Содержание к диссертации
Введение
1 Состояние вопроса. Цель и задачи исследования 8
1.1 Общая характеристика загрязненности дизельного топлива при эксплуатации машин 8
1.2 Анализ влияния загрязнений топлива на работу и надежность машин 13
1.3 Функциональные особенности дизельного топлива 22
1.3.1 Требования, предъявляемые к качеству топлива 22
1.3.2 Требования, предъявляемые к чистоте дизельного топлива 25
1.4 Способы и средства, обеспечения чистоты топлива в топливных системах машин 26
1.5 Фильтрационная очистка топлива 31
1.5.1 Фильтрующие материалы 31
1.5.2 Фильтрующие элементы 35
1.6 Выводы. Цель и задачи исследования 40
2 Теоретические основы моделирования комбинированных систем очистки топлива 43
2.1 Критерий оценки целесообразного качества очистки топлива 43
2.2 Моделирование комбинированной системы очистки дизельного топлива 51
2.2.1 Эффективность комбинированной очистки топлива по задержке загрязнений 53
2.2.2 Влияние комбинированной системы очистки на износ топливной аппаратуры 56
2.2.3 Ресурс фильтров в комбинированных системах очистки топлива.. 59
2.3 Фильтр повышенной эффективности для комбинированной очистки топлива 63
2.4 Моделирование процессов фильтрационной очистки топлива в фильтроэлементе секционного типа 67
2.4.1 Оценка гидравлических свойств 67
2.4.2 Эффективность очистки топлива з
2.4.3 Оценка ресурса фильтроэлемента 72
2.5 Теоретические предпосылки оптимизации комбинированной очистки топлива в топливных системах машин 76
2.5.1 Рекомендуемые комбинации ступеней очистки топлива 76
2.5.2 Условия экономичности двухступенчатой комбинированной очистки топлива 77
2.6 Выводы и задачи экспериментальных исследований 80
3 Методика экспериментальных исследований 82
3.1 Объект и предмет исследования 82
3.2 Методики оценки загрязненных топлив 83
3.2.1 Определение дисперсного состава механических примесей 83
3.2.2 Определение массовой концентрации загрязнений 85
3.2.3 Определение счетной концентрации частиц загрязнения 87
3.2.4 Методика определения содержания воды в топливе 88
3.3 Методики определения характеристик пористой структуры фильтрующего материала фильтроэлемента 91
3.3.1 Определение коэффициента пористости 91
3.3.2 Определение коэффициента проницаемости 92
3.3.3 Методика исследования гидравлических свойств фильтра 94
3.4 Методики оценки эффективности фильтра 96
3.4.1 Определение тонкости и коэффициента фильтрации 96
3.4.2 Определение ресурса фильтра 97
3.5 Методика эксплуатационных испытаний 99
3.5.1 Планирование натурного эксперимента 99
3.6 Выводы 101
4 Результаты экспериментальных исследований комбинированных систем очистки топлива 102
4.1 Параметры структуры и фильтрационные свойства деформируемых пористых материалов для секционного топливного фильтроэлемента 102
4.1.1 Проницаемость и пористость ППУ 103
4.1.2 Качество очистки топлива 104
4.2 Гидравлические свойства секционного наборного фильтроэлемента 107
4.3 Ресурсные лабораторные испытания фильтроэлементов 109
4.4 Ресурсные эксплуатационные испытания фильтроэлементов 111
4.5 Эксплуатационные испытания двухступенчатых комбинированных систем очистки топлива 114
4.6 Влияние комбинированной очистки топлива на безотказность топливных систем машин 116
4.7 Выводы 127
5 Технико-экономическое обоснование выбора и проектирования комбинированных систем очистки топлива 129
5.1 Сравнительная оценка затрат на комбинированную очистку топлива 129
5.1.1 Штатная система очистки (ФТО из бумаги) 130
5.1.2 Комбинированная система очистки, состоящая из ФГО на основе ГШУ-ЭО-130иФТОизбумаги 131
5.1.3 Комбинированная система, состоящая из ФГО и ФТО из ППУ-ЭО-130 132
5.2 Задачи проектирования комбинированной очистки топлива в топливных системах машин. Исходные данные 134
5.3 Проектирование комбинированной двухступенчатой системы фильтрационной очистки топлива 137
5.3.1 Расчет комбинации фильтроэлементов поверхностного и объемного типа 138
5.3.2 Расчет комбинации секционных фильтроэлементов объемного типа 141
5.4 Пример расчета комбинированной системы очистки топлива... 142
5.5 Экономическая эффективность усовершенствованной топливной системы 147
5.6 Выводы 150
Общие выводы 152
Библиографический список 1
- Функциональные особенности дизельного топлива
- Влияние комбинированной системы очистки на износ топливной аппаратуры
- Определение дисперсного состава механических примесей
- Эксплуатационные испытания двухступенчатых комбинированных систем очистки топлива
Введение к работе
Актуальность работы. Эксплуатация сельхозмашин на загрязненном дизельном топливе увеличивает износ топливной аппаратуры, вследствие этого увеличивается количество простоев техники, связанных с увеличением отказов топливных систем.
Дальнейшее повышение качества очистки топлива возможно на основе использования более глубокого фильтрования топлива фильтроэлементами объемного типа на стадии грубой очистки, т.е. разработки системы комбинированной фильтрационной очистки топлива в виде комбинаций фильтров поверхностного и объемного типа.
Обоснованный подбор ступеней (фильтров грубой и тонкой очистки) может обеспечить существенное повышение эффективности комплексной очистки топлива при сохранении или снижении затрат на очистку в сравнении с одноступенчатой фильтрацией.
Цель исследования. Разработка комбинированной фильтрационной очистки топлива повышенной эффективности в топливных системах машин, эксплуатируемых в сельском хозяйстве.
Объект исследования. Топливные системы машин с дизельными двигателями, эксплуатируемые в сельском хозяйстве, ожидаемое повышение надежности которых обеспечивается применением двух-, многоступенчатой комбинированной очистки топлива.
Предмет исследования. Процессы комбинированной очистки топлива с использованием фильтроэлементов объемного типа повышенной эффективности.
Методы решения задач. В работе использованы теоретические и экспериментальные методы и натурные эксплуатационные испытания процессов фильтрации топлива; дифференциальные и алгебраические уравнения, пакеты прикладных программ MS Excel.
Научная новизна исследования заключается в следующем:
-
На основе моделирования фильтрационных процессов предложен критерий оценки целесообразного качества очистки топлива в топливных системах машин по суммарным затратам на очистку топлива и ремонт топливной аппаратуры.
-
Получены аналитические зависимости пропускной способности, качества очистки и ресурса топливного фильтроэлемента новой конструкции из деформируемого пористого материала, обладающего повышенным ресурсом.
-
Получены математические модели процессов фильтрации топлива топливными фильтроэлементами грубой (ФГО) и тонкой (ФТО) очистки, а также в их комбинациях, описывающие совместную работу ФГО и ФТО по условиям равной грязеёмкости и кратного ресурса при их взаимном влиянии.
-
Разработана методика расчета и проектирования комбинированной очистки топлива в топливных системах сельскохозяйственных машин, позволяющая оптимизировать состав средств фильтрационной очистки топлива.
Практическая ценность диссертационной работы заключается в следующем:
1. Предлагаемый способ конструктивной модернизации топливных систем сельскохозяйственных машин позволяет значительно снизить простои машин, по-
вышая безотказность топливных систем за счет повышения качества очистки топлива от механических примесей и воды.
-
Предложенная новая конструкция секционного фильтра с переменной пористостью, а также разработанные методы его расчета и оптимизации применимы для создания более эффективных топливных фильтров, а также фильтров смазочных, гидравлических систем мобильных машин и другой техники.
-
Предлагаемая методика расчета и проектирования комбинированной системы очистки топлива для топливных систем сельскохозяйственных машин применима для разработчиков на стадии создания комбинированной системы очистки топливных систем машин с повышенной надежностью.
Реализация результатов работы. Результаты проведенных исследований и разработки используются в ООО «Сибирское зерно», СПК «Нелюбино» (Томская область). Методика расчета и проектирования комбинированной системы очистки топливных систем сельскохозяйственных, дорожных, строительных и других машин используется в учебном процессе Томского государственного архитектурно-строительного университета при подготовке специалистов по направлению «Наземные транспортно-технологические средства».
Достоверность и обоснованность результатов подтверждается использованием физически обоснованных математических моделей, экспериментальными исследованиями и сопоставлением их результатов с итогами аналитических расчетов с использованием обоснованных алгоритмов расчета.
На защиту выносятся:
-
Критерий оценки целесообразного качества очистки топлива в топливных системах машин.
-
Новая конструкция секционного топливного фильтроэлемента, защищенная патентом на изобретение, выполненного из деформируемого пористого материала и обладающего повышенным ресурсом.
-
Математические модели процессов фильтрации топлива в топливных фильтроэлементах грубой (ФГО) и тонкой (ФТО) очистки, а также в их комбинациях.
-
Результаты экспериментальных лабораторных исследований структурных характеристик и фильтрационных свойств деформируемых открытопористых пенополиуретанов отечественного производства, а также результаты эксплуатационных испытаний фильтроэлементов новой конструкции на их основе.
-
Результаты сравнительных эксплуатационных испытаний топливных систем машин с одноступенчатой и двухступенчатой комбинированной очисткой топлива.
-
Методика расчета и проектирования комбинированной фильтрационной очистки топлива в топливных системах машин.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены, обсуждены и одобрены на II Международной научно-практической конференции «Перспективы развития и безопасность автотранспортного комплекса», г. Новокузнецк, КузГТУ, 2012 г.; 15-й Международной научно-практической конференции «Технологии упрочнения, нанесения покрытий и ремонта: теория и практика», Санкт-Петербург, 2013 г.; Всероссийской научно-практической кон-
ференции «Машиностроение России: инновационно-технологические и организационно-экономические проблемы развития», Пенза, 2013 г.; на семинарах механико-технологического факультета ТГАСУ.
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 7 печатных работ, из них 3 в изданиях рецензируемых ВАК, и патент РФ.
Объем работы. Диссертация изложена на 159 страницах и включает введение, пять глав, общие выводы, список литературы из 91 наименования.
Функциональные особенности дизельного топлива
Следует отметить, что одной из причин высокого содержания загрязнений механического характера в топливных баках является высокая запыленность атмосферного воздуха в зоне работы машин. Например [26], при выполнении технологических работ запыленность воздуха у воздухозаборника может колебаться от 0.3 до 1.5 г/м3 в зависимости от конструктивного расположения топливного бака. При отсутствии или неработоспособном состоянии средств защиты баков в них поступает огромное количество пыли во время «малого дыхания». Поэтому и на выходе из бака дизельное топливо может иметь высокую концентрацию загрязнений как по массе, так и по гранулометрическому составу, что требует тщательной его очистки топливными фильтрами, конструктивно предусмотренными у машин для обеспечения требования ГОСТ 305-82 [1, 7, 23 и др.].
Между массовым содержанием механических примесей, содержащихся в топливе, и их гранулометрическим составом существует определенная корреляционная связь. Причем состав частиц носит полидисперсный характер и обладает известной стабильностью независимо от места и способа хранения. Например, из таблицы 1.3 следует, что при хранении топлива на нефтебазах содержанию загрязнений С=0,00254 % (масс) соответствует 31330 шт/мл.
К сожалению, проблема обеспечения необходимой чистоты дизельного топлива, поступающего к прецизионным парам топливных насосов мобильных машин, и на сегодняшний день остается нерешенной в связи с низкой эффективностью средств предварительной и грубой очистки топлива в топливной системе. Об этом свидетельствуют, например, работы [17, 20, 28]. А в работе [29] показано, что даже в свежих нефтепродуктах, как и в баках новых машин, еще не накопивших загрязнений, менее опасных частиц размером до 5 мкм содержится около 30 %. Таблица 1.3
Остальные 70% - это опасные частицы с точки зрения абразивного изнашивания сопряженных деталей топливной аппаратуры и дизеля в целом [7, 20, 26, 28, 30]. При этом стандартные гравитационные отстойники грубой очистки задерживают всего лишь до 25 % частиц высокой дисперсности (порядка 30 мкм и выше). А на выходе из фильтров тонкой очистки количество загрязнений в топливе снижается в 2,6...2.7 раза, что значительно сокращает их эксплуатационный ресурс [11, 31, 32, 33]. Эти и другие примеры свидетельствуют о высокой вероятности загрязнения топливной системы машин механическими примесями вследствие низкой эффективности штатных средств грубой очистки топлива. В этом случае всю нагрузку на себя принимает фильтр тонкой очистки, ограничивая свой ресурс.
В понятие «загрязнение топлива» входит не только содержание механических частиц загрязнения, но и присутствие в нем воды, механизм образования которой заключается в следующем: дизельное топливо, обладая обратимой гигроскопичностью, при определенных условиях растворяет влагу, присутствующую в атмосферном воздухе в виде паров, затем выделяет ее в виде микрокапель, образующих в топливе водотопливную эмульсию. Растворимость воды в топливе повышается с ростом его температуры [8, 9, 10, 33, 34].
Как показывают исследования [14], водотопливная эмульсия представляет собой достаточно устойчивую структуру и вызывается тем, что при охлаждении топлива от +10 до -30С содержание в нем растворенной воды уменьшается с 0,004 % до 0,002 % и соответственно возрастает содержание свободной (эмульсионной) воды. При этом образуемые по причине конденсации растворенной в топливе воды капли не превышает 7-8 мкм.
Вода, растворенная в топливе, не диссоциирует на ионы, а находится в виде отдельных молекул, не взаимодействующих с молекулами углеводородов топлива вплоть до концентрации насыщения. Понижение температуры топлива приводит к интенсивному переходу растворенной воды в эмульсионное состояние. При этом быстрое охлаждение сопровождается выделением капель диаметром до 5 мкм и более, медленное охлаждение - менее 3 мкм [14].
Контакт холодного топлива с влажным теплым воздухом, из которого влага осаждается на поверхности топлива, способствует образованию микрокапель, диаметр которых зависит от влажности воздуха [34].
Присутствие воды в топливе также приводит к образованию загрязнений в виде микроорганизмов и продуктов их жизнедеятельности - пирогенных веществ, которые способны бурно развиваться. Например, после 14 месяцев хранения дизельного топлива в резервуаре емкостью 4000 м в 1 мл отстоявшейся воды обнаружено 62 млн. колоний микроорганизмов, а на границе раздела «вода -дизельное топливо» - 196 млн. колоний в 1 мл. [5, 20].
Вышеизложенное свидетельствует о том, что вероятность загрязнения дизельного топлива в складских резервуарах, транспортных цистернах и топливных баках машин разнообразными механическими примесями и водой весьма велика, что, естественно, снижает надежность топливной аппаратуры и цилиндропоршневой группы дизеля при эксплуатации машин [13, 17, 22, 26, 35, 36,37,38].
Поэтому являются актуальными исследования и разработки с целью создания комбинированной очистки топлива в топливных системах машин с более эффективной многоступенчатой фильтрацией. 1.2 Анализ влияния загрязнений топлива на работу и надежность машин
Вопросы влияния загрязненности топлива на работоспособность топливной аппаратуры мобильных машин и их двигателей достаточно глубоко изучены такими исследованиями как Григорьев М.А., Пономарев Н.Н., Антипов В.В., Кадыров СМ., Рыбаков К.В. и другими в период становления отечественного автопрома. Выявлено влияние как естественных, так и искусственных загрязнителей на износ прецизионных деталей топливных систем в лабораторных и эксплуатационных условиях работы машин автотранспортного, сельскохозяйственного и строительно-дорожного комплексов. В частности, установлено, что основным наиболее уязвимым узлом топливной аппаратуры с точки зрения абразивного изнашивания, от которого зависит ее ресурс, является топливная пара (втулка-плунжер). Типичным видом разрушения пары является абразивное истирание сопряженных (трущихся) поверхностей вследствие проникновения в зону трения механических частиц высокой твердости.
Влияние комбинированной системы очистки на износ топливной аппаратуры
В данной конструкции ФС реализован принцип увеличения длительности процесса фильтрования.
Фильтр-сепаратор работает следующим образом. Очищаемое топливо поступает в корпус 1, проходит через отверстия перфорированной пластины 9, через фильтрующий материал 10 и перфорированную пластину 2. Затем, меняя направление движения на 180, проходит через фильтрующий материал 4 и уходит через отстойную зону в трубопровод системы.
При прохождении топлива через поры ФЭ, размер которых уменьшается в направлении движения, заполнение их механическими примесями происходит постепенно, за счет чего повышается ресурс фильтроэлемента. Одновременно с этим осуществляется коагуляция микрокапель воды, которые после выхода из фильтрующего элемента выпадают в отстой.
Лабораторные, а также эксплуатационные испытания ФЭ [70,72, 74] указали на удовлетворительное качество очистки и водоотделения, высокую грязеемкость, а также на возможность дальнейшей его модернизации с целью повышения эффективности.
Анализ способов и средств очистки дизельного топлива от загрязнений для использования в топливных системах мобильных машин указывает на перспективность топливных объемных фильтроэлементов, выполненных из пористых, эластичных материалов, позволяющих за счет изменения внутреннего размера пор, изготавливать элементы с заданной тонкостью фильтрации и высоким ресурсом.
Вопросы расчета и оптимизации топливных фильтров рассмотрены во многих работах. Получены адекватные математические модели, описывающие гидравлические свойства, эффективность и ресурс пористых фильтроэлементов, учитывающие конструктивные параметры фильтроэлементов поверхностного и объемного типа, свойства эксплуатационных загрязнений и другие факторы [6, 14, 22, 27, 60, 61, 62, 64, 65, 68, 70, 71, 74, 77 и др.]. Полученные результаты можно использовать и развивать в дальнейших исследованиях.
Таким образом, можно констатировать, что в топливных системах машин с дизельными двигателями сложилась устойчивая тенденция очистки топлива, поступающего к прецизионным парам трения, с помощью гравитационного отстаивания в фильтрах отстойниках (ФГО) и тонкой очистки в пористых фильтрах (ФТО). Вместе с тем в некоторых работах установлен дополнительный резерв повышения эффективности и экономичности очистки топлива с использованием гравитационной двухступенчатой фильтрационной очистки топлива [62, 68, 72]. Такая комбинированная система очистки топлива в целом, мало изучена и представляет собой цель предстоящего исследования.
1. Дизельные топлива, применяемые при эксплуатации мобильных машин сельскохозяйственного и другого назначения, подвергаются активному загрязнению механическими примесями, водой, продуктами износа и другими компонентами. Загрязненность топлива приводят к износу топливной аппаратуры, к снижению ее ресурса.
2. Традиционно сложившаяся очистка топлива в топливных системах осуществляется с помощью грубой очистки в гравитационных отстойниках и тонкой очистки в фильтрах, оснащенных сменными пористыми фильтроэлементами поверхностного типа из специальных видов фильтровальных бумаг и картонов. При этом отсутствует метод технико-экономического обоснования качества тонкой очистки топлива по номинальной тонкости фильтрации.
3. Дальнейшее совершенствование топливных систем машин в направлении повышения их надежности при одновременном снижении затрат на очистку топлива возможно путем разработки комбинированной системы очистки топлива, включающей фильтр грубой очистки топлива (ФГО) в виде корпуса с гравитационной зоной и встроенные фильтроэлементы объемного типа из деформируемого пористого материала, а также фильтр тонкой очистки поверхностного или объемного фильтрования.
Таким образом, целью работы является разработка комбинированной очистки топлива повышенной эффективности в топливных системах дизельных машин сельскохозяйственного назначения.
Для достижения указанной цели необходимо решить следующие задачи: 1) разработать критерий технико-экономической оценки требуемой тонкости очистки топлива в топливных системах машин и тракторов; 2) разработать варианты схематизации комбинированной очистки топлива повышенной эффективности, основанной на двухступенчатой фильтрации с использованием фильтроэлементов поверхностного и объемного типа. 3) разработать конструкцию топливного фильтроэлемента объемного типа из фильтроматериала, обеспечивающего фильтрование с постепенным закупориванием пор, с целью повышения ресурса фильтроэлементов до их замены. 4) разработать адекватные математические модели процессов фильтрации топлива в топливных фильтрах грубой (ФГО) и тонкой очистки (ФТО), а также в их комбинациях, описывающих совместную работу ФГО и ФТО по условиям равной грязеемкости и кратного ресурса. 5) провести сравнительные эксплуатационные испытания топливных систем машин, оснащенных одноступенчатой и комбинированной двухступенчатой фильтрационной очисткой, с целью оценки их работоспособности и степени влияния на безотказность машин по топливной аппаратуре. 6) разработать методику расчета и проектирования комбинированной очистки топлива в топливных системах машин с оценкой ее экономической эффективности.
Определение дисперсного состава механических примесей
Число частиц определённого размера при изучении их относительного содержания в жидкостях характеризуется дисперсностью исследуемого загрязнителя, например, стандартных порошков или пылей (ГОСТ 15048).
Дисперсный состав загрязняющих примесей в пробе дизельного топлива определялся с применением микроскопа «МИКМЕД-1» в отраженном свете в составе с апертурой диафрагмы, конденсатором «ОЙ-14», насадкой «АУ-14» и микрометром «МОВ-1-16Х», что позволило увеличить показания от 300 до 600 раз. Перемешанная с помощью магнитной мешалки «ММ-ЗМ» проба топлива пипеткой наносилась на предметное стекло, прикрывалась покровным и после легкого нажима на него просушивалась бумажным фильтром типа «БЛ».
Исследования порошков в качестве загрязнителя нефтепродуктов показывают, что увеличение числа измерений приводит к увеличению относительного содержания мелких частиц. При числе измерений п=2000 рост прекращается. Количество частиц определенного размера, попадающих в то или иное последовательное измерение - результат случайного процесса. Поэтому вероятность попадания частиц z-ro размера в назначенный интервал с относительной долей fj составит: Тогда вероятность попадания частиц других размеров будет равна:
Поскольку дисперсный состав загрязнений в нефтепродуктах носит случайный характер, мерой его изменчивости служит коэффициент вариации v: v- . (3.8) а где а - среднее квадратическое отклонение, d - средне-арифметический диаметр частиц. Необходимое количество проб топлива для измерения дисперсного состава загрязнений с относительной ошибкой є равной 10% и доверительной вероятностью 0,95 рассчитывалось при условном нормальном законе распределения как:
Определение массовой концентрации загрязнений В соответствии с ГОСТ 10577-78 среднее значение массовой концентрации частиц загрязнений С определялось как среднее арифметическое, равное отношению суммы результатов полученных измерений (Cj) к числу измерений (п), то есть: mi, m2 - масса стаканчика после и до анализа, мг. Основываясь на законах математической статистики [92], с учетом ошибки результатов измерений рассчитывалось необходимое число измерений:
Подсчитанное число измерений п массовой концентрации загрязняющих примесей в пробе составляет около одной тысячи при вероятности 0,95. 3.2.3 Определение счетной концентрации частиц загрязнения
Счетная концентрация частиц загрязнения в пробе топлива определялась с помощью гранулометрического анализатора состава механических примесей, взвешенных в жидкостях «ГРАН-152.1» (рис.3.2).
Анализируемая жидкость посредством электромеханического насоса прокачивается через проточную кювету, просвечиваемую световым излучением. Интенсивность потока измеряется фотоприемником. В момент пересечения частицами просвечиваемой зоны часть светового потока кратковременно экранируется. При этом на выходе фотоприемника вырабатываются импульсы в количестве равном количеству частиц, а по амплитудам пропорциональные их размерам. Определение количества и размеров частиц осуществляется в результате автоматической регистрации импульсов от частиц и их классификации по размерным группам: 3...5, 5...10, 10...25, 25...50, 50...100 мкм.
Относительная погрешность подсчета частиц не более ±2 %. Объем анализируемой дозы: 10, 25, 50 см3. Относительная погрешность подсчета объема дозы не более ±2%.
Счетная концентрация взвешенных частиц загрязнения определялась следующим образом.
Пробы топлива отбирались по ГОСТ 2517-85. Взмученная проба дизельного топлива объемом 500 мл отбиралась в емкость, предварительно промытую чистым бензином и просушенную в сушильном шкафу. Затем проба переливалась в магнитную мешалку «ММ-ЗМ» и интенсивно перемешивалась в течение 5-10 минут. После этого топливо переливалось в приемную воронку анализатора. Для удаления из топлива пузырьков воздуха перед началом анализа проба выдерживалась в течение 30 секунд. где по - счетная концентрация частиц указанных размером от 5 до 500 мкм в единичной пробе разбавленного топлива; q - объем единичной пробы, см3; Кк -коэффициент кратности разбавления пробы топлива.
Содержание воды в топливе определялось по ГОСТ 2477-65 гидрокальциевым методом. Метод основан на изменении объема водорода, выделяемого в результате химической реакции гидрида кальция с водой. Количество водорода замерялось газовой бюреткой прибора (рис. 3.3), а прореагировавшей воды 89 рассчитывалось как разность между содержанием общей и растворенной воды по формуле: где Т- абсолютная температура среды, К. Очевидно, что зависимость носит линейный характер (рис 3.4 б), а потому может использоваться для определения содержания растворенной воды в топливе.
Следует отметить, что проба топлива отбиралась закрытым способом с целью исключения его контакта с атмосферной средой. При этом использовалась специальная стеклянная колба с резиновой грушей, пробкой и патрубками в ней диаметром 8 мм. К ним подключаются полиэтиленовые шланги, через которые осуществляется отбор проб объемом до 0,1 л.
Суть метода состоит в следующем. Стеклянная колба заполняется этиловым спиртом, имеющим малый краевой угол смачивания. Из образца фильтроматериала вырезают полоски прямоугольной формы размером (100x30) мм в количестве 15...20 штук. Толщинометром UH-219 измеряют толщину образцов по ГОСТ 7933-89 и рассчитывают их суммарный объем м- Образцы помещают в мерную колбу и затем пропитывают. Пинцетом производят многократное обжатие полосок для полной пропитки в течение 30 минут. Затем по изменению уровня жидкости в капиллярной трубке на шкале определяют суммарный объем «скелета» Кда.
Эксплуатационные испытания двухступенчатых комбинированных систем очистки топлива
При проектировании комбинированной системы очистки топлива в топливных системах машин ставится цель повышения надежности (безотказности) машин в эксплуатации при одновременном сохранении уровня затрат или снижении затрат на фильтрационную очистку топлива.
Выше показано, что эта цель достигается созданием двухступенчатых систем фильтрации, включающих комбинацию ФГО и ФТО на основе ФГО новой, из деформируемых пенополиуретанов, конструкции и традиционного ФТО из специальных видов бумаг или также из пенополиуретанов.
Методику расчета и проектирования комбинированных систем очистки топлива можно представить в виде алгоритма на рис.5.1. Отдельные этапы расчета рассматриваются ниже.
Исходными данными для проектирования комбинированной системы очистки топлива являются: - тип мобильной машины, тип двигателя, применяемое топливо, выбранная схема очистки; - номинальный расход топлив VH (м /С) при кратности циркуляции в топливной системе - і; - общая загрязненность (по концентрации) топлива механическими примесям с0, (кг/кг); - кинематическая вязкость топлива - vT, (м /с); - плотность топлива рт, кг/м3 и загрязнений р3, (кг/м3); 135 - планируемый ресурс (время) работы сменного фильтроэлемента грубой очистки ФГО до замены - Т2,(ч.); - номинальная 95% -ная тонкость очистки топлива в ФГО - do.95b (мкм); - номинальная 95% -ная тонкость очистки топлива в ФТО - do.952, (мкм); - исходная пористость фильтроматериалов, Щ\, ЩЇ, - коэффициент проницаемость фильтроматериалов Коь Ко2, (м ).
Проектирование комбинированной двухступенчатой системы фильтрационной очистки топлива
Проектирование комбинированной очистки топлива в топливных системах машин сводится, в основном, к совокупному расчету и выбору параметров фильтроэлементов грубой и тонкой очистки топлива, т.к. вопросы общего проектирования фильтров, включающих корпус и фильтроэлемент, рассмотрены достаточно подробно [62].
Расчет комбинации фильтроэлементов поверхностного и объемного типа Эта комбинация выражается схемой, приведенной на рис.2.12 а), по которой фильтроэлемент тонкой очистки топлива - бумажный с тонкостью очистки do.952=4 мкм, а фильтроэлемент грубой очистки выполнен из деформируемого пенополиуретана (например, из ППУ-ЭО-130) конструктивно по схеме на рис. 2.8 и рис. 2.9. Общая методика выбора параметров ФТО и ФГО базируется на результатах проведенных исследований и заключается в следующем:
Далее определяем требуемый объем Q j,i и размеры наборного секционного фильтроэлемента грубой очистки топлива (ФГО), обеспечивающий его ресурс до замены Ть примерно в 2 раза превышающий ресурс фильтроэлемента ФТО - Т2. Из формулы (4.9), находим:
Производим расчет начального гидравлического сопротивления фильтроэлемента ФГО из пенополиуретана (ППУ) по формуле (2.59): гидравлического сопротивления фильтроэлемента в сборе с корпусом фильтра: AP »=4POI+ZAP,I» (5-15) где Др(1 сопротивления конструктивных элементов корпуса ФГО [71].
Эта комбинация выражается схемой, приведенной на рис. 2.12 б), по которой фильтроэлементы ФГО и ФТО - секционные и объемные из ППУ (рис. 2.8, рис. 2.9). Общая методика расчета параметров ФТО и ФГО аналогична изложенной выше для смешанной комбинации фильтроэлементов (рис. 2.12 а)) и заключается в следующем:
Тонкость фильтрации топлива ФГО объемного типа сіо г" 1 8мкм нерациональна ввиду существенного снижения пропускной способности фильтроэлементов из ППУ. По формуле (2.38), (2.39) находим г] и ц2 2) По схеме на рис. 2.9 намечаем количество секций в наборном фильтроэлементе для ФТО (z=6, 8, 12) и находим их степени обжатия. Определяем также среднюю пористость секторов \/ср2 фильтроэлемента по формуле, аналогичной формуле (2.67). Далее определяем требуемый объем Q$2 и размеры наборного секционного фильтроэлемента тонкой очистки топлива ФТО, обеспечивающий его ресурс до замены Т2 по формуле:
