26
-0,26
86,16
35,96
4,99
12,72
10,06
14,21
7,36
3,41
3,45
4,31
2,29
0,71
0,51
0,49
2,60
7,70
3,86
0,82
0,78
1,60
0,63
3,67
87,38
16,62
4,35
25,68
6,57
3,05
21,78
9,31
-1,22
85,39
35,32
5,10
12,71
10,09
14,28
7,47
3,32
3,49
4,37
2,19
0,78
0,51
0,50
2,58
7,60
3,78
0,81
0,77
1,67
0,55
3,44
85,80
16,18
3,94
25,53
6,50
3,07
21,22
9,36
-0,41
85,54
31,90
4,69
12,80
10,02
13,94
7,43
3,37
3,14
4,33
2,52
0,71
0,50
0,49
2,64
7,78
3,86
0,81
0,80
1,60
0,71
6,32
85,22
16,10
4,09
25,25
6,60
3,13
21,33
8,80
-0,90
80,72
28,07
4,61
12,64
9,75
13,79
7,35
3,34
3,10
4,31
2,50
0,65
0,50
0,47
2,69
7,72
3,82
0,81
0,83
1,53
0,73
6,90
83,48
15,62
4,12
24,73
6,70
3,15
21,01
8,15
-2,76
81,66
28,98
4,24
12,58
9,57
13,70
7,29
3,33
3,07
4,37
2,61
0,65
0,51
0,46
2,75
7,79
3,86
0,80
0,87
1,54
0,72
7,25
84,31
15,77
4,16
24,97
6,77
3,19
21,22
8,24
-2,66
12
2011 П
2012 П
82,49
29,56
4,71
12,28
9,27
13,38
7,31
3,28
2,79
4,38
2,65
0,58
0,51
0,44
2,83
7,76
3,80
0,80
0,91
1,53
0,72
7,61
85,38
16,01
4,22
25,35
6,83
3,22
21,43
8,32
-2,89
84,11
31,03
4,51
12,23
9,56
13,18
7,26
3,28
2,63
4,38
2,69
0,54
0,51
0,43
2,90
7,89
3,82
0,80
0,95
1,59
0,74
7,99
86,46
16,25
4,29
25,73
6,90
3,25
21,65
8,40
-2,36
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Рисунок 1.2 – Динамика мирового производства биотоплива
В России и за рубежом рассматриваются практические аспекты
использования в дизелях биотоплива из растительного сырья следующих видов:
· натуральное техническое растительное масло – масло, изготовленное из масличных культур путем прессования, отжима или аналогичных процедур, рафинированное или нерафинированное, химически не модифицированное, с низшей теплотой сгорания 35-37 МДж/кг
в зависимости от жирнокислотного состава, используемое в качестве
биотоплива для соответствующих типов двигателей, отвечающее установленным нормам выбросов вредных веществ;
· биодизельное топливо – сложный метиловый (или этиловый)
эфир растительного масла с низшей теплотой сгорания 37,1-37,4 МДж/кг,
обладающий свойствами, близкими к свойствам минерального дизельного топлива, и используемый в качестве моторного топлива в
дизельных двигателях.
· дизельное смесевое топливо (биоминеральная композиция) – бинарное топливо, изготовляемое путем смешивания минерального дизельного топлива и растительных масел с низшей теплотой сгорания 37-39 МДж/кг. Данные компоненты хорошо смешиваются, а биоминеральная композиция имеет физико-химические и теплотворные свойства, близкие к свойствам минерального ДТ, что по13
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
зволяет использовать их в дизельном двигателе без существенных
конструктивных изменений.
Необходимо отметить, что процесс производства натуральных
растительных масел в условиях отдельно взятого с.-х. предприятия
относительно прост и не требует сложного оборудования и больших
капиталовложений. В натуральном виде растительное масло используется в системе питания дизелей, устанавливаемых на серийно выпускаемых тракторах «Fendt 820 Vario greentec» фирмы Fendt, оснащенных микроволновой установкой для обработки масла. На отечественной дизельной автотракторной технике наиболее предпочтительным моторным биотопливом на сегодняшний день является ДСТ
(биоминеральная композиция).
Для производства натуральных растительных масел в мире используются в основном следующие виды сырья: в Европе и Канаде –
рапс и канола (генномодифицированный рапс с низким содержанием
кислот), США – соя, Индонезии – пальмовое масло, на Филиппинах –
пальмовое и кокосовое масла, в Индии – ятрофа, Африке – соя и ятрофа, Бразилии – соя и касторовое масло, России – рапс.
Мировой объем выпуска биотоплива в 2008 году составил более
83,7 млрд. литров. В частности, в Европе располагается более 240 заводов по производству биодизельного топлива общей мощностью
свыше 18,2 млрд. литров (рис. 1.3). Ежегодный прирост биодизельного топлива в странах Евросоюза в среднем составляет 18,5 %, и к
2017 году общий объем его производства достигнет 24 млрд. литров.
По экспертным оценкам к 2030 году доля биотоплива в общем объеме моторного топлива составит 4-6%.
При этом нехватка сырья в странах ЕС может замедлить развитие биотопливной промышленности. Максимум производства, например, рапсового масла уже практически достигнут, а потребление
минерального дизельного топлива транспортными средствами превысило 500 млн. тонн. Для увеличения выпуска биодизельного топлива
необходим импорт сырья. Проблема нехватки сырья будет усиливаться по мере увеличения перерабатывающих мощностей в Европе.
Средняя загрузка введенных в последние годы в ЕС мощностей для
производства биодизельного топлива достигает всего 75-80%.
14
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Рисунок 1.3 – Производство биотоплива в зарубежных странах
В сложившейся ситуации для России возникает дополнительная
возможность реализовать свой земельный потенциал с целью увеличения объемов производства биодизельного топлива из растительного сырья и самого сырья для экспорта в страны ЕС.
В России только для нужд сельского хозяйства ежегодно требуется порядка 5 млн. тонн дизельного топлива. Учитывая потребности
строительной и транспортной техники, промышленности и энергетики, эту цифру можно как минимум удвоить. Таким образом, исходя из
общей потребности в дизельном топливе в объеме 10 млн. тонн в год,
для достижения современных европейских норм использования биодизеля в 2,5% на первом этапе потребуется 250 тыс. тонн, а при переходе к норме в 5,75% – 575 тыс. тонн биодизельного топлива в год.
Производство масличных культур в России, являющихся сырьевой базой для производства биотоплива, обладает высокими конкурентными преимуществами. Так, например, в 2008 году было собрано
9540 тонн семян масличных культур, при этом посевные площади
15
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
под подсолнечник составляли порядка 5,2 млн. га, а посевные площади под рапс увеличились до 1 млн. га, под сою – до 0,8 млн. га. Основные перспективные регионы для выращивания рапса – Курская,
Орловская, Белгородская, Тульская, Тамбовская, Липецкая области,
Республики Татарстан и Башкортостан, Красноярский край, Омская
область и Алтайский край.
Прогнозируется увеличение урожайности масличных культур за
счет большего применения в качестве семян высокопродуктивных
гибридов (в настоящее время доля гибридов составляет не более 40%).
Развитие российского рынка масличных культур до 2012 года
предполагает, что посевные площади под подсолнечником сократятся
до научно обоснованного целесообразного уровня – порядка 4,8 млн.
га. В то же время произойдет значительное расширение посевных
площадей под рапс (до 2,25 млн. га) и другие технические масличные
культуры (горчицу, рыжик, редьку масличную, лен масличный, сурепицу, сафлор и др.).
Можно предположить, что уже в ближайшие годы производство
озимого рапса в Краснодарском крае будет рентабельней производства пшеницы. Развитие рапсосеяния позволит увеличить общий валовой сбор маслосемян, задействовать сельхозугодия Центрального
района, Сибири, Урала, где другие масличные культуры не растут изза достаточно сурового климата.
При полном переходе сельского хозяйства России на использование биотоплива, для его производства в объеме 5 млн. тонн промышленным способом, необходимо вырастить 15-16 млн. тонн маслосемян.
Учитывая негативный опыт ряда стран восточной Европы, которые в свое время активно развивали сеть биодизельных установок
малой мощности в сельских населенных пунктах, большинство экспертов полагают, что развитие производств биодизеля в России будет
идти по примеру западноевропейских стран путем строительства заводов большой мощности. Например, руководство ООО «Азовская
судоверфь» (Ростовская область) объявило о планах строительства на
территории предприятия завода по выпуску биодизеля мощностью
150 тыс. тонн в год.
В связи с ужесточением во многих странах мира законодательства, повышающего требования к качеству дизельного топлива, в
России завершается разработка технических регламентов, направлен16
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ных на повышение его качества. Перейти в РФ на использование дизельного топлива, отвечающего требованиям стандарта Евро-3, планировалось в 2008 г., в последующие годы – на Евро-4 и Евро-5.
Введение в России новых евростандартов на дизельное топливо
создает качественно новую ситуацию на рынке моторных топлив, поскольку применение минерального топлива с высоким содержанием
серы, приводящим к ухудшению его смазывающих свойств, потребует добавления либо специальных дорогостоящих присадок, либо эфиров растительного масла (биодизельного топлива), улучшающих
свойства минерального ДТ.
Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 30.08.2005 г. №217-ст утвержден и введен в
действие с 1 июля 2006 г. ГОСТ Р 52368-2005, который является модификацией международного стандарта EN 590:2004 «Automotive fuels - Diesel - Requirements and test methods». Действие стандарта распространяется на дизельное топливо Евро. Впервые в России стандарт допускает наличие метиловых эфиров жирных кислот в дизельном топливе до 5% по объему. 1 января 2009 года в России введен в
действие ГОСТ Р 52808-2007 «Нетрадиционные технологии. Энергетика биоотходов. Термины и определения». Приказ №424-ст о введении стандарта был утвержден Ростехрегулированием 27 декабря 2007
года. Стандарт разработан Лабораторией возобновляемых источников
энергии географического факультета МГУ им. М.В. Ломоносова и
устанавливает термины и определения основных понятий в области
биотоплива, с упором на жидкие и газообразные виды топлива.
Действенных мер государственной поддержки по использованию такого топлива в РФ (например, частичная отмена акциза) до сих
пор не предусмотрено.
По мнению большинства аналитиков, в ближайшие годы в России, как и в других странах, стоимость биотоплива будет несколько
превышать стоимость нефтяного (минерального) дизельного топлива.
Однако надо иметь в виду, что главным компонентом биотоплива являются растительные масла, поэтому и цена биотоплива в первую
очередь будет определяться себестоимостью масла, которая в зависимости от условий производства может различаться в 1,5-2 раза.
С учетом роста цен на нефтяное ДТ применение биотоплива
экономически выгодно. В экспериментальном порядке применение
биотоплива в России возможно, но массовый спрос, который спосо17
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Денежные затраты, тыс.руб./ тонн
бен повлиять на энергетический баланс в стране, маловероятен. Минеральное ДТ пока обходится дешевле биодизельного топлива (рис.
1.4), но несколько дороже ДСТ (биоминеральной композиции).
30
28
25
20
15
22
19
14
10
5
0
Себестоимость
производства
масла
Стоимость
биоминеральной
композиции
Себестоимость
производства
биодизельного
топлива
Стоимость
минерального
дизельного
топлива
Рисунок 1.4 – Экономическая эффективность производства
биотоплива, тыс. руб./тонн
Следует учитывать, что в европейских странах приняты и реализуются различные программы поддержки, стимулирования производства и применения биодизельного топлива путем предоставления налоговых льгот и дотаций. В России таких программ нет.
Первые положительные исследования биотоплива были проведены в Визельбурге (Австрия). В этой же стране (г. Зильберберг) в
1985 г. был построен первый опытный завод по производству биотоплива. Первые стандарты на биотопливо также были разработаны и
опубликованы в Австрии в 1990 году и стали впоследствии международными. В Германии в результате обширной работы, проведенной
совместно с представителями производителей двигателей и рапсового
масла, исследовательскими институтами, эксплуатационными службами и представителями министерств, был разработан стандарт качества для рапсового масла, используемого в качестве топлива. С 2000г.
«Стандарт качества для используемого в качестве топлива рапсового
масла» является основой для двигателестроителей и тех, кто исполь18
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
зует рапсовое масло. Производимое биотопливо должно отвечать
норме Немецкого промышленного стандарта EN 14214.
Активная работа по изучению и применению биодизельного топлива проводится во Франции, Германии, Италии, Финляндии, Чехии, Швеции, Австрии и Великобритании. В ней участвуют многие
ведущие компании мира: «Форд Мотор», «Фиат Ауто», «Даймлер
Крайслер» и др. Однако незначительный объем экспериментальных
исследований и противоречивость полученных результатов работоспособности дизелей на ДСТ (биоминеральных композициях) не позволяют пока однозначно судить об оптимальности применения конкретного вида масла или продуктов его переработки в качестве биокомпонента. Использование результатов этих исследований даже для
сравнительной оценки эффективности и расчета техникоэкономических показателей работы автотракторной техники затруднено. Это обусловлено неодинаковыми условиями проводимых экспериментов и практической эксплуатации дизелей, трудными для сопоставления.
Основной проблемой широкого применения биотоплива в качестве моторного топлива на автотракторной технике является недостаточная приспособленность дизелей классической конструктивной
схемы в силу отличий теплотворных, физико-химических и эксплуатационных свойств от аналогичных свойств минерального топлива.
От этих свойств зависят параметры процессов впрыскивания, смесеобразования и сгорания топлива и, как следствие, мощностные, топливно-экономические и экологические показатели дизеля. Поэтому
при переводе дизеля с минерального топлива на биотопливо необходимо провести комплекс экспериментальных исследований, позволяющих оценить работу серийного (классического исполнения) двигателя на ДСТ, т.е. биоминеральных композициях различного состава.
Исходя из литературных данных и проведенных исследований
можно выделить основные преимущества ДСТ (биоминеральных
композиций) по сравнению с минеральным дизельным топливом:
·хорошая воспламеняемость и достаточно высокое цетановое число;
· относительно высокая низшая теплота сгорания;
· улучшенные смазочные свойства;
· лучшие экологические свойства по оксиду углерода и дымности;
· пониженное содержание серы;
· дизель не требует существенных конструктивных изменений;
· возобновляемость растительного компонента ДСТ;
19
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
· при утечках ДСТ в меньшей степени загрязняет грунтовые воды и водоемы;
· использование ДСТ не снижает ресурс двигателя и частично
освобождает сельхозтоваропроизводителя от нефтяной зависимости;
· использование жмыха (шрота) в качестве высококалорийной
добавки к корму животных;
· использование спрессованной (брикетированной) соломы масличных культур в качестве топлива для отопительных нужд.
Главные недостатки ДСТ (биоминеральных композиций):
· незначительная потеря мощности двигателя (до 3-7%);
· повышенный удельный эффективный расход топлива (на
13,1-18,5%);
· неприятный запах отработавших газов;
· увеличенная скорость закоксовывания огневой поверхности
камеры сгорания и распылителей форсунок;
· несколько большая агрессивность к резинотехническим изделиям и лакокрасочным покрытиям;
· худшие экологические свойства по оксиду азота в сравнении с
товарным минеральным дизельным топливом;
· так как растительное топливо является кислотосодержащим
соединением, то его низшая теплота сгорания несколько меньше, чем у
минерального ДТ, и, как следствие, уменьшенный на 2,5% эффективный КПД.
Для приближения химических свойств ДСТ к аналогичным
свойствам минерального ДТ в исследованиях использована их ультразвуковая обработка.
Выявлены следующие отличия свойств натурального растительного масла от нефтяного (минерального) дизельного топлива: увеличенная вязкость, повышенная и сильно зависящая от температуры
плотность, более низкая удельная теплота сгорания, повышенное содержание кислорода (около 11%), практическое отсутствие сернистых и ароматических углеводородных соединений.
К показателям моторного топлива, которые влияют на процессы
испарения, смесеобразования и сгорания, в первую очередь относятся
плотность, кинематическая и динамическая вязкость, поверхностное
натяжение. При работе дизеля на некоторых видах ДСТ его КПД несколько выше, чем при работе на товарном минеральном ДТ, вместе с
тем мощность снижается до 7% в зависимости от вида смешиваемого
биокомпонента.
20
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Высокое содержание в растительном масле кислорода обуславливает некоторое снижение низшей теплоты сгорания ДСТ и повышенное содержание в ОГ оксидов азота.
Растительному маслу свойственна более высокая температура
кипения по сравнению с минеральным дизельным топливом, и, как
следствие этого, для его полного испарения в процессе смесеобразования необходима более высокая температура поверхностей, с которыми оно контактирует внутри цилиндра двигателя. При использовании в тракторных дизелях растительного масла в натуральном виде
обнаружилось, что через 100-200 ч работы наблюдается повышенное
количество углеродистых отложений на огневой поверхности камеры
сгорания.
Использование растительного масла в ДВС возможно в виде
биокомпонента, смешиваемого с нефтяным ДТ, чтобы, например, путем уменьшения вязкости добиться более благоприятных условий
распыления и уменьшения нагарообразования. В Швеции при испытаниях тракторов «Вольво» на двигателе без турбонаддува после 700
ч работы на рапсово-минеральной смеси 33% РМ + 67% ДТ было обнаружено значительное образование нагара на деталях двигателя, а на
дизеле с турбонаддувом после 1000 ч – незначительное.
Исследования, проведенные в ВИМе, показали, что при работе
тракторного дизеля Д-240 (4Ч 11/12,5) на рапсово-минеральном топливе 25% РМ + 75% ДТ в режиме номинальной мощности удельный
эффективный расход топлива возрастает на 6,3% вследствие меньшей
теплоты сгорания смесевого топлива. При этом на всех режимах отмечалось снижение выбросов оксида углерода, углеводородов и дымности отработавших газов примерно в 2 раза. Исключение составили
оксиды азота, содержание которых в отработавших газах на режиме
максимальной нагрузки возросло на 8%. Данные исследования свидетельствуют также об интенсивном закоксовывании распылителей
форсунок.
В результате исследований сотрудниками МГАУ им. В.П. Горячкина тракторного дизеля Д-240 (4Ч 11/12,5), работающего на смесевом растительно-минеральном топливе с содержанием рапсового
масла от 0 до 100%, было установлено, что оптимальный состав смесевого топлива по показателям рабочего процесса должен содержать
75% растительного масла. Исследования проводились на тормозном
стенде путем снятия регулировочных и нагрузочных характеристик,
мощностных и экономических показателей дизеля. Двигатель при работе на нефтяном ДТ выдал показатели, соответствующие техниче21
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ским условиям: номинальная мощность 57,8 кВт, удельный эффективный расход топлива 235 г/кВт∙ч, корректорный запас крутящего
момента 14,7%, степень неравномерности РЧВ 2,4%. При работе на дизельном смесевом топливе номинальная мощность составила 56,7 кВт,
запас крутящего момента 17,6%, степень неравномерности РЧВ 2,6%.
Следовательно, дизель Д-240 при работе на дизельном смесевом топливе полностью соответствует техническим условиям по мощностным и экономическим показателям.
Оценка рабочего процесса дизеля по значению эффективного
КПД показала, что на режимах, близких к номинальным, эффективный КПД при работе на дизельном смесевом топливе практически равен значению эффективного КПД при работе дизеля на нефтяном топливе. Однако при снижении нагрузки в 2 раза ( N e = 29 кВт) разница в
КПД составляет 1,6%, а при снижении в 4 раза ( N e = 14,5 кВт) – 3,1%.
Эксплуатационные испытания трактора МТЗ-80 подтвердили,
что смесь растительного масла с нефтяным дизельным топливом
обеспечивает эффективную работу дизеля и ее применение является
одним из способов экономии топлива нефтяного происхождения.
Анализ экологических показателей дизеля свидетельствует о
снижении токсичных выбросов при работе на ДСТ. Содержание оксидов углерода и углеводородов в отработавших газах на всех режимах снижается примерно в 2 раза, количество твердых частиц (дымность) на режиме максимальной нагрузки уменьшается вдвое, на режиме малой нагрузки оно снижается до минимума. Исключение составляют оксиды азота, выбросы которых в режиме максимальной
нагрузки при работе на биотопливе возрастают на 8%. Это связано с
наличием в биотопливе связанного кислорода.
Полученные российскими учеными данные о значительном
снижении выбросов токсичных веществ подтверждают результаты
исследований зарубежных специалистов. Основным стимулирующим
фактором применения биотоплив за рубежом является улучшение
экологических показателей дизелей.
Однако использование ДСТ (биоминеральных композиций) в
дизелях автотракторной техники из-за различия физико-химических,
теплотворных и эксплуатационных свойств требует незначительной
конструктивной доработки штатной топливной системы и установки
в нее дополнительных узлов и агрегатов.
22
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
2 ЖИРНОКИСЛОТНЫЙ СОСТАВ, НИЗШАЯ ТЕПЛОТА СГОРАНИЯ
ГОРЧИЧНОГО И РЫЖИКОВОГО МАСЕЛ И ДИЗЕЛЬНЫХ СМЕСЕВЫХ
ТОПЛИВ
2.1 ОБОСНОВАНИЕ ВЫБОРА МАСЛИЧНОЙ КУЛЬТУРЫ
ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ДИЗЕЛЬНОГО СМЕСЕВОГО ТОПЛИВА
Наиболее распространённым на сегодняшний день сырьём для
производства дизельных смесевых топлив является рапсовое масло.
Технология получения рапсового масла хорошо отлажена, а рынок
сбыта уже поделён между основными производителями. Поэтому
России, чтобы быть конкурентоспособной в этом секторе производства, требуется производить биологический компонент ДСТ из другого растительного сырья. В РФ ежегодно перерабатывается около
3 млн. т маслосемян (рис. 2.1), в том числе подсолнечника – 89%, сои
– 9%, горчицы – 0,4%, рапса – 1,6% .
Горчица 0,4%
Рапс 1,6%
Соя 9%
Подсолнечник
89%
Рисунок 2.1 – Распределение растительных масел
на российском рынке
Альтернативное использование других масличных культур позволит значительно расширить вариации севооборотов. Применение
же многолетних масличных культур в противовес однолетнему рапсу,
при прочих равных достоинствах, позволит значительно снизить производственные расходы на получение сырья для биотоплива.
Для сравнительного анализа были приняты следующие масличные культуры: горчица белая, лён масличный, сурепица, рыжик,
редька масличная. Основные технологические и физико-химические
свойства этих масличных культур представлены в таблице 2.1.
23
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Таблица 2.1 – Технологические свойства масличных культур и
физико-химические свойства растительных масел
Культура
Показатель
Рапс
Урожайность, ц/га
Масличность, %
Рыжик
14…33
Лён
Горчица Сурепимасличбелая
ца
ный
4…25
22…28 33…42
12…15
Редька
масличная
16…24
40…48
48…51
29…41
42…46
43…48
47…49
Кинематическая
вязкость
масла
75
15,5
76
*
96
*
при 20 °С, сСт
Плотность масла
915…930 934…935 913…923 910…920 919…933 920…927
при 20 °С, кг/м3
Коэффициент
1,472… 1,4858… 1,470… 1,471… 1,475… 1,474…
преломления,
1,476
1,4872
1,474
1,472
1,478
1,478
Температура за0-10
-20
-8-16
-8
-16
-12-16
стывания масла, °С
Йодное число
95…118 175…204 79…115 105…122 133…155 119…144
Средняя молекулярная масса,
284,47
281,97
300,18
282,38
288,85
294,94
г/моль
Низшая теплота сго37,10
36,68
37,47
36,87
36,95
37,33
рания, Hu, МДж/кг
Примечание: * – нет данных
Оценивая урожайность и масличность анализируемых культур,
можно отметить общий достаточно высокий процент содержания в
них масла, который для всех почти одинаков и в среднем составляет
около 45 %. Несколько ниже показатель у рыжика – 35%.
Значительный уровень кинематической вязкости большинства
масел предполагает применение дополнительных устройств предварительного подогрева растительного компонента ДСТ. Льняное масло – единственное, требующее дополнительного подогрева или депрессанта лишь в зимних условиях.
Наибольшей склонностью к испарению и окислению обладают
масла льна масличного и рыжика, у которых йодное число имеет
наибольшие в рассматриваемой выборке культур значения.
Высокий коэффициент рефракции (преломления) так же, как и
высокая плотность, обычно указывает на обогащенность эфирного
24
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
масла кислородными соединениями. В свою очередь, теплотворная
способность топлива обратно пропорциональна содержанию в нём
кислородных соединений. Результаты расчётов низшей теплоты сгорания рассматриваемых масел на основе хроматографического анализа подтверждают предположения о наименьшем значении теплоты
сгорания у льна и максимальном – у горчицы (рис. 2.2).
37,6
Hu, МДж/кг
37,4
37,2
37
36,8
36,6
36,4
36,2
Рапс
Лен Горчица Сурепица Рыжик Редька
масличный белая
масличная
Рисунок 2.2 – Низшая теплота сгорания масличных культур
Высокая теплотворная способность горчичного масла, на фоне
примерно одинаковых с другими маслами физико-химических
свойств, позволяет считать горчицу перспективным конкурентом
рапсу.
Горчица – виды растений Sinapis семейства крестоцветных, а
также некоторые виды рода Brassica (рис. 2.3). Род Sinapis насчитывает 7-10 однолетних или, реже, многолетних видов. Из рода Brassica
к горчице принадлежат три культивируемых однолетних вида: сарептская, или сизая – ветвистое растение высотой до 1,5 м; чёрная – с
прижатыми к стеблю стручками, возделывается в М. Азии, Европе,
Америке (в России – сорняк); абиссинская – возделывается в Эфиопии и горах Восточной Африки.
Горчица – одна из ценных масличных культур. Структура производства семян горчицы в мире распределяется следующим образом:
· для продовольственных целей суммарно около 466 тыс. тонн.
Здесь лидирующую позицию занимает Канада. В целом наблюдается
стойкий рост мирового производства с 357 тыс. тонн в 1991 г. до пика
производства в 703 тыс. тонн в 2005 г. В среднем за 20 лет прирост
25
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
производства составил около 100%, т.е. около 350 тыс. тонн, что несколько отстает от роста мировой потребности;
· для производственных целей около 2,7 млн. тонн. Лидерами
здесь являются Индия (2,5 млн. тонн), Пакистан и Бангладеш (вместе
150-200 тыс. тонн). В ближайшие годы в этом регионе ожидается
рост производства технической горчицы, в том числе для производства биотоплива.
Рисунок 2.3 – Горчица
В долгосрочной перспективе будет наблюдаться рост спроса на
семена горчицы. Мировое производство должно увеличиться в среднем на 15%. В 2001-2005 гг. под горчицей белой и сизой в РФ было
занято порядка 100 тыс. га. Урожайность составляла 0,6 т/га.
В России для промышленных посевов используют два вида горчицы – сарептскую и белую. Наиболее распространена сарептская
горчица (Brassica juncea), которая была известна еще в Древнем Китае
и оттуда проникла в Индию. В Россию сарептская горчица была завезена в начале XVIII в. В 1970 г. площадь её в СССР (Нижнее Поволжье, Казахстан, Ставропольский край, Новосибирская обл. и области
Центральной зоны России) составляла 221 тыс. га. Белая горчица
(Sinapis alba) – древнейшая культура земледелия стран Средиземноморья. Описание её семян, вкусовых качеств, полевой всхожести относится к 300 г. до н. э. Белая горчица широко распространена в
Швеции, Дании, Голландии, Англии, восточных районах Германии.
В настоящее время выращивают районированные сорта: ВНИИМК
162, ВНИИМК 405, Неосыпающаяся 2, Волгоградская 189/191, Жёл26
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
тосемянная 230, Скороспелка. В Пензенском НИИСХ проходит изучение белой горчицы сортов Радуга и Рапсодия.
Горчица имеет большое народнохозяйственное значение, так как
в семенах горчицы сизой содержится 34-47% (йодное число 92-119),
а в семенах горчицы белой 25-39% масла (йодное число 92-122). Имеется постоянная потребность в горчице в различных отраслях промышленности (консервной, хлебопекарной и кондитерской, маргариновой, фармацевтической, текстильной, мыловаренной и др.).
Горчичное масло отличается высокими вкусовыми достоинствами.
Кроме жирного масла, семена сизой и белой горчицы содержат эфирное масло (соответственно 0,5-1,7% и 0,1-1,1%), которое используется в парфюмерной промышленности.
Химический состав семян горчицы приведен в таблице 2.2.
