Содержание к диссертации
Введение
1. Состояние вопроса. цель и задачи исследования . 7
1.1. Общая характеристика загрязненности дизельного топлива . 7
1.2. Влияние загрязнений на работу и надежность дизелей 13
1.3. Требования, предъявляемые к дизельному топливу 17
1.4. Методы и средства очистки топлива в системах топливоподачи дизелей 22
1.5. Фильтрационная очистка топлива 34
1.5.1. Фильтрационные материалы 34
1.5.2. Фильтрационные элементы 38
1.6. Выводы по главе 41
1.7. Цель и задачи исследования 42
2. Теоретическое обоснование совершенствования системы питания дизелей 45
2.1. Анализ процессов накопления механических примесей в топливных баках 45
2.1.1. Общие положения 45
2.1.2. Оценка процессов накопления механических примесей в баках 47
2.2. Анализ процессов накопления воды в топливных баках 53
2.2.1. Общие положения 53
2.2.2. Оценка процессов накопления воды в баках 58
2.3. Теоретические предпосылки разработки средств, снижающих загрязнение топлива 66
2.3.1. Устройство для предотвращения попадания механических примесей в баки
2.3.2. Устройство для предотвращения обводнения топлива в баках 73
2.3.3. Совершенствования фильтров тонкой очистки топлива . 77
2.4. Выводы по главе 84
2.5. Задачи экспериментальных исследований 85
3. Методы экспериментальных исследований 87
3.1. Методы исследования загрязненности и обводненности дизельного топлива 87
3.2. Методика исследования эффективности масляного пылеуловителя 93
3.3. Методика исследования устройства для обработки топлива . 95
3.4. Методы исследования фильтрационных материалов 99
3.4.1. Определение проницаемости 99
3.4.2. Определение пористости 101
3.4.3. Определение показателей эффективности фильтрационных материалов 101
3.5. Методы лабораторных исследований фильтроэлементов 104
3.5.1. Проверка фильтроэлементов на герметичность 106
3.5.2. Исследование гидравлических свойств 106
3.5.3. Исследование ресурса фильтроэлементов Ю8
3.6. Методика эксплуатационных испытаний фильтроэлементов... 108
3.7. Выводы по главе 109
4. Результаты экспериментальных исследований 111
4.1. Лабораторные исследования масляного пылеуловителя 111
4.2. Стендовые исследования устройства для обработки топлива . 114
4.3. Лабораторные исследования фильтрационных материалов 121
4.4. Стендовые исследования фильтроэлементов 121
4.5. Выводы по главе 128
5. Результаты эксплуатационных испытаний 130
5.1. Сравнительные испытания топливных систем 130
5.2. Выбор параметров устройств для предотвращения загрязнения топлива в баках 134
5.2.1. Масляный пылеуловитель 134
5.2.2. Устройство для обработки топлива 136
5.3. Расчет и оптимизация спиральных фильтроэлементов 139
5.3.1. Выбор основных конструктивных параметров 139
5.3.2. Оптимизация выбора шага гофрирования и расчет параметров фильтрующей шторы 140
5.3.3. Расчет и построение гидравлической характеристики . 141
5.3.4. Программа расчета и оптимизации фильтроэлементов 141
5.4. Выводы по главе 145
6. Оценка экономической эффективности от внедрения разработок 14б
6.1. Выводы главе 149
7. Общиевыводы 15
Литература 152
Приложения
- Методы и средства очистки топлива в системах топливоподачи дизелей
- Оценка процессов накопления механических примесей в баках
- Определение показателей эффективности фильтрационных материалов
- Стендовые исследования устройства для обработки топлива
Введение к работе
Согласно "Федеральной целевой программы стабилизации и развития агропромышленного комплекса Российской Федерации", утвержденной Указом Президента Российской Федерации [1], политика государства в области сельского хозяйства будет направлена на достижение продовольственной безопасности страны, создания необходимых резервов продуктов питания, сырья, повышение уровня продовольственного обеспечения и качества сельскохозяйственной продукции.
Реформируемое сельское хозяйство пополняется энергонасыщенными тракторами и автомобилями, которые являются массовыми потребителями нефтепродуктов. При этом отмечается широкое привлечение импортных автомобилей [2, 3], а по параметрам цены и качества самое широкое применение находят автомобили ТАТРА-815, хорошо зарекомендовавшие себя при эксплуатации в сложных климатических условиях и дорожных условиях.
Загрязнения в виде механических примесей, воды и других веществ попадают в нефтепродукты на этапах производства, хранения, транспортирования и эксплуатации, вызывая при этом износы топливной аппаратуры дизелей и аварийный выход из строя техники, поэтому применение некондиционных по загрязненности нефтепродуктов наносит сельскохозяйственному производству большой экономический ущерб.
Статистика показывает, что более половины всех неисправностей дизельных двигателей машин приходится на топливную систему за счет высокой загрязненности и обводненности топлива. Загрязнения, попадающие в топливо различными путями, вызывают повышенный износ прецизионных пар топливной аппаратуры, подкачивающих насосов, забивку фильтров, коррозию деталей, замерзание топливопроводов и другие отрицательные эффекты, поэтому постоянно актуальной остается проблема повышения чистоты применяемого дизельного топлива.
Исследованиям в области обеспечения чистоты нефтепродуктов посвящены работы Рыбакова К.В., Коваленко В.П., Удлера Э.И., Григорьева М.А., Симоненко А.В., Шевченко В.П., Карташевича А.Н., Байкина СВ. и других исследователей. При этом большинство работ направлено на разработку новых и совершенствование известных средств очистки топлива, в основном, с помощью фильтрации. В то же время в ряде работ, применительно к топливным системам машин, отмечается необходимость комплексного решения проблемы с помощью устройств для предотвращения загрязнения и фильтрационной очистки.
Настоящая работа посвящена разработке технических устройств для предотвращения попадания механических примесей и воды в баки машин, а также совершенствованию топливных фильтров, что в целом рассматривается как комплексное совершенствование топливных систем машин, направленное на повышение чистоты применяемого дизельного топлива.
На основании литературного обзора сформулированы задачи для теоретических и экспериментальных исследований. Теоретический анализ проблемы позволил разработать основные положения по конструктивному совершенствованию топливных систем с применением новых устройств, предотвращающих загрязнение и обводнение топлива в баках машин и более эффективных фильтров-очистителей. Экспериментальные лабораторные исследования подтвердили правомерность основных теоретических положений. Эксплуатационные испытания показали достаточную эффективность и преимущества предлагаемой усовершенствованной топливной системы.
В качестве объекта исследования был принят автомобиль ТАТРА-815 с дизельным двигателем воздушного охлаждения, эксплуатирующийся в сложных условиях сельскохозяйственного производства.
На защиту выносится:
- результаты комплексного исследования загрязненности дизельного топлива на всех этапах его транспортирования, хранения и применения в условиях сельского хозяйства средней климатической зоны;
- математическая модель процесса накопления механических примесей в топливных баках машин;
- математическая модель процесса накопления воды топливных баках машин;
- разработка масляного пылеуловителя, предотвращающего попадание механических примесей в баки машин, а также рекомендации по его проектированию и эксплуатации;
- разработка устройства для обработки топлива, предотвращающего накопление воды в топливном баке, а также рекомендации по его проектированию и эксплуатации;
- разработка усовершенствованного фильтроэлемента тонкой очистки топлива, а также методика его расчета и оптимизации;
- результаты экспериментальных и эксплуатационных испытаний.
Работа выполнена в МГАУ им. В.П. Горячкина по плану Программы научно-технического развития АПК и Высшего сельскохозяйственного образования на 1997 — 2005 г.г.
Методы и средства очистки топлива в системах топливоподачи дизелей
Исключение составляют следующие показатели: - фракционный состав топлив (у российских температура, при которой перегоняется 50% топлива, составляет 280С; у чешских температура, при которой перегоняется 48% топлива, составляет 170С, что положительно влияет на мягкость пуска двигателя); - температура застывания топлив (у российских марки 3 температура застывания составляет - 35С; у чешского аналога марки NM-22 температура застывания составляет - 22С, что для их климатических условий вполне достаточно); - кислотность топлив (у российских кислотность составляет 5 мг КОН на 100 см3; у чешских кислотность не нормируется из-за лучшей очистки топлива при его производстве, что увеличивает надежность и долговечность двигателя). Согласно стандартам России и Чехии наличие в дизельном топливе механических примесей и воды не допускается.
Приведенный выше анализ свидетельствует о том, что наличие загрязнений в дизельном топливе существенно ухудшает работу двигателя, поэтому важное значение имеет обеспечение чистоты топлива, которое невозможно без установления требований к этому показателю.
Исходя из технико-экономических соображений предельный зазор вследствие износа плунжерных пар насоса распределительного типа не должен превышать 6 мкм, а для насосов рядного типа - около 15 мкм [7].
Существует мнение, что для обеспечения безотказной работы сопряженных деталей следует удалять из жидкости, проходящей через зазор в прецезионной паре, частицы загрязнений, размеры которых превышают половину величины этого зазора [27]. Однако полностью выполнить это требование в настоящее время затруднительно из экономических соображений и технических ограничений, так как масса очистителя, его габаритные размеры и стоимость увеличиваются с повышением тонкости очистки топлива в геометрической прогрессии. Поэтому на практике можно считать, что топливо обладает удовлетворительной чистотой и может применяться при эксплуатации двигателя, если в нем отсутствуют частицы, размер которых равен или больше ширины наименьшего зазора в прецезионных парах топливной системы и дизельного двигателя [16]. Исходя из сказанного номинальная тонкость очистки дизельного топлива при заправке техники не должна превышать 3 мкм [7].
Согласно действующим стандартам [4] в топливах, выпускаемых нефтеперерабатывающими предприятиями, не должно содержаться механических загрязнений и воды. По ГОСТ 6370-83 для дизельного топлива содержание механических загрязнений по массе менее 0,005% (50 г на 1 т дизельного топлива), принимают за их отсутствие, поэтому эта величина составляет допустимый предел загрязненности дизельного топлива. Содержание свободной воды в дизельном топливе устанавливают в соответствии с ГОСТ 2477-65 в котором содержание воды менее 0,01% по массе характеризуется как следы воды в топливе, поэтому эта величина составляет допустимый предел обводненности дизельного топлива. В топливную систему дизеля входят топливный бак, фильтр грубой очистки, топливопровод низкого давления, топливоподкачивающий насос низкого давления, фильтр тонкой очистки, топливный насос высокого давления, топливопроводы высокого давления, форсунки, сливные топливопроводы, редукционный и перепускной клапана . В зависимости от схемы циркуляции топлива различают три типа топливных систем: тупиковая (рис. 1.4, а), замкнутая (рис. 1.4, б) и проточная (рис. 1.4, в). В тупиковой топливной системе топливо подается в одном направлении: из топливного бака в ТНВД и далее полностью поступает в камеры сгорания. В бак возвращается топливо, просочившееся в зазоры в форсунках. Преимуществом тупиковой системы является малый расход топлива через фильтры, что повышает срок их службы и качество фильтрации топ-лив, а также возможность применения топливоподкачивающего насоса меньшей производительности. Однако тупиковая топливная система не получила широкого распространения из-за своих конструктивных недостатков, которые могут приводить к нестабильности процесса топливоподачи. Такими недостатками являются: нагрев ТНВД вследствие отсутствия циркуляции топлива через него и невозможность удаления воздуха из питающей и отсечной полостей ТНВД, а главное зависимость давления в его питающей полости от режима работы двигателя и состояний ФТО, что влияет на подачу и угол подачи ТНВД. В замкнутой топливной системе избыточное топливо, не попавшее в камеру сгорания, циркулирует по кругу, в который включены топливопод-качивающий насос, фильтр тонкой очистки и ТНВД, а обратно в бак поступает только то топливо, которое просочилось через зазоры в форсунках. Недостаток системы - возможность попадания в ТНВД неочищенного топлива в обход ФТО при забивке последнего. В проточной топливной системе избыточное топливо циркулирует по кругу, в который последовательно включены все агрегаты топливной системы, т.е. все топливо, проходящее через перепускной клапан ТНВД сливается в бак; сюда же поступает топливо, которое просочилось через зазоры в форсунках. В проточной топливной системе степень циркуляции топлива определяется чувствительностью производительности системы к температуре топлива на входе в ТНВД, компоновкой топливной системы, а также зависимостью эффективности работы фильтров от скорости проходящего через них топлива. В системах питания дизельных двигателей предусмотрена многоступенчатая очистка топлива: предварительная - в топливном баке, грубая - в фильтрах грубой очистки, окончательная - в фильтрах тонкой очистки, также иногда применяется дополнительная очистка в предохранительных фильтрах форсунок. По количеству и расположению средств очистки топливные системы дизельных двигателей можно разделить на 4 группы (рис. 1.5).
К первой группе относятся топливные системы отечественных тракторов Т-25, Т-40М, МТЗ-80/82, Т-150, К-701, а также топливные системы автомобилей семейства КАМАЗ, УРАЛ, МАЗ и КРАЗ-255; сюда же относятся топливные системы тракторов зарубежных фирм "Катерпиллер", "Кейс" (США), "Массей-Ферпорсон 250-Х", "Массей-Харрис 333" (Англия), "Зе-тор-ЗОП" (Чехия), а также топливные системы автомобилей семейства "Татра-815" (Чехия) и "Мерседес-Бенц" (Германия). Ко второй группе можно отнести топливные системы тракторов Т-330 и "Массей-Харрис-745" (Англия). Схема расположения агрегатов очистки этой топливной системы выгодна благодаря улучшению наполнения и облегчению условий работы топливоподкачивающего насоса. Кроме того, она благоприятна для фильтра грубой очистки, так как в этом случае достигаются большие перепады давления, что позволяет применять более эффективные фильтрационные материалы при меньшей величине фильтрующей поверхности. Однако эта схема не получила широкого распространения, так как топливоподкачивающий насос не защищен от попадания частиц загрязнений и воды, что может привести к его выходу из строя.
К третьей группе относятся топливные системы двигателей, у которых фильтр грубой очистки отсутствует. Примером могут служить топливные системы выпускавшихся в нашей стране дизелей марки Д-20 и КДМ-46, а также трактора "Ченто-Феррари" (Италия). Применение такой схемы расположения агрегатов очистки топлива в топливной системе возможно лишь при высокой чистоте заправляемого топлива, поэтому данная схема получила ограниченное применение.
К четвертой группе относятся топливные системы, у которых фильтры грубой и тонкой очистки устанавливаются до топливоподкачивающего насоса. Примером может служить топливная система трактора "Аллис-Чалмер Д-17" (США). Эта схема расположения агрегатов очистки в топливной системе также не получила широкого распространения из-за плохих условий наполнения и работы топливоподкачивающего насоса и малого ресурса фильтров (фильтроэлементов).
Оценка процессов накопления механических примесей в баках
В тех случаях, когда при температуре воздуха, превышающей температуру топлива, относительная влажность достигает такой величины, что Рп превышает Р„, т.е. D0 при такой температуре, которую имеет топливо, превышает 100%, происходит конденсация водяных паров из воздуха в топливо. Чем больше разность между температурами воздуха и топлива, тем при меньшем значении D0 произойдет конденсация водяных паров. Скорость конденсации зависит от отношения Рп / Рн и абсолютного значения давления водяных паров, увеличиваясь с их возрастанием.
Таким образом, формула (2.9), за исключением тех случаев, когда происходит конденсация влаги из воздуха в топливо, позволяет достаточно точно подсчитать содержание воды, растворенной в топливе, при любых значениях относительной влажности воздуха D0. Возможность такого подсчета имеет важное практическое значение. Он позволяет предопределить, в каком направлении будет изменяться содержание воды, растворенной в топливе, при изменении температуры топлива и воздуха, а также установить условия, при которых водяные пары из воздуха могут сконденсироваться в топливе. Необходимо только иметь для данного образца топлива значение Стах при двух температурах. Пользуясь логарифмической зависимостью растворимости воды от температуры можно подсчитать Стах для любой температуры.
Уменьшение содержания воды в топливе при одновременном охлаждении его и воздуха происходит в результате перехода воды в воздушное пространство. Однако если топливо охлаждается быстро, то вода за время охлаждения может не успеть перейти из топлива в воздух и будет выделяться в виде второй жидкой фазы. Следовательно, содержание воды в топливе при охлаждении зависит и от скорости охлаждения. Так, при медленном охлаждении топлива с 24 до -23 С содержание воды в нем понизилось с 0,009 до 0,002%, а при быстром - до 0,004%. Если вода из топлива выделяется при отрицательных температурах, то в топливе образуются кристаллы льда. Они появляются также при конденсации паров воды на поверхности топлива, температура которого ниже 0С.
Скорость изменения содержания растворенной воды в топливе определяется скоростью перехода молекул воды из топлива в воздух или обратно через поверхностный слой топлива, скоростью диффузии молекул воды в топливе и наличием в последнем конвекционных токов. Скорость изменения содержания воды во всей массе топлива зависит от поверхности соприкосновения топлива с воздухом и высоты заполнения топливного бака или от отношения поверхности соприкосновения топлива с воздухом к объему топлива, залитого в бак. В связи с тем, что вода, растворенная в топливе, находится в состоянии равновесия с водой, содержащейся в воздухе, скорость изменения содержания воды в топливе будет определяться также и скоростью диффузии молекул воды в воздухе, которая, в свою очередь, зависит от коэффициента диффузии и температуры.
Если топливо, насыщенное водой, будет охлаждаться в герметичных условиях в полностью залитом сосуде, то вследствие уменьшения растворимости воды в топливе с понижением температуры содержание ее превысит растворимость при данной температуре и избыточное количество будет выделяться в виде капель. Капли воды из топлива выделяются и в том случае, когда охлаждаемое топливо соприкасается с воздухом, но условия таковы, что вода, содержащаяся в топливе, не успевает перейти в воздух. Капли воды в топливе образуются также при потеплении, если давление водяных паров в воздушном пространстве над топливом будет превышать давление насыщенных паров воды при температуре топлива.
Вторая жидкая фаза в топливе в виде капель воды образуется в результате конденсации водяных паров, находящихся в топливе в растворенном состоянии. Самопроизвольная конденсация водяных паров в отсутствие ядер конденсации возможна лишь при высокой степени пересыщения среды водяными парами. Однако в топливе, даже в тщательно отфильтрованном, всегда содержится много механических примесей, способных адсорбировать на своей поверхности молекулы водяного пара.
Интенсивность конденсационного роста капель, образующихся при понижении температуры топлива, зависит в основном от скорости охлаждения. При медленном охлаждении топлива характерный размер капель выделяющейся дисперсной водной фазы равен 4,5-5,0 мкм, при резком охлаждении - менее 3 мкм.
При постоянной температуре размер капель воды в топливе возрастает преимущественно за счет конденсации, он определяется коэффициентом диффузии молекул воды, размером капли и зависит от разности между фактической влажностью и влажностью при насыщении топлива.
Степень пересыщения оказывает существенное влияние на скорость конденсационного роста капель. При охлаждении топлива, когда условия для значительного пересыщения не создаются, должны образовываться капли небольшого размера. Наоборот, при конденсации паров воды из воздушного пространства на более холодной поверхности топлива, особенно при большой разности температур воздуха и топлива, условия для быстрого конденсационного роста капель воды благоприятны, вследствие чего образуются более крупные капли.
Наличие конвекционных токов при охлаждении топлива, а также его перемешивание в топливном баке при работе двигателя в значительной степени способствует ускорению конденсационного роста капель воды. В отдельных случаях скорость конденсационного роста капель вследствие конвективного или механического перемешивания возрастает на порядок по сравнению со скоростью роста, обусловленного только диффузией. В результате перемешивания топлива конденсационный рост капель воды сопровождается их коагуляцией. Это характерно при охлаждении топлива, содержащего эмульсионную воду. При охлаждении топлива, содержащего растворенную воду, преобладающий размер капель не превышает 5-7 мкм и вследствие высокой степени дисперсности образовавшейся эмульсионной воды капли практически не осаждаются.
Если в результате охлаждения топлива при положительных температурах содержание воды, растворенной в топливе, превышает ее растворимость при данной температуре, то избыточная вода из топлива может выделиться только в виде капель. При отрицательных температурах топлива избыточная вода, выделяющаяся из топлива, должна образовывать кристаллы льда. Возможны два пути их образования - с предварительным выделением капель воды и последующим их замерзанием и без промежуточной жидкой фазы.
В атмосфере и в топливе кристаллы льда образуются по первому пути — вначале выделяются капли воды. В ряде случаев независимо от среды, в которой капли воды выделяются, они способны переохлаждаться. Степень переохлаждения капель определяется их размером — с его уменьшением степень переохлаждения капель возрастает.
Определение показателей эффективности фильтрационных материалов
Ресурсные характеристики снимаются на дизельном топливе марки Л, скорость подачи топлива на испытуемый фильтр постоянная. Ресурсная характеристика определяется до предельного перепада давления на фильтре. Для стабилизации температуры топлива необходимо, чтобы перед началом испытаний стенд некоторое время проработал без фильтроэлемента.
Перед проведением испытаний все внутренние полости лабораторного стенда (рис.3.10) промываются путем многократной прокачки топлива через технологический фильтр 4. В баке 6 осуществляется приготовление суспензии, для чего в топливо с помощью дозатора 5 вводится кварцевая пыль в количестве G3arp, определяемом по формуле : где Сзагр - расчетная концентрация кварцевой пыли, С = 40 г/м3 ; QH0M - номинальная пропускная способность фильтроэлемента, м3/с ; т - время опыта, т = 300 с ; к3 - коэффициент запаса, определяемый из условия обеспечения устойчивой работы насоса, k3 = 1,5. Постоянная загрязненность топлива поддерживается на заданном уровне путем периодического добавления кварцевой пыли, которая предварительно перемешивается в небольшом количестве топлива. Эксплуатационные испытания фильтров тонкой очистки для топливных систем дизелей проводились с целью сравнения эффективности очистки топлива и ресурса серийных и опытных (спиральных) фильтроэлементов. Испытания топливных фильтров дизелей проводились на автомобилях ТАТРА-815. Перед установкой в корпуса фильтроэлементы выдерживаются в топливе в течение 24 часов. После полного стекания топлива они взвешиваются и устанавливаются в корпусе штатных фильтров, при этом фиксируется показание спидометра. В процессе наработки ресурса фильтроэлементов производится периодический отбор проб топлива после фильтра тонкой очистки. Фильтроэлементы работают до замены, определяемой техническими условиями сохранения работоспособности топливных систем (10000 л израсходованного топлива или 20000 км пробега) согласно [101]. Затем они снимались с целью определения их гидравлического сопротивления на стенде. Наработка в часах при Ар = 150±15 кПа принималась за ресурс фильтроэле-ментов. Минимальное количество испытуемых фильтроэлементов каждого вида определялось по ОСТ 37.001.043-72 с целью получения достоверных результатов. Количество объектов испытаний определяется по формуле : где za — параметр достоверности получаемых результатов; w — коэффициент вариации; є - погрешность измерений. По данным работ [ ] приняты следующие значения: za = 1,645 (при доверительной вероятности 95%); w = 0,25; є = 0,15. Расчет показывает, что количество объектов (фильтров) для проведения достоверных эксплуатационных испытаний должно быть не менее четырех. Главной задачей эксплуатационных испытаний фильтров в рамках настоящей работы является сравнительная оценка эксплуатационного ресурса и качества очистки серийных и опытных фильтроэлементов в идентичных условиях работы машин. 1. На основании анализа нормативных документов и литературных источников, содержащих требования к чистоте дизельного топлива, выбраны оценочные показатели, характеризующие загрязненность дизельного топлива в процессе эксплуатации мобильных машин. 2. Обоснованы объемы исследований загрязненности дизельных топ-лив в эксплуатационных условиях с использованием положений математической статистики и аппарата теории вероятностей. 3. Выбраны стандартные методики определения массового содержания загрязнений в топливе и оборудование для определения гранулометрического состава загрязнений. 4. Содержание воды в топливе определялось с помощью гидрокальциевого метода, что позволило дифференцировано определять в нем, помимо общего содержания воды, концентрацию свободной и растворенной воды. 5. Разработана лабораторная установка для определения эффективности работы масляного пылеуловителя и методика оценки эффективности улавливания пыли из воздуха, что позволяет моделировать процессы взаимодействия полости топливных баков с атмосферой. 6. Разработана макетная установка для определения эффективности ис пользования устройства для обработки топлива в топливном баке, а также методика оценки эффективности данного устройства. 7. Определены показатели, характеризующие свойства фильтрационных материалов, предложены оценочные характеристики фильтрационных свойств материалов, соответствующие показателям действующих стандартов. 8. Выбраны показатели для оценки эксплуатационных свойств фильт-роэлементов; разработан и изготовлен многоцелевой испытательный стенд; предложены методики определения гидравлических и фильтрационных свойств фильтроэлементов различных конструкций. 9. Разработанные методики и изготовленное лабораторно-стендовое оборудование позволяет всесторонне оценить исследуемые устройства для предотвращения попадания механических примесей в баки автомобилей, устройства, снижающего обводнение топлива в баках автомобилей, а также позволяют провести комплексное исследование свойств новых фильтрационных материалов и всесторонние сравнительные испытания серийных и усовершенствованных фильтров тонкой очистки дизельного топлива. 10. Обработка экспериментальных данных лабораторных, стендовых и эксплуатационных испытаний объектов исследования базируется на исполь зовании методов теории вероятностей и математической статистики. Лабораторные испытания масляного пылеуловителя, схема которого показана на рис. 2.10, проводились с целью оценки его эффективности по улавливанию кварцевой пыли с удельной поверхностью Sya = 1050 м2/кг. Испытания проводились на металлической (сталь) модели МПУ, имеющей следующие размеры: Нк = 110 мм; Нр = 70 мм; DK = 70 мм; hp = 60 мм; dy = 60 мм; drP = 6 мм. Общее описание стенда приведено в разделе 3.2. Общая методика оценки эффективности МПУ заключалась в определении массы пыли, задерживаемой в масляной ванне МПУ, по формуле (3.6). Установка позволяла моделировать режим дыхания топливного бака. Серия испытаний была проведена с расходами запыленного воздуха (10, 20, 30, 40, 50, 60) -10" м /с. При этом все серии испытаний с вариациями расходов воздуха проводились при различных зазорах между успокоителем и поверхностью масляной ванны h = (6, 12, 20) мм. В таблице 4.1 приведены результаты лабораторных испытаний МПУ, на основании которых построена экспериментальная зависимость эффективности очистки воздуха от кварцевой пыли (рис. 4.1), определяемой по формуле (3.6), от расхода воздуха qT для разных h. Здесь же показана теоретическая расчетная зависимость гв = f (qT) при h = (6, 12, 20) мм по формуле (2.34), где минимальный размер частиц, задерживаемых МПУ, определяется по формуле :
Стендовые исследования устройства для обработки топлива
При снятии ресурсных характеристик топливо загрязнялось кварцевой пылью с удельной поверхностью Sy4 = 1050 м2/кг со средней концентрацией 0,04% масс в смесительной емкости при постоянном циркуляционном расходе топлива V = 120 10"6 м3/с. Результаты испытаний заносились в таблицу 4.12, по которым были построены экспериментальные ресурсные характеристики серийного и опытного фильтроэлементов.
На рис. 4.4 представлены экспериментальные ресурсные характеристики опытных фильтроэлементов в виде зависимости перепада давления на ФЭ от времени работы ФЭ на загрязненном топливе. Видно, что при одинаковых условиях загрязненности топлива кривая опытного ФЭ более пологая, чем у серийного ФЭ. При этом наработка серийного ФЭ при Аркр =150 кПа составила 1,6 часа, а наработка опытного ФЭ составила 2,6 часа, что в 1,62 раза больше.
Таким образом, фильтроэлемент предлагаемой конструкции может быть рекомендован для сравнительных эксплуатационных испытаний. 1. Проведены лабораторные испытания масляного пылеуловителя. Получено хорошее совпадение экспериментальных кривых эффективности МПУ с теоретическими, что подтверждает его достаточную эффективность и возможность применения для защиты топливных баков от атмосферных загрязнений. 2. В соответствии с разработанной методикой проведено два цикла испытаний стандартной и усовершенствованной топливных систем с целью оценки теплового режима топливного бака, а также изучения эффекта обводнения топлива по механизму растворимости влаги атмосферного воздуха. На установке со стандартным баком подтвержден эффект «захвата» воды из воздуха нагретым топливом в соответствии с законом Генри. Испытаниями бака, оснащенного устройством для обработки топлива, в близких режимах со стандартным установлено, что в зависимости от моделируемых нагрузочных режимов двигателя машины применение устройства позволяет в (3-8) раз снизить содержание растворенной воды в топливе и на (16-30) повысить температуру топлива, циркулирующего в системе топливоподачи. 3. С целью расширения информации по современным фильтрационным материалам изучены характеристики современных материалов отечественного и зарубежного производства, применяемые для фильтров тонкой очистки топлива. Экспериментально установлены характеристики проницаемости, пористости и номинальной тонкости очистки, необходимые для расчетов и оптимизации фильтров. 4. Проведены стендовые сравнительные испытания фильтроэлементов тонкой очистки топлива серийной конструкции со звездообразной шторой и опытной конструкции со спиральной укладкой гофр одинакового типоразмера. Установлено, что опытный фильтроэлемент имеет большую пропускную способность и условный ресурс, в 1,62 раза превышающий ресурс серийного. Показана хорошая сходимость расчетных и экспериментальных характеристик фильтроэлементов. С целью подтверждения полученных выше результатов теоретических исследований, предложений по усовершенствованию топливных систем машин с дизельными двигателями, а также результатов лабораторно-стендовых испытаний, на заключительном этапе проводились сравнительные эксплуатационные испытания топливных систем автомобилей ТАТРА-815 (рис. 5.1). Конечная цель испытаний - оценка технико-экономической эффективности усовершенствованной , топливной системы в сравнении с серийной. Схемы стандартной топливной системы и усовершенствованной топливной системы приведены на рис. 5.2 а,б. Эксплуатационные испытания стандартных и усовершенствованных топливных систем проходили в ОАО "Межрайонная база минеральных удобрений Веснинское" Кировской области и Государственном унитарном предприятии "Агротехдор" Московской области. Всего в испытаниях участвовало 8 автомобилей ТАТРА-815, эксплуатируемых в условиях сельскохозяйственного производства. Из них 4 автомобиля были серийными, а другие 4 автомобиля были экспериментальными и отличались тем, что на них были установлены масляные пылеуловители МПУ, устройства для обработки топлива и спиральные фильтроэлементы. Конструктивные параметры МПУ, устройства для обработки топлива и спиральных фильтроэлементов соответствуют тем, которые использовались при проведении лабораторных и стендовых испытаний (см. п. 4.2; 4.3). Испытания автомобилей проводились в течение года. Для испытаний были выбраны автомобили примерно одинакового технического состояния. В процессе испытаний периодически производился отбор проб топлива из баков серийных топливных систем и баков усовершенствованных топливных систем. Периодически снимались фильтроэлементы тонкой очистки топлива с целью стендового определения их гидравлического сопротивления. Наработка в часах при Ар = 150 ± 15 кПа принималась за ресурс фильтроэлементов. Характеристики испытуемых фильтроэлементов представлены в табл. 4.9. В процессе проведения эксплуатационных испытаний фиксировались отказы машин и количество часов простоя, обусловленные загрязненностью топлива и различными неисправностями системы топливоподачи, приводящими к простою машин, в таблице 5.1 приведены результаты эксплуатационных испытаний.
