Содержание к диссертации
Введение
1 Состояние вопроса и задачи исследования
1.1 Основные факторы, обуславливающие необходимость замены моторных топлив нефтяного происхождения на возобновляемое биологическое топливо
1.2 Опыт применения биотоплива и биотопливных композиций в качестве моторных топлив на автотракторной технике 13
1.3 Рапс - основная масличная культура для производства биотоплива 35
Выводы 39
2 Расчетно-теоретическая оценка показателей дизеля 4411/12,5 при использовании биотопливных композиций 41
2.1 Определение элементарного состава биотоплива МЭРМ и его биотопливных композиций по результатам хроматографического анализа 41
2.2 Расчет низшей теплоты сгорания биотоплива МЭРМ и его биотопливных композиций 50
2.3 Уточненная методика расчета показателей рабочего процесса дизеля 51
Выводы 59
3 Программа и методика экспериментальных исследований 60
3.1 Программа и объект исследований 60
3.2 Оборудование и приборное обеспечение 61
3.3 Методика стендовых исследований дизеля при работе на минеральном дизельном топливе и биотопливных композициях 67
3.4 Методика снятия и обработки осциллограмм давления топли- 72 ва на входе в форсунку
3.5 Методика снятия и обработки индикаторных диаграмм рабочего процесса дизеля 74
3.6 Методика исследования трактора класса 14 кН в эксплуатационных условиях при работе на минеральном дизельном топливе и биотопливных композициях 80
ВЫВОДЫ 83
4 Результаты экспериментальных исследований 84
4.1 Результаты и анализ стендовых исследований дизеля 4411/12,5 при работе на минеральном дизельном топливе и биотоп ливных композициях 84
4.2 Результаты и анализ эксплуатационных исследований трактора класса 14 кН при работе на минеральном дизельном топливе и биотопливных композициях 127
Выводы 129
5 Экономическая эффективность применения биотопливных композиций в качестве моторного топлива 131
Выводы 136
Общие выводы 137
Список использованной литературы
- Опыт применения биотоплива и биотопливных композиций в качестве моторных топлив на автотракторной технике
- Расчет низшей теплоты сгорания биотоплива МЭРМ и его биотопливных композиций
- Методика стендовых исследований дизеля при работе на минеральном дизельном топливе и биотопливных композициях
- Результаты и анализ эксплуатационных исследований трактора класса 14 кН при работе на минеральном дизельном топливе и биотопливных композициях
Введение к работе
Известно, что около 90% механической энергии, которую использует в своей деятельности человечество, вырабатывается двигателями внутреннего сгорания, среди которых значительную долю занимают дизельные ДВС. Со-временные тенденции развития дизельных двигателей таковы, что, с одной стороны, неуклонно повышается 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 диктует необходимость экономии топлив нефтяного происхождения. Одним из направлений решения этой проблемы является замещение дизельного'топлива (частичное или полное) возобновляемыми альтернативными энергоносителями.
В последнее время большое- количество зарубежных научно-исследовательских центров моторостроительных фирм проводят исследования, направленные на решение задач обеспечения экономии топлива и замены традиционных жидких углеводородных нефтяных топлив топливами не нефтяного происхождения. Альтернативные топлива- можно классифицировать по следующим признакам:
по составу - спирты, эфиры, эстеры, водородные топлива с добавками;
по агрегатному состоянию - жидкие, газообразные, твердые;
по объемам использования - целиком, в качестве добавок;
по источникам сырья - из угля, торфа, сланцев, биомассы, горючего газа и др.
Одним из наиболее перспективных альтернативных топлив является биотопливо, а также смеси биотоплива с дизельным топливом в различных про-порциях.
' 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.
В 2001 году Европейская комиссия одобрила три альтернативных замены моторным топливам: природный газ, биотопливо и водород. Каждый из названных видов топлива может достигнуть на рынке топлив к 2020 году уровня свыше 5% от общего объема производства минерального топлива.
Для эффективного производства и применения топлив из растительных масел считается необходимым:
наличие достаточных сырьевых ресурсов, приемлемые технико-экономические и экологические показатели их переработки;
технологическая и энергетическая совместимость с транспортными и силовыми установками;
оптимальные экономические и экологические показатели процесса, использования топлива;
безопасность и безвредность.
Наибольшее распространение среди топлив растительного происхождения получило биотопливо, приготовленное на основе рапсового масла, которое находит применение в чистом виде или в виде метиловых эфиров рапсового масла (МЭРМ).
Значительное преимущество биодизельного топлива заключается в том, что благодаря химическому превращению оно приобретает качества, сходные с минеральным дизельным топливом, и может использоваться в дизельных двигателях без конструктивных изменений последних. При этом значительно уменьшается дымность отработавших газов, содержание твердого углерода, окиси углерода и углеводорода.
Основной проблемой широкого применения рапсового биотоплива в качестве моторного топлива на автотракторной технике является недостаточная приспособленность дизеля классической конструктивной схемы. Поэтому при переводе дизеля с минерального дизельного топлива на биотопливо МЭРМ необходим переходный этап, а именно оценить работу дизеля на биотопливных
7 композициях, получаемых путем смешивания биотоплива МЭРМ с товарным минеральным дизельным топливом в определенной пропорции.
С целью более достоверной оценки влияния биотопливных композиций на показатели работы тракторного дизеля необходимо проведение исследований при работе на различных нагрузочно-скоростных режимах.
Работа выполнена по плану научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ ФГОУ ВПО «Ульяновская ГСХА» на 2006 - 2010 г. г. «Разработка средств механизации и технического обслуживания энерго- и ресурсосберегающих технологий в различных процессах производства и переработки продукции сельского хозяйства» (№ гос. per. 01.2006.00147).
ЦЕЛЬ ИССЛЕДОВАНИЙ. Обосновать использование биотопливных композиций в качестве моторного топлива на тракторах сельскохозяйственного назначения по мощностным, топливно-экономическим и экологическим показателям.
ОБЪЕКТ ИССЛЕДОВАНИЙ. Процесс работы дизеля сельскохозяйственного трактора тягового класса 14 кН при использовании биотопливных композиций в качестве моторного топлива.
ПРЕДМЕТ ИССЛЕДОВАНИЙ. Мощностные, топливно-экономические и экологические показатели дизеля 4411/12,5 (Д-240) и эксплуатационные показатели трактора МТЗ-80 при работе на биотопливных композициях, состоящих из смеси метилового эфира рапсового масла и минерального дизельного топлива в пропорции 25%МЭРМ+75%ДТ; 50%МЭРМ+50%ДТ; 75%МЭРМ+25%ДТ (25:75, 50:50, 75:25).
НАУЧНАЯ НОВИЗНА. Теоретическое и экспериментальное обоснование использования в тракторном дизеле биотопливных композиций по показателям рабочего процесса, индикаторным, эффективным и экологическим показателям дизеля и эксплуатационным показателям трактора. Рациональное соотношение биотоплива МЭРМ и минерального дизельного топлива в биотопливной композиции, рекомендуемое для использования в качестве моторного топлива на тракторах сельскохозяйственного назначения.
ПРАКТИЧЕСКАЯ ЗНАЧИМОСТЬ РАБОТЫ. Использование биотопливных композиций позволяет экономить топливо нефтяного происхождения путем частичного возмещения его биотопливом и применять их в качестве моторного топлива на тракторах без конструктивных изменений в дизеле.
ДОСТОВЕРНОСТЬ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ подтверждается сравнительными исследованиями дизеля в стендовых условиях и трактора в условиях эксплуатации при работе на биотопливных композициях и на товарном минеральном топливе, применением основных положений теории ДВС и эксплуатации МТП.
РЕАЛИЗАЦИЯ: РЕЗУЛЬТАТОВ. Эксплуатационные исследования трактора МТЗ-80 при работе дизеля на биотопливных композициях и товарном минеральном дизельном топливе проводились в 000«Магнит» Чердаклинско-го района Ульяновской области.
АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ; Основные положения диссертационной рабо-ты, докладывались И: обсуждалисьна Международной; научно-технической конференции Мордовского государственного университета им.Н.ПЮгарева (Саранск, 2007г.), 3-ей научно-практической конференции ФЕНУ «Росинформаг-ротех» (Москва, 2007г.), Всероссийской научно-практической конференции ФГОУ ВПО «Ульяновская ГСХА» (Ульяновск, 2008г.), Международной научно-практической конференции ФГОУ ВПО «Ульяновская ГСХА» (Ульяновск, 2008г.), Всероссийской научно-практической конференции ФГОУ ВПО «Пензенская ГСХА» (2008г.). '"....
ПУБЛИКАЦИИ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ; По результатам
исследований опубликовано 10 работ, в том числе 1 статья в издании, указан-
ном в «Перечне.. ВАК», без соавторов опубликованы 3 статьи. Общий объем
публикаций:2,9 п.л., из них автору принадлежит 1,2 п.л. ,,
СТРУКТУРА И ОБЪЕМА ДИССЕРТАЦИИ. Диссертация состоит из введения, пяти разделов, общих выводов, списка использованной литературы из 127 источников и приложения на 30 с. Общий объем диссертации составляет 181с, включая 50 рис. и 20 табл.
9 НАУЧНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ И РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ, ВЫНОСИМЫЕ НА ЗАЩИТУ:
расчетно-теоретическое обоснование показателей тракторного дизеля при использовании биотопливных композиций на основе биотоплива МЭРМ и минерального дизельного топлива;
показатели рабочего процесса дизеля и эксплуатационные показатели трактора при работе на биотопливных композициях;
рациональное соотношение биотоплива МЭРМ и минерального дизельного топлива в биотопливной композиции, рекомендуемой для использования в качестве моторного топлива на тракторах.
Опыт применения биотоплива и биотопливных композиций в качестве моторных топлив на автотракторной технике
В настоящее время наибольшее развитие из возобновляемых источников сырья растительного происхождения получило производство моторного биотоплива.
Переход на использование моторного биотоплива позволяет одновремен-не решить ключевую проблему современности — удовлетворить растущие потребности в энергии без ущерба для окружающей среды [11, 118].
Основными факторами развития индустрии биотоплива являются: значительный рост цен на ископаемые энергоносители; мировые изведанные запасы нефти и природного газа, по прогнозам, будут истощены к 2040-2050 гг.; производство ископаемых видов топлива вскоре перестанет удовлетворять растущий спрос; глобальные проблемы экологической безопасности; возможность снижения зависимости от импорта энергоресурсов для стран с низким уровнем собственных запасов ископаемого сырья; стимулирование и поддержка развития аграрного сектора.
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.
К 2010 г. в планах Бразилии, Аргентины, Канады, США, стран Европейского Союза (ЕС) и ряда других государств предполагается довести долю биотоплива в общем потреблении до 5% и более.
По прогнозам Международной энергетической ассоциации (IEA), мировое производство биотоплива увеличится с 20млн. тонн энергетического эквивалента нефти в 2005 г. до 92-147 млн. тонн к 2030 году. Ежегодные темпы прироста производства составят 7-9% [11, 118].
Ожидается, что до 2030 г. потребление биотоплива в странах ЕС увеличится по сравнению с текущими показателями в 13-18 раз.
Цель этих стран: выйти на уровень потребления биотоплива 5,75%, в-тої время как на текущий момент он составляет всего 1,4%.
Определяющей базой для развития производства биотоплива является наличие плодородных земель. Большой потенциал для этого имеется в России (рис. 1.1).
Применительно к с.-х. производству несомненный приоритет принадлежит дизельному биотопливу на основе растительных масел — биодизельному топливу.
Понятие «биодизель» не имеет четкого определения. Первоначально так называли смесь минерального дизельного топлива с рапсовым маслом. Такие бинарные смеси готовили в соотношении 5-30% рапсового масла и 95-70% дизельного топлива. Качество было не очень высоким, и по истечении определенного времени происходило расслоение смеси на исходные составляющие, в результате чего отмечалась нестабильная работа двигателя. Это дает право считать, что биодизель нельзя использовать в чистом виде, его следует применять только как добавку к нефтяному дизельному топливу.
Биодизельное топливо было предложено впервые англичанами Даффи и Патриком в 1853 году. Только спустя 40 лет немец Рудольф Дизель изобрел двигатель, работающий на арахисовом масле. Дизельное топливо нефтяного происхождения в то время стоило дешевле, поэтому и стало на многие годы основным видом топлива для дизелей. В начале 90-х годов прошлого столетия к идее использования биотоплива вернулись вновь.
В России и за рубежом рассматриваются практические аспекты использования в дизелях биотоплива из растительного сырья следующих видов: натуральное рапсовое масло в чистом виде с низшей теплотой сгорания 35-37 МДж/кг в зависимости от жирно-кислотного состава. Исследования показали, что оно имеет плохие пусковые свойства при пониженной температуре, склонность к окислению при хранении, а из-за наличия свободных кислот более агрессивно к конструкционным и уплотнительным материалам [11]; биодит - биотопливо, состоящее из смеси 75% рапсового масла и 25% нефтяного дизельного топлива с низшей теплотой сгорания 37-39 МДж/кг; биодизель - метиловый эфир рапсового масла (МЭРМ) с низшей теплотой сгорания 37,1-37,4 МДж/кг; биотопливные композиции — биотопливо в виде смеси нефтяного дизельного топлива и метилового эфира рапсового масла (МЭРМ) в пропорции 75:25, 50:50 и 25:75 с низшей теплотой сгорания 38,6-41,2 МДж/кг.
Для производства биодизельного топлива в мире используются в основном следующие виды сырья: в Европе и Канаде - рапс и канола (генномодифи-цированный рапс с низким содержанием кислот), США — соя, Индонезии -пальмовое масло, на Филиппинах - пальмовое и кокосовое масла, в Индии -ятрофа, Африке - соя и ятрофа, Бразилии - соя и касторовое масло, России -рапс.
По молекулярному составу биодизель близок к минеральному дизельному топливу. В зависимости от масличности из 1 тонны семян рапса можно получить 300 кг (30%) рапсового масла, а из этого количества масла - около 270 кг биодизельного топлива. Выход глицерина при этом составляет не менее 10%. Из него производят моющие средства, жидкое мыло и фосфорные удобрения. Биодизельное топливо можно использовать как в чистом виде, так и в качестве добавки к дизельному топливу (5-35% от объема). Оно уменьшает количество вредных веществ в отработавших газах: сажи - на 50%, оксидов углерода - на 10-12%, углеводородов - на 20%; серы - до 0,005-0,05%. Из-за повышенного содержания кислорода в биодизельном топливе (10-11%) при работе дизеля в отработавших газах автотранспортного средства увеличивается содержание оксидов азота. Но этот показатель снижается до нормы после уменьшения угла опережения впрыскивания топлива [11, 118].
Нехватка сырья в ЕС может замедлить развитие биотопливной промышленности. Максимум производства рапсового масла уже практически достигнут, а потребление минерального дизельного топлива транспортными средствами превысило 500 млн. тонн. Для увеличения выпуска биодизельного топлива необходим импорт сырья. Проблема нехватки сырья будет усиливаться по мере увеличения перерабатывающих мощностей в Европе. Средняя загрузка введенных в последние годы в ЕС мощностей для производства биодизельного топлива достигает 75-80% (рис. 1.4).
Расчет низшей теплоты сгорания биотоплива МЭРМ и его биотопливных композиций
Низшую теплоту сгорания биотоплива МЭРМ и его смесей с минеральным дизельным топливом определяем по формуле Менделеева: Ни = 34,013С + 125,6Н - 10,9(0 - S) - 2,512(9Н + W), МДж/кг, (2.13) где S и W - содержание в биотопливе и биотопливных композициях соответственно серы и воды (принимаем S = 0, W = 0).
Тогда низшая теплота сгорания Ни биотоплива МЭРМ и его биотопливных композиций составит: Ни(Дт) = 34,013-0,8700 + 125,6-0,1260 - 10,9-0,0040 - 2,512-(9-0,1260+0) = 42, 437 МДж/кг; - индексы 25, 50, 75 соответствуют процентному содержанию в биотопливной композиции биотоплива МЭРМ. Hu (,00) = 34,013-0,7681 + 125,6-0,1226 - 10,9-0,1093 - 2,512-(9-0,1226+0) = 37, 561 МДж/кг; Hu (25) = 34,013-0,8445 + 125,6-0,1252 - 10,9-0,0303 - 2,512-(9-0,1252+0) = 41, 289 МДж/кг; Hu (зо) = 34,013-0,8191 + 125,6-0,1243 - 10,9-0,0567 - 2,512-(9-0,1243+0) = 40, 042 МДж/кг; Hu (75) = 34,013-0,7936 + 125,6-0,1234- 10,90,0829 - 2,512-(9-0,1234 + 0) = 38, 790 МДж/кг.
Результаты расчетов молекулярного состава и теплоты сгорания сводим в таблицу 2.4.
Уточненная методика предполагает, что исходными данными для расчета показателей дизеля при его работе на биотопливных композициях являются известные значения по элементарному составу дизельного топлива и биотоплива МЭРМ, а действительный и теоретический расходы воздуха- предварительно определяются экспериментальным путем.
Расчет показателей рабочего процесса дизеля выполняем при его работе на основных нагрузочно-скоростных режимах и на различных видах биотоп ливных композиций в зависимости от процентного содержания в нем дизельного топлива и биотоплива МЭРМ. Коэффициент избытка воздуха а G _3600.f- p-j2g-H.pB (2.14) вт + -Ge одт омэрм) тбио где Gm - действительный расход воздуха, кг/ч; GBT - общее теоретически необходимое количество воздуха для сгорания дизельного топлива и биотоплива МЭРМ, кг/ч; f — площадь проходного сечения сопла, м ; ф — коэффициент рас-хода воздуха через сопло; g - ускорение свободного падения, м/с ; Н - перепад давлений в сопле, мм.рт.с; рв - плотность воздуха, кг/м3; 0ЛТ, - омэрм " теоретически необходимое количество воздуха в кг для сгорания дозы дизельного топлива и биотоплива МЭРМ; GT6H0 - часовой расход биотопливной композиции МЭРМ, кг/ч.
1. На основе хроматографического анализа биотоплива МЭРМ определен его молекулярный состав и процентное содержание высших алифатических кислот и их метиловых эфиров. Получены усредненные химические формулы кислот и эфиров, рассчитаны элементарный состав биотоплива и биотопливных композиций, а также их низшая теплота сгорания, необходимые для последующего расчета показателей рабочего процесса дизеля.
2. Уточнена методика расчета показателей рабочего процесса дизеля при работе на биотопливных композициях 100%ДТ, 25%МЭРМ + 75%ДТ; 50%МЭРМ + 50%ДТ; 75%МЭРМ + 25%ДТ.
Коэффициент избытка воздуха и коэффициент наполнения цилиндра свежим зарядом рассчитывались на основании уточненных значений теоретически необходимого количества воздуха для сгорания смесевого топлива (товарное дизельное топлива + биотопливо МЭРМ), действительного и теоретического расходов воздуха. Действительные расходы топлива и воздуха определялись экспериментально. В методике также уточнены формулы для расчетов количества отдельных компонентов продуктов сгорания и общее количество продуктов сгорания, теплоты сгорания рабочей смеси, индикаторного КПД, удельного индикаторного и эффективного расходов смесевого топлива. Расчеты выполнены на ПЭВМ с использованием программы Mathcad-2001.
Методика стендовых исследований дизеля при работе на минеральном дизельном топливе и биотопливных композициях
Безмоторные испытания агрегатов топливной аппаратуры высокого давления проводились на товарном дизельном топливе Л-0,2-62.
Форсунки проверялись и регулировались на давление начала подъёма иглы и качество распыливания топлива на приборе КИ-ЗЗЗЗА. За оценочные показатели регулировочных параметров ТНВД были приняты: средняя объемная цикловая и часовая подачи дизельного топлива, неравномерность подачи топлива по линиям нагнетания.
Определение регулировочных показателей ТНВД производилось по результатам безмоторных испытаний в комплекте с рабочими форсунками на основных режимах регуляторной характеристики [П.3.1].
Условия снятия регулировочных параметров ТНВД в условиях регуляторной характеристики: - рычаг управления регулятором установлен на упоре максимальной час тоты вращения кулачкового вала и закреплен; - изменяется частота вращения кулачкового вала.
Последовательность снятия регуляторной характеристики ТНВД: 1) установить частоту вращения кулачкового вала насоса, соответствующую пусковому режиму (100 мин"1); 2) замерить (в трехкратной повторности) производительность насосных секций за рекомендуемое для данного режима число циклов и результат занести в протокол испытаний; 3) установить частоту вращения кулачкового вала, соответствующего следующему скоростному режиму и повторить операцию 2.
Расчет регулировочных показателей ТНВД осуществлялся по формулам: а) средняя объемная цикловая подача дизельного топлива YVxlO3 з Vu = — ; , мм /цикл, (3.1) где ]V - суммарный объем топлива, поступившего в мерные ёмкости, см3; z - число линий нагнетания; і - число циклов; б) часовая подача дизельного топлива G = 6xl0-6 . ,кг/ч, (3.2) где п — частота вращения кулачкового вала ТНВД, мин"1, рт — плотность топлива при условиях испытаний, кг/м3; в) неравномерность подачи топлива по линиям нагнетания 2(V -V . V s= v"+v ,%, (33) max min где Vmax, Vmin —подача топлива секциями соответственно с максимальной и минимальной производительностью, см".. . Плотность дизельного топлива : y9r=po-10-4(18-13/?0)(tT0)3r/cM3, (3.4) где ро — плотность топлива при нормальных условиях ( 20С);т/см ;.tT - температура топлива при испытаниях, С (tT=30oC).
Замеры объёма топлива в мерных емкостях стенда проводились на следующих частотах вращения кулачкового вала ТНВД: пусковой; максимального крутящего момента, номинальной, начала действия регулятора, максимальной холостого хода и полного выключения подачи топлива регулятором.
Полученные регулировочные показатели ТНВД: и форсунок приняты; за исходные значения при проведении дальнейших моторных исследований. . Моторные исследования дизеля по мощностным- экономическим и эко-логическим показателям проводились на различных нагрузочно-скоростных режимах, характерных для условий эксплуатации.
Коэффициент избытка воздуха определялся как; отношение действительного количества воздуха (Овд) к теоретически необходимому (GBT) для полного сгорания биотопливной композиции: а = GB/ Gm. (3.5)
Для определения действительного количества воздуха использовался расходомер, 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 термометр для замера температуры поступающего воздуха.
Действительный расход воздуха GBfl=3600-c.f- V2g-H-pB,M3, (3.6) где с — коэффициент согласования единиц измерения; f — площадь проходного сечения сопла, м2, ср — коэффициент расхода воздуха через сопло; g - ускорение свободного падения, м/с ; Н - перепад давления в сопле, Па; рв — плотность воз-духа, кг/м . Плотность воздуха 273- В0 з Рв-Р T rzr, кг/м , (3.7) /OU- ±0 где/? — плотность воздуха при нормальных условиях, кг/м , (р = 1,293ікг/м ); Во - барометрическое давление окружающего воздуха, МПа; Т0 — температура окружающего воздуха, К (Т0 = to + 273).
Теоретический расход воздуха GBT=e0-GT-10 2,M3, (3.8) где 0- теоретически необходимое количество воздуха для сгорания 1 кг топлива, кг воздуха/кг топлива; GT — часовой расход топлива, кг/ч.
Для анализа показателей рабочего процесса дизеля на товарном дизельном топливе и биотопливных композициях в соответствии с ГОСТ 18509-88 [19] на установившихся нагрузочно-скоростных и тепловых режимах снимались развёрнутые индикаторные диаграммы.
Результаты и анализ эксплуатационных исследований трактора класса 14 кН при работе на минеральном дизельном топливе и биотопливных композициях
Эффективные и экологические показатели дизеля при его работе на основных нагрузочно-скоростных режимах, наиболее характерных для условий эксплуатации, приведены в таблице 4.5. Анализ данных таблицы 4.5 показывает, что эффективные и экологические показатели дизеля при работе на различных видах смесевого топлива зависят от нагрузочно-скоростных режимов.
Так, при работе дизеля на смесевых топливах 25%МЭРМ + 75%ДТ и 50%МЭРМ + 50%ДТ на режиме номинальной мощности диапазон изменения эффективного КПД составил 0,313-0,316, а снижение дымности отработавших газов составило соответственно 10,2-20,5% при неизменном содержании в отработавших газах углеводородов, по сравнению с работой дизеля на нефтяном топливе; на режиме максимального крутящего момента в интервале частот
Примечание: Рт - нагрузка на тормозе,стенда; - в знаменателе процентное изменение показателей нению с работой на товарном дизельном топливе («+» дизеля на смесевом топливе по срав-повышение,«-» - снижение) : отвращения коленчатого вала n = 1600 мин"1 эффективный КПД находится в пределах 0,307-0,310, а снижение дымности составило 6,1-20,4%; на режиме частичных нагрузок:(п — 1800 мин"1, Рт= 80%) диапазон изменения эффективного КПД составил 0,322-326, а снижение дымности на 40,7-52,7% при неизменном содержании в отработавших газах углеводородов.
При работе дизеля на смесевом топливе 75%МЭРМ:+ 25%ДТ в зависимости от нагрузочно-скоростного режима эффективный КПД находится в пределах 0,305-0,319 при худших экологических показателях (дымность увеличивается на 3,2-10,0% при-неизменном содержании в отработавших газах углеводородов).
Однако независимо от нагрузочно-скоростного режима дизеля все виды смесевого? топлива обеспечивают эффективный; КПД, в пределах 0,305-0j326j в то; время как при работе на нефтяном дизельном топливе он... составляет 0,310-0 329. По сравнению с работой дизеля на нефтяном топливе наибольшее сниже-ниє дымности наблюдается при работе дизеля в режиме частичных нагрузок.на смесевом топливе 50%МЭРМ + 50%ДТ. Однако независимо от нагрузочно-скоростного; режимам нат данном виде топлива среднее снижениедымности- составило около 25%.
Результаты и анализ эксплуатационных исследований трактора класса 14 кН при работе на минеральном дизельном топливе и биотопливных композициях
Проведенные, сравнительные исследования трактора МТЗ-80 в эксплуатационных условиях ООО «Магнит» Чердаклинского;района Ульяновской области [П:4.1], работающего на минеральном дизельном топливе и биотопливных композициях показали, погектарный расход топлива, увеличивается- с 20,05 кг/га (рис. .4.30) при работе;на товарном дизельном топливе до 22,94 кг/га при работе на биотопливной композиции 75% МЭРМ + 25% ДБ. 84,0 84,5 — 80,0 ш - J 1 в) Рисунок 4.30 - Эксплуатационные показатели трактора МТЗ-80 на вспашке: а) погектарный расход топлива; 6) эксплуатационная мощность; в) дымность отработавших газов: 1 — минеральное дизельное топливо (100%ДТ); 2 - 25%МЭРМ+ 75% ДТ; 3 - 50% МЭРМ + 50% ДТ; 4 -75% МЭРМ + 25% ДТ
Наименьшая дымность (72,3%) наблюдалась при работе на биотопливной композиции 50% МЭРМ + 50% ДТ, с уменьшением МЭРМ в составе композиции дымность увеличивается до 80% (25% МЭРМ + 75% ДТ), с увеличением (75% МЭРМ + 25% ДТ) возрастает до 84,5%, при работе на минеральном дизельном топливе дымность составила 84%. Эксплуатационная мощность с 51,9 кВт при работе на минеральном дизельном топливе уменьшается до 51,3, 51,0 и 49,4 кВт при работе на биотопливных композициях 25% МЭРМ + 75% ДТ, 50% МЭРМ + 50% ДТ и 75% МЭРМ + 25% ДТ соответственно.
ВЫВОДЫ
1. За исследуемые виды топлив приняты смесевые топлива на основе биотоплива МЭРМ и товарного нефтяного топлива Л-0,2-62 в процентном соотношении 25:75, 50:50, 75:25.
Биотопливо МЭРМ имеет приближенную химическую формулу-Сі8,72Нз5,бо02, со следующими показателями: низшая теплота сгорания Ни= 37,561 МДж/кг; элементарный состав С = 0,7681, Н = 0,1226, О = 0,1093; плотность р= 0,880 кг/м ; вязкость V = 7,96 мм /с; количество воздуха, необходимого для сгорания 1 кг топлива /0 = 12,658 кг.
2. Независимо от нагрузочно-скоростного режима дизеля все виды смесе вого топлива обеспечивают эффективный КПД в пределах 0,305-0,326, в то время как при работе на нефтяном дизельном топливе он составляет 0,310-0,329.
По сравнению с работой дизеля на нефтяном топливе наибольшее снижение выбросов с отработавшими газами по оксиду углерода (до 50%) наблюдается при работе дизеля в режиме полных нагрузок на смесевом топливе 50%МЭРМ + 50%ДТ, а дымности (до 52,7%) в режиме частичных нагрузок. Однако, независимо от нагрузочно-скоростного режима, на данном виде топлива среднее снижение дымности составило 27%.
3. Проведенные сравнительные исследования трактора МТЗ-80 в эксплуа тационных условиях, работающего на товарном дизельном топливе и биотоп ливных композициях показали, что погектарный расход топлива постепенно увеличивается до 14,4% с увеличением процентного содержания МЭРМ в со ставе топлива. Эксплуатационная мощность также незначительно уменьшается (до 5,1%) с увеличением в составе топлива МЭРМ. Дымность отработавших га зов при работе на товарном минеральном дизельном топливе имеет значение — 84%, с добавлением МЭРМ в состав топлива дымность уменьшается и прини мает минимальное значение (72,3%) при работе на биотопливной композиции 50% МЭРМ + 50% ДТ.