Таблица 2.2 – Химический состав семян различных видов
горчицы, % в пересчете на сухое вещество
Сарептская
Белая
Черная
Липиды
Протеин (N×6,25)
41,9
20,5
32,0
29,7
33,0
26,0
Целлюлоза
Другие углеводы
8,2
16,8
11,1
20,7
10,1
18,2
Зола
5,5
5,5
5,2
Виды горчицы
Показатели
Горчицу выращивают для получения из её семян жирного масла.
В семенах сарептской горчицы его содержится 35-45%, белой –
20-34%. Горчичное масло, в сравнении с другими маслами, имеет самый низкий кислотный показатель и дольше других сохраняет свои
вкусовые свойства, стойко к окислению при хранении и термической
обработке. Жирно-кислотный состав масла горчицы характеризуется
наличием высокомолекулярных ненасыщенных жирных кислот, содержание которых различается по сортообразцам (олеиновой – от 7
до 62%, линолевой – 12-50%, линоленовой 4-17%, эйкозеновой –
0-19%, эруковой – 0-58%). Содержание насыщенных жирных кислот
составляет 3-7%. Масло горчицы находит применение в медицине,
парфюмерии, мыловарении, текстильном и кожевенном производствах, химической промышленности при получении полиэфирных алкидных смол, в металлургии, а также в качестве смазочного масла.
27
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Горчичное масло используется в технике как ценное смазочное масло
для моторов и аппаратуры, его применяют при пониженных температурах, так как оно относится к слабовысыхающим маслам с низкими
температурами застывания. В перспективе возможна переработка его
в биодизель – топливо для автомобилей и тракторов.
Побочные продукты переработки семян – жмых, шелуха – идут
на изготовление порошка для медицинских горчичников, горчичного
спирта и столовой горчицы.
Горчичный жмых содержит до 30% белка, богатого лизином, и
используется при силосовании зеленых кормов и в составе комплексных комбикормов. Жмых семян горчицы белой – прекрасный высокобелковый корм для скота. В фанерном производстве с успехом
применяют извлеченные из жмыха белки, заменяющие дорогостоящий казеин.
Зеленая масса и силос служат молокогонным кормом, а сено по
содержанию белковых веществ (14,9% протеина и 9,8% переваримого
белка) не уступает луговому.
Горчица – один из лучших ранних медоносов: благодаря длительному цветению (2-3 недели) она обеспечивает сбор с 1 га более
100 кг мёда.
Растения горчицы благоприятно влияют на структуру почвы.
В силу значительной растворяющей способности её корни переводят
труднорастворимые питательные вещества в формы, доступные для
других растений, и способствуют перемещению их из глубоких слоев
в верхние. Горчица применяется для биологической очистки почвы,
она оказывает обеззараживающее действие на возбудителей грибковых и других заболеваний. Большие перспективы имеет использование этой культуры в качестве парозанимающей. Паровое поле, занятое
горчицей, очищается от сорняков, в нем улучшается структура почвы.
Наиболее эффективный метод получения горчичного масла –
холодное прессование (проводится при температуре 40-50°С, что исключает разложение и сохраняет такие ценные пищевые компоненты,
как ферменты, витамины, аминокислоты, и, что очень важно, при
этом масло имеет более низкие показатели по кислотному и перекисному числам). Наличие в составе токоферолов определяет высокие
антиокислительные способности масла. Поэтому горчичное масло
медленно и слабо окисляется и долго хранится, благодаря чему его
нередко добавляют к другим жирным маслам, что увеличивает как
28
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
срок их годности, так и продуктов, из них приготовленных.
Жирнокислотный состав горчичного масла сходен с составом
масла рапсового: олеиновая (до 30%), α-линолевая (15-20%), линоленовая (до 10-12%) кислоты. Нерафинированное масло содержит
40-64% эруковой и 5-8% экозеновой кислот, витамины А, Е .
Из других масличных культур заслуживает внимания рыжик
(рис. 2.4). Рыжик – однолетнее или зимующее растение, до выведения
в культуру в конце 19 века являлся сорняком. Свое название растение
получило за желто-красный цвет мелких семян, из которых прессованием получают масло темно-желтого цвета. Произрастает в зонах
умеренного и холодного климата. Рыжик малотребователен к теплу
(холодостойкость до минус 25°С без снежного покрова) и влаге, вынослив, урожаи постоянны, стабильны и достигают 1,6-2,2 т/га. От
насекомых практически не страдает. Заложенный от природы мощный антиоксидантный комплекс прекрасно сдерживает нерафинированное рыжиковое масло от окисления, и оно сохраняется неизменным в течение года и более.
Таким образом, к числу перспективных масличных культур,
масла из которых могут использоваться в качестве биокомпонента
ДСТ, можно отнести горчицу и рыжик.
Рисунок 2.4 – Рыжик и рыжиковое масло
29
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
2.2 ЭЛЕМЕНТАРНЫЙ СОСТАВ И РАСЧЕТ НИЗШЕЙ ТЕПЛОТЫ
СГОРАНИЯ ДИЗЕЛЬНЫХ СМЕСЕВЫХ ТОПЛИВ
Натуральные растительные масла (горчичное и рыжиковое)
представляют собой смесь моно- ди- и триацилглицеринов, которые
содержат в своем составе молекулы высших алифатических кислот,
т.е. высокомолекулярных кислородсодержащих соединений с углеводородным основанием, связанных с молекулой глицерина.
Для определения молекулярного состава растительных масел и
их низшей теплоты сгорания необходимы следующие исходные данные: число атомов углерода, водорода и кислорода в молекуле каждой кислоты, молекулярная масса кислот, а также процентное содержание каждой кислоты в исходном растительном масле, определенное путем хроматографического анализа на хроматографе «Кристалл2000М» (рис. 2.5).
Рисунок 2.5 – Общий вид хроматографа «Кристалл-2000М»
Хроматографическому анализу подвергались горчичное (100%ГорМ)
и рыжиковое (100%РыжМ) масла и ДСТ (биоминеральные композиции) на основе растительного масла и минерального топлива
(100%ДТ) в соотношении: 25%ГорМ + 75%ДТ; 50%ГорМ + 50%ДТ;
75%ГорМ + 25%ДТ; 90%ГорМ + 10%ДТ; 90%ГорМ + 10%ДТ (УЗ);
25%РыжМ + 75%ДТ; 50%РыжМ + 50%ДТ; 75%РыжМ + 25%ДТ;
90%РыжМ + 10%ДТ; 90%РыжМ + 10%ДТ (УЗ).
Результаты хроматографического анализа натуральных горчичного и рыжикового масел и биоминеральных композиций на их основе в процентном соотношении 25:75, 50:50, 75:25 и 90:10 приведены в
таблицах 2.3 - 2.6.
30
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Таблица 2.3 – Результаты хроматографического анализа
натурального горчичного масла и биоминеральных
композиций на его основе
90%ГорМ 75%ГорМ 50%ГорМ 25%ГорМ+
Наименование
100%ГорМ
+ 10%ДТ + 25%ДТ + 50%ДТ
кислоты
75%ДТ
Миристиновая
Пентадекановая
Пальмитиновая
Пальмитоолеиновая
Стеариновая
Олеиновая
Линолевая
У-линоленовая
А-линоленовая
Арахиновая
Годоиновая
Эйкозадиеновая
Арахидоновая
Бегеновая
Эруковая
Докозадиеновая
Докозатриеновая
Лигноцериновая
Нервоновая
0,05
0,02
2,96
0,11
1,45
36,60
13,00
0,02
12,26
0,64
10,11
0,24
0,11
0,37
20,27
0,14
0,33
1,31
0,04
0,045
0,015
2,945
0,107
1,467
36,127
13,334
0,001
12,526
0,650
10,338
0,209
0,125
0,379
19,928
0,018
0,064
0,256
1,471
0,03
0,14
2,87
0,11
1,44
36,47
12,99
0,03
12,27
0,65
10,07
0,26
0,12
0,38
20,34
0,13
0,33
1,34
0,00
0,02
1,04
2,94
0,18
1,38
35,34
13,48
0,10
12,30
0,66
10,15
0,39
0,15
0,42
19,74
0,10
0,34
1,29
0,00
0,02
0,85
2,86
0,16
1,36
35,64
13,48
0,07
12,52
0,66
10,03
0,35
0,15
0,42
19,72
0,10
0,33
1,30
0,00
Таблица 2.4 – Результаты хроматографического анализа
натурального рыжикового масла и биоминеральных
композиций на его основе
Наименование
кислоты
1
Миристиновая
Пентадекановая
Пальмитиновая
Пальмитоолеиновая
Стеариновая
Олеиновая
Линолевая
У-линоленовая
100%Рыж 90%РыжМ 75%РыжМ 50%РыжМ 25%РыжМ
М
+ 10%ДТ + 25%ДТ + 50%ДТ
+ 75%ДТ
2
0,04
0,01
4,30
0,07
2,30
12,73
24,29
0,01
3
0,006
0,0019
4,254
0,026
2,276
13,531
24,240
0,032
31
4
0,03
0,22
4,22
0,09
2,27
12,65
24,15
0,04
5
0,03
0,47
4,23
0,11
2,23
12,60
23,96
0,06
6
0,01
1,36
4,23
0,17
2,14
12,09
23,92
0,13
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Окончание таблицы 2.4
1
А-линоленовая
Арахиновая
Годоиновая
Эйкозадиеновая
Арахидоновая
Бегеновая
Эруковая
Докозадиеновая
Докозатриеновая
Лигноцериновая
Нервоновая
2
36,92
1,04
11,19
1,52
1,87
0,31
2,38
0,24
0,24
0,50
0,03
3
36,023
1,049
11,248
1,523
1,828
0,339
2,452
0,016
0,379
0,143
0,619
4
36,93
1,04
11,21
1,55
1,88
0,33
2,41
0,22
0,24
0,51
0,03
5
36,80
1,04
11,15
1,56
1,87
0,34
2,49
0,21
0,25
0,53
0,08
6
36,60
1,03
10,75
1,62
1,85
0,38
2,54
0,21
0,26
0,56
0,16
Таблица 2.5 – Результаты хроматографического анализа
натурального горчичного масла и биоминеральных
композиций на его основе, обработанных ультразвуком
Наименование
кислоты
Миристиновая
Пентадекановая
Пальмитиновая
Пальмитоолеиновая
Стеариновая
Олеиновая
Линолевая
У-линоленовая
А-линоленовая
Арахиновая
Годоиновая
Эйкозадиеновая
Арахидоновая
Бегеновая
Эруковая
Докозадиеновая
Докозатриеновая
Лигноцериновая
Нервоновая
100%Гор 90%ГорМ 75%ГорМ 50%ГорМ 25%ГорМ+
+ 10%ДТ + 25%ДТ + 50%ДТ
М
75%ДТ
0,04
0,02
2,96
0,11
1,46
36,05
13,27
0,001
12,58
0,65
10,31
0,22
0,13
0,38
20,01
0,02
0,06
0,26
1,49
0,05
0,02
2,95
0,11
1,47
36,13
13,33
0,001
12,526
0,65
10,34
0,21
0,13
0,38
19,93
0,02
0,06
0,26
1,47
32
0,07
0,02
2,99
0,11
1,52
35,93
13,63
0,008
12,50
0,64
10,01
0,21
0,13
0,39
20,07
0,02
0,06
0,25
1,48
0,02
0,07
3,36
0,20
1,36
35,97
14,56
0,01
12,21
0,53
9,72
0,17
0,10
0,49
19,65
0,09
0,03
0,12
1,37
0,02
0,04
3,20
0,18
1,27
35,54
14,46
0,03
12,08
0,56
9,88
0,23
0,15
0,50
20,23
0,06
0,02
0,18
1,41
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Таблица 2.6 – Результаты хроматографического анализа
натурального рыжикового масла и биоминеральных
композиций на его основе, обработанных ультразвуком
Наименование
90%РыжМ 75%РыжМ 50%РыжМ 25%РыжМ
100%РыжМ
кислоты
+ 10%ДТ + 25%ДТ + 50%ДТ
+ 75%ДТ
Миристиновая
0,04
0,04
0,03
0,03
0,52
Пентадекановая
0,01
0,02
0,02
0,02
0,18
Пальмитиновая
4,38
2,63
4,32
4,46
5,52
Пальмитоолеиновая
0,07
0,08
0,09
0,08
0,44
Стеариновая
2,48
2,27
2,27
2,26
2,19
Олеиновая
12,77
12,95
12,67
12,90
12,64
Линолевая
24,07
24,78
24,28
24,22
24,59
У-линоленовая
0,03
0,0
0,03
0,04
0,26
А-линоленовая
36,63
37,93
36,66
36,80
34,61
Арахиновая
1,05
0,94
1,055
1,02
1,04
Годоиновая
11,23
10,24
11,26
10,98
10,36
Эйкозадиеновая
1,51
1,40
1,54
1,48
1,57
Арахидоновая
1,84
1,71
1,86
1,80
1,55
Бегеновая
0,31
0,26
0,33
0,36
0,82
Эруковая
2,41
1,95
2,44
2,36
2,65
Докозадиеновая
0,02
0,02
0,03
0,13
0,28
Докозатриеновая
0,38
0,27
0,34
0,37
0,34
Лигноцериновая
0,18
0,12
0,19
0,15
0,08
Нервоновая
0,61
0,41
0,61
0,54
0,36
Определение элементарного состава и низшей теплоты сгорания
растительных масел и ДСТ (биоминеральных композиций) на их основе проведено по следующей методике.
Зная процентное содержание (r) высших алифатических кислот
и число атомов (х) углерода, (у) водорода и (z) кислорода в каждой
кислоте CxHyOz, определяем среднее число атомов каждого элемента
в натуральном горчичном масле по формулам
хср = Σхi·ri ; уср = Σyi·ri; zср = Σzi·ri.
В результате расчета (без учета числа атомов неидентифицированного остатка) на примере горчичного масла получаем
хср=14·0,048+15·0,015+16·(2,956+0,108)+18·(1,450+36,601+12,995+
+0,009+12,263)+20·(0,638+10,107+0,243+0,106)+22·(0,367+20,273+
+0,021+0,060)+24·(0,247+1,497)=19,09;
уср=28·0,048+30·(0,015+0,108+0,009+12,263)+32·(2,956+12,995+0,106)+
+34·36,601+36·(1,450+0,243)+38·(10,107+0,060)+40·(0,638+0,021)+
33
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
+42·20,273+44·0,367+46·1,497+48·0,247= 35,53;
zср=2·(0,048+0,015+2,956+0,108+1,450+36,601+12,995+0,009+12,263+
+0,638+10,107+0,243+0,106+0,367+20,273+0,021+0,060+0,247+1,497) = 2.
Тогда усредненная химическая формула горчичного масла составит С19,09Н35,53О2.
Аналогичным образом получена усредненная химическая формула для рыжикового масла – С17,75Н32,83О2.
Суммарные молекулярные массы каждого из элементов в горчичном масле:
ΣМ(С) = М(С)·хср = 12,011·19,09 = 229,319 г/моль;
ΣМ(H) = М(H)·уср = 1,0079·35,53 = 35,815 г/моль;
ΣМ(O) = М(O)·zср = 15,9994·2 = 31,988 г/моль.
Средняя молекулярная масса горчичного масла
МГорМ = ΣМ(С) + ΣМ(H)+ ΣМ(O)=229,319 + 35,815 + 31,988 = 297,122 г/моль.
Разделив суммарные значения величин молекулярной массы
всех атомов С, Н и О, которые входят в горчичное масло, на молекулярную массу горчичного масла, получим относительные доли углерода, водорода и кислорода:
С = ΣМ(С)/ МГорМ =229,319/297,122 = 0,772;
Н = ΣМ(H)/ МГорМ =35,815/297,122 = 0,118;
О = ΣМ(O)/ МГорМ =31,988/297,122 = 0,110.
Таким образом, элементарный состав горчичного масла: С = 0,772;
Н = 0,118 и О = 0,110.
Далее определяем элементарный состав биоминеральных композиций, состоящих из горчичного масла и минерального дизельного
топлива марки Л-0,2-62 с содержанием горчичного масла 25%, 50%,
75% и 90%.
Элементарный состав ДСТ (биоминеральных композиций):
Сдбк = К1×СГорМ + К2×СДТ,
Ндбк = К1×НГорМ + К2×НДТ,
Одбк = К1×ОГорМ + К2×ОДТ,
где СДТ, ОДТ, НДТ – элементарный состав минерального дизельного
топлива марки Л-0,2-62 (СДТ = 0,87, НДТ = 0,126 и ОДТ = 0,004); СГорМ,
ОГорМ, НГорМ – элементарный состав горчичного масла; К1 – дозы минерального дизельного топлива; К2 –дозы горчичного масла.
34
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Элементарный состав биоминеральной композиции, состоящей
из 25% горчичного масла и 75% минерального дизельного топлива,
будет равен:
С25*= СГорМ·0,25 + СДТ·0,75=0,772·0,25 + 0,87·0,75=0,846;
Н25= НГорМ·0,25 + НДТ·0,75=0,118·0,25 + 0,126·0,75=0,124;
О25= ОГорМ·0,25 + ОДТ·0,75=0,110·0,25 + 0,004·0,75=0,030.
Аналогичным образом был определен состав других биоминеральных композиций:
С50= СГорМ·0,5 + СДТ·0,5=0,772·0,5 + 0,87·0,5=0,821;
Н50= НГорМ·0,5 + НДТ·0,5=0,118·0,5 + 0,126·0,5=0,122;
О50= ОГорМ·0,5 + ОДТ·0,5=0,110·0,5 + 0,004·0,5=0,057;
С75= СГорМ·0,75 + СДТ·0,25=0,772·0,75 + 0,87·0,25=0,797;
Н75= НГорМ·0,75 + НДТ·0,25=0,118·0,75 + 0,126·0,25=0,120;
О75= ОГорМ·0,75 + ОДТ·0,25=0,110·0,75 + 0,004·0,25=0,083;
С90= СГорМ·0,90 + СДТ·0,10=0,772·0,90 + 0,87·0,10=0,782;
Н90= НГорМ·0,90 + НДТ·0,10=0,118·0,90 + 0,126·0,10=0,119;
О90= ОГорМ·0,90 + ОДТ·0,10=0,110·0,90 + 0,004·0,10=0,099.
Низшую теплоту сгорания минерального дизельного топлива,
горчичного масла и ДСТ (биоминеральных композиций) определяем
по известной формуле Д.И. Менделеева
Нu = 34,013С + 125,6Н – 10,9∙(О – S) – 2,512∙(9H + W), МДж/кг,
где S и W – содержание в горчичном масле и биоминеральных композициях соответственно серы и воды (принимаем S = 0, W = 0).
Тогда низшая теплота сгорания Нu составит:
Нu(ДТ)= 34,013·0,870 + 125,6·0,1260 - 10,9·(0,004 - 0) - 2,512·(9·0,126 + 0) =
= 42,4 МДж/кг;
Нu (100) = 34,013·0,772 + 125,6·0,118 - 10,9·(0,110 - 0) - 2,512·9·0,118+0) =
= 37,4 МДж/кг;
Нu(25) = 34,013·0,846 + 125,6·0,124 - 10,9·(0,030 - 0) - 2,512·(9·0,124+0) =
= 41,2 МДж/кг;
Нu(50) = 34,013·0,821 + 125,6·0,122 –10,9·(0,57 - 0) - 2,512·(9·0,122+0) =
= 39,9 МДж/кг;
Нu(75) = 34,013·0,797 + 125,6·0,120 - 10,9·(0,083 - 0) - 2,512·(9·0,120+0) =
= 38,6 МДж/кг.
*
индексы 25, 50, 75 соответствуют процентному содержанию горчичного масла в биоминеральной композиции
35
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Нu(90) = 34,013·0,782 + 125,6·0,119 - 10,9·(0,099 - 0) - 2,512·(9·0,119+0) =
= 37,5 МДж/кг.
Аналогично был определен молекулярный состав и низшая теплота сгорания рыжикового масла и биоминеральных композиций на
его основе. Вязкость (кинематическая) и плотность определялись при
температуре 20°С экспериментально с помощью вискозиметра и
ареометра.
Результаты расчетов представлены в таблице 2.7.
Таблица 2.7 – Элементарный состав и низшая теплота
сгорания исследуемых топлив
Элементарный
состав
Вид топлива
100%ДТ
100%ГорМ
25%ГорМ+75%ДТ
50%ГорМ+50%ДТ
75%ГорМ+25%ДТ
90%ГорМ+10%ДТ
100%РыжМ
25%РыжМ+75%ДТ
50%РыжМ+50%ДТ
75%РыжМ+25%ДТ
90%РыжМ+10%ДТ
С
Н
О
0,870
0,772
0,846
0,821
0,797
0,782
0,766
0,844
0,818
0,792
0,776
0,126
0,118
0,124
0,122
0,120
0,119
0,119
0,125
0,123
0,121
0,120
0,004
0,110
0,030
0,057
0,083
0,099
0,115
0,031
0,059
0,087
0,104
Низшая
теплота
сгорания,
МДж/кг
42,4
37,4
41,3
40,0
38,6
37,5
37,0
41,0
39,7
38,3
37,2
Плотность,
кг/м3
Вязкость,
мм2/с
830
918
881
893
906
912
920
879
893
907
913
42,0
68,7
20,6
36,6
52,7
62,3
51,6
16,3
28,0
39,8
46,9
Примечание: С – углерод; Н – водород; О – кислород
2.3 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ОЦЕНКА ДОБАВКИ МИНЕРАЛЬНОГО
ДИЗЕЛЬНОГО ТОПЛИВА И УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ОБРАБОТКИ
НА ИЗМЕНЕНИЕ ЖИРНОКИСЛОТНОГО СОСТАВА ДИЗЕЛЬНЫХ
СМЕСЕВЫХ ТОПЛИВ
Объектом исследования являлись масла горчицы белой и рыжика посевного, полученные методом холодного отжима, а также их
смеси с летним минеральным дизельным топливом в процентном соотношении 25:75,50:50,75:25,90:10.
Идентификацию и определение содержания высокомолекуляр36
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ных жирных кислот (ВЖК) триацилглицеролов растительного масла
выполняли методом газожидкостной хроматографии. Получение метиловых эфиров жирных кислот проводили по ГОСТ Р 51 486-99. Разделение метиловых эфиров проводили на хроматографе «Кристалл
5000.1».
Условия
анализа:
колонка
капиллярная
HP–FFAP,
50 м×0,32 мм×0,5 мм; газ-носитель – азот; температура инжектора –
250°С; температура детектора – 280°С; температура термостата колонок – 140°С; программирование температур с 3 мин. от 140 до 230°С
со скоростью 4°С/мин.; длительность анализа – 60 мин.; величина
вводимой пробы – 1 мкл.
Идентификацию пиков проводили по времени удерживания. Для
идентификации жирных кислот использовали стандарты – метиловые
эфиры жирных кислот фирмы «Sigma».
Количественную обработку хроматограмм выполняли по площадям пиков с применением компьютерной программы «Хроматэк
Аналитик 2.5». Расчет количественного содержания ВЖК проводили
методом процентной нормализации по площади.
Сравнительный состав ВЖК триацилглицеролов масел горчицы
и рыжика приведен в таблице 2.8.
Отличительной особенностью масла из семян капустных культур является высокое содержание эруковой (С22:1) и гондоиновой
(С20:1) кислот. Это подтверждают данные анализа масла горчицы.
Однако рыжик сорта Пензяк был специально селектирован для получения пищевого масла, поэтому содержание эруковой кислоты в нем
составило всего 2,37%.
В масле рыжика основными ВЖК являются полиненасыщенные
α-линоленовая (37%) и линолевая (24%) кислоты, а также мононенасыщенные олеиновая (12%) и гондоиновая (11%) кислоты.
Масло горчицы по составу ВЖК отличается от масла рыжика
высоким содержанием мононенасыщенных ВЖК и прежде всего высоким содержанием эруковой кислоты (20,3% ). Суммарное содержание мононенасыщенных ВЖК составило в масле горчицы 68,6%, рыжика – 26,9%.
Добавление в растительные масла летнего минерального дизельного топлива привело к некоторому изменению содержания ВЖК
в ДСТ (табл. 2.9 - 2.12).
37
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Таблица 2.8 – Сравнительный состав ВЖК триацилглицеролов
масел горчицы и рыжика
Жирные кислоты
Содержание ВЖК, %
рыжик
редька
горчица
Формула
Насыщенные
8,172
9,436
5,721
миристиновая
С14H28O2
0,038
0,046
0,048
пентадекановая
C15H30O2
0,013
0,018
0,015
пальмитиновая
C16H32O2
4,289
5,107
2,956
стеариновая
C18H36O2
2,298
2,458
1,450
арахиновая
C20H40O2
1,040
0,893
0,638
бегеновая
C22H44O2
0,314
0,403
0,367
лигноцериновая
C24H48O2
0,180
0,511
0,247
26,898
55,159
68,586
Мононенасыщенные
пальмитоолеиновая
C16H30O2
0,070
0,114
0,108
олеиновая
C18H34O2
32,194
36,601
гондоиновая
C20H38O2
12,713
11,173
9,155
10,107
эруковая
C22H42O2
2,372
12,517
20,273
нервоновая
C24H46O2
0,570
1,179
1,497
64,933
35,408
25,697
Полиненасыщенные
линолевая
C18H32O2
24,262
22,015
12,995
эйкозадиеновая
C20H36O2
1,521
0,424
0,243
докозадиеновая
C22H40O2
0,018
0,024
0,021
γ-линоленовая
C18H30O2
0,023
-
0,009
a-линоленовая
C18H30O2
36,877
12,800
12,263
докозатриеновая
C22H38O2
0,361
0,030
0,060
стеаридониковая
C18H28O2
-
-
-
арахидоновая
C20H32O2
1,871
0,115
0,106
38
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Таблица 2.9 – Влияние добавки дизельного топлива
на содержание ВЖК в масле рыжика
Относительное содержание ВЖК,%
Жирные кислоты
НСР05
Доля масла в смеси, %
100
90
75
50
25
Миристиновая
0,038
0,029
0,032
0,027
0,014
0,002
Пентадекановая
0,013
0,088
0,222
0,469
1,354
0,040
Пальмитиновая
4,289
4,205
4,209
4,232
4,210
0,132
Пальмитоолеиновая
0,070
0,071
0,088
0,106
0,172
0,013
Стеариновая
2,298
2,296
2,266
2,229
2,132
0,031
Олеиновая
12,713
12,582
12,632
12,594
12,594
0,103
Линолевая
24,262
23,989
24,114
23,948
23,793
0,049
γ-линоленовая
0,023
0,024
0,021
0,025
0,029
0,009
a-линоленовая
36,877
37,152
36,876
36,784
36,402
0,105
Арахиновая
1,040
1,048
1,041
1,035
1,020
0,006
Гондоиновая
11,173
11,243
11,192
11,144
10,692
0,023
Эйкозадиеновая
1,521
1,563
1,546
1,559
1,607
0,008
Арахидоновая
1,871
1,904
1,875
1,869
1,835
0,030
Бегеновая
0,314
0,316
0,326
0,338
0,376
0,011
Эруковая
2,375
2,345
2,404
2,484
2,524
0,037
Докозадиеновая
0,018
0,019
0,020
0,009
0,073
0,010
Докозатриеновая
0,361
0,368
0,375
0,365
0,351
0,014
Лигноцериновая
0,180
0,186
0,182
0,188
0,194
0,009
Нервоновая
0,570
0,578
0,585
0,602
0,634
0,019
39
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Таблица 2.10 – Влияние добавки дизельного топлива на
суммарное содержание насыщенных и
ненасыщенных ВЖК в масле рыжика
Относительное содержание ВЖК,%
ВЖК
Доля масла в смеси, %
100
90
75
50
25
Насыщенные
8,172
8,168
8,278
8,518
9,300
Ненасыщенные, в т. ч.
91,834
91,838
91,728
91,489
90,706
мононенасыщенные
26,901
26,819
26,901
26,930
26,616
диненасыщенные
25,801
25,571
25,680
25,516
25,473
триненасыщенные
37,261
37,544
37,272
37,174
36,782
тетраненасыщенные
1,871
1,904
1,875
1,869
1,835
Сумма С14
0,038
0,029
0,032
0,027
0,014
Сумма С15
0,013
0,088
0,222
0,469
1,354
Сумма С16
4,359
4,276
4,297
4,338
4,382
Сумма С18
76,173
76,043
75,909
75,580
74,950
Сумма С20
15,605
15,758
15,654
15,607
15,154
Сумма С22
3,068
3,048
3,125
3,196
3,324
Сумма С24
0,750
0,764
0,767
0,790
0,828
Обращает внимание достоверное повышение содержания пентадекановой, эруковой и нервоновой кислот при повышении доли минерального ДТ в смеси с маслом рыжика до 75%. Также отмечено достоверное снижение содержания линолевой, гондоиновой и арахиновой кислот.
В целом отмечено увеличение доли насыщенных кислот с 8,2 до
9,4% и уменьшение ненасыщенных кислот (мононенасыщенных с
26,9 до 26,6%; полиненасыщенных с 64,9 до 64,1%; омега-3 с 37,2 до
36,8 %; омега-6 с 27,7 до 27,3%; омега-9 с 26,8 до 26,4%) при уменьшении доли масла рыжика в смеси с дизельным топливом до 25%
(табл. 2.10). Кроме того, отмечено, что при увеличении доли минерального ДТ в смеси с маслом наблюдается снижение суммарного
40
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
содержания ВЖК с 14, 15 и 18 атомами углерода в цепи и увеличение
суммарного содержания ВЖК с 22 и 24 атомами углерода в цепи.
Достоверное повышение содержания пентадекановой, пальмитолеиновой и бегеновой кислот отмечено также при смешивании
масла горчицы с товарным летним минеральным ДТ (табл. 2.11).
Таблица 2.11 – Влияние добавки дизельного топлива
на относительное содержание ВЖК в масле горчицы
Относительное содержание ВЖК,%
Жирные кислоты
НСР05
Доля масла в смеси, %
100
90
75
50
25
Миристиновая
0,048
0,032
0,032
0,022
0,021
0,003
Пентадекановая
0,015
0,204
0,143
1,038
0,846
0,025
Пальмитиновая
2,956
2,903
2,873
2,945
2,855
0,032
Пальмитоолеиновая
0,108
0,119
0,113
0,176
0,158
0,008
Стеариновая
1,450
1,471
1,444
1,379
1,356
0,021
Олеиновая
36,601
36,150
36,470
35,349
35,624
0,538
Линолевая
12,995
13,155
12,988
13,478
13,473
0,150
γ-линоленовая
0,009
0,014
0,008
0,018
0,019
0,005
a-линоленовая
12,263
12,783
12,266
12,299
12,513
0,103
Арахиновая
0,638
0,652
0,648
0,659
0,662
0,008
Гондоиновая
10,107
10,234
10,071
10,149
10,028
0,102
Эйкозадиеновая
0,243
0,285
0,257
0,389
0,349
0,011
Арахидоновая
0,106
0,142
0,116
0,148
0,146
0,011
Бегеновая
0,367
0,381
0,380
0,424
0,421
0,008
Эруковая
20,273
19,744
20,335
19,742
19,712
0,215
Докозадиеновая
0,021
0,012
0,029
0,010
0,047
0,006
Докозатриеновая
0,060
0,054
0,055
0,047
0,039
0,016
Лигноцериновая
0,247
0,189
0,251
0,256
0,247
0,018
Нервоновая
1,497
1,481
1,527
1,475
1,488
0,062
41
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
В целом отмечено увеличение содержания насыщенных кислот
с 5,72 до 6,41% и уменьшение содержания мононенасыщенных кислот с 68,59 до 67,01%. Содержание полиненасыщенных кислот, напротив, несколько повысилось, и, как следствие этого, повысилось
содержание омега-3 и омега-6 кислот при уменьшении доли масла в
смеси с дизельным топливом до 25% (табл. 2.12).
Таблица 2.12 – Влияние добавки дизельного топлива
на суммарное содержание насыщенных и
ненасыщенных ВЖК в масле горчицы
Относительное содержание ВЖК,%
ВЖК
Доля масла в смеcи, %
100
90
75
50
25
Насыщенные
5,721
5,832
5,771
6,723
6,408
Ненасыщенные, в т. ч.
94,283
94,173
94,235
93,280
93,596
мононенасыщенные
68,586
67,728
68,516
66,891
67,010
диненасыщенные
13,259
13,452
13,274
13,877
13,869
триненасыщенные
12,332
12,851
12,329
12,364
12,571
тетраненасыщенные
0,106
0,142
0,116
0,148
0,146
Сумма С14
0,048
0,032
0,032
0,022
0,021
Сумма С15
0,015
0,204
0,143
1,038
0,846
Сумма С16
3,064
3,022
2,986
3,121
3,013
Сумма С18
63,318
63,573
63,176
62,523
62,985
Сумма С20
11,094
11,313
11,092
11,345
11,185
Сумма С22
20,721
20,191
20,799
20,223
20,219
Сумма С24
1,744
1,670
1,778
1,731
1,735
42
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
2.4 ВЛИЯНИЕ УЛЬТРАЗВУКА НА СООТНОШЕНИЕ ВЖК
Представляет научный и практический интерес оценить влияние
ультразвука на относительное содержание ВЖК в растительном масле и ДСТ. Исследовали рыжиковое и горчичное масла, а также их
смеси с минеральным ДТ, обработанные ультразвуком с частотой
излучения 44 кГц (табл. 2.13 - 2.22).
Таблица 2.13 – Влияние ультразвука на относительное
содержание ВЖК в масле рыжика
Относительное содержание ВЖК,%
Жирные кислоты
НСР05
Доля масла в смеси, %
100
90
75
50
25
Миристиновая
0,039
0,042
0,026
0,026
0,519
0,024
Пентадекановая
0,011
0,023
0,015
0,022
0,178
0,007
Пальмитиновая
4,378
2,625
4,324
4,463
5,522
0,041
Пальмитоолеиновая
0,070
0,079
0,092
0,084
0,436
0,010
Стеариновая
2,475
2,265
2,271
2,255
2,190
0,033
Олеиновая
12,772
12,946
12,666
12,898
12,643
0,049
Линолевая
24,066
24,784
24,283
24,223
24,588
0,064
γ-линоленовая
0,027
0,000
0,025
0,039
0,261
0,024
a-линоленовая
36,625
37,932
36,661
36,797
34,614
0,161
Арахиновая
1,054
0,942
1,054
1,016
1,039
0,014
Гондоиновая
11,225
10,242
11,259
10,984
10,360
0,068
Эйкозадиеновая
1,513
1,397
1,536
1,481
1,573
0,016
Арахидоновая
1,841
1,711
1,855
1,804
1,554
0,056
Бегеновая
0,312
0,259
0,332
0,362
0,824
0,104
Эруковая
2,409
1,951
2,442
2,363
2,653
0,022
Докозадиеновая
0,019
0,018
0,032
0,130
0,275
0,036
Докозатриеновая
0,376
0,265
0,335
0,365
0,336
0,034
Лигноцериновая
0,182
0,115
0,188
0,151
0,081
0,007
Нервоновая
0,610
0,411
0,609
0,544
0,358
0,044
43
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Таблица 2.14 – Влияние ультразвука на суммарное содержание
насыщенных и ненасыщенных ВЖК в масле рыжика
Относительное содержание ВЖК,%
ВЖК
Доля масла в смеси, %
100
90
75
50
25
Насыщенные
8,451
6,271
8,210
8,295
10,353
Ненасыщенные, в т. ч.
91,553
91,736
91,795
91,712
89,651
мононенасыщенные
27,086
25,629
27,068
26,873
26,450
диненасыщенные
25,598
26,199
25,851
25,834
26,436
триненасыщенные
37,028
38,197
37,021
37,201
35,211
тетраненасыщенные
1,841
1,711
1,855
1,804
1,554
Сумма С14
0,039
0,042
0,026
0,026
0,519
Сумма С15
0,011
0,023
0,015
0,022
0,178
Сумма С16
4,448
2,704
4,416
4,547
5,958
Сумма С18
75,965
77,927
75,906
76,212
74,296
Сумма С20
15,633
14,292
15,704
15,285
14,526
Сумма С22
3,116
2,493
3,141
3,220
4,088
Сумма С24
0,792
0,526
0,797
0,695
0,439
Обработка ультразвуком масла рыжика повысила содержание
насыщенных ВЖК на 0,06%. Это произошло за счет увеличения содержания мононенасыщенных (0,44%) и диненасыщенных (0,69%)
кислот, которое сопровождалось снижением содержания триненасыщенных кислот на 1,12% и тетраненасыщенных – на 0,06%.
Обработка ультразвуком привела к некоторому увеличению содержания ВЖК с 16 и 18 атомами углерода в цепи. Одновременно
снизилось содержание ВЖК с 20 и 22 атомами углерода в цепи.
44
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Таблица 2.15 – Влияние ультразвука (44кГц) на относительное
содержание ВЖК в масле рыжика
Относительное содержание ВЖК,%
Жирные кислоты
НСР05
Доля масла в смеcи, %
100
90
75
50
25
100
Миристиновая
0,026
0,006
0,009
0,016
0,050
0,018
0,006
Пентадекановая
0,018
0,019
0,021
0,033
0,061
0,021
0,004
Пальмитиновая
4,551
4,254
4,356
4,475
4,705
4,440
0,074
Пальмитоолеиновая 0,084
0,026
0,036
0,059
0,101
0,093
0,008
Стеариновая
2,276
2,276
2,258
2,210
2,125
2,255
0,035
Олеиновая
14,417 13,531 13,945 14,617 14,869 13,599
0,095
Линолевая
25,126 24,240 24,543 24,933 25,659 24,386
0,089
γ -линоленовая
0,028
0,044
0,007
a-линоленовая
34,847 36,023 35,679 35,118 34,429 35,965
0,133
Арахиновая
1,022
1,068
0,031
Гондоиновая
10,689 11,248 10,984 10,594 10,334 10,998
0,061
Эйкозадиеновая
1,425
1,523
1,477
1,416
1,333
1,486
0,038
Арахидоновая
1,742
1,828
1,786
1,715
1,580
1,800
0,029
Бегеновая
0,345
0,339
0,345
0,375
0,350
0,362
0,014
Эруковая
2,288
2,452
2,391
2,373
2,361
2,390
0,037
Докозадиеновая
0,015
0,016
0,019
0,026
0,080
0,010
0,004
Докозатриеновая
0,362
0,379
0,367
0,342
0,308
0,355
0,022
Лигноцериновая
0,125
0,143
0,138
0,122
0,123
0,135
0,021
Нервоновая
0,619
0,619
0,567
0,519
0,562
0,580
0,048
0,032
1,049
0,043
1,038
45
0,056
1,008
0,106
0,869
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Таблица 2.16 – Влияние ультразвука на суммарное содержание
насыщенных и ненасыщенных ВЖК в масле рыжика
Относительное содержание ВЖК,%
Жирные кислоты
Доля масла в смеcи, %
100
90
75
50
25
100
8,363
8,086
8,165
8,239
8,283
8,299
91,642
91,917
91,837
91,768
91,722
91,706
мононенасыщенные
28,097
27,876
27,923
28,162
28,227
27,660
диненасыщенные
26,566
25,779
26,039
26,375
27,072
25,882
триненасыщенные
35,237
36,434
36,089
35,516
34,843
36,364
тетраненасыщенные
1,742
1,828
1,786
1,715
1,580
1,800
Сумма С14
0,026
0,006
0,009
0,016
0,050
0,018
Сумма С15
0,018
0,019
0,021
0,033
0,061
0,021
Сумма С16
4,635
4,280
4,392
4,534
4,806
4,533
Сумма С18
76,694
76,102
76,468
76,934
77,188
76,249
Сумма С20
14,878
15,648
15,285
14,733
14,116
15,352
Сумма С22
3,010
3,186
3,122
3,116
3,099
3,117
Сумма С24
0,744
0,762
0,705
0,641
0,685
0,715
Насыщенные
Ненасыщенные,
в том числе
46
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Таблица 2.17 – Влияние ультразвука на относительное
содержание ВЖК в масле горчицы
Относительное содержание ВЖК, %
НСР05
Доля масла в смеси, %
Жирные кислоты
100
90
75
50
25
Миристиновая
0,035
0,035
0,033
0,031
0,024
0,003
Пентадекановая
0,014
0,018
0,016
0,022
0,039
0,004
Пальмитиновая
3,910
3,880
3,878
3,926
4,148
0,035
Пальмитоолеиновая
0,148
0,148
0,153
0,160
0,185
0,008
Стеариновая
2,379
2,359
2,383
2,408
2,339
0,080
Олеиновая
33,743
33,559
33,550
32,985
33,707
0,078
Линолевая
41,026
41,080
41,005
40,479
40,871
0,071
γ-линоленовая
0,005
0,014
0,014
0,015
0,054
0,003
a-линоленовая
9,126
9,197
9,235
9,891
8,896
0,063
Арахиновая
0,514
0,516
0,523
0,538
0,519
0,011
Гондоиновая
2,987
3,032
3,073
3,242
2,985
0,032
Эйкозадиеновая
0,265
0,260
0,273
0,320
0,261
0,094
Арахидоновая
0,034
0,040
0,044
0,082
0,033
0,005
Бегеновая
0,419
0,432
0,435
0,443
0,511
0,017
Эруковая
4,558
4,582
4,544
4,564
4,569
0,083
Докозадиеновая
0,018
0,035
0,017
0,037
0,008
0,006
Докозатриеновая
0,011
0,017
0,018
0,026
0,011
0,005
Лигноцериновая
0,310
0,302
0,307
0,319
0,316
0,015
Нервоновая
0,504
0,500
0,506
0,517
0,529
0,012
47
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Таблица 2.18 – Влияние ультразвука на суммарное содержание
насыщенных и ненасыщенных ВЖК в масле горчицы
Относительное содержание ВЖК,%
ВЖК
Доля масла в смеcи, %
100
90
75
50
25
7,581
7,542
7,575
7,687
7,896
92,425
92,464
92,432
92,318
92,109
мононенасыщенные
41,940
41,821
41,826
41,468
41,975
диненасыщенные
41,309
41,375
41,295
40,836
41,140
триненасыщенные
9,142
9,228
9,267
9,932
8,961
тетраненасыщенные
0,034
0,040
0,044
0,082
0,033
Сумма С14
0,035
0,035
0,033
0,031
0,024
Сумма С15
0,014
0,018
0,016
0,022
0,039
Сумма С16
4,058
4,028
4,031
4,086
4,333
Сумма С18
86,279
86,209
86,187
85,778
85,867
Сумма С20
3,800
3,848
3,913
4,182
3,798
Сумма С22
5,006
5,066
5,014
5,070
5,099
Сумма С24
0,814
0,802
0,813
0,836
0,845
Насыщенные
Ненасыщенные,
в т. ч.
48
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Таблица 2.19 – Влияние ультразвука на относительное
содержание ВЖК в масле горчицы
Относительное содержание ВЖК, %
НСР05
доля масла в смеcи, %
Жирные кислоты
100
90
75
50
25
Миристиновая
0,044
0,045
0,037
0,021
0,020
0,005
Пентадекановая
0,015
0,015
0,016
0,067
0,038
0,004
Пальмитиновая
2,962
2,945
2,986
3,358
3,195
0,034
Пальмитоолеиновая
0,105
0,107
0,109
0,200
0,179
0,006
Стеариновая
1,459
1,467
1,523
1,362
1,269
0,017
Олеиновая
36,053
36,127
35,931
35,965
35,538
0,079
Линолевая
13,272
13,334
13,631
14,555
14,455
0,043
γ-линоленовая
0,001
0,001
0,008
0,008
0,033
0,001
a-линоленовая
12,581
12,526
12,497
12,206
12,078
0,034
Арахиновая
0,647
0,650
0,643
0,528
0,555
0,025
Гондоиновая
10,306
10,338
10,007
9,722
9,879
0,037
Эйкозадиеновая
0,219
0,209
0,211
0,168
0,225
0,005
Арахидоновая
0,126
0,125
0,132
0,103
0,145
0,002
Бегеновая
0,375
0,379
0,388
0,485
0,496
0,010
Эруковая
20,007
19,928
20,069
19,648
20,226
0,027
Докозадиеновая
0,021
0,018
0,019
0,088
0,060
0,005
Докозатриеновая
0,064
0,064
0,062
0,026
0,024
0,004
Лигноцериновая
0,258
0,256
0,254
0,122
0,183
0,003
Нервоновая
1,491
1,471
1,481
1,372
1,405
0,005
49
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Таблица 2.20 – Влияние ультразвука на суммарное содержание
насыщенных и ненасыщенных ВЖК в масле горчицы
Относительное содержание ВЖК,%
ВЖК
доля масла в смеcи, %
100
90
75
50
25
Насыщенные
5,760
5,757
5,847
5,943
5,756
Ненасыщенные,
в т. ч.
94,246
94,248
94,157
94,061
94,247
мононенасыщенные
67,962
67,971
67,597
66,907
67,227
диненасыщенные
13,512
13,561
13,861
14,811
14,740
триненасыщенные
12,646
12,591
12,567
12,240
12,135
тетраненасыщенные
0,126
0,125
0,132
0,103
0,145
Сумма С14
0,044
0,045
0,037
0,021
0,020
Сумма С15
0,015
0,015
0,016
0,067
0,038
Сумма С16
3,067
3,052
3,095
3,558
3,374
Сумма С18
63,366
63,455
63,590
64,096
63,373
Сумма С20
11,298
11,322
10,993
10,521
10,804
Сумма С22
20,467
20,389
20,538
20,247
20,806
Сумма С24
1,749
1,727
1,735
1,494
1,588
50
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Таблица 2.21 – Сравнительное содержание ВЖК в маслах рыжика,
редьки и горчицы, обработанных ультразвуком
Относительное содержание ВЖК,%
горчица
редька
рыжик
Жирные кислоты
контр. 44кГц 44кГц* контр. 44кГц контр.
44кГц
Миристиновая
0,048
0,044
0,035
0,046
0,043
0,018
0,026
Пентадекановая
0,015
0,015
0,014
0,018
0,012
0,021
0,018
Пальмитиновая
2,956
2,962
3,910
5,107
5,028
4,440
4,551
Пальмитоолеиновая
0,108
0,105
0,148
0,114
0,118
0,093
0,084
Стеариновая
1,450
1,459
2,379
2,458
2,431
2,255
2,276
Олеиновая
36,601 36,053 33,743 32,194 31,338 13,599
14,417
Линолевая
12,995 13,272 41,026 22,015 22,764 24,386
25,126
γ-линоленовая
0,009
0,001
0,005
0,000
0,044
0,028
a-линоленовая
12,263 12,581
9,126
12,800 13,070 35,965
34,847
Арахиновая
0,638
0,647
0,514
0,893
0,911
1,068
1,022
Гондоиновая
10,107 10,306
2,987
9,155
8,954
10,998
10,689
Эйкозадиеновая
0,243
0,219
0,265
0,424
0,398
1,486
1,425
Арахидоновая
0,106
0,126
0,034
0,115
0,135
1,800
1,742
Бегеновая
0,367
0,375
0,419
0,403
0,421
0,362
0,345
Эруковая
20,273 20,007
4,558
12,517 12,575
2,390
2,288
Докозадиеновая
0,021
0,021
0,018
0,024
0,028
0,010
0,015
Докозатриеновая
0,060
0,064
0,011
0,030
0,037
0,355
0,362
Лигноцериновая
0,247
0,258
0,310
0,511
0,513
0,135
0,125
Нервоновая
1,497
1,491
0,504
1,179
1,221
0,580
0,619
* данные повторного анализа от 05.10.2010
51
0,009
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Таблица 2.22 – Влияние обработки ультразвуком на суммарное
содержание насыщенных и ненасыщенных ВЖК
в маслах рыжика, редьки и горчицы
Содержание ВЖК,%
Жирные кислоты
горчица
контр.
44кгц
Насыщенные
5,721
5,760
редька
44кгц
контр.
44кгц
9,359
8,299
5,721
Ненасыщенные,
в т. ч.
мононенасыщенные
94,283 94,246 92,425 90,567 90,647 91,706
94,283
68,586 67,962 41,940 55,159 54,206 27,660
68,586
диненасыщенные
13,259 13,512 41,309 22,463 23,190 25,882
13,259
триненасыщенные
12,332 12,646
9,142
12,830 13,116 36,364
12,332
тетраненасыщенные
0,106
0,126
0,034
0,115
0,135
1,800
0,106
Сумма С14
0,048
0,044
0,035
0,046
0,043
0,018
0,048
Сумма С15
0,015
0,015
0,014
0,018
0,012
0,021
0,015
Сумма С16
3,064
3,067
4,058
5,221
5,146
4,533
3,064
Сумма С18
63,318 63,366 86,279 69,467 69,612 76,249
63,318
Сумма С20
11,094 11,298
3,800
10,587 10,398 15,352
11,094
Сумма С22
20,721 20,467
5,006
12,974 13,061
3,117
20,721
Сумма С24
1,744
0,814
1,690
0,715
1,744
1,749
44кгц* контр.
рыжик
7,581
9,436
1,734
* данные повторного анализа от 05.10.2010
Таким образом, масла рыжика и горчицы отличаются по составу
ВЖК.
Основными ВЖК масла рыжика являются полиненасыщенные
γ -линоленовая (36,9%) и α -линоленовая (24,3%) кислоты. Содержание мононенасыщенных олеиновой и гондоиновой кислот примерно
одинаково и составляет в сумме 23,8%. Насыщенные кислоты представлены главным образом, пальмитиновой (4,3%), стеариновой
(2,3%) и арахиновой (1,0%) кислотами.
Основными ВЖК масла горчицы являются мононенасыщенные
олеиновая (36,6%), гондоиновая (10,1%) и эруковая (20,3%) кислоты,
52
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
а также диненасыщенная линолевая (13,0%) кислота. Насыщенные
кислоты представлены, главным образом, пальмитиновой (3,0%),
стеариновой (1,5%) и арахиновой (0,6%) кислотами.
Добавление товарного минерального дизельного топлива в растительное масло ведет к увеличению содержания насыщенных кислот
и уменьшению содержания мононенасыщенных кислот. Содержание
полиненасыщенных кислот, напротив, несколько повышается, и, как
следствие этого, повышается содержание омега-3 и омега-6 кислот
при уменьшении доли масла в смеси с дизельным топливом до 25%.
Обработка масла горчицы ультразвуком привела к повышению
содержания насыщенных кислот более чем на 2 %. Содержание мононенасыщенных, триненасыщенных и тетраненасыщенных кислот
снизилось на 26,6%, 3,2% и 0,07 % соответственно. Содержание диненасыщенных кислот повысилось на 28%. Содержание ВЖК с 20,
22 и 24 атомами углерода значительно снизилось, а содержание ВЖК
с 16 и 18 атомами углерода значительно повысилось.
Обработка ультразвуком (44 кГц) масла рыжика и смеси этого
масла с дизельным топливом не показала такого значительного изменения содержания диненасыщенных кислот, как у масла горчицы.
Отмечено увеличение содержания ВЖК с 16 и 18 атомами углерода в
цепи и снижение содержания ВЖК с 20 и 22 атомами углерода в цепи.
53
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
3 ПРОГРАММА И МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ
ТРАКТОРНОГО ДИЗЕЛЯ ПРИ РАБОТЕ
НА ДИЗЕЛЬНЫХ СМЕСЕВЫХ ТОПЛИВАХ
3.1 ПРОГРАММА И ОБЪЕКТ ИССЛЕДОВАНИЙ
Программа исследований включала:
· лабораторные исследования по определению плотности и
вязкости минерального дизельного топлива (ДТ), растительных масел (ГорМ, РыжМ) и биоминеральных композиций (ГорМ + ДТ,
РыжМ +ДТ) в процентном соотношении 25:75; 50:50, 75:25 и 90:10.
· контрольные испытания агрегатов дизельной топливной аппаратуры на соответствие параметров их технического состояния
требованиям соответствующих госстандартов и технических условий;
· сравнительные моторные исследования дизеля при работе
на товарном минеральном дизельном топливе (ДТ) и биоминеральных композициях (ГорМ + ДТ, РыжМ +ДТ) в процентном соотношении 25:75; 50:50, 75:25 и 90:10.
Стендовые исследования дизеля проводились на нагрузочноскоростных режимах, наиболее характерных для условий эксплуатации, а именно при работе дизеля на корректорной ветви регуляторной
характеристики.
Объект исследований – мощностные, топливно-экономические
и экологические показатели тракторного дизеля 4Ч 11/12,5 (Д-243) при
работе на товарном минеральном дизельном топливе и ДСТ (биоминеральных композициях).
Виды исследуемых топлив:
1. Товарное летнее минеральное дизельное топливо Л-0,2-62 –
100% ДТ.
2. ДСТ (биоминеральные композиции) 25%ГорМ + 75%ДТ;
50%ГорМ + 50%ДТ; 75%ГорМ + 25%ДТ; 90%ГорМ + 10%ДТ;
90%ГорМ + 10%ДТ(УЗ); 25%РыжМ + 75%ДТ; 50%РыжМ + 50%ДТ;
75%РыжМ + 25%ДТ; 90%РыжМ + 10%ДТ; 90%РыжМ + 10%ДТ(УЗ).
Дизель 4Ч 11/12,5 (Д-243) – четырехтактный, четырехцилиндровый, со свободным впуском воздушного заряда, с жидкостной системой охлаждения и неразделенной формой камеры сгорания типа
ЦНИДИ, диаметр цилиндра 110 мм, ход поршня 125 мм, степень сжатия 16.
54
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Техническая характеристика дизеля, оснащенного топливным
насосом 4УТНМ, при работе на товарном минеральном дизельном
топливе (100% ДТ): номинальная эффективная мощность 55+2,7 кВт,
номинальная частота вращения коленчатого вала 2200 мин-1, удельный эффективный расход топлива 245±2 г/кВт×ч.
3.2 МЕТОДИКА ЛАБОРАТОРНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ
ПО ОПРЕДЕЛЕНИЮ ПЛОТНОСТИ И ВЯЗКОСТИ МИНЕРАЛЬНОГО ДИЗЕЛЬНОГО
ТОПЛИВА, ГОРЧИЧНОГО И РЫЖИКОВОГО МАСЕЛ, ДИЗЕЛЬНЫХ СМЕСЕВЫХ
ТОПЛИВ
3.2.1 Оборудование и приборное обеспечение
Предметом лабораторных исследований являлись минеральное
дизельное топливо (ДТ), растительные масла (ГорМ, РыжМ) и биоминеральные композиции (ГорМ + ДТ, РыжМ +ДТ) в процентном соотношении 25:75; 50:50, 75:25 и 90:10.
Экспериментальная лабораторная установка (рис. 3.1) включала
в себя вискозиметр капиллярный стеклянный ВПЖ-2, термометр, емкость, штатив и нагреватель.
1
2
3
4
5
Рисунок 3.1 – Общий вид лабораторной установки: 1 – штатив;
2 – термометр; 3 – вискозиметр капиллярный
стеклянный ВПЖ-2; 4 – емкость; 5 – нагреватель
55
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
3.2.2 Методика определения плотности минерального
дизельного топлива, горчичного и рыжикового
масел, дизельных смесевых топлив
Определение плотности осуществлялось в следующей последовательности:
1) Налить исследуемый вид топлива и масла в емкость таким
образом, чтобы оно медленно стекало по внутренней стенке емкости;
2) Выдержать некоторый промежуток времени емкость в неподвижном состоянии с целью выделения пузырьков воздуха из топлива
и выравнивания его с температурой окружающей среды;
3) Медленно и осторожно опустить в топливо чистый и сухой
ареометр, держа его за верхнюю часть. При этом ареометр не должен
касаться стенок емкости;
4) Снять показания со шкалы ареометра по верхнему краю мениска после того, как он установится и прекратит колебаться. При
снятии показаний уровень глаз должен находиться на уровне мениска. Одновременно по шкале внутреннего термометра или дополнительного термометра, установленного рядом с ареометром, определить температуру топлива;
5) Привести измеренную величину плотности при данной температуре к величине плотности при температуре 20 ºС по формуле
r20 = ρt + γ ∙ (t – 20), кг/м3 ,
где ρt – плотность топлива по шкале прибора, кг/м3; γ – температурная поправка плотности на 1º (для горчичного, редькового и рыжикового масел γ = 0,607); t – температура в момент замера, ºС.
3.2.3 Методика определения вязкости минерального
дизельного топлива, горчичного и рыжикового
масел, дизельных смесевых топлив
Определение вязкости осуществлялось в следующей последовательности:
1) Подготовить вискозиметр:
· промыть вискозиметр бензином, а затем петролейным эфиром
и водой;
· залить вискозиметр хромовой смесью не менее чем на 5-6 часов;
· промыть вискозиметр дистиллированной водой;
56
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
· высушить вискозиметр. Для более быстрой сушки допускается
промыть вискозиметр спиртом или ацетоном.
2) На боковую трубку широкого колена вискозиметра надеть резиновый шланг.
3) Зажав пальцем вертикальную трубку широкого колена, перевернуть вискозиметр коленами вниз.
4) Опустить узкое колено вискозиметра в топливо и заполнить
вискозиметр топливом до необходимого уровня, следя за тем, чтобы в
топливе не образовывалось пузырьков воздуха.
5) Вынуть вискозиметр из сосуда в момент достижения топливом необходимого уровня и быстро перевернуть его в исходное положение.
6) Слить с внешней стороны узкого колена избыток топлива и
надеть на него резиновую трубку.
7) Закрепить вискозиметр вертикально на штативе.
8) Погрузить вискозиметр в термостат таким образом, чтобы
верхний широкий резервуар узкой трубки был ниже уровня жидкости
в термостате.
9) Выдержать вискозиметр в термостате не менее 15 минут.
10) При заданной температуре набрать топливо в узкое колено
до 1/3 высоты верхнего широкого резервуара вискозиметра.
11) Сообщить узкое колено с атмосферой и замерить время
опускания мениска топлива от верхнего широкого резервуара до
нижнего широкого резервуара.
12) Определить вязкость топлива по формуле
ν=
g
× t × К, мм 2 /с,
9,807
где g – ускорение свободного падения, мм2/с; t – время истечения жидкости, с; К – постоянная вискозиметра (К = 0,00358).
3.3 МЕТОДИКА БЕЗМОТОРНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ ДИЗЕЛЬНОЙ
ТОПЛИВНОЙ АППАРАТУРЫ
3.3.1 Оборудование и приборное обеспечение
Предметом контрольных безмоторных исследований агрегатов
дизельной топливной аппаратуры являлись насос высокого давления
(ТНВД) секционного типа УТН-5А, отрегулированный на параметры
57
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
дизеля 4Ч 11/12,5 (Д-243), и комплект рабочих форсунок ФД-22 с топливопроводами.
Параметры ТНВД проверялись по ГОСТ 8670-82 и ОСТ 23.1.362-81,
топливоподкачивающих насосов – по ГОСТ 15829-89. Контрольные
испытания и регулировка рабочих форсунок проводились на приборе
КИ-3333 в соответствии с ГОСТ 10579-88.
Полученные при контрольных испытаниях значения регулировочных параметров, отвечающие требованиям соответствующих госстандартов и технических условий, были приняты за исходные (начальные) перед проведением экспериментальных исследований.
Экспериментальная установка для безмоторных исследований
включала (рисунок 3.2):
· стенд для испытания и регулировки дизельной топливной аппаратуры КИ-22205-01, укомплектованный приборами для снятия
следующих параметров: частоты вращения кулачкового вала ТНВД;
числа циклов; температуры и давления топлива на входе в наполнительную полость ТНВД; углов геометрического начала подачи и начала впрыскивания топлива; топливоподачи насосных секций ТНВД;
· дополнительные устройства: мерные емкости минерального
ДТ и горчичного масла; фильтр горчичного масла; смеситель-дозатор
топлива;
· измерительный комплекс (ИК).
В состав ИК входят (рисунок 3.3): фотометрический датчик,
аналого-цифровой преобразователь ZET 210 «Sigma USB», датчик
температуры топлива М222 (рисунок 3.4), датчик давления топлива
ММ05KPG1HA, ноутбук «HP Pavilion» на базе Intel Core 2 Duo (рисунок 3.2), элемент питания 12 В.
Расход ГорМ и минерального ДТ измерялся по шкале мерных
емкостей.
Давление топлива на входе в наполнительную полость ТНВД
контролировалось датчиком давления Honeywell ММ05KPG1НА (рисунок 3.4), предназначенным для измерений давления топлива от -0,1
до 45 МПа в интервале температур от -40 °С до +100 °С с точностью
измерений 0,5%.
Температура топлива на входе в нагнетательную полость ТНВД
контролировалась платиновым датчиком температуры М 222 (рисунок 3.4), работающим в интервале температур от -50 °С до +300 °С с
точностью измерений 0,04%.
58
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
1
11 12 2 3 4
5
6
7
8
9 10
Рисунок 3.2 – Общий вид экспериментальной безмоторной
установки: 1 – переключатель состава смеси;
2 – измерительный комплекс ИК; 3 – топливные
фильтры; 4 – смеситель-дозатор топлива; 5 – кран
подачи минерального топлива; 6 – мерная емкость
горчичного масла; 7 – стенд КИ-22205-01-ГОСНИТИ;
8 – мерная емкость минерального топлива;
9 – насос топливный УТН-5; 10 – мерные емкости
ДСТ; 11 – патрубок ДСТ; 12 – патрубок ГорМ
Для определения однородности ДСТ применялся фотометрический датчик на основе лазерного модуля инфракрасного излучения
KLM-D980-80-5 (рисунок 3.5). Степень однородности смесевого топлива определялась по изменению его оптической плотности в зависимости от равномерности распределения компонентов в смеси.
Для обработки сигналов с датчиков использовался аналогоцифровой преобразователь (АЦП) ZET 210 «Sigma USB», предназначенный для измерений сигналов с частотой дискретизации до 500
кГц, поступающих с различных первичных преобразователей. АЦП
59
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
функционирует в режиме непрерывного ввода/вывода аналоговых и
цифровых сигналов. Для передачи обрабатываемой информации АЦП
на ПЭВМ использовались система беспроводной связи Bluetooth и
программа IVT BlueSoleil.
1
2
Рисунок 3.3 – Измерительный комплекс:1 – датчик
фотометрический; 2 – преобразователь
аналого-цифровой ZET 210 «Sigma USB»
1
2
3
Рисунок 3.4 – Места установки датчиков: 1 – насос топливный
УТН-5А; 2 – датчик давления ММ05KPG1H;
3 – датчик температуры М 222
60
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Рисунок 3.5 – Схема фотометрического датчика: 1 – драйвер
лазерного диода; 2 – лазерный диод; 3 – объектив;
4 – топливная камера; 5 – оптический датчик
Для окончательной обработки и записи информации использовалось базовое программное обеспечение ZETLab.
3.3.2 Методика безмоторных исследований
Безмоторные испытания ТНВД проводились на минеральном
дизельном топливе марки «Л-0,2-62» ГОСТ 305-82 при температуре
топлива на входе в наполнительную полость ТНВД 30±2 ºС.
За оценочные показатели ТНВД были приняты: средняя объемная цикловая и часовая подача топлива, неравномерность подачи топлива по линиям нагнетания.
Определение регулировочных показателей ТНВД производилось
по результатам безмоторных испытаний на режиме регуляторной характеристики.
Расчет регулировочных показателей ТНВД осуществлялся по
следующим формулам:
- средняя объемная цикловая подача топлива
3
å V ×10
VЦ =
, мм3/цикл,
z ×i
где å V – суммарный объем топлива, поступившего в мерные емкости, см3; z – число линий нагнетания; i – число циклов;
- часовая подача топлива
å V × nк ×ρт
G = 6 × 10 - 6 ×
, кг/ч,
i
где n к – частота вращения кулачкового вала ТНВД, мин-1; ρт – плотность топлива при условиях испытаний, кг/м3;
61
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
- неравномерность подачи топлива по линиям нагнетания
2 × (Vmax - Vmin )
δ=
,%,
Vmax + Vmin
где Vmax, Vmin – подача топлива секциями соответственно с максимальной и минимальной производительностью, см3;
- плотность топлива
r = ρ0 - 10-4∙(18 - 13ρ0)∙(tТ – t0), г/см3 ,
где ρ0 – плотность топлива при нормальных условиях (t0=20 °C); tТ –
температура топлива, °С (t0 = 20 °C).
Для получения закономерности изменения цикловой подачи топлива замеры проводились на следующих частотах вращения кулачкового вала ТНВД: пусковой, максимального крутящего момента,
номинальной, начала действия регулятора, максимальной холостого
хода, полного выключения подачи топлива регулятором.
При объемном расходе ДСТ, соответствующем максимальной
подаче ТНВД, коэффициент однородности смеси составил Кос =98,2%.
Процесс приготовления смесевого топлива формируется двумя
технологическими процессами – дозированием и перемешиванием,
которые следуют один за другим. При этом может быть четыре принципиальных варианта осуществления процесса приготовления смесевого топлива:
· дозирование плохое, перемешивание хорошее;
· дозирование хорошее, перемешивание плохое;
· и дозирование, и перемешивание плохие;
· и дозирование, и перемешивание хорошие.
Критерий оценки работы дозирующих устройств – процентное
содержание ГорМ в ДСТ при различных режимах работы ТСНД.
Для получения текущих значений действительного содержания
ГорМ в смесевом топливе были проведены исследования на экспериментальной установке (рисунок 3.2). Перед началом испытаний патрубок подачи ГорМ смесителя-дозатора 4 через ПСС 1 и фильтр 3 соединялся гибкими топливопроводами с мерной емкостью 6 ГорМ.
Патрубок 20 соединялся с мерной емкостью 8 минерального ДТ, а
патрубок 9 выхода ДСТ смесителя-дозатора 4 соединялся с входом
ТПН. Выход ТПН гибким топливопроводом соединялся с каналом
подвода топлива в ТНВД. Выход перепускного клапана ТНВД соединялся с входом ТПН.
62
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Содержание ГорМ в смесевом топливе определяли по формуле
QГорМ
К%
=
×100% ,
ГорМ
Q ДСТ
где QГорМ и QДСТ – объемный расход ГорМ и ДСТ, м3/с.
Качество перемешивания компонентов ДСТ (степень перемешивания) оценивалось коэффициентом однородности смеси, который
вычислялся по формуле
æ Sö
К ос = ç 1- ÷ × 100% ,
è хø
где S – среднеквадратическое (стандартное) отклонение содержания
ГорМ в пробах ДСТ; х – среднее значение содержания ГорМ в пробах
ДСТ.
В свою очередь, стандартное отклонение равно
n
1 1
S=
(x i -х)2 ,
å
n-1 i=1
где хi – содержание ГорМ в i пробе ДСТ; n – число проб.
Для получения текущих значений содержания ГорМ в пробах
ДСТ в разрыв нагнетательного топливопровода ТПН устанавливался
фотометрический датчик (рисунок 3.5), через который проходил поток ДСТ, приготовленного смесителем-дозатором топлива. При нажатии клавиши ноутбука, настроенной на команду «замер», фотометрический датчик регистрировал величину оптической плотности i-й
пробы ДСТ, находящейся в данный момент между оптическим датчиком и лазерным диодом фотометрического датчика. Полученный
электрический сигнал преобразовывался АЦП ZET 210 (рисунок 3.3)
в величину содержания ГорМ в данной пробе ДСТ.
Коэффициент однородности смеси (Koс) изменяется от 0 до
100%. При коэффициенте Koс, равном 100%, смесь обладает абсолютной однородностью.
63
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
3.4 МЕТОДИКА СТЕНДОВЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ ДИЗЕЛЯ
ПРИ РАБОТЕ НА МИНЕРАЛЬНОМ ДИЗЕЛЬНОМ ТОПЛИВЕ
И ДИЗЕЛЬНЫХ СМЕСЕВЫХ ТОПЛИВАХ
3.4.1 Оборудование и приборное обеспечение
Предметом моторных экспериментальных исследований являлся
тракторный дизель Д-243 (4Ч 11/12,5) в штатной комплектации. Все
системы и механизмы двигателя были проверены и отрегулированы в
соответствии с инструкцией по эксплуатации трактора МТЗ-82.
Моторная установка для исследования работы дизеля на биоминеральных композициях включала (рис. 3.6): тракторный дизель
Д-243 (4Ч 11/12,5) с системой отвода отработавших газов, динамометрическую машину КS-56/4 со штатными контрольно-измерительными приборами (весовым устройством тормоза, тахометром), а также
скомплектованный измерительно-регистрирующий комплекс (ИРК) и
систему подачи биоминеральной композиции.
В состав ИРК входили (рис. 3.7): измерители температуры окружающего воздуха и эксплуатационных материалов [охлаждающей
жидкости, моторного масла в поддоне картера и главной масляной
магистрали (прибор ЭМДП), топлива в расходомере и на входе в нагнетательную полость ТНВД (мультиметр DT-838 DIGITAL
MULTIMETER с хромель-копелевым термодатчиком)], расходомер
воздуха и топлива, датчики (ВМТ (рис. 3.8) частоты вращения коленчатого вала (рис. 3.9), отметок зубьев маховика, температуры охлаждающей жидкости и моторного масла), тензостанция 8АНЧ-7М, прибор
ИМД-ЦМ, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) LА-2USB, персональный компьютер (ноутбук) на базе Pentium Dual-Core Inside,
стабилизированный блок питания, измеритель дымности отработавших газов КИД-2, газоанализатор АВТОТЕСТ СО-СН-Д.
Для снятия осциллограмм давления топлива на входе в форсунку использовался тензометрический мембранный датчик конструкции
ЦНИТА (рис. 3.10) и тензоусилительная станция 8АНЧ-7М. Место
установки тензометрического датчика давления топлива показано на
рисунке 3.11.
64
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Рисунок 3.6 – Общий вид экспериментальной моторной установки:
1 – машина динамометрическая КS-56/4;
2 – расходомер топлива; 3 – дизель 4Ч11/12,5 (Д-243)
Рисунок 3.7 – Измерительно-регистрирующий комплекс:
1 – мультиметр DT-838; 2 – хромель-копелевый
термодатчик; 3 – тензостанция 8АНЧ-7М;
4 – дымомер КИД-2; 5 – газоанализатор АВТОТЕСТ
СО-СН-Д; 6 – АЦП LA-2USB; 7 – прибор ИМД-ЦМ;
8 – ноутбук
65
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Рисунок 3.8 – Датчик ВМТ фотоэлектрического типа:
1 – маховик; 2 – фотодиод; 3 – флажок; 4 – лампа
накаливания; 5 – шпилька маховика
Рисунок 3.9 – Индуктивный датчик частоты вращения
коленчатого вала прибора ИМД-ЦМ (место установки)
Рисунок 3.10 – Тензометрический датчик давления топлива ЦНИТА
66
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Измерение давления газов при индицировании четвертого цилиндра дизеля (как наиболее теплонапряженного) осуществлялось
пьезоэлектрическим датчиком давления газов ЛХ-612М с принудительным охлаждением. Датчик устанавливался в специальный переходник, вворачиваемый в головку цилиндров (рис. 3.12), и соединялся каналом с центральной частью камеры сгорания. Подвод охлаждающей жидкости к датчику осуществлялся от водопроводной сети.
Для преобразования сигнала использовался АЦП LA-2USB, который
устанавливался в цепь между датчиком и компьютером.
Рисунок 3.11 – Место установки тензометрического датчика
давления топлива: 1 – дизель Д-243 (4Ч 11/12,5);
2 – топливопровод высокого давления; 3 – форсунка;
4 – датчик давления топлива тензометрический
Рисунок 3.12 – Пьезокварцевый датчик давления газов ЛХ-612М
(место установки)
67
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Измерение дымности (Д, %) отработавших газов на каждом виде
биоминеральной композиции при работе дизеля на нагрузочноскоростных режимах осуществлялось дымомером КИД-2. Для определения концентрации в отработавших газах оксида углерода (СО, %)
использовался газоанализатор АВТОТЕСТ СО-СН-Д.
Ультразвуковая обработка биоминеральных композиций осуществлялась ультразвуковым низкочастотным диспергатором УЗДН-2Т
с магнитострикционными излучателями на 44 кГц (рис. 3.13).
Рисунок 3.13 – Ультразвуковой диспергатор УЗДН-2Т
Коэффициент избытка воздуха определялся как отношение действительного количества воздуха (Gвд) к теоретически необходимому
(Gвт) для полного сгорания биоминеральной композиции:
α = Gвд/ Gвт.
Для определения действительного количества воздуха использовался расходомер (рис. 3.14), состоящий из ёмкости объёмом, равным
200 объёмам одного цилиндра двигателя, сопла для определения скорости движения воздуха, дифференциального манометра для измерения перепада давления в сопле и термометра для замера температуры
поступающего воздуха.
α=
G вд
G вт
=
3600 × f × j × 2g ×Н × ρ в
,
-2
l 0 × G т × 10
где f – площадь проходного сечения сопла, м2 (f = 0,00126 м2); φ – коэффициент расхода воздуха через сопло; g – ускорение свободного
68
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
падения, м/с2; Н – перепад давления в сопле, мм вод. ст.; ρв – плотность воздуха, кг/м3; ℓ0– теоретически необходимое количество воздуха для сгорания 1 кг топлива, кг воздуха/кг топлива; Gт – часовой
расход топлива, кг/ч.
Плотность воздуха
ρв = ρ ×
273× В0
, кг/м3,
760 × Т0
где ρ – плотность воздуха при нормальных условиях, кг/м3, (ρ = 1,293
кг/м3); В0 – барометрическое давление окружающего воздуха, МПа;
Т0 – температура окружающего воздуха, К (Т0 = t0 + 273).
Коэффициент наполнения определялся как отношение действительного количества воздуха (Gвд) к теоретически возможному при
температуре и давлении свежего заряда, равных температуре и давлению окружающей среды (Gво):
G вд 3600 × f × j × 2g × Н × ρ в
ηv =
,
=
G во
0,03 × Vh × n × ρ в
где Vh – литраж двигателя, л (Vh = 4,75 л); n – частота вращения коленчатого вала двигателя, мин-1.
1
2
3
Рисунок 3.14 – Расходомер воздуха: 1 – емкость; 2 – термометр;
3 – манометр дифференциальный
69
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
3.4.2 Методика экспериментальной оценки показателей
дизеля при работе на минеральном дизельном топливе
и дизельных смесевых топливах
Моторные исследования дизеля по мощностным, топливноэкономическим и экологическим показателям проводились при работе дизеля на корректорной ветви регуляторной характеристики.
Отклонения оценочных показателей дизеля при работе на биоминеральных композициях определялись по отношению к их значениям при работе на товарном минеральном дизельном топливе с неизменными регулировками основных систем и механизмов. Установочный угол опережения впрыска топлива оставался неизменным и
равным 26 град. п.к.в.
Экспериментальные исследования проводились на товарном
минеральном дизельном топливе (ДТ) Л-0,2-62 и биоминеральных
композициях, полученных путем смешивания ДТ с растительными маслами: 25%ГорМ + 75%ДТ; 50%ГорМ + 50%ДТ; 75%ГорМ + 25%ДТ;
90%ГорМ + 10%ДТ; 25%РыжМ + 75%ДТ; 50%РыжМ + 50%ДТ;
75%РыжМ + 25%ДТ; 90%РыжМ + 10%ДТ. Биоминеральные композиции с содержанием растительного масла 90% дополнительно обрабатывались на ультразвуковом диспергаторе УЗДН-2Т с частотой излучения 44 кГц в течение 50 минут.
Перед измерениями параметров и регистрацией электрических
сигналов в условиях стабильного протекания рабочего процесса в цилиндре двигатель на заданном режиме работал не менее 5 мин.
Результаты измерений заносились в протокол испытаний в трехкратной повторности на данном режиме работы дизеля.
Мощностные и топливно-экономические показатели дизеля рассчитывались по известным формулам:
- часовой расход топлива
G т = 3,6 ×
ΔG т
Δτ
70
, кг/ч;
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
- эффективная мощность
P×n
, кВт;
1000
- удельный эффективный расход топлива
G × 1000
, г/кВт×ч;
ge = т
Ne
- эффективный КПД
Ne =
3600
,
Hи × g e
где ΔG т – навеска топлива, г; Δτ – время расхода навески топлива, с;
Р – нагрузка на тормозе стенда, кг∙м; n – частота вращения к.в., мин-1;
Hu – низшая теплота сгорания топлива, МДж/кг.
ηe =
71
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
4 РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ
ТРАКТОРНОГО ДИЗЕЛЯ Д-243 (4Ч 11/12,5) ПРИ РАБОТЕ
НА МИНЕРАЛЬНОМ ДИЗЕЛЬНОМ ТОПЛИВЕ И ДИЗЕЛЬНЫХ
СМЕСЕВЫХ ТОПЛИВАХ
Анализ результатов моторных исследований* проводился при работе дизеля на товарном минеральном дизельном топливе (ДТ) Л-0,2-62
и биоминеральных композициях, полученных путем смешивания ДТ
с растительными маслами: горчичным (ГорМ) и рыжиковым (РыжМ) в
процентном соотношении: 25%ГорМ + 75%ДТ; 50%ГорМ + 50%ДТ;
75%ГорМ + 25%ДТ; 90%ГорМ + 10%ДТ; 90%ГорМ + 10%ДТ(УЗ);
25%РыжМ + 75%ДТ; 50%РыжМ + 50%ДТ; 75%РыжМ + 25%ДТ;
90%РыжМ + 10%ДТ; 90%РыжМ + 10%ДТ(УЗ).
Товарное ДТ характеризуется показателями: низшая теплота сгорания Нu = 42,4 МДж/кг; элементарный состав С = 0,87, Н = 0,126,
О = 0,004; плотность ρ20 = 830 кг/м3; вязкость υ20 = 4,2 мм2/с.
Горчичное масло: Нu = 37,4 МДж/кг; С = 0,772, Н = 0,118, О = 0,110;
ρ20 = 918 кг/м3; υ20 = 68,7 мм2/с.
Рыжиковое масло: Нu = 37,0 МДж/кг; С = 0,766, Н = 0,119,
О = 0,115; ρ20 = 920 кг/м3; υ20 = 51,6 мм2/с.
Биоминеральные композиции:
· 25%ГорМ + 75%ДТ: Нu = 41,3 МДж/кг; С = 0,846, Н = 0,124,
О = 0,030; ρ20 = 881 кг/м3; υ20 = 20,6 мм2/с.
· 50%ГорМ + 50%ДТ: Нu = 40,0 МДж/кг; С = 0,821, Н = 0,122,
О = 0,057; ρ20 = 893 кг/м3; υ20 = 36,6 мм2/с.
· 75%ГорМ + 25%ДТ: Нu = 38,6 МДж/кг; С = 0,797, Н = 0,120,
О = 0,083; ρ20 = 906 кг/м3; υ20 = 52,7 мм2/с.
· 90%ГорМ + 10%ДТ: Нu = 37,5 МДж/кг; С = 0,782, Н = 0,119,
О = 0,099; ρ20 = 912 кг/м3; υ20 = 62,3 мм2/с.
· 25%РыжМ + 75%ДТ: Нu = 41,0 МДж/кг; С = 0,844, Н = 0,125,
О = 0,031; ρ20 = 879 кг/м3; υ20 = 16,3 мм2/с.
· 50%РыжМ + 50%ДТ: Нu = 39,7 МДж/кг; С = 0,818, Н = 0,123,
О = 0,059; ρ20 = 893 кг/м3; υ20 = 28,0 мм2/с.
· 75%РыжМ + 25%ДТ: Нu = 38,3 МДж/кг; С = 0,792, Н = 0,121,
О = 0, 087; ρ20 = 907 кг/м3; υ20 = 39,8 мм2/с.
*
В обработке экспериментальных
Л.И.Сидорова и Е.А.Хохлова
исследований
72
принимали
участие
Е.Д.Година,
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
· 90%РыжМ + 10%ДТ: Нu = 37,2 МДж/кг; С = 0,776, Н = 0,120,
О = 0,104; ρ20 = 913 кг/м3; υ20 = 46,9 мм2/с.
Результаты моторных исследований приведены в таблицах 4.1 - 4.7
и показаны на рисунках 4.1 - 4.30.
4.1 РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ ДИЗЕЛЯ ПРИ РАБОТЕ
НА СМЕСЕВОМ ГОРЧИЧНО-МИНЕРАЛЬНОМ ТОПЛИВЕ
В таблицах 4.1 - 4.3 приведены результаты моторных исследований дизеля при работе на биоминеральных композициях на основе
минерального дизельного топлива и горчичного масла, а на рисунках
4.1 - 4.14 показаны индикаторная диаграмма дизеля и характер изменения максимального давления цикла* (Рz), коэффициента избытка
воздуха (α), коэффициента наполнения (ηv), эффективной мощности
(Ne), часового (Gт) и удельного эффективного (ge) расходов топлива,
эффективного КПД (ηе) и экологических показателей (СО, Д).
Результаты исследований показывают, что при работе дизеля на
биоминеральной композиции 90% ГорМ+10% ДТ на номинальном
режиме по сравнению с работой дизеля на минеральном ДТ максимальное давление цикла снижается на 7,8% (с 7,54 МПа до 6,95 МПа),
коэффициент избытка воздуха увеличивается на 8,7% (с 1,520 до
1,652), коэффициент наполнения – на 1,5% (с 0,861 до 0,874), эффективная мощность уменьшается на 6,2% (с 56,1 кВт до 52,6 кВт), часовой и удельный эффективный расходы топлива увеличиваются соответственно на 4,9% (с 14,3 кг/ч до 15,0 кг/ч) и 13,2% (с 252,4 г/кВт∙ч до
285,7 г/кВт∙ч). При работе двигателя на биоминеральной композиции
25%ГорМ + 75% ДТ эффективный КПД уменьшается на 2,7% (с 0,333
до 0,324). При дальнейшем увеличении в биоминеральной композиции
горчичного масла до 90% эффективный КПД возрастает на 0,9%
(с 0,333 до 0,336).
После обработки биоминеральной композиции 90% ГорМ+10% ДТ
(УЗ) ультразвуком показатели дизеля изменяются в меньшей степени,
чем при работе дизеля на необработанной композиции. Так, максимальное давление цикла снижается на 7,0% (с 7,54 МПа до 7,0 МПа),
коэффициент избытка воздуха увеличивается на 9,7% (с 1,520 до
1,667), коэффициент наполнения – на 1,7% (с 0,861 до 0,876), эффек*
Максимальное давление цикла определялось по результатам обработки индикаторных диаграмм дизеля
73
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
тивная мощность уменьшается на 4,2% (с 56,1 кВт до 53,7 кВт), удельный эффективный расход топлива возрастает на 9,9% (с 252,4 г/кВт∙ч
до 277,5 г/кВт∙ч), эффективный КПД – на 3,9% (с 0,333 до 0,346).
При содержании в биоминеральной композиции горчичного
масла не более 50% экологические показатели улучшаются. Так, дымность отработавших газов снижается на 17,8% (с 45% до 37%), содержание оксида углерода – на 20,0% (с 0,25% до 0,20%). При дальнейшем увеличении биологического компонента (до 90%) в биоминеральной композиции дымность отработавших газов увеличивается на
8,9% (с 45% до 49%), содержание оксида углерода – на 16,0% (с 0,25%
до 0,29%). Однако после обработки биоминеральной композиции 90%
ГорМ+10% ДТ (УЗ) ультразвуком дымность отработавших газов увеличивается на 6,7% (с 45% до 48%), содержание оксида углерода - на
12,0% (с 0,25% до 0,28%).
При работе дизеля на номинальном режиме все виды биоминеральных композиций обеспечивают эффективный КПД в пределах
0,324-0,346, в то время как при работе на минеральном дизельном топливе он составляет 0,333.
При работе дизеля на минимально-устойчивой частоте вращения коленчатого вала холостого хода на всех биоминеральных композициях максимальное давление цикла остается постоянным и составляет 6,3 МПа. При работе дизеля на биоминеральной композиции
90% ГорМ + 10% ДТ коэффициент избытка воздуха уменьшается на
28,9% (с 7,187 до 5,110) при практически постоянном коэффициенте
наполнения (ηv = 0,87), часовой расход топлива увеличивается на
63,6% (с 1,1 кг/ч до 1,8 кг/ч), а после ее обработки ультразвуком коэффициент избытка воздуха уменьшается на 24,7% (с 7,187 до 5,411),
часовой расход топлива увеличивается на 54,5% (с 1,1 кг/ч до 1,7 кг/ч).
При содержании в биоминеральной композиции горчичного
масла не более 50% дымность отработавших газов снижается на
83,3% (с 6% до 1%), содержание оксида углерода – на 57,1% (с 0,07%
до 0,03%). При дальнейшем увеличении биологического компонента
(до 90%) в биоминеральной композиции дымность отработавших газов увеличивается на 50% (с 6% до 9%), содержание оксида углерода –
на 42,9% (с 0,07% до 0,10%), а после обработки биоминеральной композиции 90% ГорМ+10% ДТ ультразвуком дымность отработавших
газов увеличивается на 33,3% (с 6% до 8%), содержание оксида углерода – на 28,6% (с 0,07% до 0,09%).
74
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Таблица 4.1 – Максимальное давление цикла (Рz), коэффициент
избытка воздуха (α) и коэффициент наполнения (ηv)
при работе дизеля Д-243 (4Ч 11/12,5) на
биоминеральных композициях на основе
минерального дизельного топлива и горчичного масла
Вид топлива
Показатели
25%ГорМ 50%ГорМ 75%ГорМ 90%ГорМ 90%ГорМ
100%ДТ
+75%ДТ +50%ДТ +25%ДТ +10%ДТ +10%ДТ(УЗ)
Нагрузка 100% (n = 2200 мин-1, режим номинальной мощности)
Рz, МПа
7,54
7,28
7,16
7,04
6,95
7,0
α
1,520
1,565
1,602
1,635
1,652
1,667
ηv
0,861
0,867
0,870
0,872
0,874
0,876
Режим минимальной устойчивой частоты вращения холостого хода (n = 800 мин-1)
Рz, МПа
6,3
6,3
6,3
6,3
6,3
6,3
α
7,187
6,392
6,0
5,437
5,110
5,411
ηv
0,87
0,87
0,87
0,87
0,87
0,87
Таблица 4.2 – Эффективные показатели дизеля Д-243 (4Ч11/12,5)
при работе на биоминеральных композициях на основе
минерального дизельного топлива и горчичного масла
Вид топлива
Показатели
1
90%ГорМ
25%ГорМ 50%ГорМ 75%ГорМ 90%ГорМ
100%ДТ
+10%ДТ
+75%ДТ +50%ДТ +25%ДТ +10%ДТ
(УЗ)
2
3
-1
4
5
6
7
Нагрузка 100% (n = 1400 мин , режим максимального крутящего момента)
Ne, кВт
40,1
39,4
38,7
38,2
38,0
38,9
GT, кг/ч
10,7
10,9
11,0
11,2
11,4
11,3
ge, г/кВт·ч
266,8
276,7
284,2
293,2
300,0
290,5
ηе
0,318
0,315
0,317
0,319
0,320
0,330
-1
Нагрузка 100% (n = 1600 мин )
Ne, кВт
45,8
44,5
44,0
43,5
43,2
44,3
GT, кг/ч
11,6
11,8
11,9
12,1
12,3
12,2
ge, г/кВт·ч
253,3
265,2
270,5
278,2
284,7
275,4
ηе
0,335
0,329
0,333
0,336
0,337
0,349
-1
Нагрузка 100% (n = 1800 мин )
Ne, кВт
50,4
49,1
48,4
48,2
47,9
48,9
GT, кг/ч
12,5
12,7
12,8
13,0
13,2
13,1
ge, г/кВт·ч
248,0
258,7
262,8
269,7
275,7
267,9
ηе
0,342
0,337
0,341
0,346
0,348
0,358
75
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Окончание таблицы 4.2
1
2
3
4
5
6
7
-1
Нагрузка 100% (n = 2000 мин )
Ne, кВт
53,8
52,4
51,8
51,4
51,0
52,0
GT, кг/ч
13,4
13,6
13,7
13,9
14,1
14,0
ge, г/кВт·ч
249,1
259,5
264,5
270,4
276,5
269,2
ηе
0341
0,336
0,340
0,345
0,347
0,357
-1
Нагрузка 100% (n = 2200 мин , режим номинальной мощности)
Ne, кВт
56,1
53,9
53,5
53,0
52,6
53,7
GT, кг/ч
14,3
14,5
14,6
14,8
15,0
14,9
ge, г/кВт·ч
252,4
269,0
272,9
279,2
285,7
277,5
ηе
0,333
0,324
0,330
0,334
0,336
0,346
Режим минимальной устойчивой частоты вращения холостого хода (n = 800 мин-1)
GT, кг/ч
1,1
1,3
1,4
1,6
1,8
1,7
-1
Режим холостого хода (n = 1000 мин )
GT, кг/ч
1,4
1,6
1,8
2,0
2,2
2,1
-1
Режим холостого хода (n = 1200 мин )
GT, кг/ч
1,8
2,0
2,2
2,4
2,6
2,5
-1
Режим холостого хода (n = 1400 мин )
GT, кг/ч
2,1
2,4
2,6
2,8
3,1
3,0
-1
Режим холостого хода (n = 1600 мин )
GT, кг/ч
2,4
2,8
3,0
3,2
3,5
3,4
-1
Режим холостого хода (n = 1800 мин )
GT, кг/ч
2,8
3,2
3,4
3,7
4,0
3,8
-1
Режим холостого хода (n = 2000 мин )
GT, кг/ч
3,1
3,6
3,8
4,1
4,4
4,3
-1
Режим холостого хода (n = 2200 мин )
GT, кг/ч
3,4
4,0
4,2
4,5
4,8
4,7
Режим максимальной частоты вращения холостого хода (n = 2350 мин-1)
GT, кг/ч
3,8
4,4
4,7
5,0
5,3
5,2
Таблица 4.3 – Экологические показатели дизеля Д-243 (4Ч 11/12,5)
при работе на биоминеральных композициях
на основе минерального дизельного топлива
и горчичного масла
Вид топлива
Показатели
1
90%ГорМ
25%ГорМ 50%ГорМ 75%ГорМ 90%ГорМ
100%ДТ
+10%ДТ
+75%ДТ +50%ДТ +25%ДТ +10%ДТ
(УЗ)
2
3
-1
4
5
6
7
Нагрузка 100% (n = 1400 мин , режим максимального крутящего момента)
76
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Окончание таблица 4.3
1
Д, %
СО, %
2
3
4
5
28
0,10
6
7
22
20
29
32
31
0,06
0,05
0,11
0,13
0,12
-1
Нагрузка 100% (n = 1600 мин )
Д, %
29
23
21
30
33
32
СО, %
0,11
0,07
0,06
0,12
0,14
0,13
-1
Нагрузка 100% (n = 1800 мин )
Д, %
31
26
24
32
35
34
СО, %
0,13
0,09
0,08
0,14
0,16
0,15
-1
Нагрузка 100% (n = 2000 мин )
Д, %
36
31
28
37
40
39
СО, %
0,17
0,13
0,12
0,18
0,21
0,20
-1
Нагрузка 100% (n = 2200 мин , режим номинальной мощности)
Д, %
45
39
37
46
49
48
СО, %
0,25
0,21
0,20
0,26
0,29
0,28
Режим минимальной устойчивой частоты вращения холостого хода (n = 800 мин-1)
Д, %
6
2
1
7
9
8
СО, %
0,07
0,04
0,03
0,08
0,10
0,09
-1
Режим холостого хода (n = 1000 мин )
Д, %
11
7
6
12
14
13
СО, %
0,06
0,03
0,02
0,07
0,09
0,08
-1
Режим холостого хода (n = 1200 мин )
Д, %
15
11
10
16
18
17
СО, %
0,06
0,03
0,02
0,07
0,09
0,08
-1
Режим холостого хода (n = 1400 мин )
Д, %
18
14
13
19
21
20
СО, %
0,05
0,02
0,01
0,06
0,08
0,07
-1
Режим холостого хода (n = 1600 мин )
Д, %
20
16
15
21
23
22
СО, %
0,05
0,02
0,01
0,06
0,08
0,07
-1
Режим холостого хода (n = 1800 мин )
Д, %
22
18
17
23
25
24
СО, %
0,05
0,02
0,01
0,06
0,08
0,07
-1
Режим холостого хода (n = 2000 мин )
Д, %
23
19
18
24
26
25
СО, %
0,05
0,02
0,01
0,06
0,08
0,07
-1
Режим холостого хода (n = 2200мин )
Д, %
24
20
19
25
27
26
СО, %
0,05
0,02
0,01
0,06
0,08
0,07
Режим максимальной частоты вращения холостого хода (n = 2350 мин-1)
Д, %
25
21
20
26
28
27
СО, %
0,05
0,02
0,01
0,06
0,08
0,07
77
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Максимальное давление цикла, МПа
Рисунок 4.1 – Индикаторная диаграмма дизеля Д-243 в режиме
номинальной мощности при работе на
биоминеральной композиции 25%ГорМ + 75%ДТ:
1 – давление газов в цилиндре; 2 – давление топлива
перед форсункой; 3 – отметчик верхней мертвой
точки; 4 – отметчик зубьев маховика
8
7,8
7,6
7,4
7,2
7
6,8
7,54
7,28
7,16
7,04
6,95
4
5
7,0
6,6
6,4
6,2
6
1
2
3
6
Рисунок 4.2 – Максимальное давление цикла дизеля в режиме
номинальной мощности при работе на
биоминеральных композициях: 1) 100%ДТ;
2) 25%ГорМ + 75%ДТ; 3) 50% ГорМ + 50%ДТ;
4) 75% ГорМ + 25%ДТ; 5) 90% ГорМ + 10%ДТ;
6) 90% ГорМ + 10%ДТ (УЗ)
78
Коэффициент избытка воздуха.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
2
1,9
1,8
1,7
1,6
1,5
1,520
1,565
1
2
1,602
1,635
1,652
4
5
1,667
1,4
1,3
1,2
1,1
1
3
6
Коэффициент наполнения .
Рисунок 4.3 – Коэффициент избытка воздуха дизеля в режиме
номинальной мощности при работе на
биоминеральных композициях: 1) 100%ДТ;
2) 25%ГорМ + 75%ДТ; 3) 50% ГорМ + 50%ДТ;
4) 75% ГорМ + 25%ДТ; 5) 90% ГорМ + 10%ДТ;
6) 90% ГорМ + 10%ДТ (УЗ)
0,9
0,89
0,88
0,87
0,86
0,85
0,861
0,867
1
2
0,870
0,872
0,874
4
5
0,876
0,84
0,83
0,82
0,81
0,8
3
6
Рисунок 4.4 – Коэффициент наполнения дизеля в режиме
номинальной мощности при работе на
биоминеральных композициях: 1) 100%ДТ;
2) 25%ГорМ + 75%ДТ; 3) 50% ГорМ + 50%ДТ;
4) 75% ГорМ + 25%ДТ; 5) 90% ГорМ + 10%ДТ;
6) 90% ГорМ + 10%ДТ (УЗ)
79
Эффективная мощность, кВт
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
56
54
52
50
48
46
44
42
40
38
36
1400
1600
1800
2000
2200
Частота вращения к. в., мин-1
Часовой расход топлива, кг/ч .
а)
16
15
14
13
12
11
10
1400
1600
1800
2000
2200
Частота вращения к. в., мин-1
б)
80
Удельный эффективный расход топлива, г/кВт*ч .
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
310
300
290
280
270
260
250
240
1400
1600
1800
2000
2200
Частота вращения к. в., мин-1
Эффективный КПД .
в)
0,4
0,39
0,38
0,37
0,36
0,35
0,34
0,33
0,32
0,31
0,3
1400
1600
1800
2000
2200
Частота вращения к. в., мин-1
г)
81
Дымность, %
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
55
50
45
40
35
30
25
20
1400
1600
1800
2000
2200
-1
Частота вращения к. в., мин
Содержание оксида углерода, %.
д)
0,35
0,3
0,25
0,2
0,15
0,1
0,05
0
1400
1600
1800
2000
2200
-1
Частота вращения к. в., мин
е)
Рисунок 4.5 – Эффективные показатели дизеля в условиях
регуляторной характеристики: а) эффективная
мощность; б) часовой расход топлива; в) удельный
эффективный расход топлива; г) эффективный
КПД; д) дымность; е) содержание оксида углерода:
—■— – 100%ДТ; —■— – 25%ГорМ + 75%ДТ;
—¨— – 50%ГорМ+50%ДТ; —▲— – 75%ГорМ+25%ДТ;
—●— – 90%ГорМ + 10%ДТ;
—-— – 90%ГорМ + 10%ДТ(УЗ)
82
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Рz,
МПа
7,6
7,4
Рz
7,2
7,0
6,8
α
1,7
α
1,6
1,5
ηv
0,88
ηv
0,87
0,86
0,85
1
3
2
4
5
Рисунок 4.6 – Изменение показателей рабочего процесса дизеля
в режиме номинальной мощности в зависимости
от состава биоминеральной композиции: 1) 100%ДТ;
2) 25%ГорМ + 75%ДТ; 3) 50% ГорМ + 50%ДТ;
4) 75% ГорМ + 25%ДТ; 5) 90% ГорМ + 10%ДТ;
неозвученная композиция;
озвученная композиция
ηе
0,36
ηе
Nе,
кВт
56
0,34
0,32
0,30
Nе
54
52
Gт,
кг/ч
16
50
Gт
ge,
г/кВт*ч
15
14
300
290
280
ge
270
260
250
1
2
3
4
5
Рисунок 4.7 – Изменение эффективных показателей дизеля
в режиме номинальной мощности в зависимости
от состава биоминеральной композиции: 1) 100%ДТ;
2) 25%ГорМ + 75%ДТ; 3) 50% ГорМ + 50%ДТ;
4) 75% ГорМ + 25%ДТ; 5) 90% ГорМ + 10%ДТ;
неозвученная композиция;
озвученная композиция
83
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
СО, %
0,15
СО
0,10
0,05
Д,%
36
34
32
30
Д
28
26
24
22
20
2
1
3
4
5
Максимальное давление цикла, МПа
Рисунок 4.8 – Изменение экологических показателей дизеля
в режиме номинальной мощности в зависимости
от состава биоминеральной композиции: 1) 100%ДТ;
2) 25% ГорМ + 75%ДТ; 3) 50% ГорМ + 50%ДТ;
4) 75% ГорМ + 25%ДТ; 5) 90% ГорМ + 10%ДТ;
неозвученная композиция;
озвученная композиция
7
6,8
6,6
6,4
6,2
6
6,3
6,3
6,3
6,3
6,3
1
2
3
4
5
6,3
5,8
5,6
5,4
5,2
5
6
Рисунок 4.9 – Максимальное давление цикла дизеля в режиме
холостого хода при работе на биоминеральных
композициях: 1) 100%ДТ; 2) 25%ГорМ + 75%ДТ;
3) 50% ГорМ + 50%ДТ; 4) 75%ГорМ + 25%ДТ;
5) 90%ГорМ + 10%ДТ; 6) 90%ГорМ + 10%ДТ(УЗ)
84
Коэффициент избытка воздуха.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
8
7,5
7
6,5
6
7,187
6,392
6,0
5,437
5,110
4
5
5,411
5,5
5
4,5
4
1
2
3
6
Коэффициент наполнения .
Рисунок 4.10 – Коэффициент избытка воздуха дизеля в режиме
холостого хода при работе на биоминеральных
композициях: 1) 100%ДТ; 2) 25%ГорМ + 75%ДТ;
3) 50% ГорМ + 50%ДТ; 4) 75% ГорМ + 25%ДТ;
5) 90% ГорМ + 10%ДТ; 6) 90% ГорМ + 10%ДТ (УЗ)
0,9
0,89
0,88
0,87
0,86
0,85
0,870
0,870
1
2
0,870
0,870
0,870
4
5
0,877
0,84
0,83
0,82
0,81
0,8
3
6
Рисунок 4.11 – Коэффициент наполнения дизеля в режиме
холостого хода при работе на биоминеральных
композициях: 1) 100%ДТ; 2) 25%ГорМ + 75%ДТ;
3) 50% ГорМ + 50%ДТ; 4) 75% ГорМ + 25%ДТ;
5) 90% ГорМ + 10%ДТ; 6) 90% ГорМ + 10%ДТ (УЗ)
85
Часовой расход топлива, кг/ч.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
6
5,5
5
4,5
4
3,5
3
2,5
2
1,5
1
800
1200
1600
2000
2350
Частота вращения к. в., мин-1
Дымность, %
а)
30
25
20
15
10
5
0
800
1200
1600
2000
2350
-1
Частота вращения к. в., мин
б)
86
Содержание оксида углерода, %.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
0,12
0,11
0,1
0,09
0,08
0,07
0,06
0,05
0,04
0,03
0,02
0,01
0
800
1200
1600
2000
2350
-1
Частота вращения к. в., мин
в)
Рисунок 4.12 – Эффективные показатели дизеля в условиях
характеристики холостого хода: а) часовой расход
топлива; б) дымность; в) содержание оксида
углерода: —■— – 100%ДТ; —■— – 25%ГорМ + 75%ДТ;
—¨— – 50%ГорМ + 50%ДТ; —▲— – 75%ГорМ + 25%ДТ;
—●— – 90%ГорМ + 10%ДТ; —-— – 90%ГорМ + 10%ДТ(УЗ)
Рz,
МПа
6,5
6,4
Рz
6,3
6,2
α
8,0
7,0
α
6,0
5,0
ηv
4,0
0,88
ηv
0,87
0,86
0,85
1
2
3
4
5
Рисунок 4.13 – Изменение показателей рабочего процесса дизеля
в режиме холостого хода в зависимости от состава
биоминеральной композиции: 1) 100%ДТ;
2) 25%ГорМ + 75%ДТ; 3) 50% ГорМ + 50%ДТ;
4) 75% ГорМ + 25%ДТ; 5) 90% ГорМ + 10%ДТ;
неозвученная композиция;
озвученная композиция
87
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Gт,
кг/ч
2,0
1,8
Gт
1,6
СО,%
1,4
0,12
1,2
0,10
1,0
0,08
СО
0,06
Д,%
0,04
12
0,02
10
0
8
6
Д
4
2
0
1
2
3
4
5
Рисунок 4.14 – Изменение топливных и экологических
показателей дизеля в режиме холостого хода
в зависимости от состава биоминеральной
композиции: 1) 100%ДТ; 2) 25%ГорМ + 75%ДТ;
3) 50% ГорМ + 50%ДТ; 4) 75% ГорМ + 25%ДТ;
5) 90% ГорМ + 10%ДТ;
неозвученная композиция;
озвученная композиция
88
Коэффициент избытка воздуха
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
1,7
1,65
1,6
1,55
1,5
1,45
1,4
1,35
1,3
1,25
1,2
1400
1600
1800
2000
2200
Частота вращения к. в., мин-1
Коэффициент наполнения
а)
0,9
0,89
0,88
0,87
0,86
0,85
0,84
0,83
0,82
0,81
0,8
1400
1600
1800
2000
2200
Частота вращения к. в., мин-1
б)
Рисунок 4.15 – Показатели рабочего процесса дизеля в условиях
регуляторной характеристики: а) коэффициент
избытка воздуха; б) коэффициент наполнения:
—■— – 100%ДТ; —■— – 25%ГорМ + 75%ДТ;
—¨— – 50%ГорМ + 50%ДТ; —▲— – 75%ГорМ + 25%ДТ;
—●— – 90%ГорМ + 10%ДТ; —-— – 90%ГорМ + 10%ДТ(УЗ)
89
Коэффициент избытка воздуха
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
7,5
7
6,5
6
5,5
5
4,5
800
1200
1600
2000
2350
-1
Частота вращения к. в., мин
Коэффициент наполнения
а)
0,9
0,89
0,88
0,87
0,86
0,85
0,84
0,83
0,82
0,81
0,8
800
1200
1600
2000
2350
Частота вращения к. в., мин-1
б)
Рисунок 4.16 – Показатели рабочего процесса дизеля в условиях
характеристики холостого хода: а) коэффициент
избытка воздуха; б) коэффициент наполнения:
—■— – 100%ДТ; —■— – 25%ГорМ + 75%ДТ;
—¨— – 50%ГорМ + 50%ДТ; —▲— – 75%ГорМ + 25%ДТ;
—●— – 90%ГорМ + 10%ДТ; —-— – 90%ГорМ + 10%ДТ(УЗ)
90
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
4.2 РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ ДИЗЕЛЯ ПРИ РАБОТЕ
НА СМЕСЕВОМ РЫЖИКО-МИНЕРАЛЬНОМ ТОПЛИВЕ
В таблицах 4.4 - 4.6 приведены результаты моторных исследований дизеля при работе на биоминеральных композициях на основе
минерального дизельного топлива и рыжикового масла, а на рисунках
4.15 - 4.30 показаны индикаторная диаграмма дизеля и характер изменения максимального давления цикла (Рz), коэффициента избытка
воздуха (α), коэффициента наполнения (ηv), эффективной мощности
(Ne), часового (Gт) и удельного эффективного (ge) расходов топлива,
эффективного КПД и экологических показателей (СО, Д).
Результаты исследований показывают, что при работе дизеля на
биоминеральной композиции 90% РыжМ + 10% ДТ на номинальном
режиме по сравнению с работой дизеля на минеральном ДТ максимальное давление цикла снижается на 10,5% (с 7,54 МПа до 6,75 МПа),
коэффициент избытка воздуха увеличивается на 6,8% (с 1,520 до
1,624), коэффициент наполнения – на 2,0% (с 0,861 до 0,878), эффективная мощность уменьшается на 8,2% (с 56,1 кВт до 51,5 кВт), часовой и удельный эффективный расходы топлива увеличиваются соответственно на 7,7% (с 14,3 кг/ч до 15,4 кг/ч) и 18,5% (с 252,4 г/кВт∙ч
до 299,0 г/кВт∙ч). При работе двигателя на биоминеральной композиции 25%РыжМ + 75% ДТ эффективный КПД уменьшается на 5,7%
(с 0,333 до 0,314). При дальнейшем увеличении в биоминеральной
композиции рыжикового масла (до 90%) эффективный КПД уменьшается на 2,7% (с 0,333 до 0,324).
После обработки биоминеральной композиции 90%РыжМ + 10%ДТ
ультразвуком показатели дизеля изменяются в меньшей степени, чем
при работе дизеля на необработанной композиции. Так, максимальное
давление цикла снижается на 9,9% (с 7,54 МПа до 6,79 МПа), коэффициент избытка воздуха увеличивается на 7,8% (с 1,520 до 1,639), коэффициент наполнения – на 2,2% (с 0,861 до 0,880), эффективная
мощность уменьшается на 6,2% (с 56,1 кВт до 52,6 кВт), удельный
эффективный расход топлива возрастает на 15,3% (с 252,4 г/кВт∙ч до
290,9 г/кВт∙ч), а величина эффективного КПД находится на уровне
ДТ.
При содержании в биоминеральной композиции рыжикового
масла не более 50% экологические показатели улучшаются. Так, дым91
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ность отработавших газов снижается на 6,7% (с 45% до 42%), содержание оксида углерода – на 12,0% (с 0,25% до 0,22%). При дальнейшем увеличении биологического компонента (до 90%) в биоминеральной композиции дымность отработавших газов увеличивается на
17,8% (с 45% до 53%), содержание оксида углерода – на 28,0% (с
0,25% до 0,32%). Однако после обработки биоминеральной композиции 90% РыжМ + 10% ДТ ультразвуком дымность отработавших газов увеличивается на 15,6% (с 45% до 52%), содержание оксида углерода – на 24,0% (с 0,25% до 0,31%).
При работе дизеля на номинальном режиме все виды биоминеральных композиций обеспечивают эффективный КПД в пределах
0,314-0,333, в то время как при работе на минеральном дизельном топливе он составляет 0,333.
При работе дизеля на минимально-устойчивой частоте вращения коленчатого вала холостого хода на всех биоминеральных композициях максимальное давление цикла остается постоянным и составляет 6,3 МПа. При работе дизеля на биоминеральной композиции
90% РыжМ + 10% ДТ коэффициент избытка воздуха уменьшается на
35,7% (7,187 до 4,619) при практически постоянном коэффициенте наполнения (ηv = 0,87), часовой расход топлива увеличивается на 81,8%
(с 1,1 кг/ч до 2,0 кг/ч), а после ее обработки ультразвуком коэффициент избытка воздуха уменьшается на 32,3% (с 7,187 до 4,863), часовой
расход топлива увеличивается на 72,7% (с 1,1 кг/ч до 1,9 кг/ч).
При содержании в биоминеральной композиции рыжикового
масла не более 50% дымность отработавших газов снижается на
50,0% (с 6% до 3%), содержание оксида углерода – на 28,6% (с 0,07%
до 0,05%). При дальнейшем увеличении биологического компонента
(до 90%) в биоминеральной композиции дымность отработавших газов увеличивается на 83,3% (с 6% до 11%), содержание оксида углерода – на 71,4% (с 0,07% до 0,12%), а после обработки биоминеральной
композиции 90% РыжМ + 10% ДТ ультразвуком дымность отработавших газов увеличивается на 66,7% (с 6% до 10%), содержание оксида углерода – на 57,1% (с 0,07% до 0,11%).
92
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Таблица 4.4 – Максимальное давление цикла (Рz), коэффициент
избытка воздуха (α) и коэффициент наполнения (ηv)
дизеля Д-243 (4Ч 11/12,5) при работе на
биоминеральных композициях на основе
минерального дизельного топлива и рыжикового масла
Вид топлива
Показатели
25%РыжМ 50%РыжМ 75%РыжМ 90%РыжМ
100%ДТ
+75%ДТ +50%ДТ +25%ДТ +10%ДТ
90%РыжМ
+10%ДТ
(УЗ)
Нагрузка 100% (n = 2200 мин-1, режим номинальной мощности)
Рz, МПа
7,54
7,08
6,96
6,84
6,75
6,79
α
1,520
1,535
1,573
1,610
1,624
1,639
ηv
0,861
0,872
0,874
0,876
0,878
0,880
Режим минимальной устойчивой частоты вращения холостого хода (n = 800 мин-1)
Рz, МПа
6,3
6,3
6,3
6,3
6,3
6,3
α
7,187
5,596
5,436
5,017
4,619
4,863
ηv
0,870
0,870
0,870
0,870
0,870
0,870
Таблица 4.5 – Эффективные показатели дизеля Д-243 (4Ч 11/12,5)
при работе на биоминеральных композициях на
основе минерального дизельного топлива и
рыжикового масла
Вид топлива
Показатели
1
25%РыжМ 50%РыжМ 75%РыжМ 90%РыжМ
100%ДТ
+75%ДТ +50%ДТ +25%ДТ +10%ДТ
2
3
-1
4
5
6
90%Рыж
+10%ДТ
(УЗ)
7
Нагрузка 100% (n = 1400 мин , режим максимального крутящего момента)
Ne, кВт
40,2
38,2
37,7
37,4
37,0
37,8
GT, кг/ч
10,7
11,2
11,4
11,6
11,8
11,7
ge, г/кВт·ч
266,8
293,2
302,4
310,2
318,9
309,5
ηе
0,318
0,299
0,300
0,303
0,304
0,313
-1
Нагрузка 100% (n = 1600 мин )
Ne, кВт
45,8
43,4
42,8
42,5
42,1
43,1
GT, кг/ч
11,6
12,1
12,3
12,5
12,7
12,6
ge, г/кВт·ч
253,3
278,8
287,4
294,1
301,7
292,3
ηе
0,335
0,315
0,316
0,320
0,321
0,331
-1
Нагрузка 100% (n = 1800 мин )
Ne, кВт
50,4
48,0
47,5
47,2
46,9
47,7
GT, кг/ч
12,5
13,0
13,2
13,4
13,6
13,5
ge, г/кВт·ч
248,0
270,8
277,9
283,9
290,0
283,0
ηе
0,342
0,324
0,326
0,331
0,334
0,342
93
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Окончание таблицы 4.5
1
2
3
4
5
-1
6
7
Нагрузка 100% (n = 2000 мин )
Ne, кВт
53,8
51,2
50,6
50,3
49,9
50,8
GT, кг/ч
13,4
13,9
14,1
14,3
14,5
14,4
ge, г/кВт·ч
249,1
271,5
278,7
284,3
290,6
283,5
ηе
0,341
0,323
0,325
0,331
0,333
0,341
-1
Нагрузка 100% (n = 2200 мин , режим номинальной мощности)
Ne, кВт
56,1
52,9
52,3
51,9
51,5
52,6
GT, кг/ч
14,3
14,8
15,0
15,2
15,4
15,3
ge, г/кВт·ч
252,4
279,8
286,8
292,9
299,0
290,9
ηе
0,333
0,314
0,316
0,321
0,324
0,333
Режим минимальной устойчивой частоты вращения холостого хода (n = 800 мин-1)
GT, кг/ч
1,1
1,5
1,6
1,8
2,0
1,9
-1
Режим холостого хода (n = 1000 мин )
GT, кг/ч
1,4
1,8
2,0
2,2
2,4
2,3
-1
Режим холостого хода (n = 1200 мин )
GT, кг/ч
1,8
2,2
2,4
2,6
2,8
2,7
-1
Режим холостого хода (n = 1400 мин )
GT, кг/ч
2,1
2,6
2,8
3,0
3,3
3,2
-1
Режим холостого хода (n = 1600 мин )
GT, кг/ч
2,4
3,0
3,2
3,4
3,7
3,6
-1
Режим холостого хода (n = 1800 мин )
GT, кг/ч
2,8
3,4
3,6
3,9
4,2
4,0
-1
Режим холостого хода (n = 2000 мин )
GT, кг/ч
3,1
3,8
4,0
4,3
4,6
4,5
-1
Режим холостого хода (n = 2200 мин )
GT, кг/ч
3,4
4,2
4,4
4,7
5,0
4,9
Режим максимальной частоты вращения холостого хода (n = 2350 мин-1)
GT, кг/ч
3,8
4,6
4,9
5,2
5,5
5,4
Таблица 4.6 – Экологические показатели дизеля Д-243 (4Ч 11/12,5)
при работе на биоминеральных композициях на
основе минерального дизельного топлива и
рыжикового масла
Вид топлива
Показатели
1
25%РыжМ 50%РыжМ 75%РыжМ 90%РыжМ
100%ДТ
+75%ДТ +50%ДТ +25%ДТ +10%ДТ
2
3
-1
4
5
6
90%Рыж
+10%ДТ
(УЗ)
7
Нагрузка 100% (n = 1400 мин , режим максимального крутящего момента)
Д, %
28
27
26
33
36
35
94
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Окончание таблицы 4.6
1
СО, %
2
3
4
5
0,10
6
7
0,08
0,07
0,12
0,15
0,14
-1
Нагрузка 100% (n = 1600 мин )
Д, %
29
28
27
34
37
36
СО, %
0,11
0,09
0,08
0,13
0,16
0,15
-1
Нагрузка 100% (n = 1800 мин )
Д, %
31
31
29
36
39
38
СО, %
0,13
0,11
0,10
0,15
0,19
0,18
-1
Нагрузка 100% (n = 2000 мин )
Д, %
36
35
33
51
44
43
СО, %
0,17
0,15
0,14
0,20
0,24
0,23
-1
Нагрузка 100% (n = 2200 мин ) (режим номинальной мощности)
Д, %
45
44
42
50
53
52
СО, %
0,25
0,23
0,22
0,28
0,32
0,31
Режим минимальной устойчивой частоты вращения холостого хода (n = 800 мин-1)
Д, %
6
4
3
9
11
10
СО, %
0,07
0,06
0,05
0,10
0,12
0,11
-1
Режим холостого хода (n = 1000 мин )
Д, %
11
9
8
14
16
15
СО, %
0,06
0,05
0,04
0,09
0,11
0,10
-1
Режим холостого хода (n = 1200 мин )
Д, %
15
13
12
18
20
19
СО, %
0,06
0,05
0,04
0,09
0,11
0,10
-1
Режим холостого хода (n = 1400 мин )
Д, %
18
16
15
21
23
22
СО, %
0,05
0,04
0,03
0,08
0,10
0,09
-1
Режим холостого хода (n = 1600 мин )
Д, %
20
18
17
23
25
24
СО, %
0,05
0,04
0,03
0,08
0,10
0,09
-1
Режим холостого хода (n = 1800 мин )
Д, %
22
20
19
25
27
29
СО, %
0,05
0,04
0,03
0,08
0,10
0,09
-1
Режим холостого хода (n = 2000 мин )
Д, %
23
21
20
26
28
27
СО, %
0,05
0,04
0,03
0,08
0,10
0,09
-1
Режим холостого хода (n = 2200мин )
Д, %
24
22
21
27
29
28
СО, %
0,05
0,04
0,03
0,08
0,10
0,09
Режим максимальной частоты вращения холостого хода (n = 2350 мин-1)
Д, %
25
23
22
28
30
29
СО, %
0,05
0,04
0,03
0,08
0,10
0,09
95
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Максимальное давление цикла, МПа.
Рисунок 4.15 – Индикаторная диаграмма дизеля Д-243 в режиме
номинальной мощности при работе на
биоминеральной композиции 25%РыжМ + 75%ДТ:
1 – давление газов в цилиндре; 2 – давление
топлива перед форсункой; 3 – отметчик верхней
мертвой точки; 4 – отметчик зубьев маховика
8
7,8
7,6
7,4
7,2
7
6,8
7,54
6,6
7,08
6,96
6,84
6,75
6,79
6,4
6,2
6
1
2
3
4
5
6
Рисунок 4.16 – Максимальное давление цикла дизеля в режиме
номинальной мощности при работе на
биоминеральных композициях: 1) 100%ДТ;
2) 25%РыжМ + 75%ДТ; 3) 50% РыжМ + 50%ДТ;
4) 75% РыжМ + 25%ДТ; 5) 90% РыжМ + 10%ДТ;
6) 90% РыжМ + 10%ДТ
96
Коэффициент избытка воздуха.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
2
1,9
1,8
1,7
1,6
1,5
1,520
1,535
1
2
1,573
1,610
1,624
4
5
1,639
1,4
1,3
1,2
1,1
1
3
6
Коэффициент наполнения.
Рисунок 4.17 – Коэффициент избытка воздуха дизеля в режиме
номинальной мощности при работе на
биоминеральных композициях: 1) 100%ДТ;
2) 25%РыжМ + 75%ДТ; 3) 50% РыжМ + 50%ДТ;
4) 75% РыжМ + 25%ДТ; 5) 90% РыжМ + 10%ДТ;
6) 90% РыжМ + 10%ДТ
0,9
0,89
0,88
0,87
0,86
0,85
0,861
0,872
1
2
0,874
0,876
0,878
4
5
0,880
0,84
0,83
0,82
0,81
0,8
3
6
Рисунок 4.18 – Коэффициент наполнения дизеля в режиме
номинальной мощности при работе на
биоминеральных композициях: 1) 100%ДТ;
2) 25%РыжМ + 75%ДТ; 3) 50% РыжМ + 50%ДТ;
4) 75% РыжМ + 25%ДТ; 5) 90% РыжМ + 10%ДТ;
6) 90% РыжМ + 10%ДТ
97
Эффективная мощность, кВт
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
56
54
52
50
48
46
44
42
40
38
36
1400
1600
1800
2000
2200
Частота вращения к. в., мин-1
Часовой расход топлива, кг/ч
а)
16
15
14
13
12
11
10
1400
1600
1800
2000
2200
Частота вращения к. в., мин-1
б)
98
Удельный эффективный расход топлива, г/кВт*ч.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
320
310
300
290
280
270
260
250
240
1400
1600
1800
2000
2200
Частота вращения к. в., мин-1
Эффективный КПД
в)
0,4
0,39
0,38
0,37
0,36
0,35
0,34
0,33
0,32
0,31
0,3
1400
1600
1800
2000
2200
Частота вращения к. в., мин-1
г)
99
Дымность, %
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
55
50
45
40
35
30
25
20
1400
1600
1800
2000
2200
-1
Частота вращения к. в., мин
Содержание оксида углерода, %.
д)
0,35
0,3
0,25
0,2
0,15
0,1
0,05
0
1400
1600
1800
2000
2200
Частота вращения к. в., мин-1
е)
Рисунок 4.19 – Эффективные показатели дизеля в условиях
регуляторной характеристики: а) эффективная
мощность; б) часовой расход топлива; в) удельный
эффективный расход топлива; г) эффективный КПД;
д) дымность; е) содержание оксида углерода:
—■— - 100%ДТ; —■— - 25%РыжМ + 75%ДТ;
—¨— - 50%РыжМ + 50%ДТ; —▲— - 75%РыжМ + 25%ДТ;
—●— - 90%РыжМ + 10%ДТ; —-— - 90%РыжМ + 10%ДТ(УЗ)
100
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Рz,
МПа
7,6
7,4
7,2
Рz
7,0
6,8
α
1,7
α
1,6
1,5
ηv
ηv
0,88
0,87
0,86
0,85
1
3
2
4
5
Рисунок 4.20 – Изменение показателей рабочего процесса дизеля в
режиме номинальной мощности в зависимости от
состава биоминеральной композиции: 1) 100%ДТ;
2) 25%РыжМ + 75%ДТ; 3) 50%РыжМ + 50%ДТ;
4) 75%РыжМ + 25%ДТ; 5) 90%РыжМ + 10%ДТ;
неозвученная композиция;
озвученная композиция
ηе
0,36
ηе
Nе,
кВт
56
0,34
0,32
0,30
Nе
54
52
Gт,
кг/ч
16
50
ge,
г/кВт*ч
300
Gт
15
14
290
ge
280
270
260
250
1
2
3
4
5
Рисунок 4.21 – Изменение эффективных показателей дизеля в
режиме номинальной мощности в зависимости от
состава биоминеральной композиции: 1) 100%ДТ;
2) 25%РыжМ + 75%ДТ; 3) 50%РыжМ + 50%ДТ;
4) 75%РыжМ + 25%ДТ; 5) 90%РыжМ + 10%ДТ;
неозвученная композиция;
озвученная композиция
101
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
СО, %
0,15
СО
0,10
0,05
Д,%
36
34
32
Д
30
28
26
24
22
20
1
2
3
4
5
Максимальное давление цикла, МПа.
Рисунок 4.22 – Изменение экологических показателей дизеля в
режиме номинальной мощности в зависимости от
состава биоминеральной композиции: 1) 100%ДТ;
2) 25%РыжМ + 75%ДТ; 3) 50%РыжМ + 50%ДТ;
4) 75%РыжМ + 25%ДТ; 5) 90%РыжМ + 10%ДТ;
неозвученная композиция;
озвученная композиция
7
6,8
6,6
6,4
6,2
6
6,3
6,3
6,3
6,3
6,3
3
4
5
6,3
5,8
5,6
5,4
5,2
5
1
2
6
Рисунок 4.23 – Максимальное давление цикла дизеля в режиме
холостого хода при работе на биоминеральных
композициях: 1) 100%ДТ; 2) 25%РыжМ + 75%ДТ;
3) 50% РыжМ + 50%ДТ; 4) 75% РыжМ + 25%ДТ;
5) 90% РыжМ + 10%ДТ; 6) 90% РыжМ + 10%ДТ (УЗ)
102
Коэффициент избытка воздуха.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
8
7,5
7
6,5
6
5,5
7,187
5,596
1
2
5
5,436
5,017
4,619
4
5
4,863
4,5
4
3
6
Коэффициент наполнения .
Рисунок 4.24 – Коэффициент избытка воздуха дизеля в режиме
холостого хода при работе на биоминеральных
композициях: 1) 100%ДТ; 2) 25%РыжМ + 75%ДТ;
3) 50% РыжМ + 50%ДТ; 4) 75% РыжМ + 25%ДТ;
5) 90% РыжМ + 10%ДТ; 6) 90% РыжМ + 10%ДТ(УЗ)
0,9
0,89
0,88
0,87
0,86
0,870
0,870
1
2
0,85
0,870
0,870
0,870
4
5
0,877
0,84
0,83
0,82
0,81
0,8
3
6
Рисунок 4.25 – Коэффициент наполнения дизеля в режиме
холостого хода при работе на биоминеральных
композициях: 1) 100%ДТ; 2) 25%РыжМ + 75%ДТ;
3) 50% РыжМ + 50%ДТ; 4) 75% РыжМ + 25%ДТ;
5) 90% РыжМ + 10%ДТ; 6) 90% РыжМ + 10%ДТ(УЗ)
103
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Часовой расход топлива, кг/ч
6
5,5
5
4,5
4
3,5
3
2,5
2
1,5
1
800
1200
1600
2000
2350
-1
Частота вращения к. в., мин
Дымность, %
а)
30
25
20
15
10
5
0
800
1200
1600
2000
2350
-1
Частота вращения к. в., мин
б)
104
Содержание оксида углерода, %.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
0,12
0,11
0,1
0,09
0,08
0,07
0,06
0,05
0,04
0,03
0,02
0,01
0
800
1200
1600
2000
2350
-1
Частота вращения к. в., мин
в)
Рисунок 4.26 – Эффективные показатели дизеля в условиях
характеристики холостого хода: а) часовой расход
топлива; б) дымность; в) содержание оксида
углерода: —■— - 100%ДТ; —■— - 25%РыжМ +75%ДТ;
—¨— - 50%РыжМ + 50%ДТ; —▲— - 75%РыжМ + 25%ДТ;
—●— - 90%РыжМ + 10%ДТ; —-— - 90%РыжМ + 10%ДТ(УЗ)
Рz,
МПа
6,5
6,4
Рz
6,3
6,2
α
8,0
7,0
α
6,0
5,0
ηv
4,0
0,88
ηv
0,87
0,86
0,85
1
2
3
4
5
Рисунок 4.27 – Изменение показателей рабочего процесса дизеля в
режиме холостого хода в зависимости от состава
биоминеральной композиции: 1) 100%ДТ;
2) 25%РыжМ + 75%ДТ; 3) 50%РыжМ + 50%ДТ;
4) 75%РыжМ + 25%ДТ; 5) 90%РыжМ + 10%ДТ;
неозвученная композиция;
озвученная композиция
105
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Gт,
кг/ч
2,0
Gт
1,8
1,6
СО,%
1,4
0,12
1,2
0,10
СО
1,0
0,08
0,06
Д,%
0,04
12
0,02
10
0
8
Д
6
4
2
0
1
2
3
4
5
Рисунок 4.28 – Изменение топливных и экологических показателей
дизеля в режиме холостого хода в зависимости от
состава биоминеральной композиции: 1) 100%ДТ;
2) 25%РыжМ + 75%ДТ; 3) 50%РыжМ + 50%ДТ;
4) 75%РыжМ + 25%ДТ; 5) 90%РыжМ+ 10%ДТ;
неозвученная композиция;
озвученная композиция
106
Коэффициент избытка воздуха.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
1,7
1,65
1,6
1,55
1,5
1,45
1,4
1,35
1,3
1,25
1,2
1400
1600
1800
2000
2200
-1
Частота вращения к. в., мин
Коэффициент наполнения
а)
0,9
0,89
0,88
0,87
0,86
0,85
0,84
0,83
0,82
0,81
0,8
1400
1600
1800
2000
2200
Частота вращения к. в., мин-1
б)
Рисунок 4.29 – Показатели рабочего процесса дизеля в условиях
регуляторной характеристики: а) коэффициент
избытка воздуха; б) коэффициент наполнения:
—■— - 100%ДТ; —■— - 25%РыжМ + 75%ДТ;
—¨— - 50%РыжМ + 50%ДТ; —▲— - 75%РыжМ + 25%ДТ;
—●— - 90%РыжМ + 10%ДТ; —-— - 90%РыжМ + 10%ДТ(УЗ)
107
Коэффициент избытка воздуха.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
7,5
7
6,5
6
5,5
5
4,5
800
1200
1600
2000
2350
-1
Частота вращения к. в., мин
Коэффициент наполнения
а)
0,9
0,89
0,88
0,87
0,86
0,85
0,84
0,83
0,82
0,81
0,8
800
1200
1600
2000
2350
Частота вращения к. в., мин-1
б)
Рисунок 4.30 – Показатели рабочего процесса дизеля в условиях
характеристики холостого хода: а) коэффициент
избытка воздуха; б) коэффициент наполнения:
—■— - 100%ДТ; —■— - 25%РыжМ + 75%ДТ;
—¨— - 50%РыжМ + 50%ДТ; —▲— - 75%РыжМ + 25%ДТ;
—●— - 90%РыжМ + 10%ДТ; —-— - 90%РыжМ + 10%ДТ(УЗ)
108
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Таблица 4.7 – Сравнительные мощностные, топливно-экономические
и экологические показатели дизеля при работе
на биоминеральных композициях и минеральном
дизельном топливе
Показатели дизеля
Вид топлива
эффективная
мощность,
кВт
удельный
эффективный
расход топлива,
г/кВт∙ч
дымность, %
100%ДТ
56,1
252,4
45
25%ГорМ+75%ДТ
53,9
269,0
39
50%ГорМ+50%ДТ
53,5
272,2
37
75%ГорМ+25%ДТ
53,0
279,2
46
90%ГорМ+10%ДТ
52,6
285,7
49
90%ГорМ+10%ДТ (УЗ)
53,7
277,5
48
25%РыжМ+75%ДТ
52,9
279,8
44
50%РыжМ+50%ДТ
52,3
286,8
42
75%РыжМ+25%ДТ
51,9
292,9
50
90%РыжМ+10%ДТ
51,5
299,0
53
90%РыжМ+10%ДТ (УЗ)
52,6
290,9
52
109
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
5 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ТОПЛИВНЫЕ СИСТЕМЫ ТРАКТОРНЫХ
ДИЗЕЛЕЙ
5.1 ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ТОПЛИВНОЙ СИСТЕМЕ
ТРАКТОРА МТЗ-80
С целью обеспечения работы автотракторной техники в условиях эксплуатации на нескольких видах моторного топлива (минеральном дизельном топливе, растительном топливе и биоминеральных
композициях) модернизирована штатная система питания трактора
МТЗ-80 путем введения в нее дополнительного бака для растительного масла, фильтра, смесителя и переключателя.
Особенностью штатной системы питания данного трактора является наличие двух топливных баков одинаковой емкости, способных
работать независимо один от другого (рис. 5.1).
Рисунок 5.1 – Штатная система питания дизеля: 1 – баки для
топлива; 2 – топливопроводы соединительные;
3 – фильтр грубой очистки; 4 – фильтр тонкой
очистки; 5 –насос топливоподкачивающий низкого
давления; 6 – насос топливный высокого давления;
7 – топливопроводы высокого давления; 8 – форсунка;
9 – цилиндр двигателя; 10 – воздухоочиститель
110
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Для проведения операций по переоборудованию трактора МТЗ-80
для работы на биоминеральных композициях необходимо установить
чистый трактор в гараж или ремонтную мастерскую, оснащенные
приспособлениями и оборудованием, необходимыми для демонтажамонтажа элементов системы питания.
Первоначально необходимо разъединить топливные баки трактора (рис. 5.1). Для этого снимают верхний соединительный патрубок
и нижний топливопровод, соединяющий баки в одну общую точку
системы питания. На один из топливных баков 1, оснащенный заливной горловиной с крышкой, вместо соединительного патрубка устанавливают заглушку и используют данный бак под минеральное топливо. На другой бак 1 вместо соединительного патрубка устанавливают заливную горловину с крышкой и используют его под растительное топливо. Контроль уровня растительного топлива в баке
осуществляют дополнительно установленным магнитоэлектрическим
указателем. Для очистки растительного топлива в систему питания
устанавливают дополнительный фильтр, входной канал которого соединяется трубопроводом с баком растительного топлива. Подачу
растительного топлива осуществляет электрический насос, всасывающую полость которого соединяют с выходным каналом фильтра.
Электрический насос оснащен редукционным клапаном, давление которого регулируется на величину давления топлива, создаваемого топливоподкачивающим насосом штатной системы питания. В разрыв топливопровода между фильтром тонкой очистки и наполнительной полостью ТНВД 6 устанавливается электромагнитный клапан, электрически соединенный через переключатель с источником постоянного
тока.
Приготовление смесевого топлива, состоящего из топлив минерального и растительного происхождения, осуществляется непосредственно на тракторе в смесителе.
Боковой входной канал смесителя, предназначенный для подачи
минерального топлива, соединяют с выходным каналом фильтра тонкой очистки, центральный входной канал смесителя, предназначенный для подачи растительного топлива, – трубопроводом с нагнетательной полостью электрического насоса, а выходной канал смесителя – с нагнетательной полостью ТНВД.
111
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
5.2 СМЕСИТЕЛЬ РАСТИТЕЛЬНЫХ И МИНЕРАЛЬНЫХ КОМПОЗИЦИЙ
ТОПЛИВА
5.2.1 Первый конструктивный вариант
(патент № 2377060)
Для качественного перемешивания и соблюдения заданного
процентного соотношения растительных и минеральных композиций
в дизельном смесевом топливе на уровне изобретения разработан, запатентован, изготовлен и исследован смеситель* растительных и минеральных композиций моторного топлива.
Смеситель растительных и минеральных композиций моторного
топлива содержит корпус 1 (рис. 5.2) с входным 11 и выходным 9 каналами, коническую рабочую полость 10, сужающуюся к выходному
каналу 9, вкладыш 2, вставку 3, вихревую камеру 12 и смесительный
элемент 8, сообщающий коническую рабочую полость 10 с выходным
каналом 9 корпуса 1, причем вставка 3 имеет осевой входной канал
13 со штуцером 5 для подачи растительной композиции в полость
вихревой камеры 12, а на внутренней поверхности вкладыша 2 выполнена винтовая канавка с числом витков от четырех до шести для
лучшего перемешивания растительных и минеральных композиций;
для уменьшения гидравлического сопротивления входной канал 11,
содержащий штуцер 6 для подачи минеральных композиций, расположен под углом к корпусу 1 смесителя так, что ось входного канала
11 совпадает с осью первого витка винтовой канавки, во входном канале 11 для подачи минеральных композиций и осевом входном канале 13 для подачи растительных композиций установлены сменные
жиклеры 4 и 7 с различной пропускной способностью для обеспечения заданного процентного соотношения растительных и минеральных композиций в моторном топливе.
Работает смеситель растительных и минеральных композиций
моторного топлива следующим образом.
Минеральная композиция подается под давлением внутрь корпуса 1 по входному каналу 11, расположенному под углом к оси корпуса 1, в вихревую камеру 12, затем минеральная композиция попадает в винтовую канавку, выполненную на внутренней поверхности
вкладыша 2, и получает поступательное круговое движение по вин*
В разработке, изготовлении и исследовании смесителей принимал участие В.А. Голубев
112
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
товой канавке. В результате образуется интенсивный вихревой поток,
в который добавляется растительная композиция, выходящая под
давлением из осевого входного канала 13. Таким образом растительная и минеральная композиции интенсивно перемешиваются, после
чего образовавшаяся смесь переходит в рабочую полость 10, где за
счет сохранения вихревого потока и конической формы рабочей полости начинается диффузионное перемешивание с увеличением скорости потока смеси. Затем смесь поступает в смесительный элемент
8, где происходит рассекание потока смеси, обеспечивающее дополнительное перемешивание, и последующий отвод ее через выходной
канал 9.
Минеральная
композиция
1
11
А
Б
9
8
6
7
2
3
4
Растительная
композиция
13
Б
10
12
А-А
5
А
Б-Б(2:1)
Рисунок 5.2 – Смеситель растительных и минеральных
композиций моторного топлива (наименование
позиций в тексте)
113
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
5.2.2 Второй конструктивный вариант
(патент № 2429057)
Для улучшения качества перемешивания и более оперативного
изменения пропускной способности входных каналов смесителя разработан второй конструктивный вариант смесителя растительных и
минеральных композиций моторного топлива (рис. 5.3 и 5.4).
Смеситель содержит корпус 1 (рис. 5.3) с входным 11 и выходным 9 каналами, коническую рабочую полость 10, сужающуюся к
выходному каналу 9, вкладыш 2, вставку 3, вихревую камеру 12 и
смесительный элемент 8, сообщающий коническую рабочую полость
10 с выходным каналом 9 корпуса 1, причем вставка 3 имеет осевой
входной канал 13 со штуцером 5 для подачи биологического топлива
в полость вихревой камеры 12, а на внутренней поверхности вкладыша 2 выполнена винтовая канавка с числом витков от четырех до
шести; входной канал 11, содержащий штуцер 6 для подачи минеральной композиции, расположен под углом к корпусу 1 смесителя
так, что ось входного канала 11 совпадает с осью первого витка винтовой канавки, при этом осевой входной канал 13 со штуцером 5 для
подачи растительной композиции оканчивается разветвляющимися
каналами, выполненными в виде «перчатки» с числом выходных каналов не менее четырех, равномерно расположенных по окружности,
с суммарной площадью, равной площади осевого входного канала 13
для подачи биологического топлива, а в начале входного канала 11
для подачи минеральной композиции и в начале осевого входного канала 13 для подачи растительной композиции установлены запорные
краны 7 и 4.
Работает смеситель следующим образом.
Минеральная композиция подается под давлением внутрь корпуса 1 по входному каналу 11, расположенному под углом к оси корпуса 1, в вихревую камеру 12, где, попадая в каналы винтовой канавки, выполненной на внутренней поверхности вкладыша 2, получает
поступательно-вращательное движение. В результате образуется интенсивный вихревой поток, в который добавляется растительная композиция, выходящая под давлением из разветвляющихся каналов осевого входного канала 13, выполненных в виде «перчатки», что позволяет равномерно распределить его в вихревой камере и повышает
скорость потока растительной композиции. Таким образом расти114
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Рисунок 5.3 – Общий вид смесителя (вариант 2)
Минеральное
дизельное топливо
7
6
1
9
11
2
3
4
А
8
Биологическое
топливо
А
10
13
5
12
А-А(2:1)
Рисунок 5.4 – Смеситель (вариант 2) (наименование позиций в тексте)
115
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
тельная и минеральная композиции интенсивно перемешиваются, после чего образовавшаяся смесь переходит в рабочую полость 10, где
за счет сохранения вихревого потока и конической формы рабочей
полости 10 начинается диффузионное перемешивание с увеличением
скорости потока смеси. Затем смесь поступает в смесительный элемент 8, где происходит рассекание потока смеси, обеспечивающее
дополнительное перемешивание, и последующий отвод ее через выходной канал 9.
Для полного отключения входных каналов смесителя от системы питания трактора, а также оперативного изменения пропускной
способности входных каналов смесителя в начале входного канала 11
для подачи минерального дизельного топлива и в начале осевого
входного канала 13 для подачи биологического топлива установлены
запорные краны 7 и 4.
5.2.3 Третий конструктивный вариант
(патенты № 2426588, № 89596)
Для работы дизеля на биоминеральных композициях в системе
питания дизеля предлагается установить статический смеситель с
винтовой перегородкой без дополнительных увеличивающих гидравлическое сопротивление элементов. Упростить конструкцию смесителя топлива с целью улучшения пропускной способности и обеспечения рабочего процесса смешивания за счет разрежения штатного
топливоподкачивающего насоса позволяют следующие доводы:
а) в смесителе две разнородные жидкости, проходя через направитель с винтовыми рабочими органами, частично перемешиваются;
б) при движении по трубопроводам, имеющим различное проходное сечение, в жидкости создаются завихрения, приводящие к
созданию потоков, направленных поперек основного потока движения жидкости.
Наличие в системе питания дизеля длинных трубопроводов различного сечения, в которых топливо движется с переменной скоростью, и фильтра тонкой очистки позволяет определить основное назначение смесителя-дозатора топлива как «соблюдение точности дозирования растительного и минерального компонентов с целью создания биоминеральной композиции заданной концентрации и ее первичное перемешивание».
116
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Основой конструкции цилиндрического смесителя-дозатора являются корпус 1 (рис. 5.5) с патрубком 3 для подвода минерального
ДТ и жестко закрепленный в крышке 6 основной патрубок 7 для подвода растительного топлива.
г
Рисунок 5.5 – Цилиндрический смеситель-дозатор топлива:
а – схема смесителя-дозатора топлива;
б, в – схемы установки упругого элемента;
г – общий вид смесителя-дозатора топлива
(наименование позиций в тексте)
На основной патрубок 7 установлен дополнительный патрубок 4
с жестко закрепленной перегородкой в виде ленты 2, который удерживается на нем стопорным кольцом 9, вставленным в канавку 10.
Патрубки 4 и 7 перфорированы отверстиями 5 и 8 одинакового диаметра, оси которых при расположении отверстий напротив друг друга
совпадают. Патрубок 4 может поворачиваться относительно патрубка 7
от положения перекрытия отверстий 8 патрубком 4 до положения, когда оси отверстий 5 и 8 полностью совпадают. Поворот дополнительного патрубка 4 ограничивается с одной стороны упорами 13 и 14, с
другой – упругим элементом 11, выполненным в виде ленточной
пружины.
Упругий элемент подбирают таким образом, чтобы усилие скручивания ленточной пружины было пропорционально моменту проворачивания дополнительного патрубка 4, образуемого трением топлива о перегородку 2 и внешнюю поверхность патрубка 4. Момент про117
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ворачивания патрубка 4 – момент вязкого трения между наружной
поверхностью дополнительного патрубка и ленточной перегородкой
с одной стороны и потоком топлива с другой.
Смеситель-дозатор работает следующим образом. В исходном
состоянии, когда отсутствует подача топлива в патрубок 3, отверстия
8 патрубка 7 перекрыты дополнительным патрубком 4, а ограничитель патрубка 13 упирается в ограничитель корпуса 14.
При подаче минерального ДТ через патрубок 3 в корпус 1 его
поток проходит по спиральному каналу, образованному перегородкой
2, навитой на патрубок 4, и внутренней стенкой корпуса 1. Прямолинейное движение топлива преобразуется во вращательное движение
по спирали с угловым ускорением. Создаваемый момент от силы трения топлива о перегородку 2 поворачивает патрубок 4 вокруг патрубка 7 на определенный угол. При этом отверстия 5 патрубка 4 и отверстия 8 патрубка 7 частично перекрываются и подмешиваемое растительное топливо по всей длине перфорированного патрубка 4 поступает перпендикулярно потоку минерального ДТ, который
увлекает тонкие струйки растительного топлива и перемешивается с
ним. При максимальной подаче минерального ДТ через патрубок 3 и
максимальном его давлении на перегородку 2 патрубок 4 повернут на
максимальный угол относительно патрубка 7 таким образом, что отверстия 5 патрубка 4 и отверстия 8 патрубка 7 полностью совпадают.
В этом случае происходит максимальная подача подмешиваемого
растительного топлива к минеральному.
Следовательно, в зависимости от значений подачи минерального
ДТ и его давления на перегородку 2 патрубок 4 будет поворачиваться
на разный угол относительно патрубка 7, изменяя взаимное расположение отверстий 5 и 8 и, соответственно, количество подаваемого
растительного компонента.
В конструктивном варианте смесителя-дозатора (патент № 91929)
с коническим корпусом (рис. 5.6) сужение корпуса и уменьшение шага витков перегородки по направлению к выходному отверстию способствует повышению качества смешивания разнородных топлив.
118
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Рисунок 5.6 – Схема конического смесителя-дозатора топлива
Для увеличения точности дозирования компонентов растительно-минерального топлива предлагается конструкция смесителядозатора (патент № 92085), действие которого основано на разряжении, создаваемом топливоподкачивающим насосом (рис. 5.7). Смеситель состоит из корпуса 1, имеющего патрубки 2 и 13 для подачи минерального топлива и выхода растительно-минеральной смеси, патрубка 4 для подачи растительного топлива, герметично установленного в корпусе дозатора 3. Патрубок 4 имеет отверстия 7 для подачи в
корпус 1 смесителя растительного топлива и служит направляющей
для дозатора 9. На торце дозатора расположен клапан 5, ограничивающий подачу минерального топлива. Радиальные отверстия 6 дозатора 9 перекрывают отверстия 7 патрубка 4 и открывают их по мере
увеличения разрежения. Дозатор 9 удерживается в закрытом положении пружиной 12, а его максимальное перемещение ограничивается
винтом 10, который одновременно удерживает заглушку 11, служащую упором для пружины 12. Для первичного перемешивания растительно-минеральной смеси служит винтовая перегородка 8, установленная неподвижно на поверхности дозатора 9.
119
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
а) схема
б) общий вид
Рисунок 5.7 – Смеситель-дозатор топлива (расположение
деталей, соответствующее максимальной подаче):
1 – корпус; 2 – патрубок подачи минерального
топлива; 3 – корпус дозатора минерального
топлива; 4 – патрубок подачи растительного
топлива; 5 – клапан подачи минерального топлива;
6, 7 – отверстия для подачи растительного
топлива; 8 – перегородка винтовая; 9 – дозатор;
10 – винт-ограничитель; 11 – заглушка;
12 – пружина винтовая; 13 – патрубок смесевого
топлива
Под воздействием разряжения в смесителе-дозаторе, возникающем при работе топливоподкачивающего насоса, открывается клапан
5, преодолевая сопротивление пружины 12, и через патрубок 2 в корпус 1 начинает поступать минеральное топливо. Перемещение клапана вызывает соответствующее перемещение дозатора 9 и открытие
отверстий 6 и 7, через которые в струю движущегося по ленточной
перегородке минерального топлива начинает поступать и смешиваться с ним растительное топливо. Заданное соотношение компонентов
смеси достигается соответствующим соотношением проходных сече120
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ний клапана 5 и отверстий 6 и 7.
В случае возникновения избыточного давления на выходе из
смесителя-дозатора при резкой остановке или при изменении нагрузочных и скоростных режимов двигателя клапан 5 и отверстия 6 и 7
перекрываются, выполняя функции обратных клапанов.
5.3 ДВУХТОПЛИВНАЯ СИСТЕМА ТРАКТОРНОГО ДИЗЕЛЯ
(патент № 2387867)
5.3.1 Первый конструктивный вариант
Для обеспечения надежной работы тракторного дизеля на двух
видах топлива (минеральном дизельном топливе и биоминеральных
композициях) запатентована, изготовлена и испытана двухтопливная
система питания тракторного дизеля.
Двухтопливная система тракторного дизеля содержит бак минерального топлива 1 (рис. 5.8), бак растительного топлива 2, линию забора минерального топлива 9, состоящую из фильтров грубой 3 и
тонкой 4 очистки топлива, топливоподкачивающего насоса 5, линию
забора растительного топлива 10, состоящую из электрического насоса 6, снабженного обратным клапаном 7 для исключения слива растительного топлива и образования воздушных пробок после его выключения, фильтра-отстойника 12 для очистки растительного топлива,
топливный насос высокого давления 8, соединенный с линиями забора минерального 9 и растительного 10 топлив, линию слива 11 из топливного насоса высокого давления 8, линию слива 11 из форсунок
17, причем на выходе из линий забора минерального 9 и растительного 10 топлив размещен смеситель 13, имеющий два входных 14, 15 и
один выходной 16 каналы, один из входных каналов 14 смесителя 13
сообщен с линией забора минерального топлива 9, другой входной
канал 15 смесителя 13 сообщен с линией забора растительного топлива 10, а выходной канал 16 сообщен с топливным насосом высокого давления 8, для перемешивания и соблюдения заданных процентных соотношений растительных и минеральных композиций, при
этом линия слива топлива 11 из топливного насоса высокого давления 8 сообщена с линией забора минерального топлива 9, линия слива 11 из форсунок 17 сообщена с линией забора растительного топлива 10.
121
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Рисунок 5.8 – Двухтопливная система тракторного дизеля
(наименование позиций в тексте)
Работает двухтопливная система тракторного дизеля следующим
образом.
Пуск дизеля и его прогрев осуществляются на минеральном топливе. При этом электрический насос 6 отключен и растительное топливо не подается, а минеральное топливо из бака 1, пройдя через
фильтры грубой 3 и тонкой 4 очистки, подается топливоподкачивающим насосом 5 в смеситель 13, установленный для перемешивания и
соблюдения заданных процентных соотношений растительных и минеральных топлив, топливный насос высокого давления 8, форсунки
17 и в цилиндры дизеля.
После прогрева дизеля на минеральном топливе включают электрический насос 6, снабженный обратным клапаном 7 для исключения слива растительного топлива и образования воздушных пробок,
обеспечивающий подачу растительного топлива из бака 2 через
фильтр-отстойник 12 для очистки растительного топлива в смеситель
13. Минеральное топливо при этом подается в смеситель 13, как при
работе дизеля в режиме пуска и прогрева. В смесителе 13 оба вида
топлива перемешиваются, и полученное растительно-минеральное
топливо поступает в топливный насос высокого давления 8 и далее
форсунками 17 впрыскивается в цилиндры дизеля.
122
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Избыточное топливо (минеральное или минерально-растительное) из топливного насоса высокого давления 8 по линии слива 11
поступает в линию забора минерального топлива 9, а из форсунок 17
по линии слива 11 поступает в линию забора растительного топлива
10 и возвращается в наполнительную полость ТНВД 8.
5.3.2 Второй конструктивный вариант
Учитывая перспективность применения битопливных модификаций тракторов, приемлемым следует считать способ приготовления
смесевого топлива непосредственно в штатной системе питания дизеля в процессе работы тракторного агрегата. Однако при этом возникает ряд проблем, связанных с транспортировкой растительной составляющей биоминеральной композиции в элементах системы питания, её фильтрацией и приготовлением смеси заданного состава. Эти
проблемы во многом определяются существенной зависимостью эксплуатационных свойств (вязкость, плотность и др.) растительных масел и минерального ДТ от температуры окружающей среды. Различный характер изменения этих свойств минеральной и растительной
составляющих затрудняет получение смесей качественного состава.
Для решения указанных проблем предлагается способ приготовления растительно-минеральной смеси, при котором растительный
компонент дважды подогревается: при фильтрации и непосредственно перед смешиванием с минеральным дизельным топливом, которое
производится в смесителе-дозаторе. Причем для соблюдения заданного соотношения компонентов подогрев производится до определенной температуры.
Для реализации предлагаемого способа предлагается модернизированная система питания дизеля 4Ч 11/12,5. Для этого в штатную
топливную систему дополнительно установлены: дополнительный
бак 2 для растительного компонента; фильтр-подогреватель 6; подогреватель 7 и смеситель-дозатор 8 (рис. 5.9).
123
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
– минеральное ДТ; – горчичное масло; – ДСТ
Рисунок 5.9 – Двухтопливная система питания тракторного
дизеля: 1 – бак минерального ДТ; 2 – бак ГорМ;
3 – линия подачи минерального ДТ; 4 – топливный
фильтр; 5 – линия подачи ГорМ;
6 – фильтр-подогреватель ГорМ;
7 – подогреватель ГорМ; 8 – смеситель-дозатор
топлива; 9 – патрубок ДСТ; 10 – ТПН; 11 – фильтр
тонкой очистки топлива; 12 – ТНВД; 13 – форсунки;
14 – линия слива топлива из форсунок; 15 – линия
слива топлива из ТНВД; 16 – переключатель
состава смеси; 17 – подогреватель минерального ДТ
Работа дизеля происходит на биоминеральной композиции. Смешивание растительного и минерального компонентов осуществляется
в запатентованном смесителе-дозаторе топлива 8. Для улучшения качества растительно-минерального топлива перед смесителем установлен позисторный подогреватель 7, поддерживающий заданную
температуру, а следовательно, и плотность растительного компонента. Для работы двигателя при низких температурах воздуха в систему
подачи растительного компонента включен запатентованный фильтрподогреватель 6. В разработанной топливной системе доведение физико-химических и эксплуатационных свойств топлива до свойств
товарного минерального дизельного топлива производится подогревом, смешиванием и дозированием растительного компонента с минеральным.
При работе дизеля минеральное топливо из бака 1 по линии 3 за
счет разрежения, создаваемого топливоподкачивающим насосом 10,
124
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
поступает в смеситель-дозатор 8, где к нему подмешивается заданная
порция растительного топлива, поступающая по линии 5 из бака 2
через фильтр-подогреватель 6. Полученная биоминеральная композиция топливоподкачивающим насосом 10 подается через фильтр
тонкой очистки 11 в топливный насос высокого давления (ТНВД) 12
и далее форсунками 13 впрыскивается в цилиндры двигателя. Прохождение минерально-растительной смеси через фильтр тонкой очистки повышает ее однородность.
Избыточное топливо из ТНВД 12 по линии слива 15 и из форсунок 13 по линии слива 14 поступает на вход топливоподкачивающего
насоса 10 и возвращается в наполнительную полость ТНВД 12. Для
исключения поступления избыточного топлива в смеситель-дозатор 8
на выходе из него установлен обратный клапан 9. При отсутствии
растительного компонента система переводится на подачу минерального топлива посредством закрытия клапана подачи растительного
топлива.
5.3.3 Третий конструктивный вариант
Учитывая перспективность применения битопливных модификаций тракторов, приемлемым следует считать способ приготовления
смесевого топлива в штатной системе питания дизеля непосредственно в процессе работы тракторного агрегата. Однако при этом возникает ряд проблем, связанных с транспортировкой растительной составляющей смесевого топлива в элементах системы питания и существенными различиями эксплуатационных свойств (вязкость, плотность, прокачиваемость, фильтруемость и др.) растительных масел и
минерального ДТ. Различный характер изменения эксплуатационных
свойств минерального ДТ и растительных масел в зависимости от
температуры окружающей среды затрудняет получение смесевых топлив заданного состава.
Для решения указанных проблем предлагается следующий способ приготовления смесевого топлива. Растительный компонент
(горчичное масло) подогревается до определенной температуры, дозируется (в зависимости от соотношения компонентов в смесевом топливе), подается в струю подогретого до той же температуры минерального ДТ и перемешивается с ним. Подогрев растительного и минерального компонентов до одинаковой температуры позволяет за
125
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
счет поддержания на одном уровне плотности и вязкости компонентов получить смесевое топливо заданной концентрации.
Для реализации описанного способа приготовления смесевого
топлива предлагается модернизированная топливная система дизеля
4Ч 11/12,5. Для этого в штатную топливную систему дизеля дополнительно установлены бак 2 (рисунок 5.10), фильтр-подогреватель 6
горчичного масла, подогреватели 7 горчичного масла и 17 минерального ДТ, смеситель-дозатор 8, переключатель состава смеси (ПСС)
16, который служит для изменения количества подаваемого горчичного масла при изменении состава ДСТ.
При температуре окружающего воздуха ниже -5 °С при пуске и
останове дизель работает на минеральном ДТ. При более высоких
температурах перед пуском включаются подогреватели 7 и 17. После
пуска поворотом рукоятки ПСС 16 обеспечивается подача горчичного масла в смеситель-дозатор 8 и топливная система переводится на
приготовление и подачу ДСТ. В дальнейшем работа дизеля происходит на ДСТ. Смешивание ГорМ и минерального ДТ осуществляется в
запатентованном смесителе-дозаторе топлива 8, выполненном по различным конструктивным схемам. Для подогрева ГорМ и минерального ДТ перед дозированием, перед смесителем-дозатором установлены
подогреватели 7 и 17 модели ПП-101, которые производят подогрев
топлива в автоматическом режиме до заданной температуры. Для работы двигателя при низких температурах воздуха (ниже + 5 °С) в систему подачи ГорМ включен запатентованный фильтр-подогреватель
6. Согласно рекомендациям, топливо подогревается до температуры
30 °С.
При работе дизеля минеральное ДТ из бака 1 по линии 3 за счет
разрежения, создаваемого ТПН 10, поступает в смеситель-дозатор 8,
где к нему подмешивается заданная порция ГорМ (в зависимости от
положения ПСС 16), поступающая по линии 5 из бака 2 через фильтрподогреватель 6 и ПСС 16. Полученная смесь ТПН 10 подается через
фильтр тонкой очистки (ФТО) 11 в ТНВД 12 и далее форсунками 13
впрыскивается в цилиндры двигателя. Избыточное топливо из ТНВД
12 по линии слива 15, из форсунок 13 по линии слива 14 поступает на
вход ТПН 10. При отсутствии ГорМ система переводится на подачу
минерального ДТ, для этого закрывается ПСС 16.
126
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
– минеральное ДТ; – горчичное масло; – ДСТ
Рисунок 5.10 – Топливная система дизеля: 1 – бак минерального ДТ;
2 – бак ГорМ; 3 – линия подачи минерального ДТ;
4 – топливный фильтр; 5 – линия подачи ГорМ;
6 – фильтр-подогреватель ГорМ; 7 – подогреватель
ГорМ; 8 – смеситель-дозатор топлива; 9 – патрубок
ДСТ; 10 – ТПН; 11 – фильтр тонкой очистки
топлива; 12 – ТНВД; 13 – форсунки; 14 – линия слива
топлива из форсунок; 15 – линия слива топлива из
ТНВД; 16 – переключатель состава смеси;
17 – подогреватель минерального ДТ
Повышенная вязкость растительного компонента ДСТ оказывает
существенное влияние на прокачиваемость топливной системы низкого давления дизеля (ТСНД) за счет высокого гидравлического сопротивления, в первую очередь, в фильтрующем элементе. Например,
при использовании рапсового масла работоспособность ТСНД без
конструктивных изменений возможна лишь при температуре окружающего воздуха выше 25 °С. Для снижения гидравлического сопротивления на участке подачи горчичного масла при работе дизеля в
условиях низких температур окружающего воздуха разработана и запатентована конструкция фильтра-подогревателя (рисунок 5.11 а).
Подогреватель 1 выполнен в виде нагревательных элементов с положительным температурным коэффициентом сопротивления (позисторов), установленных на полую цилиндрическую кассету, изготовленную из диэлектрика. Питание нагревательных элементов осуществляется от бортовой сети трактора.
127
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
а)
б)
Рисунок 5.11 – Устройства для подогрева топлива:
а) фильтр-подогреватель: 1 – подогреватель;
2 – трубопровод; 3 – отражатель;
4 – стакан; 5 – сливная пробка; 6 – успокоитель;
7 – элемент фильтрующий; 8 – стержень;
9 – выходное отверстие топлива; 10 – крышка;
б) подогреватель топлива ПП-101
При работе дизеля ГорМ, поступая в полость стакана 4 по трубопроводу 2, предварительно проходит через подогреватель 1, нагреваясь до заданной температуры. Далее ГорМ, стекая по конусной поверхности отражателя 3, поступает под успокоитель 6, где оседают
крупные частицы примесей. Затем ГорМ поднимается вверх, проходит через сетчатый фильтрующий элемент 7, в котором очищается от
мелких механических примесей, и через отверстие 9 удаляется из
фильтра-подогревателя.
Для подогрева ГорМ и минерального ДТ перед дозированием
применены проточные электроподогреватели топлива модели ПП-101
(рисунок 5.11 б), обеспечивающие автоматическую подстройку температуры во время работы. Поддержание постоянной температуры
компонентов смесевого топлива позволяет повысить точность их дозирования, исключив влияние температуры окружающей среды на
вязкость и плотность топлива.
128
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
5.3.4 Четвертый конструктивный вариант
Наиболее простым техническим решением по адаптации серийно
выпускаемых дизелей к работе на биоминеральной композиции является заливка заранее приготовленной биоминеральной композиции в
основной бак автотракторного средства. Это позволяет в зависимости
от времени года использовать биоминеральную композицию с различным процентным содержанием в ней растительных масел, например,
летом применять биоминеральную композицию с содержанием масла
50-75%, весной и осенью – 25-50%, зимой – 5-25%.
Для обеспечения работы дизеля на биоминеральной композиции, заливаемой в бак автотракторного средства, разработана двухтопливная система питания, которая наряду со штатными узлами и агрегатами дополнительно содержит бак 11 (емкостью 10-15 л) для минерального ДТ, электрический подогреватель 8 проточного типа (конструкция Самарской ГСХА), установленный в баке 7 биоминеральной композиции, и трехходовой кран 10 (рисунок 5.12).
Пуск и прогрев двигателя, а также его останов осуществляются
на минеральном ДТ. Для этого трехходовой кран 10 устанавливают в
положение, при котором минеральное ДТ из бака 11 поступает в
фильтры грубой 5 и тонкой 6 очистки, подкачивающий насос 3, топливный насос высокого давления 2, который через нагнетательный
топливопровод 9 и форсунку 4 впрыскивает ее в соответствующий
цилиндр двигателя 1.
После прогрева двигателя 1 трехходовой кран 10 устанавливают
в положение, при котором подача минерального ДТ из бака 11 прекращается, а питание дизеля обеспечивается биоминеральной композицией, поступающей из бака 7.
Перед остановкой двигателя 1 кран 10 вновь переключают на
питание минеральным топливом.
Для стабильной и бесперебойной работы дизеля при температуре
воздуха ниже +5°С включают электроподогреватель 8, который обеспечивает подогрев биоминеральной композиции до температуры 5060°С. При этой температуре вязкость биоминеральной композиции
соответствует вязкости минерального ДТ.
129
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Рисунок 5.12 – Двухтопливная система питания дизеля
(наименование позиций в тексте)
5.4 ТРЕХТОПЛИВНАЯ СИСТЕМА ТРАКТОРНОГО ДИЗЕЛЯ
(патент № 2403431)
Для обеспечения надежной работы автотракторной техники на
трех видах топлива (минеральном, растительном топливах и биоминеральных композициях) разработана, запатентована, изготовлена и
испытана трехтопливная система питания тракторного дизеля.
Трехтопливная система тракторного дизеля содержит бак минерального топлива 1 (рис. 5.13), бак растительного топлива 2, линию
забора минерального топлива 9, состоящую из топливопроводов,
электрогидрораспределителя 18 для переключения подачи минерального или растительного топлива в линию забора минерального топлива 9, фильтров грубой 3 и тонкой 4 очистки топлива, топливоподкачивающего насоса 5, линию забора растительного топлива 10, состоящую из топливопроводов, фильтра-отстойника 12 для очистки
растительного топлива, электрического насоса 6, топливного насоса
высокого давления 8, соединенного с линиями забора минерального 9
и растительного 10 топлив, линию слива избыточного топлива 11 из
топливного насоса высокого давления 8 и линию слива избыточного
топлива 11 из форсунок 17, причем на выходе из линий забора минерального 9 и растительного 10 топлив перед топливным насосом вы130
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
сокого давления 8 размещен смеситель 13 для перемешивания и соблюдения заданных процентных соотношений минеральных и растительных топлив, а между электрогидрораспределителем 18 и топливоподкачивающим насосом 5 – электропереключатель 19 для управления электрогидрораспределителем 18 и электрическим насосом 6.
Рисунок 5.13 – Трехтопливная система тракторного дизеля
(наименование позиций в тексте)
Работает трехтопливная система тракторного дизеля следующим
образом.
Пуск дизеля, его прогрев и останов осуществляются на минеральном топливе. Электрический насос 6 отключен, а золотник электрогидрораспределителя 18 устанавливается в положение, при котором подача минерального топлива открыта, а растительного топлива
закрыта. Минеральное топливо из бака минерального топлива 1 через
электрогидрораспределитель 18, фильтры грубой 3 и тонкой 4 очистки топлива подается топливоподкачивающим насосом 5 в смеситель
13, топливный насос высокого давления 8 и далее форсунками 17
впрыскивается в цилиндры дизеля.
После прогрева дизеля на минеральном топливе электропереключателем 19 включают электрический насос 6, обеспечивающий
подачу растительного топлива из бака растительного топлива 2 через
фильтр-отстойник 12 в смеситель 13. Минеральное топливо при этом
подается в смеситель 13, так же как при работе дизеля в режиме пуска и прогрева. В смесителе 13 оба вида топлива перемешиваются, и
полученное растительно-минеральное топливо поступает в топлив131
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ный насос высокого давления 8 и далее форсунками 17 впрыскивается в цилиндры дизеля.
При работе дизеля на растительном топливе переключателем 19
отключают электрический насос 6, а золотник электрогидрораспределителя 18 переводят в положение, при котором подача растительного топлива открыта, а минерального топлива закрыта. Растительное
топливо из бака растительного топлива 2, пройдя через электрогидрораспределитель 18, фильтры грубой 3 и тонкой 4 очистки топлива,
подается топливоподкачивающим насосом 5 в смеситель 13, топливный насос высокого давления 8 и далее форсунками 17 впрыскивается в цилиндры дизеля.
Избыточное топливо (минеральное, растительное или биоминеральная композиция) из топливного насоса высокого давления 8 по
линии слива 11 поступает в линию забора минерального топлива 9, а
из форсунок 17 по линии слива 11 поступает в линию забора растительного топлива 10.
132
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ВЫВОДЫ
1. Перспективным альтернативным видом моторного топлива
для дизелей автотракторной техники являются биоминеральные композиции, представляющие собой топливную смесь из малоизученных
растительных масел (горчичного, рыжикового) и минерального дизельного топлива.
2. По результатам хроматографического анализа горчичного
(сорт Рапсодия) и рыжикового (сорт Пензяк) масел и биоминеральных композиций на их основе определен их молекулярный состав и
процентное содержание высших алифатических кислот. Получены
усредненные химические формулы растительных масел, рассчитаны
элементарный состав, а также их низшая теплота сгорания.
Хроматографический анализ показал, что в зависимости от процентного содержания, например, горчичного масла в биоминеральной
композиции происходит незначительное изменение процентного состава некоторых жирных кислот по отношению друг к другу. Так, например, содержание миристиновой кислоты уменьшается с 0,05% до
0,02%, пальмитиновой – с 2,96% до 2,86%, олеиновой – с 36,60% до
35,64%, эруковой – с 20,27% до 19,72%, а пентадекановой увеличивается с 0,02% до 0,85%, линодевой – с 13,0% до 13,48%.
При обработке ультразвуком данной композиции содержание
миристиновой кислоты уменьшается с 0,05% до 0,02%, пальмитиновой – с 2,96% до 3,20%, олеиновой – с 36,05% до 35,54%, эруковой –
с 20,01% до 20,23%, а пентадекановой увеличивается с 0,02% до 0,04%,
линодевой – с 13,27% до 14,46%.
Кинематическая вязкость, в зависимости от процентного содержания в смеси горчичного масла и минерального дизельного топлива,
находится в пределах от 20,6 мм2/с (25%ГорМ + 75%ДТ) до 68,7 мм2/с
(100%ГорМ), а плотность – от 881 кг/м3 до 918 кг/м3.
3. Разработана общая программа исследований, которая включает безмоторные и моторные исследования для сравнительной оценки
работы дизеля на товарном минеральном дизельном топливе и биоминеральных композициях.
Сравнительные моторные исследования дизеля проводились на
моторной установке, оснащенной контрольно-измерительными приборами, позволяющими производить замер мощностных, топливноэкономических и экологических показателей на основных режимах,
характерных для условий эксплуатации.
133
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
4. За исследуемые виды альтернативных моторных топлив приняты биоминеральные композиции, полученные путем смешивания
минерального дизельного топлива с горчичным (ГорМ) и рыжиковым
(РыжМ) маслами в процентном соотношении: 25%ГорМ + 75%ДТ;
50%ГорМ + 50%ДТ; 75%ГорМ + 25%ДТ; 90%ГорМ + 10%ДТ;
90%ГорМ + 10%ДТ (УЗ); 25%РыжМ + 75%ДТ; 50%РыжМ + 50%ДТ;
75%РыжМ + 25%ДТ; 90%РыжМ + 10%ДТ; 90%РыжМ + 10%ДТ (УЗ).
Товарное ДТ характеризуется показателями: низшая теплота сгорания Нu = 42,437 МДж/кг; элементарный состав С = 0,87, Н = 0,126,
О = 0,004; плотность ρ20 = 830 кг/м3; вязкость υ20 = 4,2 мм2/с.
Горчичное масло: Нu = 37,4 МДж/кг; С = 0,772, Н = 0,118, О = 0,110;
ρ20 = 918 кг/м3; υ20 = 68,7 мм2/с.
Рыжиковое масло: Нu = 37,0 МДж/кг; С = 0,766, Н = 0,119,
О = 0,115; ρ20 = 920 кг/м3; υ20 = 51,6 мм2/с.
Биоминеральные композиции:
· 25%ГорМ + 75%ДТ: Нu = 41,3 МДж/кг; С = 0,846, Н = 0,124,
О = 0,030; ρ20 = 881 кг/м3; υ20 = 20,6 мм2/с.
· 50%ГорМ + 50%ДТ: Нu = 40,0 МДж/кг; С = 0,821, Н = 0,122,
О = 0,057; ρ20 = 893 кг/м3; υ20 = 36,6 мм2/с.
· 75%ГорМ + 25%ДТ: Нu = 38,6 МДж/кг; С = 0,797, Н = 0,120,
О = 0,083; ρ20 = 906 кг/м3; υ20 = 52,7 мм2/с.
· 90%ГорМ + 10%ДТ: Нu = 37,5 МДж/кг; С = 0,782, Н = 0,119,
О = 0,099; ρ20 = 912 кг/м3; υ20 = 62,3 мм2/с.
· 25%РыжМ + 75%ДТ: Нu = 41,0 МДж/кг; С = 0,844, Н = 0,125,
О = 0,031; ρ20 = 879 кг/м3; υ20 = 16,3 мм2/с.
· 50%РыжМ + 50%ДТ: Нu = 39,7 МДж/кг; С = 0,818, Н = 0,123,
О = 0,059; ρ20 = 893 кг/м3; υ20 = 28,0 мм2/с.
· 75%РыжМ + 25%ДТ: Нu = 38,3 МДж/кг; С = 0,792, Н = 0,121,
О = 0,087; ρ20 = 907 кг/м3; υ20 = 39,8 мм2/с.
· 90%РыжМ + 10%ДТ: Нu = 37,2 МДж/кг; С = 0,776, Н = 0,120,
О = 0,104; ρ20 = 913 кг/м3; υ20 = 46,9 мм2/с.
Результаты исследований показывают, что при работе дизеля на
всех видах биоминеральных композиций 90:10 в номинальном режиме, по сравнению с работой дизеля на минеральном ДТ, максимальное давление цикла снижается на 7,8-10,5% (с 7,54 МПа до 6,95-6,75
МПа), коэффициент избытка воздуха увеличивается на 8,8-6,8% (с
1,520 до 1,652-1,624), коэффициент наполнения – на
1,5-2,0% (с
0,861 до 0,874-0,878), эффективная мощность уменьшается на 6,2-8,2%
(с 56,1 кВт до 52,6-51,5 кВт), часовой и удельный эффективный расход
134
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
топлива увеличивается соответственно на 4,9-7,7% (с 14,3 кг/ч до
15,0-15,4 кг/ч) и 13,2-18,5% (с 252,4 г/кВт∙ч до 285,7-299,0 г/кВт∙ч).
При работе двигателя на биоминеральной композиции с содержанием
горчичного масла 25-50% эффективный КПД уменьшается на 2,70,9% (с 0,333 до 0,324-0,330). При дальнейшем увеличении в биоминеральной композиции биологического компонента до 90% эффективный КПД возрастает на 0,9% (с 0,333 до 0,336).
При работе двигателя на биоминеральных композициях на основе
рыжикового масла с содержанием биологического компонента 25-90%
эффективный КПД уменьшается на 5,7-2,7% (с 0,333 до 0,314-0,324).
После обработки биоминеральных композиций 90:10 ультразвуком показатели дизеля изменяются в меньшей степени, чем при работе дизеля на необработанной композиции. Так, максимальное давление цикла снижается на 7,0-9,9% (с 7,54 МПа до 7,0-6,79 МПа), коэффициент избытка воздуха увеличивается на 9,7-7,8% (с 1,520 до
1,667-1,639), коэффициент наполнения – на 1,7-2,2% (с 0,861 до
0,876-0,880), эффективная мощность уменьшается на 4,2-6,2%
(с 56,1 кВт до 53,7-52,6 кВт), удельный эффективный расход топлива
возрастает на 9,9-15,3% (с 252,4 г/кВт∙ч до 277,5-290,9 г/кВт∙ч).
При работе двигателя на биоминеральных композициях на основе горчичного масла с содержанием биологического компонента
90% эффективный КПД увеличивается на 3,9% (с 0,333 до 0,346), а на
биоминеральной композиции на основе рыжикового масла остается на
уровне минерального дизельного топлива.
При содержании в биоминеральной композиции биологического
компонента не более 50% экологические показатели улучшаются. Так,
дымность отработавших газов снижается на 17,8-6,7% (с 45% до 37-42%),
содержание оксида углерода – на 20,0-12,0% (с 0,25% до 0,20-0,22%).
При дальнейшем увеличении биологического компонента в биоминеральной композиции до 90% дымность отработавших газов увеличивается на 8,9-17,8% (с 45% до 49-53%), содержание оксида углерода –
на 16,0-28,0% (с 0,25% до 0,29-0,32%). Однако после обработки
биоминеральной композиции 90% РыжМ + 10% ДТ ультразвуком
дымность отработавших газов увеличивается на 6,7-15,6% (с 45% до
48-52%), содержание оксида углерода – на 12,0-24,0% (с 0,25% до
28,0-0,31%).
При содержании горчичного и рыжикового масел в биоминеральной композиции 25:75 снижение эффективной мощности составляет 3,9-5,7% (с 56,1 кВт до 52,9-53,9 кВт), однако обработка ультра135
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
звуком указанных композиций приводит к снижению эффективной
мощности не более чем на 3%.
При работе дизеля на номинальном режиме все виды биоминеральных композиций обеспечивают эффективный КПД в пределах
0,314-0,346, в то время как при работе на минеральном дизельном топливе он составляет 0,333.
При работе дизеля на минимально-устойчивой частоте вращения коленчатого вала холостого хода на всех биоминеральных композициях с целью обеспечения заданной частоты вращения коленчатого
вала максимальное давление цикла поддерживается постоянным и
составляет 6,3 МПа. При работе дизеля на биоминеральной композиции 90:10 коэффициент избытка воздуха уменьшается на 28,9-35,7%
(7,187 до 5,110-4,619) при практически постоянном коэффициенте
наполнения (ηv = 0,87), часовой расход топлива увеличивается на
63,6-81,8% (с 1,1 кг/ч до 1,8-2,0 кг/ч), а после их обработки ультразвуком коэффициент избытка воздуха уменьшается на 24,7-32,3%
(с 7,187 до 5,411-4,863), часовой расход топлива увеличивается на
54,5-72,7% (с 1,1 кг/ч до 1,7-1,9 кг/ч).
При содержании в биоминеральной композиции биологического
компонента не более 50% дымность отработавших газов снижается на
83,8-50,0% (с 6% до 1-3%), содержание оксида углерода – на 57,1-28,6%
(с 0,07% до 0,03-0,05%). При дальнейшем увеличении биологического
компонента (до 90%) в биоминеральной композиции дымность отработавших газов увеличивается на 50,0-83,3% (с 6% до 9-11%), содержание оксида углерода – на 42,9-71,4% (с 0,07% до 0,10-0,12%), а после
обработки биоминеральных композиций 90:10 ультразвуком дымность
отработавших газов увеличивается на 33,3-66,7% (с 6% до 8-10%), содержание оксида углерода – на 28,6-57,1% (с 0,07% до 0,09-0,11%).
5. Для обеспечения работы дизеля на минеральном дизельном
топливе и биоминеральных композициях разработаны, изготовлены,
запатентованы и исследованы двух- и трехтопливная системы питания, основным элементом которых являются дополнительный бак для
растительного масла и различные конструктивные варианты смесителей растительного и минерального компонентов.
Пуск, прогрев и останов дизеля осуществляются на минеральном
дизельном топливе, а последующая работа – на биоминеральных
композициях, приготовленных в смесителе.
136
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ВЫЯВЛЕННЫЕ ПРЕИМУЩЕСТВА И НЕДОСТАТКИ ИССЛЕДУЕМЫХ
ДИЗЕЛЬНЫХ СМЕСЕВЫХ ТОПЛИВ
Из анализа выполненных исследований можно выделить основные преимущества ДСТ (биоминеральных композиций), используемых в качестве моторного топлива, по сравнению с минеральным дизельным топливом: удовлетворительная сопоставимость физических
свойств (плотность, вязкость и др.); хорошая воспламеняемость (температура вспышки выше) и высокое цетановое число; достаточно высокая
теплота сгорания (37,0-41,3 МДж/кг); повышенное содержание кислорода; обеспечение эффективного КПД дизеля на уровне 0,314-0,346;
лучшие экологические показатели по оксиду углерода и дымности;
дизель не требует существенных конструктивных изменений.
При работе дизеля на биоминеральных композициях «разбухания» и выхода из строя поливинилхлоридных топливопроводов низкого давления за время проведения исследований не наблюдалось.
Основными недостатками ДСТ (биоминеральных композиций) являются: незначительная потеря мощности двигателя при работе на биоминеральной композиции 90:10 (до 6,2-8,2%), повышенный
удельный эффективный расход топлива при работе на биоминеральной композиции 90:10 (до 13,2-18,5%), однако при работе дизеля на
обработанных ультразвуком биоминеральных композициях 90:10 максимальное падение мощности составило 4,2-6,2%, удельного эффективного расхода топлива – на 9,9-15,3%.
137
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
РЕКОМЕНДАЦИИ
С целью повышения приспособленности эксплуатируемых
типажей дизелей со штатной системой питания для работы на ДСТ
(биоминеральных композициях) рекомендуется:
· устанавливать специальные распылители форсунок или использовать серийные распылители с увеличенным количеством (или
диаметром) распыливающих отверстий;
· использовать топливопроводы низкого давления увеличенного
диаметра;
· изменять установочный угол опережения впрыска топлива в
сторону увеличения на 3 град. п.к.в.;
· использовать смеситель, а при низких температурах воздуха –
электроподогреватель.
138
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ЛИТЕРАТУРА
1. ГОСТ Р 52808-2007. Энергетика биоотходов. Термины и определения. Национальный стандарт Российской Федерации.
2. Биоэнергетика: мировой опыт и прогноз развития: науч. аналит. обзор / под ред. С.Г. Митина. – М.: ФГНУ «Росинформагротех»,
2007. – 204 с.
3. Федоренко, В.Ф. Состояние и развитие производства биотоплива: науч. аналит. обзор / В.Ф. Федоренко, Ю.Л. Колчинский, Е.П.
Шилова. – М.: ФГНУ «Росинформагротех», 2007. – 130 с.
4. Использование биологических добавок в дизельное топливо /
В.Ф. Федоренко, Д.С. Буклагин, С.А. Нагорнов и др. – М.: ФГНУ
«Росинформагротех», 2007. – 52 с.
5. Савельев, Г.С. Производство и использование биодизельного
топлива из рапса: монография / Г.С. Савельев. – М.: ГНУ ВИМ Россельхозакадемии, 2007. – 96 с.
6. Девянин, С.Н. Растительные масла и топлива на их основе для
дизельных двигателей / С.Н. Девянин, В.А. Марков, В.Г. Семенов. –
М.: Изд-во МГАУ им. В.П. Горячкина, 2007. – 400 с.
7. Работа дизелей на нетрадиционных топливах / В.А. Марков, А.И.
Гайворонский, А.И. Грехов, Н.А. Иващенко. – М.: Изд-во «Легионавтодата», 2008. – 464 с.
8. Савельев, Г.С. Применение газомоторного и биодизельного
топлив в автотракторной технике: монография / Г.С. Савельев. – М.:
ГНУ ВИМ Россельхозакадемии, 2009. – 216 с.
9. Инновационные технологии производства биотоплива второго поколения / В.Ф. Федоренко, Д.С. Буклагин, А.Н. Зазуля и др. –
М.: ФГНУ «Росинформагротех», 2009. – 68 с.
10. Уханов, А.П. Биодизель: достоинства и недостатки / А.П.
Уханов, Д.А. Уханов, В.А.Рачкин // Повышение технико-экономических
и экологических показателей двигателей, тракторов, автомобилей в
сельскохозяйственном производстве: материалы 17-й науч.-практ.
конф. вузов Поволжья и Предуралья. – Н.Новгород: НГСХА, 2007. –
С.183-187.
11. Рапсовое биотопливо – альтернатива нефтяному моторному
топливу / А.П. Уханов, Д.А. Уханов, В.А. Рачкин, Н.С. Киреева // Нива
Поволжья. – 2007. – №2(3). – С. 37-40.
139
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
12. Применение биотопливных композиций на тракторных дизелях / А.П. Уханов, Д.А. Уханов, В.А. Рачкин, Н.С. Киреева // Нива
Поволжья. – 2007. – №4 (5). – С. 53-57.
13. Результаты моторных исследований рапсового биотоплива /
А.П. Уханов, В.А. Рачкин, Д.А. Уханов, Н.С. Киреева // Повышение
эффективности функционирования механических и энергетических
систем: сб. науч. трудов междунар. науч.-технич. конф., посвященной
50-летию образования института механики и энергетики. – Ковылкино:
ГУП РМ «Ковылкинская районная типография», 2007. – С. 264-269.
14. Использование рапсового биотоплива на автотракторной
технике // А.П. Уханов, В.А. Рачкин, Д.А. Уханов и др. // Организация и развитие информационного обеспечения органов управления,
научных и образовательных учреждений АПК: материалы 3-й науч.практ. конф., посвящ. 40-летию ФГНУ «Росинформагротех». – М.:
ФГНУ «Росинформагротех», 2007. – С. 163-173.
15. Уханов, А.П Рапсовое биотопливо: монография / А.П. Уханов, В.А. Рачкин, Д.А. Уханов. – Пенза: РИО ПГСХА, 2008. – 229 с.
16. Особенности производства и использования рапсового биотоплива на автотракторной технике / А.П. Уханов, В.А. Рачкин, М.А.
Уханов, Н.С. Киреева // Нива Поволжья. – 2008. – № 1(6). – С. 36-42.
17. Оценка влияния минерально-растительного моторного топлива на показатели «жесткости» тракторного дизеля / А.П. Уханов,
Д.А. Уханов, В.А. Рачкин, В.А. Иванов // Нива Поволжья. – 2008. –
№ 2(7). – С. 28-63.
18. Уханов, А.П. Особенности работы дизеля на растительноминеральном топливе / А.П. Уханов, В.А. Рачкин, В.А. Иванов // Сб.
трудов Х Междунар. науч. школы «Гидродинамика больших скоростей» и междунар. науч. конф. «Гидродинамика. Механика. Энергетические установки». – Чебоксары: ЧПИ МГОУ, 2008. – С. 627-634.
19. Есть ли альтернатива минеральному дизельному топливу?
/ А.П. Уханов, В.А. Рачкин, Д.А. Уханов и др. // Образование, наука,
практика: инновационный аспект: материалы междунар. науч.-практ.
конф., посвящ. памяти проф. А.Ф. Блинохватова. – Пенза: РИО
ПГСХА, 2008. – С. 177-178.
20. Оценка низшей теплоты сгорания рапсового масла и минерально-растительных топлив / А.П. Уханов, Д.А. Уханов, В.А. Рачкин, В.А. Иванов // Образование, наука, практика: инновационный
140
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
аспект: материалы междунар. науч.-практ. конф., посвящ. памяти
проф. А.Ф. Блинохватова. – Пенза: РИО ПГСХА, 2008. – С. 180-184.
21. Работа тракторного дизеля на смесевом топливе / А.П. Уханов, Д.А. Уханов, В.А. Рачкин, В.А. Иванов // Улучшение эксплуатационных показателей автомобилей, тракторов и двигателей: сб. науч.
трудов Международной науч.-техн. конф. – СПб: СПбГАУ, 2008. – С.
103-109.
22. Биодиты – альтернативный вид моторного топлива для тракторных дизелей / А.П. Уханов, В.А. Рачкин, Д.А. Уханов, В.А. Иванов // Нива Поволжья. – 2009. – № 2 (11). – С. 71-76.
23. Биодиты: техническое решение и результаты исследований /
А.П. Уханов, Д.А. Уханов, В.А. Рачкин В.А. Иванов // Улучшение
эксплуатационных показателей двигателей внутреннего сгорания: материалы II Международной науч.-практ. конф. «Наука-ТехнологияРесурсосбережение»: сб. науч. трудов. Вып. 7. – СПб-Киров, 2009. –
С. 132-137.
24. Влияние ультразвуковой обработки биотоплива на показатели работы тракторного дизеля / А.П. Уханов, Д.А. Уханов, В.А. Рачкин
и др. // Вклад молодых ученых в инновационное развитие АПК России: сб. материалов Всероссийской науч.-практ. конф. молодых ученых. – Пенза: РИО ПГСХА, 2009. – С. 11-13.
25. Результаты моторных исследований тракторного дизеля при
работе на биодитах, обработанных ультразвуком /В.А. Иванов, М.М.
Ерыганов, А.П. Уханов и др. // Инновационные идеи молодых исследователей для агропромышленного комплекса России: сб. материалов
Всероссийской науч.-практ. конф. студентов. Т.1. – Пенза: РИО
ПГСХА, 2010. – С. 132-135.
26. Опыт использования биодитов в качестве моторного топлива
/ А.П. Уханов, Д.А. Уханов, В.А. Рачкин, В.А. Иванов // Проблемы
экономичности и эксплуатации двигателей внутреннего сгорания: материалы Межгосуд. науч.-техн. семинара. Вып. 22. – Саратов: СГАУ,
2010. – С. 112-115.
27. Производство моторного топлива для автотракторных дизелей из растительной биомассы / А.П. Уханов, Д.А.Уханов, В.А. Рачкин и др. // Достижения и перспективы развития биотехнологии:
сб. материалов Всероссийской НПК. – Пенза: РИО ПГСХА, 2010. –
С. 88-93.
141
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
28. Патент № 2377060 РФ, МКП В01F 5/06. Смеситель минеральных и растительных композиций моторного топлива / А.П. Уханов,
Д.А. Уханов, В.А. Иванов, В.А. Рачкин. – 2007149172/15; заявл.
28.12.07; опубл. 27.12.2009, Бюл. № 36.
29. Патент № 2426588 РФ, МКП В01F 5/06. Смеситель-дозатор
топлива / А.П. Уханов, В.А. Голубев, Е.С. Зыкин. – 2009141463; заявл. 09.11.2009; опубл. 20.08.2011, Бюл. № 23.
30. Патент № 2387867 РФ, МКП F02М 43/00. Двухтопливная
система тракторного дизеля / А.П. Уханов, Д.А. Уханов, В.А. Рачкин,
В.А. Иванов. – 2008138726/06; заявл. 29.09.2008; опубл. 27.04.2010,
Бюл. № 12.
31. Патент № 2403431 РФ, МКП F02М 43/00. Трехтопливная
система тракторного дизеля / А.П. Уханов, Д.А. Уханов, В.А. Рачкин,
В.А. Иванов. – 2009116953; заявл. 10.11.2010; опубл. 04.05.2029, Бюл.
№ 12.
32. Патент № 2429057 РФ МКП В01F 5/06. Смеситель биоминерального топлива / А.П. Уханов, Д.А. Уханов, В.А. Иванов, Л.М. Благодарина. – 2010105616; заявл. 16.02.2010; опубл. 20.09.2011, Бюл.
№ 26.
33. Патент 2435633 РФ МПК B 01 F 5/06. Смеситель растительного и минерального топлива / А.П. Уханов, Д.А. Уханов, В.А. Чугунов,
Е.В. Демидов. – №2010115532; заяв. 19.04.2010; опубл. 10.12.2011,
Бюл. № 34.
34. Патент на полезную модель РФ № 89596. Жидкостный смеситель / А.П. Уханов, В.А. Голубев, Е.С. Зыкин. – 2009141313; опубл.
2010, Бюл. № 6.
35. Патент на полезную модель РФ № 91929. Смеситель-дозатор
топлива / А.П. Уханов, В.А. Голубев, Е.С. Зыкин. – 2009141313; опубл.
2010, Бюл. № 7.
36. Патент на полезную модель РФ № 92085. Смеситель-дозатор
топлива / А.П. Уханов, В.А. Голубев, Е.С. Зыкин. – 2009141313; опубл.
2011, Бюл. № 7.
37. Биотопливо из рыжика / А.П. Уханов, Д.А. Уханов, В.А.
Рачкин и др. // Тракторы и сельхозмашины. – 2011. – № 2. – С. 8-10.
38. Результаты моторных исследований горчичного биотоплива
/ А.П. Уханов, В.А. Голубев, Р.К. Сафаров, Д.С. Шеменев // Тракторы
и сельхозмашины. – 2011. – № 5. – С. 7-10.
142
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
39. Уханов, А.П. Перспективы использования биотоплива из
горчицы / А.П. Уханов, В.А. Голубев // Вестник Ульяновской ГСХА. –
2011. – № 1(3). – С. 88-93.
40. Использование биоминеральных композиций в качестве моторного топлива / А.П. Уханов, Д.А. Уханов, В.А. Рачкин, Е.В. Демидов // Каталог IV Российского Форума «Российским инновациям –
российский капитал и IX Ярмарка бизнес-ангелов и инноваторов». –
Оренбург, 2011. – С. 33-35.
41. «Зеленая» энергия для пламенного мотора / А.П. Уханов, Д.А.
Уханов, В.А. Рачкин, Е.В. Демидов // InНоватор. – 2011. – № 9. – С.16.
42. Киреева, Н.С. Обоснование использования биотопливных
композиций в качестве моторного топлива на тракторах сельскохозяйственного назначения: автореф. дис. … канд. техн. наук / Н.С. Киреева. – Пенза: ПГСХА, 2009. – 19с.
43. Иванов, В.А. Оценка эксплуатационных показателей трактора класса 14 кН при работе на растительно-минеральном топливе: автореф. дис. ... канд. техн. наук / В.А. Иванов. – Пенза: ПГСХА, 2010. –
20с.
44. Kampman H.J. Dieselmotor mit Direkteinspritzung fur Pflanzenol // MTZ. – 1993. – Jg.54, № 7/8. – S. 378-383.
45. Niemi S.A., Hatonen T., Laiho V.O.K. Results from a Durability
Test of a Mustard Seed Oil Driven Tractor Engine // SAE Technical Paper
Series, 1998. – № 982528. – P. 1-15.
46. Niemi S.A., Murtonen T.T., Lauren M.J. et. al. Exhaust Particulate Emissione of a Mustard Seed Oil Driven Tractor Engine // SAE Technical Paper Series. – 2002. – № 2002 – 01 – 0866. – Р.1-12.
143
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
СОДЕРЖАНИЕ
УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ И ТЕРМИНЫ ………………….. 3
ВВЕДЕНИЕ ………………………………………………………... 4
1 ОПЫТ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ДИЗЕЛЬНЫХ СМЕСЕВЫХ
ТОПЛИВ В ДВИГАТЕЛЯХ АВТОТРАКТОРНОЙ ТЕХНИКИ
7
2 ЖИРНОКИСЛОТНЫЙ СОСТАВ, НИЗШАЯ ТЕПЛОТА
СГОРАНИЯ ГОРЧИЧНОГО И РЫЖИКОВОГО МАСЕЛ
И ДИЗЕЛЬНЫХ СМЕСЕВЫХ ТОПЛИВ………………………... 23
2.1 ОБОСНОВАНИЕ ВЫБОРА МАСЛИЧНОЙ КУЛЬТУРЫ ДЛЯ
ПРОИЗВОДСТВА ДИЗЕЛЬНОГО СМЕСЕВОГО ТОПЛИВА ……….... 23
2.2 ЭЛЕМЕНТАРНЫЙ СОСТАВ И РАСЧЕТ НИЗШЕЙ ТЕПЛОТЫ
СГОРАНИЯ ДИЗЕЛЬНЫХ СМЕСЕВЫХ ТОПЛИВ ………………….... 30
2.3 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ОЦЕНКА ДОБАВКИ МИНЕРАЛЬНОГО
ДИЗЕЛЬНОГО ТОПЛИВА И УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ОБРАБОТКИ НА
ИЗМЕНЕНИЕ ЖИРНОКИСЛОТНОГО СОСТАВА ДИЗЕЛЬНЫХ
СМЕСЕВЫХ ТОПЛИВ ……………….…………………………..….. 36
2.4 ВЛИЯНИЕ УЛЬТРАЗВУКА НА СООТНОШЕНИЕ ВЖК …….….. 43
3 ПРОГРАММА И МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ
ИССЛЕДОВАНИЙ ТРАКТОРНОГО ДИЗЕЛЯ ПРИ РАБОТЕ
НА ДИЗЕЛЬНЫХ СМЕСЕВЫХ ТОПЛИВАХ ………………...... 54
3.1 ПРОГРАММА И ОБЪЕКТ ИССЛЕДОВАНИЙ ………………...…. 54
3.2 МЕТОДИКА ЛАБОРАТОРНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ ПО
ОПРЕДЕЛЕНИЮ ПЛОТНОСТИ И ВЯЗКОСТИ МИНЕРАЛЬНОГО
ДИЗЕЛЬНОГО ТОПЛИВА, ГОРЧИЧНОГО И РЫЖИКОВОГО
МАСЕЛ, ДИЗЕЛЬНЫХ СМЕСЕВЫХ ТОПЛИВ …………………………. 55
3.2.1 Оборудование и приборное обеспечение …………………. 55
3.2.2 Методика определения плотности минерального
дизельного топлива, горчичного и рыжикового масел,
дизельных смесевых топлив ……………………………………… 56
3.2.3 Методика определения вязкости минерального
дизельного топлива, горчичного и рыжикового масел,
дизельных смесевых топлив ……………………………………… 56
144
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
3.3 МЕТОДИКА БЕЗМОТОРНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ ДИЗЕЛЬНОЙ
ТОПЛИВНОЙ АППАРАТУРЫ ………………………………………. 57
3.3.1 Оборудование и приборное обеспечение ………………….. 57
3.3.2 Методика безмоторных исследований …………………….. 61
3.4 МЕТОДИКА СТЕНДОВЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ ДИЗЕЛЯ ПРИ
РАБОТЕ НА МИНЕРАЛЬНОМ ДИЗЕЛЬНОМ ТОПЛИВЕ И
ДИЗЕЛЬНЫХ СМЕСЕВЫХ ТОПЛИВАХ ……………………………. 64
3.4.1 Оборудование и приборное обеспечение …………………. 64
3.4.2 Методика экспериментальной оценки показателей
дизеля при работе на минеральном дизельном топливе
и дизельных смесевых топливах ………………………………… 70
4 РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ
ТРАКТОРНОГО ДИЗЕЛЯ Д-243(4Ч 11/12,5) ПРИ РАБОТЕ
НА МИНЕРАЛЬНОМ ДИЗЕЛЬНОМ ТОПЛИВЕ И
ДИЗЕЛЬНЫХ СМЕСЕВЫХ ТОПЛИВАХ ………………………. 72
4.1 РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ ДИЗЕЛЯ ПРИ РАБОТЕ НА
СМЕСЕВОМ ГОРЧИЧНО-МИНЕРАЛЬНОМ ТОПЛИВЕ ……………... 73
4.2 РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ ДИЗЕЛЯ ПРИ РАБОТЕ НА
СМЕСЕВОМ РЫЖИКО-МИНЕРАЛЬНОМ ТОПЛИВЕ ……………….. 91
5 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ТОПЛИВНЫЕ СИСТЕМЫ
ТРАКТОРНЫХ ДИЗЕЛЕЙ ……………………………………….. 110
5.1 ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ТОПЛИВНОЙ СИСТЕМЕ ТРАКТОРА
МТЗ-80 ……………………………………………………………... 110
5.2 СМЕСИТЕЛЬ РАСТИТЕЛЬНЫХ И МИНЕРАЛЬНЫХ
КОМПОЗИЦИЙ ТОПЛИВА …………………………………………... 112
5.2.1 Первый конструктивный вариант ………………………….. 112
5.2.2 Второй конструктивный вариант …………………………... 114
5.2.3 Третий конструктивный вариант …………………………... 116
5.3 ДВУХТОПЛИВНАЯ СИСТЕМА ТРАКТОРНОГО ДИЗЕЛЯ ……… 121
5.3.1 Первый конструктивный вариант ………………………….. 121
5.3.2 Второй конструктивный вариант …………………………... 123
5.3.3 Третий конструктивный вариант …………………………... 125
145
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
5.3.4 Четвертый конструктивный вариант …………………..…... 129
5.4 ТРЕХТОПЛИВНАЯ СИСТЕМА ТРАКТОРНОГО ДИЗЕЛЯ ………. 130
ВЫВОДЫ ………………………………………………………….. 133
ВЫЯВЛЕННЫЕ ПРЕИМУЩЕСТВА И НЕДОСТАТКИ
ИССЛЕДУЕМЫХ ДИЗЕЛЬНЫХ СМЕСЕВЫХ ТОПЛИВ …….. 137
РЕКОМЕНДАЦИИ ………………………………………………... 138
ЛИТЕРАТУРА …………………………………………………….. 139
146
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Александр Петрович Уханов
Денис Александрович Уханов
Дмитрий Сергеевич Шеменев
ДИЗЕЛЬНОЕ СМЕСЕВОЕ ТОПЛИВО
Монография
Компьютерная верстка
Л.В. Ухановой
Корректор
Н.В. Гриднева
____________________________________________________________
Сдано в производство 05.03.2012г.
Формат 60´84 1/16
Бумага Гознак Print
Усл. печ. л. 8,2
Тираж 500 экз.
Заказ № 20
____________________________________________________________
РИО ПГСХА
440014, г. Пенза, ул. Ботаническая, 30
147
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
148
Документ
Категория
Технические науки
Просмотров
886
Размер файла
1 995 Кб
Теги
дизельного, топливо, смесевое, 2347
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа