close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

2355.Нетрадиционные биокомпоненты дизельного смесевого топлива

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,
Е.А. Сидоров, Е.Д. Година
НЕТРАДИЦИОННЫЕ
БИОКОМПОНЕНТЫ ДИЗЕЛЬНОГО
СМЕСЕВОГО ТОПЛИВА
ПЕНЗА 2013
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
УДК 665.75
У 89
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. Нетрадиционные биокомпоненты дизельного смесевого
топлива: монография / А.П. Уханов, Д.А. Уханов, Е.А. Сидоров, Е.Д.
Година. – Пенза: РИО ПГСХА, 2013. – 113 с.
Рис. 55, табл. 17, библ. 40.
В монографии показаны перспективы использования биотоплива
в двигателях автотракторной техники; определены физические и теплотворные свойства сурепного и редечного масел, используемых в
качестве биологического компонента дизельного смесевого топлива;
приведены результаты сравнительных экспериментальных исследований тракторного дизеля при его работе на товарном минеральном
топливе и смесевых топливах с указанными биокомпонентами; описаны экспериментальные топливные системы и смесители биологических и минеральных компонентов для работы тракторов на дизельном смесевом топливе.
Материалы, изложенные в монографии, будут полезны научным
и инженерно-техническим работникам, аспирантам и студентам.
ISBN 978-5-94338-608-4
 ФГБОУ ВПО
«Пензенская ГСХА», 2013
 А.П. Уханов,
Д.А. Уханов,
Е.А. Сидоров,
Е.Д. Година, 2013
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
РедМ – редечное масло
СурМ – сурепное 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
АПК – агропромышленный комплекс
Дизельное смесевое топливо (ДСТ) – топливо, приготавливаемое путем смешивания минерального дизельного топлива и растительного масла [ГОСТ Р 52808-2007].
Синонимом термина «дизельное смесевое топливо» являются
смесевое растительно-минеральное топливо или биоминеральная
композиция.
3
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ВВЕДЕНИЕ
Основными потребителями минеральных моторных топлив
являются ДВС, среди которых значительную долю занимают дизели.
Современные тенденции развития транспортных дизелей таковы, что,
с одной стороны, неуклонно повышаются топливная 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 требуют экономии топлив нефтяного происхождения. Одним из направлений решения этой проблемы является
замещение минерального дизельного топлива (частичное или полное)
возобновляемыми альтернативными энергоносителями и, в частности, биологическим топливом, производимым из масличных культур.
Создание топлива для дизелей из органического сырья позволит
трансформировать растениеводство из отрасли, являющейся основным потребителем светлых нефтепродуктов, в отрасль, выпускающую экологически чистое моторное топливо из возобновляемых источников энергии.
На сегодняшний день перспективным альтернативным видом
моторного топлива является дизельное смесевое топливо, представляющее собой бинарную смесь, состоящую из минерального дизельного топлива и растительного масла в различных объемных соотношениях.
Основной проблемой широкого применения ДСТ в качестве моторного топлива на автотракторной технике является недостаточная
приспособленность дизелей серийного исполнения к работе на таком
виде топлива в силу различий физических, теплотворных и эксплуатационных свойств от аналогичных свойств минерального ДТ.
Поэтому целью исследований является экономия минерального
(нефтяного) ДТ применением смесевых растительно-минеральных
топлив и адаптированных топливных систем тракторных дизелей.
Научная новизна – экспериментальные исследования наиболее
распространенного в АПК России дизеля Д-243 (4Ч 11/12,5) при работе на смесевых растительно-минеральных топливах, биологическим компонентом которых являются малоизученные растительные
масла, производимые из семян редьки масличной и сурепицы.
Практическая значимость – обеспечение эффективной работы
дизельной автотракторной техники на смесевых растительно4
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
минеральных топливах по величине эффективного КПД двигателя
на уровне 0,30-0,34 при незначительном снижении его мощности
(не более 3%).
Хроматографический анализ масел редьки масличной и сурепицы, дизельных смесевых растительно-минеральных топлив (биоминеральных композиций) в объемных соотношениях 25:75; 50:50,
75:25 и 90:10 выполнен в лаборатории биохимического анализа масличных культур ГНУ «Пензенский НИИСХ» Россельхозакадемии.
Экспериментальные исследования тракторного дизеля проводились в лаборатории испытаний двигателей ФГБОУ ВПО «Пензенская
ГСХА».
Эффективность от использования вышеуказанных смесевых топлива по сравнению с минеральным ДТ оценивалась по мощностным,
топливно-экономическим и экологическим показателям дизеля.
Авторы выражают признательность ассистенту кафедры «Технический сервис и ремонт машин» ФГБОУ ВПО «Ульяновская ГСХА им.
П.А.Столыпина» Сидоровой Л.И. за обработку результатов экспериментальных исследований дизеля при работе на смесевых топливах
различного состава и зав. лабораторией биохимического анализа масличных культур ГНУ «Пензенский НИИСХ» к.с.-х.н. Зелениной О.Н.
за помощь в проведении хроматографического анализа редечного и сурепного масел.
5
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
1 ОПЫТ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ СМЕСЕВЫХ ТОПЛИВ
В КАЧЕСТВЕ МОТОРНОГО ТОПЛИВА
В ДИЗЕЛЯХ АВТОТРАКТОРНОЙ ТЕХНИКИ
1.1 ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О СМЕСЕВЫХ РАСТИТЕЛЬНОМИНЕРАЛЬНЫХ ТОПЛИВАХ И ОПЫТ ИХ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ
В ДИЗЕЛЯХ АВТОТРАКТОРНОЙ ТЕХНИКИ
На современном этапе развития автотракторной техники одним
из альтернативных видов моторного топлива является дизельное
смесевое растительно-минеральное топливо, биологическим компонентом которого являются растительные масла.
Переход на использование растительно-минерального топлива
позволяет решить ключевую проблему современности – удовлетворить растущие потребности в энергии без ущерба для окружающей
среды.
Для стимулирования данных процессов в некоторых странах
разработан комплекс мер, включающий в себя законодательное регулирование, индикативное планирование объемов производства,
льготное налогообложение, бюджетную поддержку и др.
По прогнозам Международной энергетической ассоциации
(IEA) мировое производство биотоплива увеличится к 2030 году до
92-147 млн. тонн энергетического эквивалента нефти. 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
Европейского Союза 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 маслосемян рапса ЕС
не сможет.
Российская Федерация располагает большим земельным пространством. Ее территория насчитывает почти 1 млрд. 710 млн. га.
6
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Земли сельскохозяйственного 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 сельскохозяйственных культур, необходимых для
производства биотоплива.
Aнализ мирового производства и потребления нефти и биотоплива (рис. 1.1) 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%.
Рисунок 1.1 – Динамика роста цен на минеральное дизельное
топливо и мирового производства биотоплива
7
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
В России и за рубежом рассматриваются практические аспекты
использования в дизелях биотоплива из растительного масла
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 жирно-кислотного состава, используемое в качестве биотоплива для конкретных типов двигателей, соответствующее установленным нормам выбросов вредных веществ;
• биодизельное топливо (биодизель) – сложный метиловый
(или этиловый) эфир растительного масла с низшей теплотой сгорания 37,1-37,4 МДж/кг, получаемый этерификацией растительных масел и обладающий свойствами, близкими к свойствам минерального
дизельного топлива, что позволяет использовать его в качестве моторного топлива в дизелях без существенных конструктивных доработок;
• смесевое растительно-минеральное топливо (дизельное
смесевое топливо) – бинарное топливо, приготовляемое путем смешивания минерального дизельного топлива и растительного масла, с
низшей теплотой сгорания 37-42 МДж/кг. Данные компоненты хорошо смешиваются, а смесевое растительно-минеральное топливо имеет физико-химические и теплотворные свойства, близкие к свойствам
минерального дизельного топлива, что позволяет использовать их в
дизельном двигателе с незначительными конструктивными изменениями.
Необходимо отметить, что процесс производства натуральных
растительных масел, в условиях отдельно взятого сельскохозяйственного предприятия, относительно прост, не требует сложного оборудования и больших капиталовложений. В натуральном виде растительное масло используется в системе питания дизелей, устанавливаемых, например, на серийно выпускаемых тракторах «Fendt 820
Vario greentec» фирмы Fendt, оснащенных микроволновой установкой для обработки масла. На отечественной автотракторной технике
наиболее предпочтительным моторным биотопливом на сегодняшний
день является ДСТ-бинарное топливо (смесевое растительноминеральное топливо).
8
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
При практическом использовании ДСТ, натуральных растительных масел и биодизеля в качестве моторного топлива необходимо
учитывать следующие вопросы:
• место приготовления ДСТ, т.е. смешивание отстоенного и
отфильтрованного растительного масла с минеральным ДТ будет
осуществляться в стационарных условиях или на «борту» автотракторной техники непосредственно в процессе ее работы?
• при работе автотракторной техники на натуральном растительном масле требуется модернизация серийно выпускаемых и находящихся в эксплуатации дизелей, или применение дорогостоящих
установок для обработки масла (микроволновых, акустических, ультразвуковых и пр.), или введение в масло различных добавок и присадок?;
• при работе автотракторной техники на ДСТ или эфирах растительных масел требуется конструктивная адаптация серийно выпускаемых и находящихся в эксплуатации дизелей, или введение в
них различных добавок и присадок?
Модернизация или конструктивная адаптация предполагают
учет не только требуемых физических, теплотворных и эксплуатационных свойств того или иного вида биотоплива, но и качественные
показатели процессов впрыскивания, смесеобразования и сгорания с
целью не допущения повышенного образования нагарных отложений
на огневой поверхности камеры сгорания, деталях поршневой группы
и распылителях форсунок.
Для производства натуральных технических 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, России – рапс и рыжик.
Для увеличения выпуска биотоплива необходимо сырье. 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%.
В сложившейся ситуации для России возникает дополнительная
возможность реализовать свой земельный потенциал для увеличения
объемов производства биотоплива из растительного сырья и самого
сырья для экспорта в страны ЕС. Многие регионы РФ увеличивают
9
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
посевные площади под возделывание масличных культур и, в частности Пензенская область (табл.1.1), являющая лидером по производству нетрадиционных масличных культур (рыжик, лен масличный,
редька масличная, горчица белая, сурепица и др.).
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 дизельного биотоплива в год.
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.
Таблица 1.1 – Динамика посевных площадей и урожайности
масличных культур в Пензенской области, тыс. га
Вид
масличной
культуры
Показатели
2007 г.
2008 г.
2009 г.
2010 г.
2011 г.
2012 г
Общая площадь уборки, га
Масличные
культуры всего
Подсолнечник
на зерно
Лен-кудряш
(масличный)
Соя
Горчица
Рыжик
Рапс
Масличные
культуры всего
Подсолнечник
на зерно
Лен-кудряш
(масличный)
Соя
Горчица
Рыжик
Рапс
41979
68707
77005
84816
165733
186440
39606
61783
65649
74657
136747
145783
944
1055
1320
2513
5905
3279
31
1
7732
37
294
81
60
115
220
5145
9462
Урожайность с 1 га, ц
2520
251
2314
2266
3379
235
13162
5809
6787
1151
13882
15328
9,6
7,6
9,8
7,2
14,5
12,6
9,7
7,5
10,3
7,3
15,6
13,4
6,4
8,4
9,7
4,5
9,4
10,5
–
2,5
7,0
9,5
4,2
6,4
8,7
9,3
10,4
2,6
16,6
6,4
5,5
3,1
8,6
5,1
15,6
3,9
7,7
9,4
11,3
9,8
6,7
10,6
10
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
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 дизельного биотоплива в
России должно идти по пути строительства заводов большой мощности. Например, в Пензенской области строится завод мощностью 100
тыс. тонн по ежегодному производству рыжикового масла для последующего применения его в качестве растительного компонента смесевого биокеросина, используемого для заправки самолетов авиакомпании Люфтганза.
В связи с ужесточением во многих странах мира законодательства, повышающего требования к качеству дизельного топлива, в
России также завершена работа по разработке технических регламентов, направленных на повышение качества дизельного топлива.
Введение в России новых Евростандартов на дизельное топливо
создает качественно новую ситуацию на рынке моторных топлив,
поскольку применение минерального топлива с низким содержанием
серы приводит к ухудшению его смазывающих свойств, что потребует добавления в них специальных дорогостоящих присадок, либо замены его на безсернистые эфиры растительных масел (биодизельное
топливо).
По мнению большинства аналитиков, в ближайшие годы в России, как и в других странах, стоимость биотоплива, будет несколько
превышать стоимость нефтяного дизельного топлива. Однако надо
иметь в виду, что главным компонентом биотоплива является растительное масло, 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 дизельное топливо применение
биотоплива экономически выгодно. В экспериментальном порядке
применение биотоплива в России возможно, но массовый спрос,
который способен повлиять на энергетический баланс в стране, в
ближайшие годы маловероятен. Минеральное дизельное топливо пока
обходится дешевле биодизельного топлива, но несколько дороже смесевых растительно-минеральных топлив.
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
11
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Крайслер» и др. Однако незначительный объем экспериментальных
исследований и противоречивость полученных результатов работоспособности дизелей на растительных маслах или смесевых растительно-минеральных топливах не позволяют пока однозначно судить
об оптимальности применения конкретного вида масла или продуктов его переработки в качестве биотоплива. Использование результатов этих исследований даже для сравнительной оценки эффективности и расчета технико-экономических 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 в дизелях автотракторной техники является
недостаточная приспособленность двигателей классической конструктивной схемы в силу различий теплотворных, физических 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 натуральные растительные масла или биодизель необходимо провести экспериментальные исследования, позволяющие оценить работу серийного двигателя на смесевых растительно-минеральных топливах различного
состава.
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 (выше на 11%), практическое отсутствие сернистых и ароматических углеводородных соединений.
К показателям моторного топлива, которые влияют на процессы
впрыскивания, испарения, смесеобразования и сгорания, в первую
очередь, относятся плотность, кинематическая и динамическая вязкости, поверхностное натяжение, сжимаемость. При работе дизелей на
некоторых видах растительных масел их КПД несколько выше, чем
при работе на товарном минеральном дизельном топливе, вместе с
тем мощность снижается до 8% в зависимости от вида масла.
Повышенное содержание в растительном масле кислорода обуславливает некоторое снижение низшей теплоты сгорания топлива,
12
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
а в процессе сгорания его в двигателе способствует увеличенному
образованию 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 и распылителях форсунок.
Для более эффективного использования растительного масла в
ДВС возможно его перемешивание с нефтяным дизельным топливом,
чтобы путем уменьшения вязкости добиться более благоприятных
условий распыления и уменьшения нагарообразования. При этом
также увеличивается низшая теплота сгорания.
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 автотракторной техники.
Однако использование смесевых растительно-минеральных
топлив в дизелях автотракторной техники из-за различия физикохимических, теплотворных и эксплуатационных свойств, требует
незначительной конструктивной доработки штатной топливной
системы и установки дополнительных узлов и агрегатов.
Перспективными биологическими компонентами для производства дизельного смесевого топлива являются масла редьки масличной и сурепицы.
1.2 БИОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ РЕДЬКИ МАСЛИЧНОЙ
И СУРЕПИЦЫ
Редька масличная
Редька масличная (Raphanus sativus var. oleifera) – однолетнее
растение семейства крестноцветных, сильноветвистое и разлогое
растение высотой 1,5-2,0 м с цветками бело-фиолетовой окраски,
влаголюбивое,
холодостойкое, теневыносливое
и
урожайное
(рис. 1.2).
13
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Высота побегов у нее 1,5-1,8 м, цветки желтые. Период от начала восходов до цветения около 40 дней. За один сезон можно получить 2-3 севооборота. Посев возможен с апреля до начала сентября, а
в южных районах – до середины сентября. Чем позже высев, тем
больший расход семян. Средний расход семян – 2-3 г/м2. Поскольку
редька масличная – растение длинного дня, для семеноводческих целей рекомендуют ранневесенние посевы. На кормовые цели целесообразны посевы в летние сроки, в которые редька образует мощную
облиственную массу. Страдает от засухи в летний период. Интенсивно наращивая вегетативную массу, растения через 30-35 дней достигают укосной спелости. Избыточного увлажнения редька не переносит. Оптимальные условия для роста и развития создаются при влажности почвы 70-75% НВ. Благодаря высокой усвояемой способности
корней редька масличная в отличие от рапса не требовательна к почвам и может произрастать на разных почвах. Отзывчив на внесение
минеральных удобрений – урожай зеленой массы увеличивается на
16-45 %, иногда и выше.
Рисунок 1.2 – Редька масличная
Основные вредители: крестоцветные блошки, капустная моль,
жуки-цветоеды. Для борьбы с ними семена и всходы обрабатывают
разрешенными ядохимикатами.
Редька масличная легко приспосабливается к различным климатическим условиям и любым почвам, поэтому ее выращивание не
представляет больших проблем. Благодаря глубокой корневой системе, добывающей воду из глубоких слоев, она хорошо переносит засуху. Используется как разрыхлитель на уплотненных почвах.
Редька масличная быстро растет, развивает большое количество
листовой и корневой массы, которая дает возможность снизить дозу
14
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
органического и азотного удобрений. Зеленую массу заделывают
поздно осенью, измельчив предварительно лопатой. Если растения
переросли и образовали деревянистые стебли, лучше использовать их
на компост.
Масличная редька также обладает фитосанитарными свойствами – уничтожает возбудителей болезней некоторых растений, активно подавляет нематоды. Улучшает условия жизнедеятельности почвенных микроорганизмов и червей, при разложении служит им кормом. Это, в свою очередь, приводит к уменьшению заболеваемости
растений и повышению урожаев. При севе в окультуренные почвы
эффективно подавляет развитие сорняков, даже пырей. Хорошо разрыхляет, структурирует, дренирует как обрабатываемый, так и глубокие слои почвы, повышает их воздухо- и влагоемкость. Это одна из
лучших культур для защиты почв от водной и ветровой эрозии осенью и весной, а если ее не скашивать, то и зимой. Задерживает снег,
способствует меньшему промерзанию почв, то есть большему накоплению влаги.
Редька масличная как послеуборочная культура отличается
быстрым ростом в начальный период роста, высокой урожайностью,
низкой требовательностью к почвенным условиям и влаги благодаря
стержневой корневой системе. Она выдерживает заморозки до минус
6 °С. Через содержание горчичных масел эта культура плохо поедается животными. Ее можно включать в рационы животных в малых количествах (не более 15 кг/сутки на голову). На зеленый корм редьку
собирают в начале цветения, на силосования ее можно собирать до
конца цветения. Редьку масличную можно выращивать в смешанных,
послеукосных и послеуборочных посевах. Ее подсевают до кукурузы
на зеленый корм и силос, выращивают в смеси с овсом, суданской
травой и другими культурами. Имея достаточное количество углеводов, зеленая масса редьки масличной хорошо силосуется. Урожайность редьки масличной в районах достаточного увлажнения достигает 500 ц/га зеленой массы, а семян до 15-18 ц/га, содержание масла в
семенах до 35-40%. Питательность 1кг зеленой массы 0,10-0,14 к. ед,
сухого вещества – 0,8-0,85 к. ед. Коэффициенты переваримости органического вещества высокие – 74, протеина – 89, клетчатки – 75,
жира – 63 и БЭВ – 64.
Выращивая специальные сорта редьки масличной, можно проводить биологическую борьбу с свекловичной нематодой. Устойчивые сорта ускоряют развитие личинок нематоды, допускают их к
15
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
корневой системе, но не дают им достаточного питания. При таких
условиях превалируют нематоды мужского пола, а женские личинки
отмирают. Для полного биологического эффекта требуются относительно ранние сроки сева редьки масличной, чтобы были температурные потребности для развития нематод.
В последние годы послеуборочные посевы этой культуры используют для предотвращения водной эрозии.
Качество зеленой массы по питательности приближается к комбикормам. В особенности ценится за высокое содержание протеина в
осенний период. Недостаток – в отсутствии многих витаминов и биологически активных веществ и наличии токсичных глюкозидов, количество которых увеличивается по мере старения растений. Поэтому скашивают на зеленый корм и силос к цветению и дают животным
в смеси с другими кормами не более 20-30 кг в сутки на одну корову.
После измельчения лучше использовать корм на протяжении часа,
так как масса самосогревается и вкусовые качества падают. Описанные биологические свойства также позволяют отнести масличную
редьку к перспективным биокомпонентам ДСТ.
Сурепица
Сурепица (рис.1.3) и рапс два различных в ботаническом, но
сходных в сельскохозяйственном отношении растения. В семенах сурепицы содержится 33-42% слабовысыхающего масла (йодное число
105-122), которое по своим свойствам приближается к маслу рапса.
Однако присутствие эруковой кислоты снижает его пищевую ценность. Для пищевых целей используют рафинированное масло или
масло низкоэруковых сортов сурепицы, которое характеризуется высокими вкусовыми качествами. Применяют масло и для технических
целей в различных отраслях промышленности (мыловаренной, лакокрасочной, металлургической и др.). Жмых содержит до 40% полноценного белка и является хорошим концентрированным кормом для
животных. Скармливают его небольшими дозами, так как в нем содержатся вредные для организма животных глюкозиды. Для кормовых целей используют и зеленую массу сурепицы. Сурепица – хороший медонос. Недостаток ее как предшественника состоит в том, что
вследствие легкой осыпаемости семян она может засорять поля падалицей. Но при своевременной и высококачественной обработке почвы и борьбе с сорняками сурепица является хорошим предшественником яровых культур.
16
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Сурепица введена в культуру из сорняка, который распространен во всем северном полушарии. Издавна известна она в Афганистане, Пакистане, Западном Китае, Иране, Турции. В России сурепицу
начали высевать в XIX в. Средняя урожайность семян сурепицы составляет 3,3-4,2 т/га (таблица 1.2).
Рисунок 1.3 – Сурепица
Таблица 1.2 – Технологические свойства масличных культур
и физико-химические свойства растительных масел
Показатели
Урожайность, ц/га
Масличность, %
Вязкость масла при 20 °С, мм2 /с
Плотность масла при 20 °С, кг/м3
Коэффициент преломления
Температура застывания масла, °С
Йодное число
Низшая теплота сгорания, МДж/кг
рапс
14…33
40…48
75,1
916
1,472…1,476
до -10
95…118
37,17
Культура
сурепица
33…42
46…49
77,2
930
1,471…1,472
-8
105…122
37,23
редька
16…24
42…46
78,4
922
1,474…1,478
-12 и ниже
119…144
37,37
Сурепица в культуре представлена яровыми (Brassica campest –
ris L.) и озимыми (Brassica rapa oleifera D. С.) формами. Относится к
семейству Капустные – Brassicaceae. Однолетнее травянистое расте17
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ние с прямостоячим ветвистым стеблем, высотой от 0,5 до 1 м. Стебель голый, покрыт слабым восковым налетом и лишь внизу опушен.
Нижние листья черешковые лировидно-перистонадрезанные, опушенные с нижней стороны, верхние и средние – сидячие, цельнокроеные, голые, обратно-овальные. Цветки желтые, соцветие – кисть.
Опыляется перекрестно. Плод- стручок, длиной 3-5 см, прикрепляется к оси соцветия под острым углом, гладкий или слабобугорчатый, с
узким длинным носиком. Семена шаровидные, коричневые с серым
налетом, с крупносетчатой поверхностью. Масса 1000 семян 2-3 г.
В России наиболее распространена яровая сурепица. Вегетационный период ее 75-90 дней. Всходы появляются на 6-7-й день после
посева. Цветение начинается через 30-45 дней после всходов и продолжается 20-35 дней. Сурепица – перекрестноопыляющееся растение (в отличие от рапса).
Сурепица нетребовательна к условиям произрастания, холодостойка, влаголюбива. Семена начинают прорастать при температуре
1-3°С, более дружные всходы появляются при плюс 9-10°С. Лучшая
температура для роста вегетативной массы 15-20 °С, для цветения и
созревания семян 22-23 °С. Всходы могут переносить заморозки до
минус 5…8 °С. Сумма среднесуточных температур за вегетацию
1600-1900 °С. Более холодостойкая культура, а озимые формы более
зимостойкие, чем рапс. Поскольку период вегетации сурепицы на
10-15 дней короче, чем у рапса, ее можно высевать в более северных
районах.
Озимая сурепица развивает мощную, глубоко проникающую в
почву (до 3 м) корневую систему. В результате образуются воздушные проходы и почва разрыхляется. Эта культура улучшает структуру почв и фитосанитарное состояние поля, повышает его плодородие,
очищает от сорняков. Поэтому она служит хорошим предшественником озимой пшеницы, яровых пшеницы и ячменя, кукурузы и др.
Повышенная вязкость масел предполагает применение дополнительных устройств для подогрева растительного компонента ДСТ при
отрицательных температурах окружающего воздуха. Анализ идентичных свойств анализируемых масел показал, что сурепное масло
(СурМ) можно считать перспективным конкурентом рапсовому маслу
в качестве биологического компонента ДСТ.
18
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
2 ЖИРНОКИСЛОТНЫЙ СОСТАВ И НИЗШАЯ ТЕПЛОТА СГОРАНИЯ
МАСЕЛ РЕДЬКИ МАСЛИЧНОЙ И СУРЕПИЦЫ
КАК БИОКОМПОНЕНТОВ
СМЕСЕВЫХ РАСТИТЕЛЬНО-МИНЕРАЛЬНЫХ ТОПЛИВ
Растительные масла (в том числе редечное и сурепное) 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. По химическому составу - это сложные эфиры глицерина и высших предельных и непредельных кислот, причем эти глицерины всегда с четным
числом углеродных атомов в ацилатной группе. В составе сложного
эфира одна молекула глицерина связана с остатками трех жирных кислот, поэтому эти соединения называют триацилглицеринами, доля в
маслах которых достигает 93-98%.
В зависимости от количества и содержания кислот в триацилглицеринах их подразделяют на главные, второстепенные и минорные
(следовые). Главные кислоты – это одна, две или три кислоты, суммарная массовая доля которых составляет не менее 70%; если в масле
таких кислот две, то содержание каждой из них должно быть не ниже
20%. Второстепенные кислоты – это те кислоты, содержание которых
в масле достигает от десятых долей процента до 10-15%. Минорные
кислоты – это кислоты с содержанием от тысячных долей процента
до 1%.
Свойства масел зависят от того, остатки каких высших алифатических кислот входят в состав триацилглицеринов. В жирнокислотный состав (ВЖК) из насыщенных кислот, как правило, входят
стеариновая и пальмитиновая кислоты, из ненасыщенных – эруковая,
олеиновая и линолевая. Насыщенные кислоты устойчивы к нагреванию, действию окислителей и восстановителей. Они разлагаются
лишь при высокой температуре. Ненасыщенные кислоты более активны и в результате окисления кислородом полимеризуются. Однако
за счет искусственного увеличения концентрации насыщенных кислот, доля которых примерно в 10-17 раз меньше ненасыщеных, возможно изменение кислотного состава растительного масла. Насыщенные жирные кислоты являются биологически активными веществами и способствуют накоплению новых веществ в масле. Продолжительность этих изменений зависит от условий окисления масла и,
19
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
прежде всего, от температурного фактора и наличия веществ, которые могут замедлить этот процесс (антиоксиданты и ингибиторы).
Поэтому для замедления скорости окисления растительного масла в
эксплуатационных условиях необходимо увеличить содержание насыщенных кислот и минимизировать контакт масла с воздухом.
В процессе окисления ухудшаются вязкостно-температурные
свойства масла, и происходит накопление кислых продуктов, способствующих повышению коррозии материалов. С увеличением температуры до 170оС коррозионность масла возрастает, при достижении
этой температуры она ослабевает, что, по всей видимости, связано с
ускорением процессов конденсации и полимеризации кислотных соединений и возрастанием содержания в масле продуктов более глубокого окисления, например, смол. Смолистые вещества, отлагаясь
на поверхностях деталей, образуют лаковые пленки, которые препятствуют их контакту с коррозионно-агрессивной средой. Снизить коррозионную агрессивность возможно обработкой щелочью в процессе
технологической подготовки масла.
В последние годы для технических нужд и, в частности, для
производства биотоплива выведены сорта масличных культур с заданным составом ВЖК. При работе дизеля на таком биотопливе износ деталей топливной аппаратуры существенно меньше по сравнению с минеральном ДТ, т.к. входящие в состав растительных масел
ВЖК, сложные эфиры, спирты и другие соединения образуют прочную антифрикционную пленку на рабочих поверхностях трения.
В зависимости от концентрации, к примеру, эруковой кислоты, одно
и то же масло может иметь различную температуру плавления.
Поэтому при низких температурах предпочтительнее применять растительное масло с пониженным содержанием эруковой кислоты.
Таким образом, улучшение многих эксплуатационных свойств
растительных масел возможно в процессе их технологической подготовки: химической обработкой ВЖК, легированием антиокислительными присадками, увеличением концентрации насыщенных кислот,
минимизацией контакта масла с кислородом воздуха и пр.
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, определен20
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ное путем хроматографического анализа на хроматографе «Кристалл» (рис. 2.1).
Рисунок 2.1 – Общий вид хроматографа
Хроматографическому
анализу
подвергались
редечное
(100%РедМ), сурепное (100%СурМ) масла и смесевые растительноминеральные топлива на основе растительного масла и минерального
топлива (100%ДТ) в объемном соотношении: 25%РедМ + 75%ДТ;
50% РедМ + 50%ДТ; 75%РедМ + 25%ДТ; 90%РедМ + 10%ДТ;
90%РедМ + 10%ДТ(УЗ); 25%СурМ + 75%ДТ; 50%СурМ + 50%ДТ;
75%СурМ + 25%ДТ; 90%СурМ + 10%ДТ; 90%СурМ + 10%ДТ(УЗ).
Результаты хроматографического анализа натуральных редечного
и сурепного масел, смесевых растительно-минеральных топлив на их
основе в объемном соотношении 25:75, 50:50, 75:25 и 90:10 приведены
в таблицах 2.1-2.6.
21
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Таблица 2.1 – Результаты хроматографического анализа
натурального редечного масла и смесевых
редечно-минеральных топлив
Наименование
кислоты
100%РедМ
Миристиновая
0,04
0,041
0,03
0,02
0,02
Пентадекановая
0,02
0,013
0,33
0,98
1,97
Пальмитиновая
5,10
5,051
5,06
5,07
5,08
Пальмитоолеиновая
0,11
0,121
0,14
0,19
0,27
Стеариновая
2,46
2,411
2,40
2,29
2,18
Олеиновая
32,16
31,230
32,02
30,94
31,17
Линолевая
21,99
22,738
21,92
22,15
21,38
У-линоленовая
0,00
0,009
0,06
0,14
0,23
А-линоленовая
12,82
13,145
12,77
12,89
12,39
Арахиновая
0,89
0,914
0,91
0,91
0,88
Годоиновая
9,14
8,927
9,08
8,91
8,85
Эйкозадиеновая
0,42
0,401
0,47
0,61
0,63
Арахидоновая
0,12
0,139
0,11
0,15
0,12
Бегеновая
0,40
0,396
0,42
0,46
0,50
Эруковая
12,50
12,763
12,50
12,41
12,54
Докозадиеновая
0,15
0,027
0,05
0,04
0,07
Докозатриеновая
0,68
0,036
0,64
0,72
0,64
Лигноцериновая
1,03
0,429
1,08
1,07
1,08
Нервоновая
0,00
1,213
0,00
0,00
0,00
90%РедМ +75%РедМ + 50%РедМ 25%РедМ +
10%ДТ
25%ДТ
+50%ДТ
75%ДТ
22
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Таблица 2.2 – Результаты хроматографического анализа
натурального сурепного масла и смесевых
сурепно-минеральных топлив
75% СурМ 50% СурМ 25% СурМ
Наименование
100%СурМ 90%СурМ
кислоты
+ 10%ДТ + 25%ДТ + 50%ДТ + 75%ДТ
Миристиновая
0,040
0,037
0,035
0,035
0,032
Пентадекановая
0,013
0,013
0,012
0,012
0,011
Пальмитиновая
3,356
3,299
3,294
3,290
3,284
Пальмитоолеиновая
0,135
0,133
0,133
0,130
0,115
Стеариновая
1,551
1,561
1,568
1,599
1,659
Олеиновая
43,448
43,489
43,493
43,946
44,134
Линолевая
27,016
26,937
26,894
26,819
26,463
У-линоленовая
0,004
0,004
0,006
0,007
0,007
А-линоленовая
11,515
11,487
11,464
11,398
11,318
Арахиновая
0,444
0,450
0,450
0,453
0,454
Годоиновая
3,020
3,057
3,079
3,144
3,263
Эйкозадиеновая
0,186
0,183
0,181
0,166
0,164
Арахидоновая
0,049
0,047
0,044
0,042
0,036
Бегеновая
0,325
0,336
0,338
0,339
0,353
Эруковая
8,144
8,243
8,260
8,289
8,314
Докозадиеновая
0,022
0,021
0,020
0,020
0,019
Докозатриеновая
0,036
0,036
0,035
0,035
0,025
Лигноцериновая
0,219
0,212
0,210
0,210
0,207
Нервоновая
0,512
0,510
0,504
0,474
0,432
23
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Таблица 2.3 – Результаты хроматографического анализа
натурального редечного масла и смесевых редечноминеральных топлив, обработанных ультразвуком
Наименование
кислоты
100%РедМ
Миристиновая
0,04
0,04
0,04
0,02
0,02
Пентадекановая
0,01
0,01
0,02
0,02
0,03
Пальмитиновая
5,03
5,05
5,10
5,09
5,17
Пальмитоолеиновая
0,12
0,12
0,13
0,13
0,14
Стеариновая
2,43
2,41
2,40
2,35
2,27
Олеиновая
31,34
31,23
31,45
31,42
31,22
Линолевая
22,76
22,74
22,72
22,97
23,06
У-линоленовая
0,01
0,01
0,01
0,01
0,01
А-линоленовая
13,07
13,15
13,07
13,14
13,02
Арахиновая
0,91
0,91
0,89
0,90
0,84
Годоиновая
8,95
8,93
8,94
8,88
8,89
Эйкозадиеновая
0,40
0,40
0,37
0,38
0,36
Арахидоновая
0,14
0,14
0,13
0,14
0,130
Бегеновая
0,42
0,40
0,42
0,41
0,48
Эруковая
12,58
12,76
12,55
12,45
12,69
Докозадиеновая
0,03
0,03
0,03
0,02
0,01
Докозатриеновая
0,04
0,04
0,03
0,02
0,02
Лигноцериновая
0,51
0,43
0,50
0,48
0,45
Нервоновая
1,22
1,21
1,22
1,20
1,19
90%РедМ +75%РедМ + 50%РедМ 25%РедМ +
10%ДТ
25%ДТ
+50%ДТ
75%ДТ
24
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Таблица 2.4 – Результаты хроматографического анализа
натурального сурепного масла и смесевых сурепноминеральных топлив, обработанных ультразвуком
90% СурМ 75% СурМ 50% СурМ 25% СурМ
Наименование
100% СурМ
+ 10%ДТ + 25%ДТ + 50%ДТ + 75%ДТ
кислоты
Миристиновая
0,040
0,038
0,037
0,035
0,033
Пентадекановая
0,012
0,013
0,013
0,013
0,015
Пальмитиновая
3,326
3,328
3,334
3,353
3,385
Пальмитоолеиновая
0,135
0,137
0,139
0,147
0,149
Стеариновая
1,554
1,563
1,576
1,577
1,581
Олеиновая
43,474
43,495
43,503
43,524
43,566
Линолевая
26,803
26,841
26,970
27,003
27,130
У-линоленовая
0,003
0,004
0,004
0,005
0,009
А-линоленовая
11,477
11,477
11,461
11,461
11,453
Арахиновая
0,457
0,444
0,430
0,425
0,420
Годоиновая
3,075
3,071
3,064
3,057
3,050
Эйкозадиеновая
0,184
0,175
0,171
0,166
0,155
Арахидоновая
0,045
0,044
0,038
0,036
0,031
Бегеновая
0,333
0,333
0,333
0,336
0,241
Эруковая
8,269
8,295
8,347
8,351
8,368
Докозадиеновая
0,024
0,024
0,023
0,023
0,022
Докозатриеновая
0,036
0,036
0,036
0,034
0,033
Лигноцериновая
0,221
0,224
0,226
0,230
0,234
Нервоновая
0,535
0,529
0,525
0,518
0,494
25
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Определение элементарного состава и низшей теплоты сгорания
растительных масел и смесевых растительно-минеральных топлив на
их основе проведено по следующей методике (на примере СурМ).
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 сурепном масле по формулам:
хср = Σхi·ri ; уср = Σyi·ri; zср = Σzi·ri.
В результате расчета (без учета числа атомов не идентифицированного остатка) получаем (см. таблицу 2.5):
хср=(14·0,036+15·0,0013+16·(3,322+0,151)+18·(1,527+44,564+
+25,974+0,004+11,954)+20·(0,0460+2,917+0,180+0,015)+
+22·(0,310+7,856+0,024+0,035)++24·(0,154+0,512))·0,01=18,37;
уср=(28·0,036+30·0,013+32·3,322+30·0,151+36·1,527+34·44,564+
+32·25,974+30·(0,004+11,954)+40·0,460+38·2,917+36·0,180+32·0,015+
+44·0,310+42·7,856+40·0,024+38·0,035+48·0,154+46·0,512)·0,01= 33,85;
zср=(2·(0,036+0,013+3,322+0,151+1,527+44,564+25,974+0,004+
+11,954+0,460+2,917+0,180+0,0015+0,310+7,856+0,024+0,035+0,154+
+0,512)) ·0,01= 2,00.
Тогда усредненная химическая формула выделенных кислот
сурепного масла составит С18,4Н33,9О2.
Определим усредненную молекулярную формулу сурепного
масла:
3С18,4Н33,9О2+С3Н5(ОН)3-3Н2О=3С18,4Н33,9О2+С3Н2= С58,2Н103,7О6.
Усредненная
молекулярная
формула
сурепного
масла
С58,2Н103,7О6.
Среднюю молекулярную массу сурепного масла определяем по
формуле
МСурМ=(x∙3+3) ∙C+(y∙3+2) ∙H+z∙3∙O,
где x – число атомов углерода усредненной химической формулы
сурепного масла; y – число атомов водорода усредненной химической
формулы сурепного масла; z - число атомов кислорода усредненной
химической формулы сурепного масла; С, Н, О - молекулярные массы
углерода (С=12,011г/моль), водорода (Н=1,0079 г/моль) и кислорода
(О=15,9994 г/моль).
Молекулярную массу МСурМ также можно определить и по формуле
МСурМ=3∙МК + 38,
где МК – молекулярная масса среднего состава жирных кислот, г/моль.
26
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
М(СурМ) = (18,4 ∙ 3 +3) ∙12,011 + (33,9 ∙3 + 2) ∙1,0079 + (2 ∙ 3) ∙15,9994 =
= 899,556г/моль.
Таблица 2.5 – Жирнокислотный состав сурепного масла
Наименование кислоты
Миристиновая
Химическая формула
С14 Н28 О2
Содержание, %
0,036
Пентадекановая
С15 Н30 О2
0,013
Пальмитиновая
С16 Н32 О2
3,322
Пальмитоолеиновая
С16 Н30 О2
0,151
Стеариновая
С18 Н36 О2
1,527
Олеиновая
С18 Н34 О2
44,564
Линолевая
С18 Н32 О2
25,974
У-линоленовая
С18 Н30 О2
0,004
А-линоленовая
С18 Н30 О2
11,954
Арахиновая
С20 Н40 О2
0,46
Годоиновая
С20 Н38 О2
2,917
Эйкозадиеновая
С20 Н36 О2
0,18
Арахидоновая
С20 Н32 О2
0,015
Бегеновая
С22 Н44 О2
0,31
Эруковая
С22 Н42 О2
7,856
Докозадиеновая
С22 Н40 О2
0,024
Докозатриеновая
С22 Н38 О2
0,035
Лигноцериновая
С24 Н48 О2
0,154
Нервоновая
С24 Н46 О2
0,512
Суммарные молекулярные массы каждого из элементов в масле
сурепицы:
ΣМ(С) = 699,040 г/моль;
ΣМ(H) = 104,519 г/моль;
ΣМ(O) = 95,996 г/моль.
Разделив суммарные значения величин молекулярной массы
всех атомов углерода (С), водорода (Н) и кислорода (О), которые
входят в сурепное масло, на молекулярную массу сурепного масла,
получим относительные доли углерода, водорода и кислорода:
27
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
С = ΣМ(С)/ МСурМ =699,040 /899,556 = 0,777;
Н = ΣМ(H)/ МСурМ =104,519 /899,556 = 0,116;
О = ΣМ(O)/ МСурМ =95,996 /899,556 = 0,107.
Таким образом, элементарный состав сурепного масла:
С = 0,777; Н = 0,116 и О = 0,107.
Далее определяем элементарный состав ДСТ, состоящего из сурепного масла и минерального ДТ марки Л-0,2-62 с содержанием сурепного масла 25%, 50%, 75% и 90%.
Элементарный состав ДСТ:
Сдбк = К1⋅ССурМ+ К2⋅СДТ,
Ндбк = К1⋅НСурМ + К2⋅НДТ,
Одбк = К1⋅ОСурМ + К2⋅ОДТ,
где СДТ, ОДТ, НДТ – элементарный состав минерального ДТ
(СДТ = 0,870, НДТ = 0,126 и ОДТ = 0,004); ССурМ, ОСурМ, НСурМ – элементарный состав сурепного масла; К1 – дозы минерального ДТ; К2 –дозы
сурепного масла.
Элементарный состав ДСТ, состоящего из 25% сурепного масла
и 75% минерального ДТ, будет равен:
С25= ССурМ·0,25 + СДТ·0,75=0,777·0,25 + 0,870·0,75=0,847;
Н25= НСурМ·0,25 + НДТ·0,75=0,116·0,25 + 0,126·0,75=0,123;
О25= ОСурМ·0,25 + ОДТ·0,75=0,107·0,25 + 0,004·0,75=0,030.
Аналогичным образом был определен состав других видов ДСТ:
С50= ССурМ·0,5 + СДТ·0,5=0,777·0,5 + 0,870·0,5=0,824;
Н50= НСурМ·0,5 + НДТ·0,5=0,116·0,5 + 0,126·0,5=0,121;
О50= ОСурМ·0,5 + ОДТ·0,5=0,107·0,5 + 0,004·0,5=0,055;
С75= ССурМ·0,75 + СДТ·0,25=0,777·0,75 + 0,870·0,25=0,800;
Н75= НСурМ·0,75 + НДТ·0,25=0,116·0,75 + 0,126·0,25=0,119;
О75= ОСурМ·0,75 + ОДТ·0,25=0,107·0,75 + 0,004·0,25=0,081;
С90= ССурМ0,90 + СДТ·0,10=0,777·0,90 + 0,870·0,10=0,786;
Н90= НСурМ·0,90 + НДТ·0,10=0,116·0,90 + 0,126·0,10=0,117;
О90= ОСурМ·0,90 + ОДТ·0,10=0,107·0,90 + 0,004·0,10=0,097.
Низшую теплоту сгорания минерального ДТ, сурепного масла и
ДСТ 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 сурепном масле и ДСТ соответственно
серы и воды (принимаем S = 0, W = 0).
Тогда низшая теплота сгорания Нu составит:
28
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Нu(ДТ)= 34,013·0,870 + 125,6·0,126 - 10,9·(0,004- 0) -2,512·(9·0,126+ 0)=
42,4 МДж/кг;
Нu(100)=34,013·0,777+ 125,6·0,116 – 10,9·(0,107– 0) –2,512·(9·0,116+0)=
37,23 МДж/кг;
Нu(25) = 34,013·0,847 + 125,6·0,123 - 10,9·(0,030– 0)– 2,512·(9·0,123+0) =
41,15 МДж/кг;
Нu(50) = 34,013·0,824 + 125,6·0,121–10,9·(0,055 – 0)– 2,512·(9·0,121+0) =
39,88 МДж/кг;
Нu(75) = 34,013·0,800 + 125,6·0,119–10,9·(0,081 – 0)– 2,512·(9·0,119+0) =
38,56 МДж/кг.
Нu(90) = 34,013·0,786 + 125,6·0,117– 10,9·(0,097– 0)– 2,512·(9·0,117+0) =
37,76 МДж/кг.
Вязкость (кинематическая) и плотность определялись при температуре 20°С экспериментально с помощью вискозиметра ВПЖ и
ареометра (нефтеденсиметра ) АНТ.
Результаты расчетов представлены в таблице 2.6.
Таблица 2.6 – Элементарный состав, низшая теплота сгорания
и физико-химические свойства минерального ДТ,
сурепного масла и сурепно-минерального топлива
С
Н
О
100%ДТ
0,870
0,126
0,004
Низшая
теплота
сгорания,
МДж/кг
42,40
100%СурМ
0,777
0,116
0,107
37,23
Вид топлива
25%СурМ+
75%ДТ
50%СурМ+
50%ДТ
75%СурМ+
25%ДТ
90%СурМ+
10%ДТ
Элементарный
состав
0
0,847
0
0,123
0
0,824
0
0,121
0
0,800
0
0
39,88
0
0,081
0
0,117
41,15
0,055
0,119
0
0,786
0
0,030
38,56
0
0,097
37,76
Плотность,
кг/м3
Вязкость,
мм2/с
826
4,2
930
77,2
878
22,7
895
40,9
913
59,1
914
71,0
Цетановое
число
51
64,7
57,7
59,8
60,4
61,2
Примечание: С – углерод; Н – водород; О – кислород
Аналогично был определен молекулярный состав и низшая теплота сгорания редечного масла и смесевых редечно-минеральных топлив. Результаты
расчетов представлены в таблицах 2.7 и 2.8.
29
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Таблица 2.7 – Жирнокислотный состав редечного масла
Наименование кислоты
Химическая формула
Содержание, %
Миристиновая
С14 Н28 О2
0,04
Пентадекановая
С15 Н30 О2
0,01
Пальмитиновая
С16 Н32 О2
5,03
Пальмитоолеиновая
С16 Н30 О2
0,12
Стеариновая
С18 Н36 О2
2,43
Олеиновая
С18 Н34 О2
31,34
Линолевая
С18 Н32 О2
22,76
У-линоленовая
С18 Н30 О2
0,01
А-линоленовая
С18 Н30 О2
13,07
Арахиновая
С20 Н40 О2
0,91
Годоиновая
С20 Н38 О2
8,95
Эйкозадиеновая
С20 Н36 О2
0,40
Арахидоновая
С20 Н32 О2
0,14
Бегеновая
С22 Н44 О2
0,42
Эруковая
С22 Н42 О2
12,58
Докозадиеновая
С22 Н40 О2
0,03
Докозатриеновая
С22 Н38 О2
0,04
Лигноуериновая
С24 Н48 О2
0,51
Нервоновая
С24 Н46 О2
1,22
Таблица 2.8 – Элементарный состав, низшая теплота сгорания
и физико-химические свойства минерального ДТ,
редечного масла и редечно-минерального топлива
Вид топлива
100%ДТ
100%РедМ
25%РедМ+
75%ДТ
50%РедМ+
50%ДТ
75%РедМ+
25%ДТ
90%РедМ+
10%ДТ
Низшая
теплота
сгорания,
МДж/кг
42,40
37,37
Элементарный
состав
С
Н
0,870
0,778
0,126
0,117
0
0,847
0
0,824
0
0,801
0
0,787
0,124
0,121
0,119
0,118
О
0,004
0,105
0
0,029
0
0,055
0
0,080
0
0,095
Плотность,
кг/м3
Цетановое
Вязкость,
число
мм2/с
826
922
4,2
78,4
41,24
885
23,0
39,89
897
41,5
38,66
908
60,0
37,89
914
71,0
Примечание: С – углерод; Н – водород; О – кислород
30
51
65,1
58,1
60,2
61,3
62,7
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
3 ПРОГРАММА И МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ
ИССЛЕДОВАНИЙ ДИЗЕЛЯ В СТЕНДОВЫХ УСЛОВИЯХ
ПРИ РАБОТЕ НА СМЕСЕВЫХ РЕДЕЧНО-МИНЕРАЛЬНОМ
И СУРЕПНО-МИНЕРАЛЬНОМ ТОПЛИВАХ
3.1 ПРОГРАММА И ОБЪЕКТ ИССЛЕДОВАНИЙ
Программа исследований включала:
• лабораторные исследования по определению плотности и
вязкости минерального дизельного топлива (ДТ), растительных
масел (РедМ, СурМ) и смесевых растительно-минеральных топлив
(РедМ + ДТ, Сур +ДТ) в объемном 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 ДТ и смесевых растительно-минеральных
топливах (РедМ + ДТ, СурМ +ДТ) в объемном 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 смесевых
растительно-минеральных топливах.
Виды исследуемых топлив:
1. Товарное минеральное дизельное топливо Л-0,2-62 – 100% ДТ.
2. Смесевые растительно-минеральные топлива 25%РедМ + 75%
ДТ; 50%РедМ + 50%ДТ; 75%РедМ + 25%ДТ; 90%РедМ + 10%ДТ;
90%РедМ + 10%ДТ(УЗ); 25%СурМ + 75%ДТ; 50% СурМ + 50%ДТ;
75% СурМ + 25%ДТ; 90% СурМ + 10%ДТ; 90% СурМ + 10%ДТ(УЗ).
УЗ – топливо обработано ультразвуком.
Дизель 4Ч 11/12,5 (Д-243) – четырехтактный, четырехцилиндровый, со свободным впуском воздушного заряда, с жидкостной системой охлаждения и неразделенной формой камеры сгорания (типа
31
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ЦНИДИ), диаметр цилиндра 110 мм, ход поршня 125 мм, степень
сжатия 16.
Дизель был оснащен топливным насосом 4УТНМ и при работе
на товарном минеральном ДТ его номинальная эффективная мощность находилась в пределах 55,2±1,1 кВт на частоте вращения коленчатого вала 2200 ± 30 мин-1.
3.2 МЕТОДИКА ЛАБОРАТОРНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ
ПО ОПРЕДЕЛЕНИЮ ПЛОТНОСТИ И ВЯЗКОСТИ
МИНЕРАЛЬНОГО ДИЗЕЛЬНОГО ТОПЛИВА,
РАСТИТЕЛЬНЫХ МАСЕЛ И СМЕСЕВЫХ РАСТИТЕЛЬНОМИНЕРАЛЬНЫХ ТОПЛИВ
3.2.1 Оборудование и приборное обеспечение
Предметом лабораторных исследований являлись минеральное
ДТ, растительные масла (РедМ, СурМ) и смесевые растительноминеральные топлива (РедМ + ДТ, СурМ +ДТ) в объемном 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, а также ареометр АНТ.
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
32
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
3.2.2 Методика определения плотности минерального дизельного
топлива, растительных масел
и смесевых растительно-минеральных топлив
Определение плотности осуществлялось в следующей последовательности:
1) Налить исследуемый вид топлива и масла в емкость таким
образом, чтобы оно медленно стекало по внутренней стенки 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 топлива после того, как он установится и прекратится 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 °С по формуле
ρ20 = ρt + γ ∙ (t – 20), кг/м3 ,
где ρt – плотность топлива по шкале прибора, кг/м3; γ – температурная поправка плотности на 1° (для редькового и сурепного масел γ =
0,607); t – температура в момент замера, °С.
3.2.3 Методика определения вязкости минерального дизельного
топлива, растительных масел
и смесевых растительно-минеральных топлив
Определение вязкости осуществлялось в следующей последовательности:
1) Подготовить вискозиметр
– промыть вискозиметр бензином, а затем петролейным эфиром и
водой;
– залить вискозиметр хромовой смесью не мене чем на 5-6 часов;
– промыть вискозиметр дистиллированной водой;
33
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
Предметом контрольных безмоторных исследований агрегатов
дизельной топливной аппаратуры являлись насос высокого давления
(ТНВД) секционного типа 4УТНМ-1111005, отрегулированный на
параметры дизеля 4Ч11/12,5 (Д-243) и комплект рабочих форсунок
ФД-22 с нагнетательными топливопроводами.
34
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
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 по ГОСТ 10579-88.
Полученные при контрольных испытаниях значения регулировочных параметров, отвечающие требованиям соответствующих
госстандартов и технических условий, были приняты за исходные
(начальные) значения перед проведением экспериментальных исследований.
Экспериментальная безмоторная установка включала (рис. 3.2):
стенд для испытания и регулировки дизельной топливной аппаратуры
КИ-15711М-01-ГОСНИТИ, укомплектованный приборами для снятия
необходимых параметров (частоты вращения кулачкового вала
ТНВД, числа циклов, давления и температуры топлива на входе в наполнительную полость ТНВД, углов геометрического начала нагнетания и начала впрыскивания топлива, производительности насосных
секций); топливный насос 4УТНМ-1111005; комплекты форсунок
ФД-22 и нагнетательных топливопроводов.
Рисунок 3.2 – Общий вид экспериментальной безмоторной установки:
1 – потенциометр КСП-4; 2 – насос топливный
4УТНМ-1111005 в комплекте с форсунками;
3 – стенд КИ-15711М-01-ГОСНИТИ
35
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
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 °С.
За оценочные показатели ТНВД были приняты: средняя объемная цикловая и часовая подачи топлива, неравномерность подачи топлива по линиям нагнетания.
Определение регулировочных показателей ТНВД производилось
по результатам безмоторных испытаний в условиях регуляторной характеристики.
Расчет регулировочных показателей ТНВД осуществлялся по
следующим формулам:
- средняя объемная цикловая подача топлива
V ⋅ 103
∑
V =
, мм3/цикл,
Ц
z⋅i
где ∑ V – суммарный объем топлива, поступившего в мерные емкости, см3; z – число линий нагнетания; i – число циклов;
- часовая подача топлива
∑ V ⋅ n к ⋅ ρ т , кг/ч,
G = 6 ⋅ 10 − 6 ⋅
i
где n к – частота вращения кулачкового вала ТНВД, мин-1; ρт – плотность топлива при условиях испытаний, кг/м3;
- неравномерность подачи топлива по линиям нагнетания
δ=
2 ⋅ (Vmax − Vmin )
,%,
Vmax + Vmin
где Vmax, Vmin – подача топлива секциями соответственно с максимальной и минимальной производительностью, см3;
- плотность топлива
ρ = ρ0 - 10-4∙(18 - 13ρ0)∙(tТ – t0), г/см3 ,
где ρ0 – плотность топлива при нормальных условиях (t0=20 °C);
tТ – температура топлива, °С.
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.
36
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
3.4 МЕТОДИКА СТЕНДОВЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ ДИЗЕЛЯ
ПРИ РАБОТЕ НА МИНЕРАЛЬНОМ ДИЗЕЛЬНОМ ТОПЛИВЕ
И СМЕСЕВЫХ РАСТИТЕЛЬНО-МИНЕРАЛЬНЫХ 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 смесевых растительно-минеральных топливах включала (рис. 3.3): тракторный дизель Д-243 (4Ч 11/12,5) с системой отвода отработавших
газов, динамометрическую машину КS-56/4 со штатными контрольно-измерительными приборами (весовое устройство тормоза, тахометр), измерительно-регистрирующий комплекс и систему подачи
смесевых растительно-минеральных топлив.
В состав измерительно-регистрирующего комплекса входили
(рис. 3.4): 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.
3.5) частоты вращения коленчатого вала (рис. 3.6), 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. 3.7) и тензоусилительная станция 8АНЧ-7М. Место установки тензометрического датчика давления топлива показано на
рисунке 3.8.
Измерение давления газов при индицировании четвертого цилиндра дизеля (как наиболее теплонапряженного) осуществлялось
датчиком давления газов ЛХ-612М с принудительным охлаждением.
37
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Датчик устанавливался в специальный переходник, вворачиваемый в
головку цилиндров (рис. 3.9) и соединялся каналом с центральной частью камеры сгорания дизеля. Подвод охлаждающей жидкости к датчику осуществлялся от водопроводной сети. Для преобразования сигнала использовался АЦП LA-2USB, который устанавливался в цепь
между датчиком и компьютером.
Измерение дымности (Д, %) отработавших газов на каждом виде
смесевого топлива при работе дизеля на нагрузочно-скоростных режимах осуществлялось дымомером КИД-2. Для определения концентрации в отработавших газах оксида углерода (СО, %) использовался
газоанализатор АВТОТЕСТ СО-СН-Д.
Ультразвуковая обработка смесевых растительно-минеральных
топлив осуществлялась ультразвуковым низкочастотным диспергатором УЗДН-2Т с магнитострикционными излучателями на 44 кГц (рис.
3.10).
Рисунок 3.3 – Общий вид экспериментальной моторной установки:
1 – машина динамометрическая КS-56/4; 2 – расходомер топлива; 3 – дизель 4Ч 11/12,5 (Д-243)
38
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Рисунок 3.4 – 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
Рисунок 3.5 – Датчик ВМТ фотоэлектрического типа:
1 – маховик; 2 – фотодиод; 3 – флажок; 4 – лампа
накаливания; 5 – шпилька маховика
39
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Рисунок 3.6 – Индуктивный датчик частоты вращения коленчатого вала прибора ИМД-ЦМ (место установки)
Рисунок 3.7 – Тензометрический датчик давления топлива ЦНИТА
Рисунок 3.8 – 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
40
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Рисунок 3.9 – Датчик давления газов ЛХ-612М (место установки)
Рисунок 3.10 – Ультразвуковой диспергатор УЗДН-2Т
Коэффициент избытка воздуха определялся как отношение действительного количества воздуха (Gвд) к теоретически необходимого
(Gвт) для полного сгорания смесевых топлив:
α = Gвд/ Gвт.
Для определения действительного количества воздуха использовался расходомер (рис. 3.11), состоящий из ёмкости объёмом, равным
200 объёмов одного цилиндра двигателя, сопла для определения скорости движения воздуха, дифференциального манометра для измерения перепада давления в сопле и термометра для замера температуры
поступающего воздуха. Тогда коэффициент α в раскрытом виде составит:
41
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
α=
G вд
G вт
=
3600 ⋅ f ⋅ ϕ ⋅ 2g ⋅ H ⋅ ρ в
,
2
−
l ⋅ G ⋅10
0
т
где f – площадь проходного сечения сопла, м2 (f = 0,00126 м2); φ – коэффициент расхода воздуха через сопло; g – ускорение свободного
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):
ηv =
G вд
G во
=
3600 ⋅ f ⋅ ϕ ⋅ 2g ⋅ H ⋅ ρ в
0,03 ⋅ Vh ⋅ n ⋅ ρ в
,
где Vh – литраж двигателя, л (Vh = 4,75 л); n – частота вращения коленчатого вала (к.в.) двигателя, мин-1.
1
2
3
Рисунок 3.11 – Расходомер воздуха: 1 – емкость; 2 – термометр;
3 – манометр дифференциальный
42
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
3.4.2 Методика экспериментальной оценки показателей дизеля
при работе на минеральном дизельном топливе и смесевых
растительно-минеральных топливах
Моторные исследования дизеля по мощностным, топливноэкономическим и экологическим показателям проводились на корректорной ветви регуляторной характеристики.
Отклонения оценочных показателей дизеля при работе на смесевых растительно-минеральных топливах 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 ДТ Л-0,2-62 и смесевых растительно-минеральных топливах, полученных путем смешивания ДТ с растительными маслами:
25%РедМ + 75% ДТ; 50%РедМ + 50%ДТ; 75%РедМ + 25%ДТ;
90%РедМ + 10%ДТ; 25%СурМ + 75%ДТ; 50%СурМ + 50%ДТ;
75%СурМ + 25%ДТ; 90%СурМ + 10%ДТ. Смесевые топлива 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 цилиндрах дизель на заданном режиме работал не менее 5 минут.
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
ΔG т
, кг/ч,
G т = 3,6 ⋅
Δτ
где ΔG т – навеска топлива, г; Δτ – время расхода навески топлива, с;
- эффективная мощность
Ne =
P⋅n
, кВт,
1000
где Р – нагрузка на тормозе стенда, кг∙м; n – частота вращения к.в.,
мин-1;
43
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
- удельный эффективный расход топлива
ge =
- эффективный КПД
G т ⋅ 1000
, г/кВт⋅ч,
Ne
ηe =
3600
Hu ⋅ ge
,
где Hu – низшая теплота сгорания топлива, МДж/кг.
44
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
4 РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ
ДИЗЕЛЯ В СТЕНДОВЫХ УСЛОВИЯХ ПРИ РАБОТЕ
НА МИНЕРАЛЬНОМ И СМЕСЕВЫХ
РАСТИТЕЛЬНО-МИНЕРАЛЬНЫХ ТОПЛИВАХ
Анализ результатов моторных исследований проводился при работе дизеля на товарном минеральном ДТ и смесевых топливах, полученных путем смешивания минерального ДТ с растительными маслами: редечным (РедМ) и сурепным (СурМ), в объемном соотношении 25%РедМ + 75% ДТ; 50%РедМ + 50%ДТ; 75%РедМ + 25%ДТ;
90%РедМ + 10%ДТ; 90%РедМ + 10%ДТ(УЗ); 25%СурМ + 75%ДТ;
50%СурМ + 50%ДТ; 75%СурМ + 25%ДТ; 90%СурМ + 10%ДТ;
90%СурМ + 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.
Редечное масло: Нu = 37,37 МДж/кг; С = 0,778, Н = 0,117, О =
0,105; ρ20 = 922 кг/м3; υ20 = 78,4 мм2/с.
Сурепное масло: Нu = 37,23 МДж/кг; С = 0,777, Н = 0,116, О =
0,107; ρ20 = 930 кг/м3; υ20 = 77,2 мм2/с.
Смесевые растительно-минеральные топлива:
• 25%РедМ + 75%ДТ: Нu = 41,24 МДж/кг; С = 0,847, Н = 0,124,
О = 0,029, ρ20 = 885 кг/м3; υ20 = 23,0 мм2/с.
• 50%РедМ + 50%ДТ: Нu = 39,89 МДж/кг; С = 0,824, Н = 0,121,
О = 0,055; ρ20 = 897 кг/м3; υ20 = 41,5 мм2/с.
• 75%РедМ + 25%ДТ: Нu = 38,66 МДж/кг; С = 0,801, Н = 0,119,
О = 0,080; ρ20 = 908 кг/м3; υ20 = 60,0 мм2/с.
• 90%РедМ + 10%ДТ: Нu = 37,89 МДж/кг; С = 0,787, Н = 0,118,
О = 0,095; ρ20 = 914 кг/м3; υ20 = 71,0 мм2/с.
• 25% СурМ + 75%ДТ: Нu = 41,23 МДж/кг; С = 0,847, Н = 0,123,
О = 0,030; ρ20 = 878 кг/м3; υ20 = 22,7 мм2/с.
• 50% СурМ + 50%ДТ: Нu = 39,88 МДж/кг; С = 0,824, Н = 0,121,
О = 0,055; ρ20 = 895 кг/м3; υ20 = 40,9 мм2/с.
• 75% СурМ + 25%ДТ: Нu = 38,56 МДж/кг; С = 0,800, Н = 0,119,
О = 0,081; ρ20 = 913 кг/м3; υ20 = 59,1 мм2/с;
• 90% СурМ + 10%ДТ: Нu = 37,76 МДж/кг; С = 0,786, Н = 0,117,
О = 0,097; ρ20 = 914 кг/м3; υ20 = 71,0 мм2/с.
45
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Результаты моторных исследований приведены в таблицах
4.1-4.6 и показаны на рисунках 4.1-4.31.
4.1 РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ ДИЗЕЛЯ ПРИ РАБОТЕ
НА СМЕСЕВЫХ РЕДЕЧНО-МИНЕРАЛЬНЫХ ТОПЛИВАХ
В таблицах 4.1-4.3 приведены результаты моторных исследований дизеля при работе на смесевых редечно-минеральных топливах, а
на рисунках 4.1-4.15 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 смесевом редечно-минеральном топливе 90% РедМ + 10% ДТ
в номинальном режиме, по сравнению с работой дизеля на минеральном ДТ, максимальное давление цикла снижается на 8,5%
(с 7,54 МПа до 6,89 МПа), коэффициент избытка воздуха увеличивается на 7,7% (с 1,520 до 1,637), коэффициент наполнения – на 1,7%
(с 0,861 до 0,876), эффективная мощность уменьшается на 7,3% (с
56,1 кВт до 52,0 кВт), часовой и удельный эффективный расходы топлива увеличиваются соответственно на 6,3% (с 14,3 кг/ч до 15,2 кг/ч)
и 15,8% (с 252,4 г/кВт∙ч до 292,3 г/кВт∙ч). При работе двигателя на
смесевом топливе 25%РедМ + 75% ДТ эффективный КПД уменьшается на 3,9% (с 0,333 до 0,320). При дальнейшем увеличении в смесевом топливе редечного масла до 90% эффективный КПД уменьшается
на 2,8% (с 0,333 до 0,329).
После обработки смесевого редечно-минерального топлива
90% РедМ + 10% ДТ (УЗ) ультразвуком показатели дизеля изменяются в меньшей степени, чем при работе дизеля на необработанном топливе. Так максимальное давление цикла снижается на 7,9% (с 7,54
МПа до 6,94 МПа), коэффициент избытка воздуха увеличивается на
9,1% (с 1,520 до 1,658), коэффициент наполнения – на 2,0% (с 0,861
до 0,878), эффективная мощность уменьшается на 5,2% (с 56,1 кВт до
53,2 кВт), удельный эффективный расход топлива возрастает на
12,4% (с 252,4 г/кВт∙ч до 283,8 г/кВт∙ч), эффективный КПД – на 1,8%
(с 0,333 до 0,339).
При содержании в смесевом топливе редечного масла не более
50% экологические показатели лучше аналогичных показателей, чем
46
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
при работе дизеля с другим объемным содержанием биокомпонента.
Так дымность отработавших газов снижается на 13,3% (с 45% до
39%), содержание оксида углерода – на 16,0% (с 0,25% до 0,21%). При
дальнейшем увеличении биологического компонента в смесевом редечно-минеральном топливе дымность отработавших газов увеличивается на 13,3% (с 45% до 51%), содержание оксида углерода – на
20,0% (с 0,25% до 0,30%). Однако, после обработки смесевого топлива 90% РедМ + 10% ДТ(УЗ) ультразвуком дымность отработавших
газов увеличивается на 11,1% (с 45 % до 50 %), содержание оксида
углерода – на 16,0% (с 0,25% до 0,29%).
При работе дизеля на номинальном режиме все виды смесевых
растительно-минеральных топлив обеспечивают эффективный КПД в
пределах 0,320-0,339, 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 смесевых редечноминеральных топливах максимальное давление цикла остается постоянным и составляет 6,3 МПа. При работе дизеля на смесевом топливе
90% РедМ + 10% ДТ коэффициент избытка воздуха уменьшается на
32,9% (с 7,187 до 4,818) при практически постоянном коэффициенте
наполнения (ηv = 0,87), часовой расход топлива увеличивается на
72,3% (с 1,1 кг/ч до 1,9 кг/ч), а после ее обработки ультразвуком коэффициент избытка воздуха уменьшается на 29,2% (с 7,187 до 5,085),
часовой расход топлива – на 63,6% (с 1,1 кг/ч до 1,8 кг/ч).
При содержании в смесевом топливе редечного масла не более
50% дымность отработавших газов снижается на 66,7% (с 6% до 2%),
содержание оксида углерода – на 42,9% (с 0,07% до 0,04%). При дальнейшем увеличении биологического компонента (до 90%) в смесевом
редечно-минеральном топливе дымность отработавших газов увеличивается на 66,7% (с 6% до 10%), содержание оксида углерода – на
57,1% (с 0,07% до 0,11%), а после обработки смесевого топлива
90% РедМ + 10% ДТ ультразвуком дымность отработавших газов
увеличивается на 50% (с 6% до 9%), содержание оксида углерода – на
42,9% (с 0,07% до 0,10%).
47
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Таблица 4.1 – Максимальное давление цикла (Рz), коэффициент
избытка воздуха (α) и коэффициент наполнения (ηv)
дизеля Д-243 (4Ч11/12,5) при работе на смесевых
редечно-минеральных топливах
Вид топлива
Показатели
1
100%ДТ
25%РедМ
+75%ДТ
50%РедМ
+50%ДТ
75%РедМ
+25%ДТ
90%РедМ
+10%ДТ
90%РедМ
+10%ДТ
(УЗ)
2
3
4
5
6
7
Нагрузка 100% (n = 2200 мин-1, режим номинальной мощности)
Рz, МПа
7,54
7,22
7,10
6,99
6,89
6,94
α
1,520
1,555
1,583
1,620
1,637
1,658
ηv
0,861
0,870
0,872
0,874
0,876
0,878
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
6,006
5,780
5,286
4,818
5,085
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 смесевых редечно-минеральных
топливах
Вид топлива
Показатели
100%ДТ
25%РедМ
+75%ДТ
50%РедМ
+50%ДТ
75%РедМ
+25%ДТ
90%РедМ
+10%ДТ
90%РедМ
+10%ДТ
(УЗ)
1
2
3
4
5
6
7
-1
Нагрузка 100% (n = 1400 мин , режим максимального крутящего момента)
Ne, кВт
40,2
38,9
38,2
37,8
37,4
38,4
GT, кг/ч
10,7
11,0
11,2
11,4
11,6
11,5
ge, г/кВт·ч
266,8
282,8
293,2
301,6
310,2
299,5
ηе
0,318
0,308
0,308
0,309
0,310
0,321
Нагрузка 100% (n = 1600 мин-1)
Ne, кВт
45,8
44,0
43,5
43,0
42,6
43,7
GT, кг/ч
11,6
11,9
12,1
12,3
12,5
12,4
ge, г/кВт·ч
253,3
270,5
278,2
286,1
293,4
283,8
ηе
0,335
0,323
0,324
0,327
48
0,328
0,339
Окончание таблицы 4.2
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
1
2
Ne, кВт
GT, кг/ч
ge, г/кВт·ч
ηе
50,4
12,5
248,0
0,342
3
4
5
Нагрузка 100% (n = 1800 мин-1)
6
7
48,6
48,2
47,7
47,3
48,4
12,8
13,0
13,2
13,4
13,3
263,4
269,7
276,7
283,3
274,8
0,332
0,335
0,338
0,340
0,350
-1
Нагрузка 100% (n = 2000 мин )
Ne, кВт
53,8
51,9
51,3
50,8
50,4
51,5
GT, кг/ч
13,4
13,7
13,9
14,1
14,3
14,2
ge, г/кВт·ч
249,1
264,0
271,0
277,6
283,7
275,7
ηе
0,341
0,331
0,333
0,337
0,339
0,349
-1
Нагрузка 100% (n = 2200 мин , режим номинальной мощности)
Ne, кВт
56,1
53,5
53,0
52,4
52,0
53,2
GT, кг/ч
14,3
14,6
14,8
15,0
15,2
15,1
ge, г/кВт·ч
252,4
272,9
279,3
286,3
292,3
283,8
ηе
0,333
0,320
0,323
0,327
0,329
0,339
Режим минимальной устойчивой частоты вращения холостого хода (n = 800 мин-1)
GT, кг/ч
1,1
1,4
1,5
1,7
1,9
1,8
-1
Режим холостого хода (n = 1000 мин )
GT, кг/ч
1,4
1,7
1,9
2,1
2,3
2,2
-1
Режим холостого хода (n = 1200 мин )
GT, кг/ч
1,8
2,1
2,3
2,5
2,7
2,6
Режим холостого хода (n = 1400 мин-1)
GT, кг/ч
2,1
2,5
2,7
2,9
3,2
3,1
Режим холостого хода (n = 1600 мин-1)
GT, кг/ч
2,4
2,9
3,1
3,3
3,6
3,5
-1
Режим холостого хода (n = 1800 мин )
GT, кг/ч
2,8
3,3
3,5
3,8
4,1
3,9
Режим холостого хода (n = 2000 мин-1)
GT, кг/ч
3,1
3,7
3,8
4,2
4,5
4,4
Режим холостого хода (n = 2200 мин-1)
GT, кг/ч
3,4
4,1
4,3
4,6
4,9
4,8
Режим максимальной частоты вращения холостого хода (n = 2350 мин-1)
GT, кг/ч
3,8
4,5
4,8
5,1
5,4
5,3
49
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Таблица 4.3 – Экологические показатели дизеля Д-243 (4Ч11/12,5)
при работе на смесевых редечно-минеральных топливах
Вид топлива
Показатели
1
25%РедькМ 50%РедькМ 75%РедькМ 90%РедькМ
100%ДТ
+75%ДТ
+50%ДТ
+25%ДТ
+10%ДТ
2
3
4
5
90%РедькМ
+10%ДТ
(УЗ)
6
7
Нагрузка 100% (n = 1400 мин-1, режим максимального крутящего момента)
Д, %
СО, %
28
24
22
31
34
33
0,10
0,07
0,06
0,11
0,13
0,12
Нагрузка 100% (n = 1600 мин-1)
Д, %
СО, %
29
25
23
32
35
34
0,11
0,08
0,07
0,12
0,14
0,13
Нагрузка 100% (n = 1800 мин-1)
Д, %
СО, %
31
28
26
34
37
36
0,13
0,10
0,09
0,14
0,17
0,16
Нагрузка 100% (n = 2000 мин-1)
Д, %
СО, %
36
32
30
39
42
41
0,17
0,14
0,13
0,19
0,22
0,21
Нагрузка 100% (n = 2200 мин-1, режим номинальной мощности)
Д, %
СО, %
45
41
39
48
51
50
0,25
0,22
0,21
0,27
0,30
0,29
Режим минимальной устойчивой частоты вращения холостого хода (n = 800 мин-1)
Д, %
СО, %
6
3
2
8
10
9
0,07
0,05
0,04
0,09
0,11
0,10
Режим холостого хода (n = 1000 мин-1)
Д, %
СО, %
11
8
7
13
15
14
0,06
0,04
0,03
0,08
0,10
0,09
50
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Окончание таблицы 4.3
1
2
3
4
5
6
7
Режим холостого хода (n = 1200 мин-1)
Д, %
СО, %
15
12
11
17
19
18
0,06
0,04
0,03
0,08
0,10
0,09
Режим холостого хода (n = 1400 мин-1)
Д, %
СО, %
18
15
14
20
22
21
0,05
0,03
0,02
0,07
0,09
0,08
Режим холостого хода (n = 1600 мин-1)
Д, %
СО, %
20
17
16
22
24
23
0,05
0,03
0,02
0,07
0,09
0,08
Режим холостого хода (n = 1800 мин-1)
Д, %
СО, %
22
19
18
24
26
25
0,05
0,03
0,02
0,07
0,09
0,08
Режим холостого хода (n = 2000 мин-1)
Д, %
СО, %
23
20
19
25
27
26
0,05
0,03
0,02
0,07
0,09
0,08
Режим холостого хода (n = 2200мин-1)
Д, %
СО, %
24
21
20
26
28
27
0,05
0,03
0,02
0,07
0,09
0,08
Режим максимальной частоты вращения холостого хода (n = 2350 мин-1)
Д, %
СО, %
25
22
21
27
29
28
0,05
0,03
0,02
0,07
0,09
0,08
51
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 смесевом
редечно-минеральном топливе 25%РедькМ + 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
7,23
7,11
6,99
6,89
6,94
6,6
6,4
6,2
6
1
2
3
4
5
6
Рисунок 4.2 – Максимальное давление цикла дизеля в режиме номинальной мощности при работе на смесевых редечноминеральных топливах: 1) 100%ДТ; 2) 25%РедМ + 75%ДТ;
3) 50% РедМ + 50%ДТ; 4) 75% РедМ + 25%ДТ;
5) 90% РедМ + 10%ДТ
52
Коэффициент избытка воздуха.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
2
1,9
1,8
1,7
1,6
1,5
1,520
1,555
1
2
1,583
1,620
1,637
4
5
1,658
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 смесевых редечно-минеральных
топливах: 1) 100%ДТ; 2) 25%РедМ + 75%ДТ;
3) 50% РедМ + 50%ДТ; 4) 75% РедМ + 25%ДТ;
5) 90% РедМ + 10%ДТ; 6) 90% РедМ + 10%ДТ(УЗ)
0,9
0,89
0,88
0,87
0,86
0,861
0,870
1
2
0,872
0,874
0,876
4
5
0,878
0,85
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 смесевых редечно-минеральных
топливах: 1) 100%ДТ; 2) 25%РедМ + 75%ДТ;
3) 50% РедМ + 50%ДТ; 4) 75% РедМ + 25%ДТ;
5) 90% РедМ + 10%ДТ; 6) 90% РедМ + 10%ДТ(УЗ)
53
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)
54
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Удельный эффективный расход топлива, г/кВт*ч.
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)
55
Дымность, %
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
55
50
45
40
35
30
25
20
1400
1600
1800
2000
2200
Частота вращения к. в., мин-1
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 4.6 – 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%РедМ + 75%ДТ;
—
♦— - 50%РедМ + 50%ДТ; —▲— - 75%РедМ + 25%ДТ; —●— 90%РедМ + 10%ДТ; —-— - 90%РедМ + 10%ДТ(УЗ)
56
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
0,88
ηv
0,87
0,86
0,85
1
3
2
4
5
Рисунок 4.7 – Изменение показателей рабочего процесса дизеля
в режиме номинальной мощности в зависимости от
состава смесевого редечно-минерального топлива:
1) 100%ДТ; 2) 25%РедМ + 75%ДТ; 3) 50% РедМ + 50%ДТ;
4) 75% РедМ + 25%ДТ; 5) 90% РедМ + 10%ДТ;
неозвученная смесь;
озвученная смесь
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 4.8 – Изменение эффективных показателей дизеля в режиме
номинальной мощности в зависимости от состава
смесевого редечно-минерального топлива: 1) 100%ДТ;
2) 25%РедМ + 75%ДТ; 3) 50% РедМ + 50%ДТ;
4) 75% РедМ + 25%ДТ; 5) 90% РедМ + 10%ДТ;
неозвученная смесь;
озвученная смесь
57
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
1
2
3
4
5
Максимальное давление цикла, МПа.
Рисунок 4.9 – Изменение экологических показателей дизеля в
режиме номинальной мощности в зависимости от
состава смесевого редечно-минерального топлива:
1) 100%ДТ; 2) 25%РедМ + 75%ДТ; 3) 50% РедМ +
50%ДТ; 4) 75% РедМ + 25%ДТ; 5) 90% РедМ + 10%ДТ;
неозвученная смесь;
озвученная смесь
7
6,8
6,6
6,4
6,2
6,3
6,3
6,3
6,3
6,3
3
4
5
6,3
6
5,8
5,6
5,4
5,2
5
1
2
6
Рисунок 4.10 – Максимальное давление цикла дизеля в режиме
холостого хода при работе на смесевых редечноминеральных топливах: 1) 100%ДТ; 2) 25%РедМ +
75%ДТ; 3) 50% РедМ + 50%ДТ; 4) 75% РедМ + 25%ДТ;
5) 90% РедМ + 10%ДТ; 6) 90% РедМ + 10%ДТ(УЗ)
58
Коэффициент избытка воздуха.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
8
7,5
7
6,5
6
5,5
7,187
6,006
1
2
5
5,780
5,286
4,818
5,085
4,5
4
3
4
5
6
Коэффициент наполнения
Рисунок 4.11 –Коэффициент избытка воздуха дизеля в режиме
холостого хода при работе на смесевых редечноминеральных топливах: 1) 100%ДТ; 2) 25%РедМ +
75%ДТ;3) 50% РедМ + 50%ДТ; 4) 75% РедМ + 25%ДТ;
5) 90% РедМ + 10%ДТ; 6) 90% РедМ + 10%ДТ(УЗ)
0,9
0,89
0,88
0,87
0,86
0,870
0,870
0,870
0,870
0,870
4
5
0,877
0,85
0,84
0,83
0,82
0,81
0,8
1
2
3
6
Рисунок 4.12 – Коэффициент наполнения дизеля в режиме
холостого хода при работе на смесевых редечноминеральных топливах: 1) 100%ДТ, 2) 25%РедМ +
75%ДТ; 3) 50% РедМ + 50%ДТ; 4) 75% РедМ + 25%ДТ;
5) 90% РедМ + 10%ДТ; 6) 90% РедМ + 10%ДТ(УЗ)
59
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
-1
Частота вращения к. в., мин
Дымность, %
а)
30
25
20
15
10
5
0
800
1200
1600
2000
2350
Частота вращения к. в., мин-1
б)
60
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
Частота вращения к. в., мин-1
в)
Рисунок 4.13 – Эффективные показатели дизеля в условиях характеристики холостого хода: а) часовой расход топлива; б) дымность;
в) содержание оксида углерода: —■— - 100%ДТ,
—■— - 25%РедМ + 75%ДТ; —♦— - 50%РедМ + 50%ДТ;
—▲— - 75%РедМ + 25%ДТ; —●— - 90%РедМ + 10%ДТ;
—— - 90%РедМ + 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 4.14 – Изменение показателей рабочего процесса дизеля в режиме
холостого хода в зависимости от состава смесевого редечноминерального топлива: 1) 100%ДТ; 2) 25%РедМ + 75%ДТ;
3) 50% РедМ + 50%ДТ;4) 75% РедМ + 25%ДТ; 5) 90% РедМ +
10%ДТ;
неозвученная смесь;
озвученная смесь
61
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 4.15 – Изменение топливных и экологических показателей
дизеля в режиме холостого хода в зависимости от
состава смесевого редечно-минерального топлива:
1) 100%ДТ; 2) 25%РедМ + 75%ДТ; 3) 50% РедМ +
50%ДТ; 4) 75% РедМ + 25%ДТ; 5) 90% РедМ + 10%ДТ;
неозвученная смесь;
озвученная смесь
4.2 РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ ДИЗЕЛЯ ПРИ РАБОТЕ
НА СМЕСЕВЫХ СУРЕПНО-МИНЕРАЛЬНЫХ ТОПЛИВАХ
В таблицах 4.4 - 4.6 приведены результаты моторных исследований дизеля при работе на смесевых сурепно-минеральных топливах, а на рисунках 4.16 - 4.31 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
смесевом сурепно-минеральном топливе 90% СурМ + 10% ДТ в номинальном режиме, по сравнению с работой дизеля на минеральном
ДТ, максимальное давление цикла снижается на 12,3% (с 7,54 МПа до
6,57 МПа), коэффициент избытка воздуха увеличивается на 3,8% (с
62
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
1,520 до 1,578), коэффициент наполнения – на 1,9% (с 0,861 до 0,877),
эффективная мощность уменьшается на 6,1% (с 56,1 кВт до 52,7 кВт),
часовой и удельный эффективный расходы топлива увеличиваются
соответственно на 7,7% (с 14,3 кг/ч до 15,4 кг/ч) и 14,6% (с 254,9
г/кВт∙ч до 292,2 г/кВт∙ч). При работе двигателя на смесевом топливе
25%СурМ + 75% ДТ эффективный КПД уменьшается на 3,6%
(с 0,333 до 0,321). При дальнейшем увеличении в смесевом топливе
сурепного масла до 90% эффективный КПД уменьшается на 2,1%
(с 0,333 до 0,326).
После обработки смесевого сурепно-минерального топлива
90% СурМ + 10% ДТ (УЗ) ультразвуком показатели дизеля изменяются в меньшей степени, чем при работе дизеля на необработанной
смеси. Так максимальное давление цикла снижается на 11,8% (с 7,54
МПа до 6,65 МПа), коэффициент избытка воздуха увеличивается на
4,9% (с 1,520 до 1,594), коэффициент наполнения – на 2,1% (с 0,861
до 0,879), эффективная мощность уменьшается на 4,1% (с 56,1 кВт до
53,8 кВт), удельный эффективный расход топлива возрастает на
11,6% (с 254,9 г/кВт∙ч до 284,4 г/кВт∙ч), эффективный КПД – на 0,6%
(с 0,333 до 0,335).
Таблица 4.4 – Максимальное давление цикла (Рz), коэффициент
избытка воздуха (α) и коэффициент наполнения (ηv)
дизеля Д-243 (4Ч11/12,5) при работе на смесевых
сурепно-минеральных топливах
Вид топлива
90% СурМ
25% СурМ50% СурМ 75% СурМ 90% СурМ
100%ДТ
+10%ДТ
+75%ДТ +50%ДТ +25%ДТ +10%ДТ
(УЗ)
1
2
3
4
5
6
7
-1
Нагрузка 100% (n = 2200 мин , режим номинальной мощности)
Рz, МПа
7,54
6,98
6,82
6,68
6,57
6,65
α
1,52
1,533
1,546
1,564
1,578
1,594
ηv
0,861
0,869
0,872
0,874
0,877
0,879
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
6,712
6,452
5,926
5,542
5,812
ηv
0,87
0,87
0,87
0,87
0,87
0,87
Показатели
63
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Таблица 4.5 – Эффективные показатели дизеля Д-243 (4Ч11/12,5)
при работе на смесевых сурепно-минеральных топливах
Вид топлива
90% СурМ
25% СурМ50% СурМ 75% СурМ 90% СурМ
100%ДТ
+10%ДТ
+75%ДТ +50%ДТ +25%ДТ +10%ДТ
(УЗ)
4
1
2
3
5
6
7
Нагрузка 100% (n = 1400 мин-1, режим максимального крутящего момента)
Ne, кВт
40,1
39,2
38,7
38,2
38,2
38,9
GT, кг/ч
10,7
11,1
11,3
11,5
11,7
11,6
ge, г/кВт·ч
266,8
283,2
292,0
301,0
306,3
298,2
ηе
0,318
0,309
0,309
0,310
0,311
0,320
-1
Нагрузка 100% (n = 1600 мин )
Ne, кВт
45,8
44,9
44,4
43,8
43,7
44,8
GT, кг/ч
11,6
12,2
12,4
12,6
12,8
12,7
ge, г/кВт·ч
253,3
271,7
279,3
287,7
292,9
283,5
ηе
0,335
0,322
0,323
0,325
0,326
0,336
-1
Нагрузка 100% (n = 1800 мин )
Ne, кВт
50,4
49,2
48,6
48
47,9
49,1
GT, кг/ч
12,5
13,1
13,3
13,5
13,7
13,6
ge, г/кВт·ч
248,0
266,3
273,7
281,3
286,0
277,0
ηе
0,342
0,328
0,330
0,332
0,334
0,344
-1
Нагрузка 100% (n = 2000 мин )
Ne, кВт
53,8
52,5
51,7
51,2
51
52,2
GT, кг/ч
13,4
14
14,2
14,4
14,6
14,5
ge, г/кВт·ч
249,1
266,7
274,7
281,3
286,3
277,8
ηе
0,341
0,328
0,329
0,332
0,333
0,343
-1
Нагрузка 100% (n = 2200 мин , режим номинальной мощности)
Ne, кВт
56,1
54,3
53,5
52,9
52,7
53,8
GT, кг/ч
14,3
14,8
15
15,2
15,4
15,3
ge, г/кВт·ч
254,9
272,6
280,4
287,3
292,2
284,4
ηе
0,333
0,321
0,322
0,325
0,326
0,335
Режим минимальной устойчивой частоты вращения холостого хода (n = 800 мин-1)
GT, кг/ч
1,1
1,2
1,3
1,4
1,6
1,5
-1
Режим холостого хода (n = 1000 мин )
GT, кг/ч
1,4
1,4
1,6
1,7
1,9
1,8
-1
Режим холостого хода (n = 1200 мин )
GT, кг/ч
1,8
1,8
2
2,1
2,3
2,2
-1
Режим холостого хода (n = 1400 мин )
GT, кг/ч
2,1
2,2
2,4
2,5
2,7
2,6
Показатели
64
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
1
2
GT, кг/ч
2,4
GT, кг/ч
2,8
GT, кг/ч
3,1
GT, кг/ч
3,4
GT, кг/ч
3,8
Окончание таблицы 4.5
3
4
5
6
7
-1
Режим холостого хода (n = 1600 мин )
2,7
2,8
3
3,2
3,1
-1
Режим холостого хода (n = 1800 мин )
3,3
3,4
3,6
3,8
3,7
-1
Режим холостого хода (n = 2000 мин )
3,9
4
4,1
4,4
4,3
-1
Режим холостого хода (n = 2200 мин )
4,5
4,7
4,8
5
4,9
-1
Режим холостого хода (n = 2330 мин )
4,7
4,9
5,1
5,4
5,3
Таблица 4.6 – Экологические показатели дизеля Д-243 (4Ч11/12,5)
при работе на смесевых сурепно-минеральных топливах
Вид топлива
90% СурМ
25% СурМ50% СурМ 75% СурМ 90% СурМ
100%ДТ
+10%ДТ
+75%ДТ +50%ДТ +25%ДТ +10%ДТ
(УЗ)
4
1
2
3
5
6
7
Нагрузка 100% (n = 1400 мин-1, режим максимального крутящего момента)
Д, %
62
56
46
64
67
65
СО, %
1,15
1,11
1,07
1,19
1,23
1,21
-1
Нагрузка 100% (n = 1600 мин )
Д, %
56
48
36
55
57
56
СО, %
0,56
0,53
0,5
0,59
0,62
0,6
-1
Нагрузка 100% (n = 1800 мин )
Д, %
42
40
32
43
46
45
СО, %
0,28
0,27
0,26
0,29
0,34
0,31
-1
Нагрузка 100% (n = 2000 мин )
Д, %
39
36
31
40
42
41
СО, %
0,24
0,23
0,2
0,26
0,28
0,27
-1
Нагрузка 100% (n = 2200 мин , режим номинальной мощности)
Д, %
38
35
28
39
41
40
СО, %
0,24
0,22
0,19
0,25
0,28
0,27
Режим минимальной устойчивой частоты вращения холостого хода (n = 800 мин-1)
Д, %
10
8
4
11
13
12
СО, %
0,16
0,14
0,12
0,18
0,21
0,19
-1
Режим холостого хода (n = 1000 мин )
Д, %
15
13
10
16
19
17
СО, %
0,14
0,13
0,11
0,17
0,19
0,18
Показатели
65
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Окончание таблицы 4.6
1
2
3
4
5
6
7
-1
Режим холостого хода (n = 1200 мин )
Д, %
20
18
14
21
24
23
СО, %
0,12
0,11
0,09
0,15
0,18
0,16
-1
Режим холостого хода (n = 1400 мин )
Д, %
24
22
17
25
28
26
СО, %
0,1
0,1
0,08
0,13
0,16
0,14
-1
Режим холостого хода (n = 1600 мин )
Д, %
27
25
19
28
32
30
СО, %
0,1
0,09
0,08
0,12
0,14
0,13
-1
Режим холостого хода (n = 1800 мин )
Д, %
29
27
21
30
35
32
СО, %
0,09
0,08
0,08
0,11
0,14
0,13
-1
Режим холостого хода (n = 2000 мин )
Д, %
30
28
22
32
37
34
СО, %
0,09
0,08
0,07
0,11
0,13
0,12
-1
Режим холостого хода (n = 2200мин )
Д, %
30
29
23
33
38
35
СО, %
0,09
0,08
0,07
0,11
0,13
0,12
Режим максимальной частоты вращения холостого хода (n = 2350 мин-1)
Д, %
32
30
24
34
39
36
СО, %
0,09
0,08
0,07
0,11
0,13
0,12
При содержании в смесевом топливе сурепного масла не более
50% экологические показатели лучше аналогичных показателей, чем
при работе дизеля с другим объемным содержанием биокомпонента.
Так дымность отработавших газов снижается на 26,3% (с 38% до
28%), содержание оксида углерода – на 20,8% (с 0,24% до 0,19%). При
дальнейшем увеличении биологического компонента в смесевом
сурепно-минеральном топливе дымность отработавших газов увеличивается на 7,9% (с 38% до 41%), содержание оксида углерода – на
16,7% (с 0,24% до 0,28%). Однако, после обработки смесевого топлива
90% СурМ + 10% ДТ(УЗ) ультразвуком дымность отработавших газов увеличивается на 5,3% (с 38 % до 40 %), содержание оксида углерода – на 12,5% (с 0,24% до 0,27%).
При работе дизеля на номинальном режиме все виды смесевых
сурепно-минеральных топлив обеспечивают эффективный КПД в
пределах 0,321-0,335, в то время как при работе на минеральном дизельном топливе он составляет 0,333.
66
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
При работе дизеля на минимально-устойчивой частоте вращения коленчатого вала холостого хода на всех смесевых сурепноминеральных топливах максимальное давление цикла остается постоянным и составляет 6,3 МПа. При работе дизеля на смесевом топливе
90% СурМ + 10% ДТ коэффициент избытка воздуха уменьшается на
22,3% (с 7,187 до 5,542) при практически постоянном коэффициенте
наполнения (ηv = 0,87), часовой расход топлива увеличивается на
45,5% (с 1,1 кг/ч до 1,6 кг/ч), а после его обработки ультразвуком
коэффициент избытка воздуха уменьшается на 19,1% (с 7,187 до
5,812), часовой расход топлива – на 36,4% (с 1,1 кг/ч до 1,5 кг/ч).
При содержании в смесевом топливе сурепного масла не более
50% дымность отработавших газов снижается на 60% (с 10% до 4%),
содержание оксида углерода – на 25% (с 0,16% до 0,12%). При дальнейшем увеличении биологического компонента (до 90%) в смесевом
сурепно-минеральном топливе дымность отработавших газов увеличивается на 30% (с 10% до 13%), содержание оксида углерода – на
31% (с 0,16% до 0,21%), а после обработки смесевого топлива 90%
СурМ + 10% ДТ ультразвуком дымность отработавших газов увеличивается на 20% (с 10% до 12%), содержание оксида углерода – на
18,8% (с 0,16% до 0,19%).
67
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Рисунок 4.16 – Индикаторная диаграмма дизеля Д-243 в режиме
номинальной мощности при работе на сурепноминеральном топливе 25%СурМ + 75%ДТ:
1 – давление газов в цилиндре; 2 – давление топлива
перед форсункой; 3 – отметчик верхней мертвой
точки; 4 – отметчик зубьев маховика
Рисунок 4.17 – Максимальное давление цикла дизеля в режиме
номинальной мощности при работе на минеральном
ДТ и смесевых сурепно-минеральных топливах
68
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Рисунок 4.18 – Коэффициент избытка воздуха дизеля в режиме
номинальной мощности при работе на минеральном
ДТ и смесевых сурепно-минеральных топливах
Рисунок 4.19 – Коэффициент наполнения дизеля в режиме
номинальной мощности при работе на минеральном
ДТ и смесевых сурепно-минеральных топливах
69
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
а)
б)
70
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
в)
г)
71
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
д)
е)
Рисунок 4.20 – 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%СурМ+75%ДТ; -▲- – 50%СурМ+50%ДТ;
-×- – 75%СурМ+25%ДТ; -●- – 90%СурМ+10%ДТ;
▬ – 90%СурМ+10%ДТ (УЗ)
72
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Рисунок 4.21 – Изменение показателей рабочего процесса дизеля
в режиме номинальной мощности в зависимости от
состава смесевого сурепно-минерального топлива:
1) 100%ДТ; 2) 25%СурМ + 75%ДТ; 3) 50% СурМ +
50%ДТ; 4) 75% СурМ + 25%ДТ; 5) 90% СурМ + 10%ДТ;
неозвученная смесь;
озвученная смесь
73
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Рисунок 4.22 – Изменение эффективных показателей дизеля
в режиме номинальной мощности в зависимости от
состава смесевого сурепно-минерального топлива:
1) 100%ДТ; 2) 25%СурМ + 75%ДТ 3) 50% СурМ +
50%ДТ; 4) 75% СурМ + 25%ДТ; 5) 90% СурМ + 10%ДТ;
неозвученная смесь;
озвученная смесь
74
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Рисунок 4.23 – Изменение экологических показателей дизеля в
режиме номинальной мощности в зависимости от
состава смесевого сурепно-минерального топлива:
1) 100%ДТ; 2) 25%СурМ + 75%ДТ; 3) 50% СурМ +
50%ДТ; 4) 75% СурМ + 25%ДТ; 5) 90% СурМ + 10%ДТ;
неозвученная смесь;
озвученная смесь
Рисунок 4.24 – Максимальное давление цикла дизеля в режиме
холостого хода при работе на смесевых сурепноминеральных топливах
75
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Рисунок 4.25 – Коэффициент избытка воздуха дизеля в режиме
холостого хода при работе на смесевых
сурепно-минеральных топливах
Рисунок 4.26 – Коэффициент наполнения дизеля в режиме
холостого хода при работе на смесевых сурепноминеральных топливах
76
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
а)
б)
77
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
в)
Рисунок 4.27 – Эффективные показатели дизеля в условиях
характеристики холостого хода: а) часовой расход
топлива; б) дымность; в) содержание оксида углерода: -♦- – 100%ДТ; -■- – 25%СурМ+75%ДТ;
-▲- – 50%СурМ+50%ДТ; -×- – 75%СурМ+25%ДТ;
-●- – 90%СурМ+10%ДТ; ▬ – 90%СурМ+10%ДТ(УЗ)
78
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Рисунок 4.28 – Изменение показателей рабочего процесса дизеля
в режиме холостого хода в зависимости от состава
смесевого сурепно-минерального топлива:
1) 100%ДТ; 2) 25%СурМ + 75%ДТ; 3) 50% СурМ +
50%ДТ; 4) 75% СурМ + 25%ДТ; 5) 90% СурМ + 10%ДТ;
неозвученная смесь;
озвученная смесь
79
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Рисунок 4.29 – Изменение топливных и экологических
показателей дизеля в режиме холостого хода
в зависимости от состава смесевого сурепноминерального топлива: 1) 100%ДТ;
2) 25%СурМ + 75%ДТ; 3) 50% СурМ + 50%ДТ;
4) 75% СурМ + 25%ДТ; 5) 90% СурМ + 10%ДТ;
неозвученная смесь;
озвученная смесь
80
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
а)
б)
Рисунок 4.30 – Показатели рабочего процесса дизеля в условиях
регуляторной характеристики: а) коэффициент
избытка воздуха; б) коэффициент наполнения:
-♦- – 100%ДТ; -■- – 25%СурМ+75%ДТ;
-▲- – 50%СурМ+50%ДТ; -×- – 75%СурМ+25%ДТ;
-●- – 90%СурМ+10%ДТ; ▬ – 90%СурМ+10%ДТ(УЗ)
81
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 4.31 – Показатели рабочего процесса дизеля в условиях
характеристики холостого хода: а) коэффициент
избытка воздуха; б) коэффициент наполнения:
-♦- – 100%ДТ; -■- – 25%СурМ+75%ДТ;
-▲- – 50%СурМ+50%ДТ; -×- – 75%СурМ+25%ДТ;
-●- – 90%СурМ+10%ДТ; ▬ – 90%СурМ+10%ДТ(УЗ)
82
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Результаты сравнительных значений мощностных, топливноэкономических и экологических показателей дизеля Д-243 (оснащенного топливным насосом 4УТНМ) при работе на редечноминеральном и сурепно-минеральном топливах по сравнению с работой двигателя на минерально ДТ приведены в таблице 4.7.
Таблица 4.7 – Сравнительные мощностные, топливноэкономические и экологические показатели дизеля
при работе на смесевых растительно-минеральных
топливах 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%РедМ+75%ДТ
53,5
272,9
41
50%РедМ+50%ДТ
53,0
279,3
39
75%РедМ+25%ДТ
52,4
286,3
48
90%РедМ+10%ДТ
52,0
292,3
51
90%РедМ+10%ДТ(УЗ)
53,2
283,8
50
25%СурМ+75%ДТ
54,3
272,6
35
50%СурМ+50%ДТ
53,5
280,4
28
75%СурМ+25%ДТ
52,9
287,3
39
90%СурМ+10%ДТ
52,7
292,2
41
90%СурМ+10%ДТ(УЗ)
53,8
284,4
40
Из анализа таблицы 4.7 следует, что из всех исследуемых смесевых растительно-минеральных топлив наилучшими по мощностным,
топливно-экономическим и экологическим показателям дизеля являются смесевые топлива на основе сурепного масла и минерального
топлива в соотношении 25:75 и 50:50.
Обработка смесевых топлив ультразвуком способствует меньшему снижению (на 2-3%) мощности двигателя и увеличению расхода
топлива по сравнению с работой дизеля на необработанным ДСТ.
83
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
5 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ТОПЛИВНЫЕ СИСТЕМЫ
ТРАКТОРНЫХ ДИЗЕЛЕЙ
5.1 КРАТКИЕ СВЕДЕНИЯ О ТОПЛИВНОЙ СИСТЕМЕ ТРАКТОРА МТЗ-80
Для обеспечения работы дизеля на нескольких видах моторного
топлива (минеральном дизельном топливе и смесевых растительноминеральных топливах) в процессе эксплуатации автотракторной
техники, на примере трактора МТЗ-80, выполнена модернизация
штатной топливной системы питания.
Особенностью штатной системы питания данного трактор 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
84
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Для проведения операций по переоборудованию трактора для
работы на смесевых топливах необходимо установить чистый трактор
в гараж или ремонтную мастерскую, оснащенные приспособлениями
и оборудованием, необходимыми для демонтажа-монтажа 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 соединяем 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 2 между фильтром тонкой очистки 4 и наполнительной
полостью ТНВД 6 устанавливается электромагнитный клапан, электрически соединенный через переключатель с источником постоянного тока.
Приготовление смесевого топлива, состоящего из компонентов
минерального и растительного происхождений, 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.
85
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
5.2 ДВУХТОПЛИВНЫЕ СИСТЕМЫ ПИТАНИЯ ТРАКТОРНОГО
ДИЗЕЛЯ
Двухтопливная система питания дизеля (патент№ 2465478
РФ) предназначена для работы на минеральном и смесевом топливах.
а)
2
1
5
7
9
17
20
21
12 11
14
19
22
13
3
15
8
6
18 16
4
10
б)
Рисунок 5.2 – Двухтопливная система питания дизеля (наименование позиций в тексте): а) общий вид; б) схема
86
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Она содержит бак минерального топлива 1 (рис.5.2), бак растительного топлива 2, топливные фильтры 3,4,5, топливоподкачивающий насос 6, электрический насос 7, ТНВД 8, форсунки 9, топливопроводы 10 и смеситель 11, имеющий два входных 12, 13 и один выходной 14 каналы. При этом во входных каналах 12, 13 смесителя установлены дозаторы 15, 16 с приводом от шаговых (или линейных)
электродвигателей 17, 18, электрически соединенных с электронным
блоком управления 19 и датчиками нагрузочного 20, скоростного 21
и температурного 22 режимов дизеля.
Работает двухтопливная система питания дизеля следующим
образом.
Пуск дизеля и его прогрев осуществляется на минеральном топливе. При этом дозатор минерального топлива 16 полностью открыт,
а дозатор растительного топлива 15 полностью закрыт. Минеральное
топливо из бака 1, пройдя фильтр грубой очистки 3, подается топливоподкачивающим насосом 6, через фильтр тонкой очистки 4, в смеситель 11, ТНВД 8, форсунки 9 и далее впрыскивается в цилиндры
дизеля.
После прогрева дизеля на минеральном топливе до температуры
охлаждающей жидкости, равной 40-50 0С, по информационным сигналам датчика температурного режима 22 электронный блок управления 19 начинает подавать командные сигналы в цепь электродвигателей 17, 18.
Затем включают электрический насос 7, обеспечивающий подачу растительного топлива из бака 2 через топливный фильтр 5 в смеситель 11. Минеральное топливо при этом подается в смеситель 11
аналогично работе дизеля в режиме пуска и прогрева. В смесителе 11
оба вида топлива перемешиваются и полученное смесевое минерально-растительное топливо поступает в ТНВД 8 и далее форсунками 9
впрыскивается в цилиндры дизеля.
При работе дизеля на режимах холостого хода и малых нагрузок
по сигналам датчиков нагрузочного 20 и скоростного 21 режимов
срабатывают электродвигатели 17, 18, устанавливающие дозаторы 15,
16 в положение, при котором в смеситель поступает, к примеру, 1025% минерального топлива и 90-75% растительного масла.
При работе дизеля на режимах средних и полных нагрузок дозаторы 15, 16 устанавливаются в положение, при котором в смеситель
11 поступает, к примеру, 75-90% минерального топлива и 10-25%
растительного масла.
87
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Двухтопливная система питания дизеля(патент № 2452864
РФ) предназначена для работы на минеральном и смесевом топливах.
Она содержит бак 1 (рис. 5.3) биологического топлива 1, бак 2 минерального топлива, линию 3 забора биологического топлива, состоящую из фильтра-отстойника 4 и электронасоса 5 с обратным клапаном 6, линию 7 забора минерального топлива, состоящую из фильтров 8 и 9 грубой и тонкой очистки, топливоподкачивающего насоса
10, смеситель 11 биологического и минерального топлива, ТНВД 14,
форсунки 15 и орган управлениятопливоподачей дизеля 16, выполненного, например, в виде наружного рычага 17 центробежного регулятора частоты вращения 18 коленчатого вала дизеля, при этом во
входных каналах смесителя 11 размещены дроссельные заслонки 12 и
13, оси которых кинематически соединены регулировочной тягой 19
с рычагом 17 регулятора 18, причем таким образом, что при открытии
на определенный угол дроссельной заслонки 12, регулирующей подачу биологического топлива, дроссельная заслонка 13, регулирующая
подачу минерального топлива, закрывается соответственно на такой
же угол.
Рисунок 5.3 – Двухтопливная система питания дизеля
(наименование позиций в тексте)
Работает система питания дизеля следующим образом.
Пуск дизеля и его прогрев осуществляется на минеральном топливе. При этом электрический насос 5 отключен и биологическое
топливо не подается, а минеральное топливо из бака 2, пройдя через
фильтры 8 и 9, подается топливоподкачивающим насосом 10 в сме88
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ситель 11, установленный для перемешивания и соблюдения заданных процентных соотношений биологического и минерального топлив с помощью размещенных в нем дроссельных заслонок 12 и 13, и
далее минеральное топливо посредством топливного насоса высокого
давления 14 и форсунок 15 впрыскивается в цилиндры дизеля.
После прогрева дизеля на минеральном топливе, включают
электрический насос 5, обеспечивающий подачу биологического топлива из бака 1, через фильтр-отстойник 4 в смеситель 11. В смесителе
11 биологическое и минеральное топливо перемешиваются. Требуемое соотношение обоих видов топлива в зависимости от нагрузочноскоростных режимов дизеля обеспечивается автоматически за счет
поворота на различный угол дроссельных заслонок 12 и 13, кинематически соединенных регулировочной тягой 19 с наружным рычагом
17 центробежного регулятора частоты вращения 18. Полученное смесевое биоминеральное топливо подается в топливный насос высокого
давления и далее форсунками 15 впрыскивается в цилиндры дизеля.
Изменение процентного соотношения в смесевом топливе биологического и минерального компонентов достигается изменением длины
регулировочной тяги 19.
Двухтопливная система питания дизеля (патент №2476716
РФ) с автоматическим регулированием состава смесевого топлива
предназначена для работы на минеральном и смесевом топливах, а
также обеспечения требуемого соотношения биологического и минерального компонентов ДСТ в зависимости от нагрузочно-скоростного
режима двигателя. Она содержит бак минерального топлива 1
(рис.5.4), бак биологического топлива 2, линию забора минерального
топлива 3, состоящую из фильтра грубой очистки 4, линию забора
биологического топлива 5, состоящую из фильтра грубой очистки 6 и
электронасоса 7 с обратным клапаном 8, смеситель 9 биологического
и минерального топлива, имеющий два входных 10 и 11 и один выходной каналы 12, линию подачидизельного смесевого топлива 13,
состоящую из топливоподкачивающего насоса 14, фильтра тонкой
очистки 15, топливного насоса высокого давления 16 и форсунок 17,
при этом в линиях 3 и 5 забора минерального и биологического топлива перед входными каналами 10 и 11 смесителя 9 установлены дозаторы 18 и 19, кинематически связанные посредством управляющих
и регулируемых тяг 20 и 21 со штоком 22 мембранного исполнительного механизма 23, другой конец штока 22 соединен с мембраной 24,
нагруженной пружиной 25, причем полость 26 исполнительного ме89
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ханизма 23 с размещенной в ней пружиной 25 сообщена с впускным
коллектором 27 дизеля.
а)
б)
Рисунок 5.4 – Двухтопливная система питания дизеля (наименование позиций в тексте): а) общий вид; б) схема
90
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Работает двухтопливная система питания дизеля с автоматическим регулированием состава смесевого топлива следующим образом.
Пуск дизеля и его прогрев осуществляется на минеральном топливе. При этом дозатор минерального топлива 18 полностью открыт,
а дозатор биологического топлива 19 полностью закрыт. Минеральное топливо из бака 1, пройдя фильтр грубой очистки 4, через дозатор
18 попадает в смеситель 9 и далее топливоподкачивающим насосом
14, через фильтр тонкой очистки 15, подается в топливный насос высокого давления 16 и форсунками 17 впрыскивается в цилиндры дизеля.
После прогрева дизеля на минеральном топливе, включают
электрический насос 7, обеспечивающий подачу биологического топлива из бака 2 через топливный фильтр 6 и дозатор 19 в смеситель 9.
Минеральное топливо при этом подается в смеситель 9 аналогично
работе дизеля в режиме пуска и прогрева. В смесителе 9 оба вида топлива перемешиваются, и полученное дизельное смесевое топливо
подаётся топливоподкачивающим насосом 14, через фильтр тонкой
очистки 15, в топливный насос высокого давления 16 и далее форсунками 17 впрыскивается в цилиндры дизеля.
При изменении нагрузочно-скоростного режима работы дизеля
изменяется величина разряжения во впускном коллекторе 27 дизеля,
что приводит в действие мембранный исполнительный механизм 23,
шток 22 которого, через кинематически связанные с ним управляющие 20 и регулируемые 21 тяги, изменяет положение дозаторов 18 и
19, меняя при этом соотношение минерального и биологического топлив, поступающих в смеситель 9. Тем самым достигается автоматическое регулирование состава дизельного смесевого топлива непосредственно в процессе работы дизеля.
Двухтопливная система питания дизеля (пол. решение на
выдачу патента на изобретение по заявке № 2012117807) предназначена для работы на минеральном и смесевом топливах, а также
обеспечения требуемого процентного соотношения минерального и
биологического компонентов ДСТ при изменении нагрузочноскоростных режимов дизеля и температуры биокомпонента. Она содержит бак минерального топлива 1(рис.5.5), бак растительного топлива 2, топливные фильтры 3, 4, 5, топливоподкачивающий насос 6,
электрический насос 7 с обратным клапаном 8, топливный насос высокого давления в комплекте с центробежным регулятором частоты
вращения 9, форсунки 10, топливопроводы 11 и смеситель 12, имею91
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
щий два входных 13, 14 и один выходной 15 каналы, при этом во
входныхканалах 13, 14 установлены электродозаторы 16, 17, электрически соединенные через электронный блок управления 18 с датчиком температуры растительного топлива 19 и индуктивным датчиком
20 нагрузочно-скоростного режима дизеля, содержащим шток 21, линейное перемещение которого осуществляется с понижением нагрузки пружиной 22 центробежного регулятора частоты вращения, с повышением нагрузки – возвратной пружиной 23 датчика 20, а также
обмотку 24, электрически соединенную с электронным блоком
управления 18.
Работает двухтопливная система питания дизеля следующим
образом.
Пуск дизеля и его прогрев осуществляется на минеральном топливе. При этом электродозатор минерального топлива 16 полностью
открыт, а электродозатор растительного топлива 17 полностью закрыт. Минеральное топливо из бака 1, пройдя фильтр грубой очистки
3, электродозатор 16, смеситель 12, топливоподкачивающий насос 6,
фильтр тонкой очистки 5, далее топливным насосом высокого давления 9 и форсунками 10 впрыскивается в цилиндры дизеля.
а)
92
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
б)
Рисунок 5.5 – Двухтопливная система питания дизеля (наименование позиций в тексте): а) общий вид; б) схема
После прогрева дизеля на минеральном топливе, включают
электрический насос 7, обеспечивающий подачу растительного топлива из бака 2 через топливный фильтр 4 и электродозатор 17 в смеситель 12. При этом электродозатор 17, управляемый электронным
блоком управления 18, в зависимости от температуры растительного
топлива, регистрируемой датчиком 19, автоматически регулирует поток, обеспечивая необходимое процентное соотношение минерального и растительного топлив в смеси при изменении температуры растительного топлива.
93
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Минеральное топливо при этом подается в смеситель 12 аналогично работе дизеля в режиме пуска и прогрева. В смесителе 12 оба
вида топлива перемешиваются, и полученное дизельное смесевое топливо подаётся топливоподкачивающим насосом 6, через фильтр
тонкой очистки 5, в топливный насос высокого давления 9 и далее
форсунками 10 впрыскивается в цилиндры дизеля.
При изменении нагрузочно-скоростного режима работы дизеля
срабатывает индуктивный датчик 20. При понижении нагрузки шток
21 датчика 20 линейно перемещается под действием пружины 22
центробежного регулятора частоты вращения, что приводит к изменению индуктивности обмотки 24, воспринимаемой электронным
блоком управления 18. Командный сигнал с блока 18 поступает в
электрическую цепь электродозаторов, которые срабатывая изменяют
процентное соотношение компонентов смесевого топлива в сторону
соответствующего уменьшения подачи минерального топлива и увеличения подачи растительного топлива, поступаемых в смеситель 12.
При повышении нагрузки линейное перемещение штока 21 осуществляется возвратной пружиной 23 датчика 20, тем самым увеличивая
подачу минерального топлива и уменьшая подачу растительного топлива.
Таким образом, за счет введения в систему питания новых элементов достигается автоматическое регулирование состава дизельного смесевого топлива непосредственно в процессе работы дизеля в
зависимости от его нагрузочно-скоростных режимов и температуры
растительного топлива, как более вязкого компонента смесевого топлива.
Двухтопливная система питания дизеля (пол. решение на выдачу патента на изобретение по заявке № 2012115021) предназначена для работы на минеральном и смесевом топливах, а также автоматического перехода с минерального топлива на ДСТ с заданным
соотношением минерального и биологического компонентов. Она содержит бак минерального топлива 1 (рис.5.6), бак дизельного смесевого топлива 2, линию забора минерального топлива 3, состоящую из
фильтра грубой очистки 4, электромагнитного клапана 8, линию забора дизельного смесевого топлива 5, состоящую из фильтра грубой
очистки 6, электромагнитного клапана 9, электронного блока управления 7 с электромагнитными клапанами 8 и 9, топливоподкачивающий насос 10, фильтр тонкой очистки 11, топливный насос высокого
давления 12, форсунки 13, датчик температурного режима 14.
94
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
а)
б)
Рисунок 5.6 – Двухтопливная система питания дизеля (наименование позиций в тексте): а) общий вид; б) схема
Работает двухтопливная система питания тракторного дизеля
следующим образом.
Пуск дизеля и его прогрев осуществляется на минеральном топливе. При этом электромагнитный клапан 8 открыт, а электромагнитный клапан 9 закрыт. Минеральное топливо из бака 1, пройдя фильтр
95
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
грубой очистки 4, электромагнитный клапан 8, подается топливоподкачивающим насосом 10, через фильтр тонкой очистки 11, в топливный насос высокого давления 12, форсунки 13 и далее впрыскивается в цилиндры дизеля.
После прогрева дизеля на минеральном топливе до температуры
охлаждающей жидкости, равной 40-50 0С, по информационным сигналам датчика температурного режима 14 электронный блок управления 7 перекрывает электромагнитный клапан 8, тем самым прекращая подачу минерального топлива, и открывает электромагнитный клапан 9. В результате этого, дизельное смесевое топливо из бака
2, пройдя фильтр грубой очистки 6, электромагнитный клапан 9, подается топливоподкачивающим насосом 10, через фильтр тонкой
очистки 11, в топливный насос высокого давления 12, форсунки 13 и
далее впрыскивается в цилиндры дизеля.
Дизельное смесевое топливо, заливаемое в бак 2, приготавливается в условиях нефтебазы. Соотношение растительного и минерального компонентов в дизельном смесевом топливе, определяется климатическими условиями в период проведения работ. К примеру, для
средней полосы России, могут быть рекомендованы следующие соотношения: зимой – 5-10% растительного и 90-95% минерального компонентов, весной – 10-15% растительного и 85-90% минерального
компонентов, летом – 25-90% растительного и 10-75% минерального
компонентов, осенью – 10-25% растительного и 75-90% минерального компонентов.
5.3 СМЕСИТЕЛИ РАСТИТЕЛЬНОГО И МИНЕРАЛЬНОГО
КОМПОНЕНТОВ
Основное назначение смесителя заключается в качественном
перемешивании минерального и растительного компонентов ДСТ.
Смеситель (патенты № 2435633, №2445152 РФ) содержит
корпус 1 (рис. 5.7), первичную камеру 2 смешивания, образованную
двумя входными патрубками 3 и 4 установленными под прямым углом друг к другу, в полостях которых размещены сначала дроссельные заслонки 5 и 6 с возможностью синхронного поворота на одинаковые углы, затем – рассеивающие вставки 7 и 8 с конусными отверстиями, оси которых расположены под углом друг к другу, после96
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
дующие камеры смешивания 9, включающие втулки 10 и перегородки 11 со спиральными отверстиями и выходной патрубок 12.
Смеситель растительного и минерального компонентов работает
следующим образом. Минеральное топливо, количество которого задаётся степенью открытия дроссельной заслонки 5, проходя через
входной патрубок 3 и размещённую в его полости рассеивающую
вставку 7 с конусными отверстиями, оси которых расположены под
разными углами, сталкивается в первичной камере 2 смешивания с
растительным топливом, поступающим из входного патрубка 4 через
дроссельную заслонку 6 и размещённую за ней рассеивающую вставку 8, аналогичную по конструкции вставке 7. За счёт разделения потоков каждого топлива конусными отверстиями вставок 7 и 8 на тонкие струйки и направления их под разными углами друг к другу, а
также за счёт дросселирования топлив в конусных отверстиях вставок
7 и 8, происходит первичное интенсивное смешивание минерального
и растительного топлива. Затем получившаяся смесь поступает в последующие камеры смешивания 9, образованные втулками 10 и перегородками 11 со спиральными отверстиями, где рассекается, турбулизируется и более качественно перемешивается, и отводится через
выходной патрубок 12.
За счёт дроссельных заслонок 5 и 6, синхронно поворачивающихся на одинаковые углы, предлагаемый смеситель позволяет оперативно изменять процентное содержание в смеси минерального и
растительного топлива. При этом общая подача смеси на выходе из
смесителя всегда остаётся неизменной.
Рисунок 5.7– Смеситель растительного и минерального
компонентов ДСТ (наименование позиций в тексте)
97
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Смеситель – дозатор (пол. решение на выдачу патента на изобретение по заявке № 2012113655) перемешивает и дозирует минеральный и биологический компоненты ДСТ. Он содержит трубопровод 1 (рис.5.8), выходной патрубок 14, патрубок 6 для подвода основной жидкости и патрубок 3 для подвода жидкости с меньшим расходом с перфорационными отверстиями 5 по винтовой линии по всей
его длине, с суммарной площадью отверстий, равной или большей
площади сечения патрубка 3 для подвода жидкости с меньшим расходом, и размещённым соосно в трубопроводе 1, включающим перегородку 4 в виде ленты, навитой на патрубок 3 для подвода жидкости
с меньшим расходом, при этом трубопровод 1 снабжён съёмной
крышкой 2, патрубок 6 для подвода основной жидкости установлен в
трубопроводе1 тангенциально, перегородка 4 жёстко закреплена на
патрубке 3 для подвода подмешиваемой жидкости с меньшим расходом, в нижней части трубопровода 1 расположены камеры смешивания 13, образованные втулками 10, 11, 12 и перегородками 7, 8, 9 со
спиральными отверстиями, направления закрутки которых в двух соседних перегородках противоположны, причём последующие по ходу
движения потока перегородки имеют отверстия меньшего диаметра, а
эффективные суммарные сечения отверстий в перегородках равны, а
на патрубках 6, 3 для подвода основной жидкости и жидкости с
меньшим расходом установлены устройства 15, 16 для регулирования
потока жидкости.
Работает смеситель-дозатор следующим образом.
Подмешиваемая жидкость с меньшим расходом, количество которой задаётся устройством 16 для регулирования потока жидкости,
подают во внутреннюю полость патрубка 3 для подвода подмешиваемой жидкости с меньшим расходом. Основной поток жидкости,
количество которой задаётся устройством 15 для регулирования потока жидкости, подают через патрубок 6 в трубопровод 1, в котором
основной поток жидкости проходит по спиральному каналу, образованному перегородкой 4, навитой на перфорированный патрубок 3
для подвода подмешиваемой жидкости с меньшим расходом, и внутренней стенкой трубопровода 1. Прямолинейное движение основной
жидкости преобразуется в трубопроводе 1 во вращательное движение
по спирали с угловым ускорением. При этом через отверстия 5 патрубка 3 для подмешиваемой жидкости с меньшим расходом, жидкость с меньшим расходом тонкими струйками поступает перпендикулярно потоку основной жидкости. При этом основной поток жид98
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
кости увлекает тонкие струйки подмешиваемой жидкости и интенсивно перемешивается с ней. Затем получившаяся смесь поступает в
камеры смешивания 13, образованные втулками 10, 11, 12 и перегородками 7, 8, 9 со спиральными отверстиями, направления закрутки
которых в двух соседних перегородках противоположны, причём последующие по ходу движения потока перегородки имеют отверстия
меньшего диаметра, а эффективные суммарные сечения отверстий
в перегородках равны, где смесь рассекается, турбулизируется,
более качественно перемешивается, и отводится через выходной патрубок 14.
Рисунок 5.8 – Смеситель растительного и минерального
компонентов ДСТ (наименование позиций в тексте)
Смеситель-фильтр (пол. решение на выдачу патента на изобретение по заявке № 2012113657) не только обеспечивает смеши99
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
вание компонентов, но и фильтрацию полученного ДСТ. Он состоит
из корпуса 1 (рис. 5.9 ) с двумя диаметрально расположенными входными каналами 12 и 13, стакана 2, внутри которого расположена пустотелая ось 3 с двумя радиальными отверстиями 4 и 5, выходного канала 14, сливной пробки 6, успокоителя 7 и фильтрующего элемента
8. Фильтрующий элемент 8 представляет собой втулку 9 с сетчатой
набивкой 10 и многодырчатую шайбу 11.
Смеситель-фильтр работает следующим образом.
5
4
3
14
Выход смесевого
топлива
Вход минерального
топлива
Вход растительного
масла
13
12
10
9
1
2
8
11
7
6
а)
б)
Рисунок 5.9 – Смеситель растительного и минерального
компонентов ДСТ: а) общий вид; б) схема
Смешиваемые компоненты через входные каналы 12 и 13 поступают во внутреннюю полость стакана 2, в которой происходит
предварительное их перемешивание. Под действием разряжения, создаваемого топливоподкачивающим насосом системы питания, часть
полученной смеси, резко изменяя направление движения, проходит
через многодырчатую шайбу 11 и набивку 10 фильтрующего элемента 8. Проходя через набивку 8, вектор скорости смеси многократно
изменяется. Благодаря этому растительный и минеральный компоненты интенсивно перемешиваются, после чего образовавшаяся
смесь – ДСТ проходит через два радиальных отверстия оси 4 и 5 и
поступает к выходному каналу 14. Другая часть смеси продолжает по
100
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
инерции двигаться вдоль стенок стакана 2 вниз. Механические частицы и капли воды, обладающие большим удельным весом, стремятся
сохранить прямолинейное движение и следуют вниз вместе с потоком смеси. Проходя через кольцевой зазор между успокоителем 7 и
стаканом 2, они попадают в зону отстоя. Конусный успокоитель 7,
обращенный меньшим основанием в сторону фильтрующего элемента
8, отделяет зону отстоя от зоны циркуляции смеси. Отстой сливают
через закрываемое пробкой 6 отверстие в нижней части стакана 2.
ВЫВОДЫ
101
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
1. Перспективным альтернативным видом моторного топлива
для дизелей автотракторной техники являются смесевые растительноминеральные топлива, биологическим компонентом которых являются малоизученные в техническом плане редечное и сурепное масла.
2. По результатам хроматографического анализа редечного (сорт
«Тамбовчанка») и сурепного масел, смесевых редечно-минерального
и сурепно- минерального топлив, определен состав и процентное содержание высших алифатических кислот. Получены усредненные
химические формулы редечного и сурепного масел, рассчитаны элементарный состав, а также их низшая теплота сгорания.
Хроматографический анализ показал, что в зависимости от объемного содержания, например, редечного масла в смесевом топливе
происходит незначительное изменение процентного состава некоторых жирных кислот по отношению друг к другу. Так, например, содержание миристиновой кислоты уменьшается с 0,04% до 0,02%,
пальмитиновой – с 5,1% до 5,08%, олеиновой – с 32,16% до 31,17%, а
эруковой увеличивается – с 12,50% до 12,54%, пальмитолеиновой – с
0,11% до 0,27%, лигноцериновой – с 1,03% до 1,08%.
При обработке смесевого редечно-минерального топлива ультразвуком содержание миристиновой кислоты уменьшается с 0,04%
до 0,02%, олеиновой – с 31,34% до 31,22%, лигноцериновой – с 0,51%
до 0,45%, а эруковой увеличивается – с 12,58% до 12,69%, пальмитиновой – с 5,03% до 5,17%, пальмитолеиновой – с 0,12% до 0,14%.
Кинематическая вязкость, в зависимости от объемного содержания в смеси редечного масла и минерального дизельного топлива, находится в пределах от 23,0 мм2/с (25%РедМ + 75%ДТ) до 78,4 мм2/с
(100%РедМ), а плотность – от 885 кг/м3 до 922 кг/м3.
3. Разработана общая программа исследований, включающая
безмоторные и моторные исследования для сравнительной оценки
работы дизеля на товарном минеральном дизельном топливе и смесевых растительно-минеральных топливах.
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.
4. За исследуемые виды альтернативных моторных топлив приняты смесевые топлива, полученные путем смешивания минерального дизельного топлива с редечным (РедМ) и сурепным (СурМ) мас102
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
лами в объемном соотношении 25%РедМ + 75% ДТ; 50%РедМ +
50%ДТ; 75%РедМ + 25%ДТ; 90%РедМ + 10%ДТ; 90%РедМ +
10%ДТ(УЗ); 25%СурМ + 75%ДТ; 50%СурМ + 50%ДТ; 75%СурМ +
25%ДТ; 90%СурМ + 10%ДТ; 90%СурМ + 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.
Редечное масло: Нu = 37,37 МДж/кг; С = 0,778, Н = 0,117,
О = 0,105; ρ20 = 922 кг/м3; υ20 = 78,4 мм2/с.
Сурепное масло: Нu = 37,23 МДж/кг; С = 0,777, Н = 0,116,
О = 0,107; ρ20 = 930 кг/м3; υ20 = 77,2 мм2/с.
Смесевые растительно-минеральные топлива:
• 25%РедМ + 75%ДТ: Нu = 41,24 МДж/кг; С = 0,847, Н = 0,124,
О = 0,029, ρ20 = 885 кг/м3; υ20 = 23,0 мм2/с.
• 50%РедМ + 50%ДТ: Нu = 39,89 МДж/кг; С = 0,824, Н = 0,121,
О = 0,055; ρ20 = 897 кг/м3; υ20 = 41,5 мм2/с.
• 75%РедМ + 25%ДТ: Нu = 38,66 МДж/кг; С = 0,801, Н = 0,119,
О = 0,080; ρ20 = 908 кг/м3; υ20 = 60,0 мм2/с.
• 90%РедМ + 10%ДТ: Нu = 37,89 МДж/кг; С = 0,787, Н = 0,118,
О = 0,095; ρ20 = 914 кг/м3; υ20 = 71,0 мм2/с.
• 25% СурМ + 75%ДТ: Нu = 41,23 МДж/кг; С = 0,847, Н = 0,123,
О = 0,030; ρ20 = 878 кг/м3; υ20 = 22,7 мм2/с.
• 50% СурМ + 50%ДТ: Нu = 39,88 МДж/кг; С = 0,824, Н = 0,121,
О = 0,055; ρ20 = 895 кг/м3; υ20 = 40,9 мм2/с.
• 75% СурМ + 25%ДТ: Нu = 38,56 МДж/кг; С = 0,800, Н = 0,119,
О = 0,081; ρ20 = 913 кг/м3; υ20 = 59,1 мм2/с;
• 90% СурМ + 10%ДТ: Нu = 37,76 МДж/кг; С = 0,786, Н = 0,117,
О = 0,097; ρ20 = 914 кг/м3; υ20 = 71,0 мм2/с.
Результаты исследований показывают, что при работе дизеля в
номинальном режиме на всех видах смесевых редечно-минеральных
топливах, например в соотношении 90:10, по сравнению с работой дизеля на минеральном ДТ, максимальное давление цикла снижается на
8,5-12,3% (с 7,54 МПа до 6,89-6,57 МПа), коэффициент избытка воздуха увеличивается на 3,8-7,7% (с 1,520 до 1,578-1,637), коэффициент
наполнения – на 1,7-1,9% (с 0,861 до 0,876-0,877), эффективная мощность уменьшается на 6,1-7,3% (с 56,1 кВт до 52,7-52,0 кВт), часовой
и удельный эффективный расходы топлива увеличиваются соответст103
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
венно на 6,3-7,7% (с 14,3 кг/ч до 15,2-15,4 кг/ч) и 14,6-15,8% (с 254,9
г/кВт∙ч до 292,2-292,3 г/кВт∙ч).
При работе двигателя на смесевом сурепно-минеральном топливе 25%СурМ + 75% ДТ эффективный КПД уменьшается на 3,6-3,9%
(с 0,333 до 0,321-0,320). При дальнейшем увеличении в смесевом топливе сурепного масла до 90% эффективный КПД уменьшается на 2,12,8% (с 0,333 до 0,329-0,326).
После обработки смесевого сурепно-минерального топлива
90% СурМ + 10% ДТ(УЗ) ультразвуком показатели дизеля изменяются
в меньшей степени, чем при работе дизеля на необработанной смеси.
Так максимальное давление цикла снижается на 7,9-11,8% (с 7,54
МПа до 6,94-6,65 МПа), коэффициент избытка воздуха увеличивается
на 4,9-9,1% (с 1,520 до 1,594-1,658), коэффициент наполнения – на
2,0-2,1% (с 0,861 до 0,878-0,879), эффективная мощность уменьшается на 4,1-5,2% (с 56,1 кВт до 53,2-53,8 кВт), удельный эффективный
расход топлива возрастает на 11,6-12,4% (с 254, до 283,8-284,4
г/кВт∙ч), эффективный КПД – на 0,6-1,8% (с 0,333 до 0,335-0,339).
При содержании в смесевом топливе биологического компонента не более 50% экологические показатели имеют лучшие значения.
Так дымность отработавших газов снижается на 13,3-26,3% (с 45% до
39-28%), содержание оксида углерода – на 16-20,8% (с 0,25% до 0,210,19%). При дальнейшем увеличении биологического компонента в
смесевом топливе дымность отработавших газов увеличивается на
7,9-13,3% (с 38% до 41-45%), содержание оксида углерода – на 16,720,0%
(с 0,24% до 0,28-0,30%). Однако, после обработки смесевого
топлива 90:10 ультразвуком дымность отработавших газов увеличивается на 5,3-11,1% (с 38% до 40-45%), содержание оксида углерода –
на 12,5-16,0% (с 0,24% до 0,27-0,29%).
5. Для обеспечения работы дизеля на минеральном дизельном
топливе и смесевых растительно-минеральных топливах разработаны,
изготовлены, запатентованы и исследованы ряд двухтопливных систем питания, основным элементом которой являются дополнительный бак для растительного масла и различные конструктивные варианты смесителей растительного и минерального компонентов.
Пуск, прогрев и останов дизеля осуществляется на минеральном
дизельном топливе, а последующая работа – на растительноминеральных топливах, приготовленных в смесителе.
104
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ВЫЯВЛЕННЫЕ ПРЕИМУЩЕСТВА И НЕДОСТАТКИ
ИССЛЕДУЕМЫХ СМЕСЕВЫХ РАСТИТЕЛЬНОМИНЕРАЛЬНЫХ ТОПЛИВ
Из анализа выполненных исследований можно выделить основные преимущества смесевых редечно-минерального и сурепноминерального топлив, используемых в качестве дизельного 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
(37,05-41,3 МДж/кг); повышенное содержание кислорода; обеспечение эффективного КПД дизеля на уровне 0,32-0,34; лучшие экологические показатели по оксиду углерода и дымности; дизель не требует
существенных конструктивных изменений.
При работе дизеля на смесевых топливах «разбухания» и выхода
из строя поливинилхлоридных топливопроводов низкого давления за
время проведения исследований не наблюдалось.
Основными недостатками исследуемых смесевых топлив являются: незначительная потеря мощности двигателя (при работе на
смесевом топливе 90:10 до 6,1-7,3%), повышенный удельный эффективный расход топлива (при работе на смесевом топливе 90:10 до 14,615,8%), однако при работе дизеля на обработанных ультразвуком смесевых топливах 90:10(УЗ) максимальное падение мощности составило
4,1-5,2%,повышение и удельного эффективного расхода топлива – на
11,6-12,4%.
РЕКОМЕНДАЦИИ
С целью повышения приспособленности эксплуатируемых типажей дизелей со штатной системой питания для работы на смесевых
растительно-минеральных топливах 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.;
105
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
• использовать смеситель и устройства, изменяющие соотношение минерального и биологического компонентов в смесевом топливе
в зависимости от нагрузочно-скоростного режима работы дизеля;
• использовать электроподогреватель смесевого топлива при
низких температурах воздуха.
106
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ЛИТЕРАТУРА
1. ГОСТ Р 52808-2007. Энергетика биоотходов. Термины и определения. Национальный стандарт Российской Федерации.
2. Медведев, П.Ф. Кормовые растения европейской части СССР:
Справочник / П.Ф. Медведев, А.И. Сметанникова. – Л.: Колос. Ленингр. отд-ние, 1981. – 336 с.
3. Биоэнергетика: мировой опыт и прогноз развития: Науч. аналит. обзор / Под ред. С.Г. Митина. – М.: ФГНУ «Росинфорагротех»,
2007. – 204 с.
4. Федоренко, В.Ф. Состояние и развитие производства биотоплива: Науч. аналит. обзор / В.Ф. Федоренко, Ю.Л. Колчинский, Е.П.
Шилова. – М.: ФГНУ «Росинфорагротех», 2007. – 130 с.
5. Использование биологических добавок в дизельное топливо /
В.Ф. Федоренко, Д.С. Буклагин, С.А. Нагорнов, А.Н. Зазуля, И.Г. Голубев. – М.: ФГНУ «Росинформагротех», 2007. – 52 с.
6. Савельев, Г.С. Производство и использование биодизельного
топлива из рапса: монография. – М.: ГНУ ВИМ Россельхозакадемии,
2007. – 96 с.
7. 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.
8. Работа дизелей на нетрадиционных топливах // В.А. Марков,
А.И. Гайворонский, А.И. Грехов, Н.А. Иващенко, М.: Изд-во «Легион-автодата», 2008. – 464 с.
9. Савельев, Г.С. Применение газомоторного и биодизельного
топлив в автотракторной технике: монография. – М.: ГНУ ВИМ Россельхозакадемии, 2009. – 216 с.
10. Инновационные технологии производства биотоплива
второго поколения / В.Ф. Федоренко, Д.С. Буклагин, А.Н. Зазуля,
С.А. Нагорнов, И.Г. Голубев, С.В. Романцова, С.В. Бодягина, Л.Ю.
Коноваленко. – М.: ФГНУ «Росинформагротех», 2009. – 68 с.
11. Уханов, А.П. Биодизель: достоинства и недостатки / А.П.
Уханов, Д.А. Уханов, В.А. Рачкин // Повышение техникоэкономических 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.
107
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
12. Уханов, А.П. Особенности работы дизеля на растительноминеральном топливе / А.П. Уханов, В.А. Рачкин, В.А. Иванов // Сб.
трудов Х Межд. науч. школы «Гидродинамика больших скоростей» и
межд. конф. «Гидродинамика. Механика. Энергетические установки».
– Чебоксары: ЧПИ МГОУ, 2008. – С. 627-634.
13. Есть ли альтернатива минеральному дизельному топливу? /
А.П. Уханов, В.А. Рачкин, Д.А. Уханов, Н.С. Киреева, В.А. Иванов //
Образование, наука, практика: инновационный аспект: материалы
межд. науч.-практ. конф., посвящ. памяти проф. А.Ф. Блинохватова. –
Пенза: РИО ПГСХА, 2008. – С. 177-178.
14. 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. тр.
Межд. науч.-техн. конф. – СПб: СПбГАУ. – 2008. – С. 103-109.
15. Влияние ультразвуковой обработки биотоплива на показатели работы тракторного дизеля / А.П. Уханов, Д.А. Уханов, В.А. Рачкин, В.А. Иванов, Л.М. Благодарина // Вклад молодых ученых в инновационное развитие АПК России: сб. матер. Всерос. науч.-практ.
конф. молодых ученых. – Пенза: РИО ПГСХА, 2009. – С. 11-13.
16. 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.
17. Производство моторного топлива для автотракторных дизелей из растительной биомассы / А.П. Уханов, Д.А.Уханов,
В.А.Рачкин, В.А.Чугунов, В.А. Иванов, Е.В.Демидов // Достижения и
перспективы развития биотехнологии: сб. материалов Всероссийской
НПК. – Пенза: РИО ПГСХА, 2010. – С. 88-93.
18. Уханов,А.П. Влияние ультразвуковой обработки растительно-минерального топлива на показатели тракторного дизеля / А. П.
Уханов, Д. А. Уханов, В. А. Иванов, Л. М. Благодарина, Е. В. Демидов, Р. К. Сафаров // Тракторы и сельскохозяйственные машины. –
2010. – № 6. – С. 5-8.
19. Производство моторного топлива для автотракторных дизелей из растительной биомассы / А.П. Уханов, Д.А. Уханов, В.А. Рачкин, В.А. Чугунов, В. А. Иванов, Е. В. Демидов // Достижения и перспективы развития биотехнологии: Сб. материалов Всероссийской
НПК. – Пенза: РИО ПГСХА, 2010.– С. 88-93.
108
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
20. Рыжико-минеральное моторное топливо / Д. А. Уханов, А.
П. Уханов, Е. В. Демидов // Проблемы экономичности и эксплуатации
двигателей внутреннего сгорания: Материалы Межгосуд. науч.-техн.
семинара. Вып. 23. – Саратов: СГАУ, 2010. – С. 81-83.
21. Уханов, А. П. Биотопливо из рыжика / А. П. Уханов, Д. А.
Уханов, В. А. Рачкин, В. А. Чугунов, Е. В. Демидов, Д. С. Шеменев //
Тракторы и сельскохозяйственные машины. – 2011. – № 2. – С. 8-11.
22. 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 Ярмарки бизнес-ангелов и инноваторов. –
Оренбург, 2011. – С. 33-35.
23. Уханов, Д. А. Биотопливо из рыжикового масла: результаты
исследований и перспективы применения / Д. А. Уханов, Е. В. Демидов // Вклад молодых ученых в инновационное развитие АПК России:
Сб. материалов Всерос. НПК посвященной 60-летию ФГБОУ ВПО
«Пензенская ГСХА» Т.2. – Пенза: РИО ПГСХА, 2011. – С.55-58.
24. Результаты сравнительных исследований двигателя Д-243
при работе на дизельных смесевых топливах различного состава /
А.П. Уханов, Д.А. Уханов, В.А. Рачкин, Д.С. Шеменев // Образование, наука, практика: инновационный аспект: Сб. материалов Межд.
НПК посвященной 60-летию ФГБОУ ВПО «Пензенская ГСХА» Т.2. –
Пенза: РИО ПГСХА, 2011. – С. 210-211.
25. «Зеленая» энергия для пламенного мотора / А.П. Уханов,
Д.А. Уханов, В.А. Рачкин // InНоватор. – 2011. – № 9. – С.16.
26. Использование сурепно-минерального топлива в тракторном дизеле / А. П. Уханов, Д. А. Уханов, А. А. Черняков, В. В. Крюков // Нива Поволжья. – 2012. – № 2 (23). – С. 70-75.
27. Уханов, А. П. Дизельное смесевое топливо: монография /
А. П. Уханов, Д. А. Уханов, Д. С. Шеменев. – Пенза: РИО ПГСХА,
2012. – 147 с.
28. Использование сурепно-минерального топлива в тракторном
дизеле / А. П. Уханов, Д. А. Уханов, А. А. Черняков, В. В. Крюков //
Нива Поволжья. – 2012. – № 2 (23). – С. 70-75.
29. Ерыганов, М.М. Сурепное масло – перспективный биологический компонент к дизельному смесевому топливу/ М.М. Ерыганов,
В.В. Крюков // Инновационные идеи молодых исследователей для
АПК России: сб. материалов Всерос. науч.-практ. конф. – Том 1. –
Пенза: РИО ПГСХА, 2011. – С. 274-275.
109
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
30. Уханов, А.П. Оценка зависимости давления в надплунжерном
пространстве ТНВД от состава дизельного смесевого топлива и изменения частоты вращения кулачкового вала ТНВД / А.П. Уханов, Д.А.
Уханов, А.С. Аверьянов // Наука в современных условиях: от идеи до
внедрения: материалы Межд. НПК. – Димитровград: Технологический
институт – филиал УГСХА, 2012. – С. 119-122.
31. Уханов, А.П. Оценка изменения скоростной характеристики
ТНВД от состава дизельного смесевого топлива / А.П. Уханов, Д.А.
Уханов, А.С. Аверьянов // Наука в современных условиях: от идеи до
внедрения: материалы Межд. НПК. – Димитровград: Технологический
институт – филиал УГСХА, 2012. – С. 123-126.
32. Двухтопливная система питания дизеля / А.П. Уханов, Е.А.
Хохлова, Е.А. Сидоров, Е.Д. Година // Проблемы экономичности и
эксплуатации двигателей внутреннего сгорания: материалы Межгосуд.
науч.-техн. семинара. Вып. 23. – Саратов: СГАУ, 2012. – С. 42-44.
33. Уханов, А.П. Биотопливо – производство и перспективы применения в мобильных энергетических средствах АПК Дальнего Востока / А.П. Уханов, Е.Д. Година // Проблемы экономичности и эксплуатации двигателей внутреннего сгорания: материалы Межгосуд.
науч.-техн. семинара. Вып. 23. – Саратов: СГАУ, 2012. – С. 52-53.
34. Уханов, А.П. Теоретическая оценка влияния сурепноминерального топлива на показатели дизеля / А.П. Уханов, А.А. Черняков, В.В. Крюков // Проблемы экономичности и эксплуатации двигателей внутреннего сгорания: материалы Межгосуд. науч.-техн. семинара. Вып. 23. – Саратов: СГАУ, 2012. – С. 54-56.
35. Пат. 2435633 Россия, МПК B 01 F 5/06. Смеситель растительного и минерального топлива / Уханов А.П., Уханов Д.А., Чугунов
В.А., Демидов Е.В. – №2010115532/05; Заяв. 19.04.2010; Опубл.
10.12.2011, Бюл. № 34.
36. Пат. 2445152 Россия, МПК В 01 F 5/06. Смеситель биологического и минерального топлива / Уханов А.П., Уханов Д.А., Шеменев
Д.С., Чугунов В.А. – № 2010140826; Заяв. 05.10.2010; Опубл.
20.03.2012; Бюл. №8.
37. Пат. 2452864 Россия, МПК F 02 D 19/06, F 02 М 43/00. Система питания дизеля для работы на смесевом биоминеральном топливе / Уханов А.П., Уханов Д.А., Сафаров Р.К., Шеменев Д.С., Крюков
В.В. – №2010142007/06; Заяв. 13.10.2010; Опубл. 10.06.2012, Бюл. №
16.
110
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
38. Пат. 2465478 Россия, МПК F02D 19/ 08, F02M 43/00. Двухтопливная система питания дизеля // Уханов А.П., Уханов Д.А., Шеменев Д.С., Крюков В.В. – №2011128953/06; Заяв. 12.07.2011; Опубл.
27.10.2012, Бюл. № 30.
39. Пат. 2476716 Россия, МПК F02M 43/00. Двухтопливная система питания дизеля с автоматическим регулированием состава смесевого топлива// Уханов А.П., Уханов Д.А.,Сидоров Е.А.,Сидорова Л.И.
– №2012110662/06; Заяв. 20.03.2012; Опубл. 27.02.2013, Бюл. № 6.
40. Уханов А.П., Уханов Д.А. Исследование тракторных дизелей
при работе на дизельных смесевых топливах и разработка экспериментальных топливных систем // Инновационные разработки по агроинженерии: каталог.- М.: ФГБНУ «Росинформагротех», 2012.С.92-95.
111
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
СОДЕРЖАНИЕ
Условные обозначения и термины …………………………….
Введение ……………………………………………………….......
1 Опыт использования смесевых топлива в качестве
моторного топлива в дизелях автотракторной техники …..…
1.1 Общие сведения о смесевых растительно-минеральных
топливах и опыт их использования в дизелях автотракторной
техники ……………………………………………………………..
1.2 Биологические особенности редьки масличной и сурепицы .
2 Жирнокислотный состав и низшая теплота сгорания
масел редьки масличной и сурепицы как биокомпонентов
смесевых растительно-минеральных топлив ………………..
3 Программа и методика экспериментальных исследований
дизеля в стендовых условиях при работе на смесевых
редечно-минеральном и сурепно-минеральном топливах …..
3.1 Программа и объект исследований …………………………..
3.2 Методика лабораторных исследований по определению
плотности и вязкости минерального дизельного топлива, растительных масел и смесевых растительно-минеральных топлив ..
3.2.1 Оборудование и приборное обеспечение …………….…..
3.2.2 Методика определения плотности минерального дизельного топлива, растительных масел и смесевых растительноминеральных топлив …..................................................................
3.2.3 Методика определения вязкости минерального дизельного
топлива, растительных масел и смесевых растительноминеральных топлив ….....................................................................
3.3 Методика безмоторных исследований дизельной топливной
аппаратуры …..…………………………………………………….
3.4 Методика стендовых исследований дизеля при работе на
минеральном дизельном топливе и смесевых растительноминеральных топливах …………………………............................
3.4.1 Оборудование и приборное обеспечение …………………...
3.4.2 Методика экспериментальной оценки показателей дизеля
при работе на минеральном дизельном топливе и смесевых
растительно-минеральных топливах ………………………….…
4 Результаты экспериментальных исследований дизеля
в стендовых условиях при работе на минеральном и
смесевых растительно-минеральных топливах ……………….
112
3
4
6
6
13
19
31
31
32
32
33
33
34
37
37
43
45
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
4.1 Результаты исследований дизеля при работе на смесевых
46
редько-минеральных топливах…………………………………………
4.2 Результаты исследований дизеля при работе на смесевых
62
сурепно-минеральных топливах………………… ………………..…
5 Экспериментальные топливные системы тракторных
дизелей …………………………………………………………..
84
5.1 Краткие сведения о топливной системе трактора МТЗ-80 … 84
5.2 Двухтопливные системы питания тракторного дизеля……… 86
5.3 Смесители растительного и минерального топлива ……………. 96
Выводы ………………………………………………………….
102
Выявленные преимущества и недостатки исследуемых
смесевых растительно-минеральных топлив ……………….. 105
Рекомендации ……………………………………………………. 105
Литература ……………………………………………………….. 107
113
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Александр Петрович Уханов
Денис Александрович Уханов
Евгений Алексеевич Сидоров
Елена Дмитриевна Година
НЕТРАДИЦИОННЫЕ
БИОКОМПОНЕНТЫ ДИЗЕЛЬНОГО
СМЕСЕВОГО ТОПЛИВА
Монография
Компьютерная верстка
Л.В. Ухановой
_______________________________________________________
Сдано в производство 24.05.13 г.
Бумага писчая
Тираж 500 экз.
Формат 60×84 1/16
Усл. печ. л. 6,28
Заказ №
_______________________________________________________
РИО ПГСХА
440014, г. Пенза, ул. Ботаническая, 30
114
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа