Содержание к диссертации
Введение
1 Использование смесевого растительно минерального моторного топлива в двигателях автотракторной техники 12
1.1 Факторы, обуславливающие необходимость замены минерального моторного топлива на смесевое растительно-минеральное топливо 12
1.2 Опыт применения смесевого растительно-минерального топлива в качестве моторного топлива на автотракторной технике 15
1.3 Обзор систем питания дизелей для работы на смесевом растительно-минеральном топливе 31
1.4 Обзор смесителей растительных и минеральных композиций 34
1.5 Ультразвуковая обработка смесевого растительно-минерального топлива 36
1.6 Обоснование темы и задачи исследований 36
2 Физико-химические свойства смесевого растительно-минерального топлива для дизелей автотракторной техники 38
2.1 РАПС - масличная культура для производства биотоплива 3 8
2.2 Физико-химические свойства и расчет низшей теплоты сгорания смесевого растительно-минерального топлива 40
Выводы 46
3 Расчетно-теоретическое обоснование показателей дизеля и эксплуатационных показателей трактора на смесевых раститедльно-минеральных топливах ... 47
3.1 Уточненная методика расчета показателей рабочего процесса дизеля 47
3.2 Теплофизические свойства рабочего тела 53
3.3 Определение индикаторных показателей дизеля 56
3.4 Определение эффективных показателей дизеля 57
3.5 Методика расчета показателей процесса впрыскивания смесевого растительно-минерального топлива 58
3.6 Методика расчета сажевыделения 62
3.7 Расчет эксплуатационных показателей тракторного агрегата при работе на смесевом растительно-минеральном топливе
3.8 Определение конструктивных параметров смесителя растительных и минеральных композиций 69
Выводы 80
4 Программа и методика экспериментальных исследований 82
4.1 Программа исследований 82
4.2 Методика безмоторных исследований дизельной топливной аппаратуры 82
4.3 Методика лабораторных исследований смесителя растительных и минеральных композиций 4.3.1 Объект и аппаратура для исследований 85
4.3.2 Методика оценки влияния пропускной способности входных каналов смесителя на состав смесевого растительно-минерального топлива 86
4.3.3 Методика обработки результатов трехфакторного эксперимента 88
4.3.4 Методика оценки качества смешивания в смесителе растительных и минеральных композиций 89
4.4 Методика оценки влияния ультразвуковой обработки на физико-химические показатели смесевого растительно минерального топлива 91
4.4.1 Объект и аппаратура для исследований 91
4.4.2 Методика ультразвуковой обработки смесевого растительно-минерального топлива 4.5 методика стендовых исследований дизеля при работе на товарном минеральном дизельном топливе и смесевых растительно-минеральных топливах 93
4.6 Методика экспериментальной оценки показателей рабочего процесса дизеля д-243 (44 11/12,5) при работе на товарном минеральном дизельном топливе и смесевых растительно-минеральных топливах 99
4.7 методика снятия и обработки осциллограмм давления топлива на входе в форсунку фд-22 дизеля д-243 103
4.8 методика снятия и обработки индикаторных диаграмм рабочего процесса дизеля д-243 104
4.9 методика исследования колесного трактора класса 14кн в эксплуатационных условиях при работе на минеральном дизельном топливе и смесевых растительно-минеральных топливах по
выводы 114 4
5 Результаты экспериментальных исследований и их анализ 116
5.1 Оценка влияния пропускной способности входных каналов смесителя на состав смесевого растительно-минерального топлива 116
5.2 Результаты трехфакторного эксперимента 117
5.3 Результаты оценки качества смешивания в смесителе растительных и минеральных композиций 119
5.4 Результаты и анализ стендовых исследований дизеля д-243 (44 11/12,5) при работе на товарном минеральном дизельном топливе и смесевых растительно-минеральных топливах 120
5.5 Результаты и анализ эксплуатационных исследований трактора класса 14 кн при работе на минеральном дизельном
топливе и смесевых растительно-минеральных топливах 145
Выводы 149
6 Переоборудование трактора класса 14 кн для работы на смесевом растительно-минеральном топливе 152
6.1 Смеситель растительных и минеральных композиций оплива 152
6.1.1 Первый конструктивный вариант 152
5 6.1.2 Второй конструктивный вариант 154
6.2 Двухтопливная система тракторного дизеля 156
6.3 Расчет параметров топливной системы низкого давления двухтопливной системы трак горного дизеля 158
6.4 Трехтопливная система тракторного дизеля 160
выводы 162
7 Экономическое обоснование использования смесевого растительно-минерального топлива 8 дизелях тракторов 164
Выводы 168
Общие выводы 169
Список использованной литературы
- Опыт применения смесевого растительно-минерального топлива в качестве моторного топлива на автотракторной технике
- Физико-химические свойства и расчет низшей теплоты сгорания смесевого растительно-минерального топлива
- Определение индикаторных показателей дизеля
- Методика лабораторных исследований смесителя растительных и минеральных композиций
Введение к работе
диссертационного совета Кухарев О.Н.Общая
Актуальность темы. В энергетической стратегии развития Российской Федерации на период до 2020 года большое внимание уделено необходимости использования возобновляемых источников энергии и, в частности, из растительной биомассы для производства экологически чистого моторного топлива. К такому дизельному моторному топливу относится смесевое растительно-минеральное топливо (дизельное смесевое топливо), состоящее из смеси рапсового масла (РМ) и минерального дизельного топлива (ДТ).
Производство дизельного смесевого топлива позволит снизить энергетическую зависимость сельхозтоваропроизводителей от поставщиков нефтепродуктов и частично решить проблему занятости населения в сельской местности, возделывая масличные культуры для последующего производства биотоплива.
Использование натуральных растительных масел в качестве компонента для растительно-минерального топлива осложняется отличиями физических, химических и эксплуатационных свойств такого смесевого топлива от свойств товарного минерального ДТ. От этих свойств во-многом зависят параметры процессов впрыскивания, смесеобразования и сгорания топлива.
В связи с этим, исследования направленные на улучшение эксплуатационных показателей трактора класса 14 кН путем модернизации штатной системы питания дизелей для работы на растительно-минеральном топливе, являются актуальными и практически значимыми для аграрного производства и экономики страны.
Работа выполнена по плану НИОКР ФГОУ ВПО «Пензенская ГСХА» на 2006-2010 гг. по теме № 29 «Энергоресурсосбережение при эксплуатации автотракторной техники».
Цель исследований – оценка эксплуатационных показателей трактора тягового класса 14 кН при работе на натуральных и озвученных ультразвуком растительно-минеральных топливах.
Объект исследований – процесс работы дизеля сельскохозяйственного трактора тягового класса 14 кН при использовании растительно-минеральных смесей в качестве моторного топлива.
Предмет исследований – мощностные, топливно-экономические и экологические показатели дизеля Д-243 (4Ч 11/12,5) и эксплуатационные показатели трактора МТЗ-82 при работе на растительно-минеральных топливах, состоящих из смеси рапсового масла (РМ) и минерального дизельного топлива (ДТ) в процентном соотношении 25%РМ+75%ДТ; 50%РМ+50%ДТ; 75%РМ+25%ДТ; 90%РМ+10%ДТ (25:75, 50:50, 75:25, 90:10), озвученной ультразвуком смеси 90%РМ+10%ДТ (частотами 22 и 44 кГц).
Научную новизну работы представляют:
теоретическое и экспериментальное обоснование использования в тракторном дизеле растительно-минеральных топлив по показателям рабочего процесса, индикаторным, эффективным и экологическим показателям дизеля и эксплуатационным показателям трактора;
оценка влияния ультразвуковой обработки смесевого растительно-минераль-ного топлива на показатели работы тракторного дизеля;
конструктивные варианты топливной системы дизеля для работы на смесевом растительно-минеральном топливе;
рациональное соотношение рапсового масла и минерального дизельного топлива в озвученном ультразвуком растительно-минеральном топливе, рекомендуемое для использования в качестве моторного топлива на тракторах сельскохозяйственного назначения.
Новизна технических решений подтверждена патентами РФ на изобретения №2377060 «Смеситель минеральных и растительных композиций моторного топлива», №2387867 «Двухтопливная система тракторного дизеля» и пол. решением по заявке №2009116953 «Трехтопливная система тракторного дизеля».
Практическая значимость работы. Использование растительно-минеральных топлив, при незначительном снижении мощности дизеля, улучшает экологические показатели трактора, обеспечивает экономию топлива нефтяного (минерального) происхождения путем частичного замещения рапсовым маслом, что позволяет рекомендовать их в качестве моторного топлива для с.-х. тракторов с небольшой конструктивной адаптацией штатной топливной системы дизеля путем введения дополнительных узлов (смесителя, топливного бака, гидрораспределителя и др.) или предварительной ультразвуковой обработкой растительно-минерального топлива.
Достоверность результатов исследований подтверждается сравнительными исследованиями дизеля в стендовых условиях и тракторов в условиях эксплуатации при работе на растительно-минеральных топливах, применением основных положений теории ДВС и эксплуатации машинно-тракторного агрегата, а также сходимостью результатов расчетов показателей рабочего процесса, индикаторных и эффективных показателей дизеля с результатами экспериментальных моторных исследований (погрешность не более 5-14%).
Реализация исследований. Моторные исследования дизеля Д-243 при работе на минеральном дизельном топливе и смесевых растительно-минеральных топливах проводились в лаборатории испытаний ДВС ФГОУ ВПО «Пензенская ГСХА». Эксплуатационные исследования тракторов МТЗ-82, оснащенных экспериментальной системой питания (штатная система, смеситель, краны, топливопроводы и дополнительный бак), предназначенной для работы на смесевых растительно-минеральных топливах, проводились в ЗАО «Петровский хлеб» и ОАО «Колышлейский хлеб» Пензенской области.
Апробация работы. Основные положения диссертации и ее результаты доложены и одобрены на постоянно-действующих международных семинарах по проблемам эксплуатации ДВС и улучшению их показателей ФГОУ ВПО «Санкт-Петербургский ГАУ» (2008г.), ФГОУ ВПО «Саратовскоий ГАУ (2009г.) и ФГОУ ВПО Вятская ГСХА» (2009г.), Всероссийских научно-технических конференциях ФГОУ ВПО «Пензенская ГСХА» (2007-2010г.г.), Чебоксарского института (филиала) МГОУ (2008г.) и ФГОУ ВПО «Ульяновской ГСХА» (2008г.), на внутривузовском конкурсе научных инновационных проектов ФГОУ ВПО «Пензенская ГСХА» (2010 г.).
Опытно-конструкторские разработки экспонировались на VIII Московском международном салоне инноваций и инвестиций (ВВЦ, 2008г.) и на региональном образовательном форуме «Территория успеха 2010» (г. Пенза, 2010 г.). Работа является Лауреатом конкурса «Национальная экологическая премия - 2010» в номинации «Экология транспорта».
Публикации результатов исследований. По результатам исследований опубликовано 22 работы, в том числе 3 статьи в изданиях, указанных в «Перечне…ВАК», получено 2 патента на изобретения и одно пол. решение на выдачу патента на изобретение, без соавторов опубликованы две статьи. Общий объем публикаций оставляет 6,4 п.л., из них 2,1 п.л. принадлежит автору.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, семи разделов, общих выводов, списка использованной литературы из 172 наименований и приложения на 48 с. Работа изложена на 188 с., содержит 53 рис. и 39 табл.
Опыт применения смесевого растительно-минерального топлива в качестве моторного топлива на автотракторной технике
Достаточное по ресурсам и доступное по стоимости энергообеспечение является основой функционирования общественного производства, предпосылкой и определяющим фактором экономического роста [135].
В настоящее время основными источниками энергии являются уголь, нефть и газ. Их прогнозируемые ресурсы оцениваются, соответственно, в 15 трлн. т, 50 млрд. т и 400 трлн. м , при разведанных запасах 1685 млрд. т, 137 млрд. т и 140 трлн. м3.
Потребности общества в энергии постоянно растут, что вызывает гигантские объемы ее производства и потребления, при этом мировое производство традиционных источников энергии (нефти и газа) демонстрирует незначительные темпы роста - 1,5-2% в год и не соответствует быстрорастущим потребностям мировой экономики в энергоресурсах.
Использование невозобновляемых источников углеводородного сырья в мире в последние годы связано с рядом проблем:
- ограниченностью имеющихся запасов (по оценкам экспертов ресурсов хватит на ближайшие 30-40 лет);
- усложнением условий добычи и транспортировки ископаемых углеводородов, связанным с переходом к новым источникам;
- постоянным ростом цен на все виды энергоносителей - за последние пять лет цены на нефть повысились почти в 2,6 раза (марки Urals - с 171 долл./т в 2001 г. до 448 долл./т в 2006 г.);
- политической и экономической нестабильностью в основных добывающих регионах - до 31% добычи нефти приходится на страны Ближнего Востока, 12% - на страны Африки;
- повсеместным ухудшением экологической обстановки. Исходя из всего выше сказанного, можно выделить 3 основных группы факторов, обуславливающих необходимость замены нефтяных моторных то-плив топливом биологического (растительного) происхождения, — экологические, экономические и санитарные.
Экологические факторы. Процесс выработки энергии из углеводородов сопровождается выбросом большого количества вредных веществ (серы, бензола) и газов. Содержащийся в выбросах диоксид углерода (СОг) не разлагается в природной среде, накапливается в значительном количестве в атмосфере, что приводит к парниковому эффекту.
Сельское хозяйство, как один из главных потребителей дизельного топлива, оказывает существенное влияние на чистоту воздушного бассейна, поскольку характеризуется значительным по территориальному охвату воздействием на окружающую среду. На долю автотракторной техники, оснащенной дизелями, приходится более 9% выбросов основных вредных веществ [149].
В выбросах отработавших газов двигателей присутствуют до 200 различных компонентов. В среднем один дизель, например, автомобиля выбрасывает 100 г токсичных веществ на каждый километр пробега [154]. Мнение о дизеле, как о малотоксичном двигателе, неоправданно. Горение в дизеле осуществляется в диффузионной струе при попадании в нее жидких капель, что однозначно приводит к обильному выделению сажи (углерода) и полициклических ароматических углеводородов из-за термического распада молекул топлива «без доступа воздуха».
В диффузионной струе горение развивается в стехиометрической зоне, т.е. при максимальной температуре сгорания, с ассоциацией оксидов азота (NOx). Поэтому одними из главных вредных компонентов отработавших газов дизелей являются оксиды азота, доля которых в суммарном индексе токсичности составляет около 90% [22].
В дизельном топливе присутствует сера, которая-в дизеле, при избытке кислорода, преобразуется в сернистые оксиды SCb.
Вредные вещества, выбрасываемые дизелями, вызывают негативные воздействия на окружающую среду. Защита окружающей среды от вред 14 ных выбросов, содержащихся в отработавших газах ДВС, работающих на светлых нефтепродуктах, в настоящее время по важности находится в одном ряду с проблемами разоружения и борьбы с голодом на планете. Это заставляет вести интенсивные поиски путей снижения вредных выбросов двигателями автотракторной техники.
Экономические факторы. Известно, что система, основанная на использовании одного доминирующего вида энергии (моноэнергетика), каким является нефть, не оправдала себя.
На современном этапе развития производства возникла необходимость в перестройке энергетического баланса, базирующегося на полиэнергетике, т. е. системе, использующей нескольких видов энергии. Полиэнергетика предусматривает переход от использования традиционных энергоисточников (светлых нефтепродуктов) к альтернативным.
Эти проблемы стоят и перед Российской экономикой. При достаточно больших объемах добычи нефти, в России не только уменьшаются объемы производства автомобильных бензинов и дизельных топлив, но и снижается их качество при неуклонном повышении цен на топливо [42, 6]. Это негативно сказывается на основных потребителях светлых нефтепродуктов, в том числе и на экономике отечественных с.-х. товаропроизводителей.
Санитарные факторы. В настоящее время проблема «экологичности» топлива приобрела самостоятельное значение в связи с ужесточением санитарных требований, предъявляемых как к самим топливам, так и к продуктам их сгорания. Эти требования указаны в ряде международных документов, на которые ориентируется и Россия. В таблице 1.1 приведены экологические нормы, которым должны соответствовать современные топлива, в таблице 1.2 - нормы, предъявляемые к продуктам сгорания топлив [11,5, 146].
Физико-химические свойства и расчет низшей теплоты сгорания смесевого растительно-минерального топлива
Для перевода работы серийно выпускаемой автотракторной техники на дизельное смесевое топливо необходимо адаптировать штатные топливные системы, путем введения в них дополнительных устройств, например, смесителей растительных и минеральных композиций (рисунок 3.4), обеспечивающих качественное смешивание и соблюдение заданного процентного соотношения компонентов смесевого топлива.
С целью определения конструктивных параметров смесителя необхо димо pji3pji6bTaTjbjviarav прохождение рас тительного и минерального топлив по участку топливной системы низкого давления (от топливных баков до топливоподкачивающего насоса (ТПН)) с учетом конструктивных параметров агрегатов топливной системы низкого давления (в том числе и смесителя), их гидравлических сопротивлений, а также физико-химических свойств применяемых топлив. Расчетная схема рассматриваемого участка топливной системы низкого давления (рисунок 3.5) состоит из бака 1 минерального топлива, бака 2 растительного топлива, фильтра грубой очистки 11, ТПН 12, смесителя минерального и растительного топлива 9, содержащего запорные краны 5, 6 для соблюдения заданного процентного соотношения компонентов смесевого топлива, штуцеры 7,8 для подачи минерального и растительного топлив и топливопроводы 3, 4,10.
Схему топливной системы низкого давления (рисунок 3.5) можно условно разделить на отдельные участки: участок линии забора минерального дизельного топлива (I), участок линии забора растительного топлива (II), участок смешивания и забора минерального и растительного топлив (III).
При движении топлива по каждому участку энергия потока расходуется на преодоление местных гидравлических сопротивлений (потери напора): сопротивлений по длине трубопроводов или каналов, обусловленных силами трения топлива, обусловленных изменениями скорости потока по величине и направлению.
Исходным условием работоспособности топливной системы низкого давления тракторного дизеля является [9, 47, 81]: где Рн — разряжение на входе в ТПН, МПа; Рн.пр - предельное разряжение на входе в , (3.147) ТПН, МПа; QH - объемный расход топлива на входе в ТПН, м /с; С тнвд — подача топлива- топливным насосом высокого давления (ТНВД); Отпн - подача топлива ТПН; % , х кр расчетное и критическое число кавитации. Рисунок 3.4- Топливная система низкого давления со смесителем растительных и минеральных композиций (наименование позиций в тексте) Математическая модель работы рассматриваемого участка топливной системы низкого давления описывается системой уравнений [9, 47, 81]: давления на входе в ТПН, Па; Apj.n - эквивалентные потери давления перед смесителем, Па; Арщ - потери давления на Ш-ем участке, Па; Qi, Qn, Qui - расход то-плива на участках (1,П,Ш) топливной системы низкого давления, м /с; q„ - рабочий объем топливоподкачивающего насоса, м3; пк - частота вращения кулачково (r\ \ где H,— потери напора в і-ом элементе j-ого участка линии низкого давления (I, II, III), м; % -местное сопротивление в і-ом элементе линии низкого давления; H7j - потери напора в трубопроводе или канале элемента топлив-И 148Ї но системы низкого давления на j-ом участке, м; Lz— длина z-ro трубопровода (канала), м; dz - диаметр z-ro трубопровода, м; Hh- высота расположения элементов линии низкого давления относительно ТПН, м; Н,— суммарные потери напора на j-ом участке топливной системы низкого давления, м; Ар— суммарные потери давления на j-ом участке топливной системы низкого давления, Па; Арн — потери го вала ТНВД, мин"1; Pj — плотность топлива, на j-ом участке топливной системы низкого давления, кг/ м ; X— коэффициент Дарси; Р0— атмосферное давление, Па; g - ускорение свободного падения, м/с".
Первое и второе уравнение системы (3.148) является уравнениями, описывающими потери напора топлива, обусловленные местными гидравлическими сопротивлениями и сопротивлениями от трения в трубопроводах и каналах ( ,) элементов, входящих в рассматриваемый участок топливной системы низкого давления, и вызванных деформацией потока топлива.
Расчет гидравлических сопротивлений элементов топливной системы низкого-давления Штуцеры, используемые в топливной системе топливной системы низкого давления (топливные баки, смеситель растительных и минеральных композиций, фильтр грубой очистки), имеют три вида местных сопротивления (сужение, длина штуцера, расширение), по которым проходит топливо. Следовательно, общее местное сопротивление штуцера равно [9] хр - сопротивление от трения по длине штуцера (аналогично рассчитываются сопротивления по длине трубопроводов топливной системы низкого давления и каналов смесителя растительных и минеральных композиций) lz Определение гидравлических сопротивлений в запорных кранах смесителя, которые имеют переменное проходное сечение и соответственно переменный коэффициент местного сопротивления, зависящий от угла поворота, осуществляется по зависимости описываемой эмпирической экспоненциальной функцией [47] кр а0+е (ЗЛ53) где 8 - угол поворота запорного крана, град, а0, щ, а2 - коэффициенты эмпирического уравнения. К местными гидравлическим сопротивлениям боковых каналов смесителя относятся сопротивления при сужении канала и сопротивления от трения по длине канала [47]: X-LQK _3 F6K где F6K - площадь проходного сечения бокового канала смесителя, м"; ш — площадь осевого входного канала смесителя, м ; L6K - длина бокового канала смесителя, м; d K - диаметр бокового канала смесителя, м. Основной этап смешивания минерального и растительного топлив происходит в вытяжных тройниках смесителя, образованных пересечением боковых каналов 1 с винтовой канавкой 3 (рисунок 3.6). Качество смешивания зависит от количества вытяжных тройников, однако увеличение их числа связано с уменьшением диаметра боковых каналов, что увеличивает вероятность облитерации боковых каналов.
Определение индикаторных показателей дизеля
Исследования трактора МТЗ-82 производились в условиях опытных загонок на вспашке на опытном поле Пензенской ГСХА, в условиях ЗАО «Петровский хлеб» и ОАО «Колышлейский хлеб» Пензенской области (рисунок 4.16).
Оценка показателей работы трактора, работающего на дизельных сме-севых топливах, осуществлялась путем их сравнения с показателями трактора, работающего на минеральном дизельном топливе (100%ДТ).
За оценочные показатели работы тракторов были приняты погектарный расход топлива, рабочая скорость трактора, сменная производительность МТА, дымность отработавших газов и эксплуатационная мощность [43,49].
Определение погектарного расхода топлива. Для определения погектарного расхода топлива трактор агрегатировался с трехкорпусным плугом ПЛН-3-35 на вспашке опытных загонок с глубиной обработки 20-22 см и удельным сопротивлением супесчаной выщелоченной черноземной почвы среднего механического состава 44-49 кПа. Площадь опытных загонок определялась саженью и визуально отмечалась вешками. Регулировка состава моторного топлива (минерального дизельного топлива и растительно-минерального топлива), происходила за счет изменения угла поворота запорных кранов смесителя растительных и минеральных композиций. Объем израсходованного моторного топлива определялся с помощью объемного расходомера (рисунок 4.17), установленного на наружной поверхности кабины трактора.
Рабочая скорость МТА рассчитывалась повыражению Vpa6=3,6 AL/Ат, КМ/Ч, (4.26) где AL - длина рабочего хода, м; Ах -время расходования навески топлива, с; Сменная производительность МТА определялась по формуле [43] WCM = 0,1 Вр-Ураб-Тсм- Кем, га/см, (4.27) Ill где Bp - рабочая ширина захвата агрегата, м; Тем - время смены, ч; Кем - коэффициент использования времени смены Кем = Тр/Тсм, Тр - время чистой работы МТА, Тр =Тсм - Тх - То, (Тр=4,4 ч); Тх - время холостых ходов МТА (переезды, повороты), Тх=1,2 ч; То - время остановок МТА в загоне для технического, технологического обслуживания, личных надобностей тракториста и т.п. (То=1,4 ч).
WCM Определение дымности отработавших газов проводилось в следующей последовательности: 1. Привести оптический датчик прибора КИД-2 (рисунок 4.18) в рабочее положение, для чего ослабив муфту крепления, раздвинуть оптический датчик, затем затянуть муфту в рабочем положении. 2. Подключить датчик к приборному блоку. 3. Установить переключатель режимов работы на передней панели в положение текущего значения дымности. 4. Включить питание приборного блока. 5. Прогреть прибор в течение трех минут. 6. Нажать кнопку коррекции нуля. При этом стрелка прибора должна установиться но отметку «О» шкалы, затем кнопку отпустить. 7. Для измерения дымности переключить прибор в режим «Значение». 8. Установить оптический датчик дымомера перпендикулярно потоку отработавших газов на расстоянии не более 20 см. 9. Снять показания прибора. 10. Результаты измерений занести в протокол испытаний. Определение эксплуатационной мощности. Эксплуатационная мощ ность дизеля определялась по выражению N3 = Ne К, кВт, (4.29) где N3— эксплуатационная мощность дизеля, кВт; Ne — эффективная мощность дизеля, кВт; К — коэффициент использования мощности. Для данных условий (глубина вспашки 20-22 см, удельное сопротивление черноземной почвы 44-49 кПа) с достаточной точностью коэффициент использования мощности можно принять равным 0,92.
Перед замером устройство необходимо откалибровать по частоте вращения и угловому ускорению коленчатого вала, при которых производится замер (рисунок 4.19).
Калибровка устройства по частоте вращения: 1. Нажмите клавишу «п». 2. Вращая ручку прибора «Калибровка частоты вращения «п», установите на цифровом табло устройства калибровочное значение 1265 мин" (для дизеля Д-243). Калибровочное значение устанавливайте с погрешностью не более 2 единиц. 3. Повторным нажатием возвратите клавишу «п» в исходное положение. Калибровка устройства по ускорению: 1. Нажмите клавишу «є». 2. Вращая ручку «Калибровка ускорения «є», установите на цифровом таб-ло калибровочное значение 327,2+0,5 с"" — постоянное для дизелей всех марок. 3. Повторным нажатием возвратите клавишу «є» в исходное положение. Настройка устройства на частоту вращения, при которой измеряется ускорение, осуществляется следующим образом: 1. Нажмите клавишу «пє». 2. Вращая ручку «Калибровка ускорения «пє», установите на цифровом табло устройства значение, равное 2200 мин"1 (при измерении ускорения в области номинальной частоты вращения).
3. Повторным нажатием верните клавишу «пє» в исходное положение. Для измерения ускорения разгона нажмите клавиши «ВОМ» и «—» и ус є тановите максимальную частоту вращения коленчатого вала; резко выключите подачу топлива и при достижении минимальной частоты вращения коленчатого вала быстро переведите рычаг регулятора частоты вращения в положение максимальной подачи и запишите показания цифрового табло устройства. Тогда эффективная мощность дизеля определится по соотношению
1. Разработана общая программа исследований, которая, наряду с контрольными испытаниями агрегатов дизельной топливной аппаратуры на соответствие их параметров технического состояния требованиям соответствующих Госстандартов и ТУ, включает лабораторные, безмоторные, моторные исследования и исследования трактора в производственных условиях для сравнительной оценки работы дизеля на товарном дизельном топливе и смесевых растительно-минеральных топливах.
2. Лабораторные исследования по оценке влияния пропускной способности входных каналов смесителя растительных и минеральных композиций топлива на состав смесевого растительно-минерального топлива и определения степени перемешивания проводились на стенде КИ-15711М-01-ГОСНИТИ, изменение пропускной способности входных каналов смесителя проводилось путем изменения углов поворота запорных кранов смесителя.
3. Лабораторные исследования по оценке влияния ультразвуковой об 115 работки на физико-химические показатели растительно-минерального топлива проводились с помощью ультразвукового диспергатора УЗДН-2Т для ультразвуковой обработки смесевого топлива, жирнокислотный состав сме-севых растительно-минеральных топлив определялся на хроматографе «Кри-сталл-2000М».
4. Сравнительные моторные исследования дизеля при работе на минеральном дизельном топливе и растительно-минеральном топливе проводились на моторной установке оснащенной контрольно-измерительными приборами, позволяющими снимать индикаторные диаграммы рабочего процесса дизеля, осциллограммы давления топлива в нагнетательной линии топливного насоса высокого давления, производить замер мощностных, экономических и экологических показателей на основных нагрузочно-скоростных режимах дизеля при его работе на различных видах моторного топлива.
5. Сравнительные исследования трактора класса 14 кН в производственных условиях для определения эксплуатационных показателей проводились при работе дизеля на товарном дизельном топливе и растительно-минеральном топливе, как в натуральном виде, так и обработанных ультразвуком.
Методика лабораторных исследований смесителя растительных и минеральных композиций
Улучшение мощностных и топливно-экономических показателей дизеля при работе на озвученном дизельном смесевом топливе 90%РМ + 10%ДТ (УЗ 22 кГц) объясняется тем, что при ультразвуковом излучении происходит тонкое размельчение и интенсивное перемешивание компонентов дизельного смесевого топлива в результате чего получается стойкая, высокодисперсная и практически однородная эмульсия, интенсифицирующая последующий процесс сгорания. Кроме того, при обработке ультразвуком происходит повышение температуры, которая приводит к снижению плотности и вязкости обрабатываемого дизельного смесевого топлива, что положительно сказывается на дальнобойности струи распыливаемого топлива.
На рисунках 5.12-5.13 показан характер изменения показателей {GT, а, СО, Д} =У(п) в условиях характеристики холостого хода при работе дизеля на различных видах топлива.
На режиме холостого хода топливная экономичность дизеля при работе на всех видах дизельного смесевого топлива по сравнению с 100% ДТ ухудшается (рисунок 5.12 а). Так, при минимально-устойчивой частоте вращения к.в. п = 800 мин"1 часовой расход топлива при работе на 100%ДТ составляет 1,28 кг/ч, а при работе на дизельном смесевом топливе 90%РМ+10%ДТ -1,64 кг/ч; при максимальной частоте вращения к.в. п=2330 мин" соответственно 4,7 кг/ч и 5,86 кг/ч. Причем по мере увеличения процентного содержания РМ в дизельном смесевом топливе величина отклонения часового расхода топлива возрастает и достигает при работе дизеля на смеси 90% РМ+10% ДТ соответственно 22% (п = 800 мин"1) и 19,8 % (п =2330 мин"1) [54, 86].
Наибольшее снижение на 51% (с 41% до 20%) ) дымности отработавших газов на максимальных оборотах режима холостого хода (п =2330 мин"1) отмечается при работе дизеля на дизельном смесевом топливе 90% РМ + 10% ДТ, однако содержание в отработавших газах оксида углерода увеличивается на 43,75 % (с 0,09 до 0,16), а углеводородов остается неизменным.
На рисунке 5.14 показаны индикаторные диаграммы дизеля и осциллограммы давления топлива на входе в форсунку, а в таблице 5.9 показатели рабочего цикла дизеля на номинальном режиме в зависимости от вида топлива.
Использование дизельного смесевого топлива вносит незначительные изменения-в протекание рабочего процесса дизеля. Приэтом важным-моментом является рациональное соотношение минеральных и растительных компонентов в дизельном смесевом топливе, так как от его состава зависят не только технико-экономические и экологические показатели, но и «жесткость» работы дизеля [46, 90]. Жесткость оценивается максимальным давлением цикла (Pz), средней (АР/Аф)ср и максимальной (dP/d(p)max скоростями нарастания давления газов в цилиндрах дизеля. С одной стороны, увеличение этих скоростей повышает экономичность работы дизеля, однако при этом возрастает максимальное давление цикла, увеличивается механическая на-груженность деталей цилиндропоршневой группы и, как следствие, износ. С другой стороны, минерально-растительное моторное топливо обладает более низкой теплотой сгорания и уменьшенным периодом задержки воспламенения по сравнению с товарным дизельным топливом, что приводит к снижению скорости нарастания давления газов в цилиндрах, уменьшению механической нагруженности деталей и отсутствию «стуков» в дизеле. Следует особо отметить, что при этом средняя и максимальная скорости нарастания давления газов для исследуемого дизеля Д-243 (44 11/12,5) не должны превышать нормативных значений соответственно 0,4-0,6 и 1,8-2,1 МПа/град. п.к.в.
При работе двигателя на дизельном смесевом топливе 25% РМ + 25% ДТ, в режиме номинальной мощности (рисунок 5.14), средняя скорость нарастания давления газов в цилиндре уменьшается на 15,4%, максимальная скорость нарастания давления газов в цилиндре на 16,4% по сравнению с работой минеральном дизельном топливе 100% ДТ; при работе двигателя на смеси 90% РМ +10% ДТ, средняя скорость нарастания давления газов в цилиндре уменьшается на 33,0%, максимальная скорость нарастания давления газов в цилиндре на 24,6%.
