автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.03, диссертация на тему:Экономия нефтепродуктов применением модульной установки для очистки и частичного восстановления эксплуатационных свойств отработанных моторных минеральных масел

На правах рукописи Замальдинов Марат Миндехатович

ЭКОНОМИЯ НЕФТЕПРОДУКТОВ ПРИМЕНЕНИЕМ МОДУЛЬНОЙ УСТАНОВКИ ДЛЯ ОЧИСТКИ И ЧАСТИЧНОГО ВОССТАНОВЛЕНИЯ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ СВОЙСТВ ОТРАБОТАННЫХ МОТОРНЫХ МИНЕРАЛЬНЫХ МАСЕЛ

Специальность 05.20.03 - технологии и средства технического обслуживания в сельском хозяйстве

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

4ВОО|э>

2 7 ОКТ 2011

Пенза-2011

4858197

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Ульяновская государственная сельскохозяйственная академия» (ФГБОУ ВПО «Ульяновская ГСХА»)

Научный руководитель

кандидат технических наук, профессор Сафаров Камиль Усманович

Официальные оппоненты

доктор технических наук, старший научный сотрудник Зазуля Александр Николаевич

кандидат технических наук, профессор Гуськов Юрий Викторович

Ведущая организация

ФГБОУ ВПО «Самарская ГСХА»

Защита состоится 18 ноября 2011 года в 10 часов на заседании диссертационного совета Д 220.053.02 при ФГБОУ ВПО «Пензенская ГСХА» по адресу: 440014, г. Пенза, ул. Ботаническая 30, ауд. 1246.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Пензенская ГСХА».

Автореферат разослан «7» октября 2011 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

Кухарев О.Н

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Потребление АПК минеральных смазочных материалов различного назначения достигает 30 % от их общего производства в стране, а их стоимость составляет значительную долю в себестоимости сельскохозяйственной продукции. Поэтому технически грамотное и экономное использование минеральных масел обеспечит значительный экономический эффект и повысит рентабельность отраслей АПК. Одним из направлений экономии нефтепродуктов является вторичное использование отработанных моторных минеральных масел (ОМММ) после очистки и восстановления их эксплуатационных свойств.

В настоящее время существующие способы и технические средства не отвечают в полной мере требованиям, предъявляемым к качеству очистки и восстановления свойств ОМММ. Как правило, установки для очистки ОМММ имеют периодический режим работы, требуют больших трудовых, материальных и энергетических затрат. Кроме того, в своем большинстве, имея узконаправленное назначение, они позволяют производить очистку только определенных марок ОМММ. Это приводит к увеличению производственных площадей для размещения оборудования, времени очистки, а также к многократным воздействиям на ОМММ. Результатом этого является не только потеря ценного сырья в виде отходов и испарений, но и увеличение его себестоимости. Все это делает существующие установки экономически неэффективными для применения в условиях АПК, имеющего трудности со сбором и транспортировкой ОМММ. Поэтому возникает необходимость в простых, малозатратных, эффективных поточных установках для очистки и восстановления ОМММ, позволяющих устанавливать их непосредственно в условиях потребителя, исключить организационно-транспортные неудобства и дать значительный экономический эффект.

Поэтому исследования, направленные на экономию нефтепродуктов и разработку модульных технических средств очистки и восстановления эксплуатационных свойств ОМММ, являются актуальными, практически значимыми и имеют важное хозяйственное значение.

Работа выполнена в соответствии с планом научно-исследовательских работ ФГБОУ ВПО «Ульяновская ГСХА» «Разработка средств механизации и технического обслуживания энерго - и ресурсосберегающих технологий в различных процессах производства и переработки продукции сельского хозяйства» (номер государственной регистрации № 01.20.0600147).

Цель исследований. Экономия нефтепродуктов применением модульной установки для очнепш и частичного восстановления эксплуатационных свойств ОМММ.

Объект исследований. Процессы очистки и частичного восстановления эксплуатационных свойств ОМММ.

Предмет исследований. Конструктивные и режимные параметры модульной установки дтя очистки и частичного восстановления эксплуатационных свойств ОМММ

Научная новизна работы:

- многоступенчатый способ, обеспечивающий очистку всеми или отдельными ступенями ичастично е восстановление ОМММ в зависимости от степени его загрязнения;

- модульная установка для очистки и частичного восстановления эксплуатационных свойств ОМММ;

- экспресс-метод определения наличия и процентного содержания в ОМММ углеводородных топливных фракций по температуре вспышки.

Новизна технических средств для очистки ОМММ подтверждена патентами РФ на полезную модель №88996 «Гидроциклон для очистки ОММ», №107704

«Фильтр для очистки ОММ» и решением о выдаче патента на полезную модель № 2011100245/05(000339) «Гидроциклон для очистки ОММ».

Практическая значимость работы. Модульная установка, реализующая многоступенчатый способ, позволяет производить очистку ОМММ от нерастворимых примесей на 92...98% и частичное восстановление их эксплуатационных свойств со сроком службы 88.. .90% от срока службы товарного масла ТМ-3-18 с использованием в трансмиссиях тракторов и автомобилей.

Реализация результатов исследований. Очищенные на модульной установке ОММММ-ЮГ2Ксдобавлением минеральной добавки в виде масла МС-20П использовались в трансмиссиях автомобилей КамАЗ-55102 и конечных передачах тракторов Т-150К, эксплуатирующихся в производственных предприятиях ООО «Ирбис» и ООО «Си-мойл» г. Ульяновска

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены и обсуждены на Всероссийской научно-практической конференции ФГОУ ВПО «Ульяновская ГСХА» (2005г.), Межвузовской региональной научно-практической конференции вузов Поволжья и Предуралья ФГОУ ВПО «Пензенская ГСХА» (2005г.), Международных научно-практических конференциях ФГОУ ВПО «Ульяновская ГСХА» (июнь, ноябрь 2010 г.), Всероссийской научно-практической конференции ФГОУ ВПО «Пензенская ГСХА» (2010г.).

Публикации. По результатам исследований опубликовано 15 научных работ, в том числе в изданиях, рекомендованных ВАК РФ - 4, получено два патента на полезную модель. Две статьи опубликованы без соавторов. Общий объем публикаций составляет 4,2 п. л., из них 2,7 п. л. принадлежат автору.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, шести разделов, общих выводов, списка литература из 143 наименований и приложения на 42 с. Работа изложена на 162 е., содержит 77 рис., 20 табл.

Научные положения и результаты исследований, выносимые на защиту:

- технические средства (гидроциклон, центрифуга, магнитоочиститель, фильтр) модульной установки для очистки и частичного восстановления эксплуатационных свойств ОМММ;

- теоретически обоснованные и экспериментально подтвержденные конструктивные и режимные параметры технических средств модульной установки для очистки и частичного восстановления эксплуатационных свойств ОМММ;

- количественные оценки показателей качества очистки и частичного восстановления эксплуатационных свойств ОМММ;

- экспресс-метод определения наличия и процентного содержания топливных фракций в ОМММ по температуре вспышки.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность выбранной темы исследований и дана общая характеристика работы.

В первом разделе «Состояние вопроса и задачи исследования» представлен анализ литературной и патентной информации, известных технических и технологических решений по очистке и восстановлению эксплуатационных свойств ОМММ, их классификация.

Важнейшей задачей сельхозтоваропроизводителя является рациональное использование смазочных материалов. В настоящее время очистка ОМММ главным образом производится на маслорегенерациопных заводах, научно-исследовательских институтах и в небольших предприятиях, при этом для очистки и восстановления

эксплуатационных свойств масел используют сложные и дорогостоящие технологии и технические средства. Поэтому возникает необходимость в простых, малозатратных и эффективных установках предназначенных не только для очистки ОМММ, но и для частичного восстановления их эксплуатационных свойств до показателей, обеспечивающих их повторное применение в менее ответственных узлах и агрегатах автотракторной техники.

Вопросам очистки и восстановления эксплуатационных свойств нефтепродуктов в различных отраслях хозяйствования посвящены работы Большакова Г.Ф., Бутова Н.П., Венцеля C.B., Виппера А.Б., Гуськова Ю.В., Гуреева A.A., Глущенко A.A., Зазули А.Н., Картошкина А.П., Коваленко В.П., Лашхи В.Л., Ленивцева Г.А., Лышко Г.П., Острикова В.В., Рыбакова К.В., Сафарова К.У., Уханова А.П., Фукса И.Г., Хол-манова В.М., Цыпцына В.И., Шаронова Г.П. и др.

Анализ состояния вопроса показывает отсутствие надежных и эффективных технических средств для очистки и частичного восстановления эксплуатационных свойств ОМММ для их повторного использования.

На основании вышесказанного для достижения поставленной цели сформулированы задачи исследований:

1. Выполнить теоретическое обоснование процессов очистки и частичного восстановления эксплуатационных свойств ОМММ применительно к модульной многоступенчатой установке.

2. Разработать модульную установку для очистки и частичного восстановления эксплуатационных свойств ОМММ.

3. Обосновать конструктивные и режимные параметры модульной установки для очистки и частичного восстановления эксплуатационных свойств ОМММ до показателей, обеспечивающих их использование в автотракторных трансмиссиях.

4. Исследовать многоступенчатый способ и модульную установку для очистки и частичного восстановления эксплуатационных свойств ОМММ в производственных условиях, определить технико-экономическую эффективность от применения модульной установки.

Во втором разделе «Теоретическое обоснование конструктивных и технологических параметров модульной установки для очистки и частичного восстановления ОМММ от загрязнителей» описан многоступенчатый способ очистки ОМММ и рассмотрены закономерности процессов очистки масел по ступеням: гравитационное отстаивание, выпаривание, гидроциклонная очистка, центрифугирование, магнитная очистка, фильтрация и компаундирование.

Скорость осаждения частиц vac загрязнителей в процессе гравитационного отстаивания масла определяется по формуле

, о

i+ß-t

9-Г,-

гТ

Л К

т

* j

О)

где гч - приведенный радиус частицы нерастворимых примесей, м; р°ч - плотность частиц, исходная, кг/м3; (1 - коэффициент объемного расширения материала частиц; < - температура частицы относительно начального состояния (О. °С; у„ - начальная кинематическая вязкость масла (при температуре Г„), мм2/с; Тк и Т„ - конечная и начальная температуры масла, К; к- коэффициент, определяемый опытным путем (для моторного масла 2,53< к <3,27).

Анализ данных этой формулы показывает, что управляемым параметром является плотность, зависящая от температуры очищаемого масла. Для учета конвекционных потоков и ряда других факторов вводится обобщенный коэффициент коб, который является функцией некоторой постоянной величины С„ и размера частиц

(2)

где с1н„р - диаметр частиц примесей, м.

Скорость осаждения частиц нерастворимых примесей также будет зависеть от объемного их содержания в масле - У„р.

С учетом вышеизложенных положений скорость осаждения частиц нерастворимых примесей примет вид

(3)

'■'•{т.

Следует добавить, что при повышении температуры масляной среды до 80.. .100 С происходит сокращение длительности осаждения нерастворимых частиц в 2...3 раза. Процесс выделения частиц воды из масла в поле гравитационных сил при обычных температурах (18...25 °С) недостаточно эффективен. Он может длиться от одних суток до нескольких месяцев.

Разделение масляной среды методом выпаривания на второй ступени базируется на обычных теплотехнических закономерностях, отражающих процессы, происходящие при переходе воды в парообразное состояние и последующем ее свободном выводе из масляной среды за счет испарения.

Количество связанной воды п„ которое может быть выделено из масла за счет теплообмена (испарительного эффекта), будет равно

ч ь"*'Кр?'Рк, (4)

н

где Ем„ - универсальная газовая постоянная системы (в данном случае масла), кДж/кг; Т- абсолютная температура, К; ()опт - количество тепла необходимое для испарения воды, связанной с маслом, кДж; пж - число молекул воды (плотность молекул воды); К- постоянная Больцмана; Рт- внешнее давление образующегося пара, Па; Р„— давление насыщенного пара, Па.

Скорость испарения воды и легких углеводородных топливных фракций ор„т определяется следующим образом

п"*'КрГР-, (5)

г гн

где г- продолжительность технологического цикла выпаривания, ч.

Таким образом, выпаривание воды зависит от температурного состояния системы и ее параметров: давления, теплотехнических параметров, продолжительности процесса, количества воды в масле.

Очистка масла на третьей ступени в гидроциклоне зависит от параметров воздушного столба, возникающего вследствие разрежения вдоль оси гидроциклонного аппарата. Диаметр воздушного столба определяется

—---1--, (6)

+ 1 + 4 {а>81 Д •(1 + ^2Д)-4-(1-со8/?0)2]

где О - диаметр гидроциклона, м; с\ - коэффициент, определяемый из граничных условий; Р„ - давление у стенки гидроциклона, Па; р0 - плотность масла, кг/м3; V,,, - окружная скорость масла у входного отверстия, м/с; р0 - угол полураствора конуса гидроциклона, град.; А ^ - коэффициент геометрии гидроциклона

Для гидроциклонных аппаратов при определении степени очистки масла справедлив закон Стокса

ч, V р-а

¿Г^" (7)

где р - плотность отделяемой среды (частиц), кг/м3; у- вязкость масла, мм2/с; иог - радиальная скорость масла у входного отверстия, м/с; г - радиус гидроциклона, м.

Таким образом, степень очистки ОМММ от загрязнителей будет зависеть от геометрических параметров гидроциклона и давления масла на входе в гидроциклон.

Для отделения частиц на четвертой ступени - в полнопоточной центрифуге, существенное значение имеют: скорость осаждения частиц загрязнений ьрп и время пребывания частицы в роторе центрифуги т.

Скорость осаждения частиц нерастворимых примесей

</-Д-Е-У

иГ1 = А--—а., (8)

где А - коэффициент пропорциональности, определяемый опытным путем (Л = МО'5...2-Ю'5 при Е = 2,7-104...3,6-104 м/с2); <1 - диаметр частицы, м; А - разность плотностей нерастворимых примесей и масла, кг/м3; Е - напряженность поля, м/с2; Упр - объемное содержание нерастворимых примеоей; у- киноиашческая аязгахгь маспа, нА

Время пребывания частицы в роторе центрифуги зависит от частоты вращения

__180 I (9)

я УС^ + О-я-^-СА-А)

где Кср и Гф- радиусы барабана и колонки ротора, м.

Таким образом, степень очистки масла будет определять параметры: радиус колонки гкр и барабана ротора КВр, время нахождения частицы в роторе т, зависящее от скорости осаждения ир„.

На пятой ступени - магнитной очистке, расчет эффективности отделения металлических загрязнителей производится по величине удерживающей силы магнита

^ =0,577 В2-Б, (10)

где В - магнитная индукция, Тл; 5- площадь рабочей поверхности магнита, м2.

Расчет магнитной индукции цилиндрического магнита, используемого в модульной установке, производится по формуле

(1 + 1 <1

В = £ 2

№+1г + гг

(11)

где ВГ- остаточная индукция, Тл; г и / - радиус и длина магнита, м; с1 - расстояние от поверхности магнита до частицы, м.

Таким образом, эффективность отделения металлических загрязнений будет зависеть от радиуса г и длины / магнита.

Эффективность фильтрования на шестой ступени характеризуется удельной пропускной способностью войлочного фильтрующего элемента

к = Ги*'1* (12)

АР к '

где у- кинемапиеская вязюсп. масла, мм2/^ иф - скорость фильтрации, м/с; I ф - толщина фильтрующей перегородки, м; ДР = Р,-Рг, - разность давления на входе и выходе ю фильтра, МПа

Введя значение гидравлического сопротивления в уравнение (12), получим

где V, и У1 - объем масла подаваемого ш фильтрацию и вышедшего с фильтра, мудельный вес маета, кг/м3; £ - удельное сопротивление фильтра, МПа/м2; а, = а,-етг - примеси, задержанные фильтрующим материалом, %; а, и а2 - концапрацда примесей в маеяе до и после фальтрации, %.

Таким образом, удельная пропускная способность фильтра будет зависеть от свойств фильтрующего материала, концентрации загрязнений и объема фильтруемого масла.

Заключительная - седьмая ступень, представляет собой емкость для компаундирования ОМММ с минеральными добавками для частичного восстановления эксплуатационных свойств масла.

С использованием формул (1) - (13) были выполнены расчеты конструктивных и режимных параметров отдельных технических средств модульной установки.

В третьем разделе «Модульная установка для очистки и частичного восстановления эксплуатационных свойств ОМММ от загрязнителей (нерастворимых примесей, воды и топливных фракций) предложена технологическая схема очистки ОМММ.

Технологическая схема очистки и частичного восстановления ОМММ (рис. 1) включает в себя следующие операции: нагрев ОМММ для удаления легкокипящих топливных фракций и воды; отстой с целью удаления крупных нерастворимых примесей; очистку от нерастворимых примесей в гидроциклоне; центрифугирование -для удаления взвешенных и тонкодисперсных нерастворимых примесей и продуктов разложения масла; магнитную очистку от металлических примесей и продуктов износа деталей двигателя; фильтрование - для удаления мелкодисперсных примесей, продуктов разложения и окйсления отработанного масла; слив очищенного масла в резервуар для товарного масла; повторное использование ОМММ без восстановления -в менее ответственных узлах и агрегатах; компаундирование ОМММ с минеральными добавками и повторное использование в трансмиссиях тракторов и автомобилей. На кат ждом этапе производства отбирают пробы для контроля и корректировки процесса очистки ОМММ

Исходное ОМММ Экспресс-анализ Отстаивание Выпаривание

исходного ОМММ

Рисунок 1 - Технологическая схема очистки и частичного восстановления ОМММ

Предлагаемая технологическая схема отличается от существующих применением набора технических средств для очистки и частичного восстановления: гидро-

I I

циклона, центрифуги, магнитного очистителя, фильтра, емкости с мешалкой для компаундирования с минеральной добавкой, позволяющей получить необходимую степень очистки ОМММ и частичное его восстановление.

Модульный принцип установки обеспечивает быстро переналаживаемый управляемый комплекс очистки масел, преимуществами которого являются не только многофункциональность, но_ и разнообразие технологических режимов, а также

возможность вариации ступенями очистки в зависимости от исходных параметров очищаемого масла- Вторым существенным преимуществом является возможность дальнейшей модификации отдельных элементов и технических средств установки очистки (любой ступени), не затрагивая другие. По предлагаемой технологической схеме была изготовлена модульная установка, включающая в себя шесть ступеней очистки и одну ступень частичного восстановления эксплуатационных свойств очищенных ОМММ: гравитационное отстаивание, выпаривание топливных фракций и воды, гидроциклонная очистка, центрифугирование, магнитная очистка, фильтрация и компаундирование введением минеральной добавки в виде товарного масла (рис. 2). Также в комплект установки входит емкость с мешалкой (на рис.2 не показан), предназначенная для компаундирования очищенного ОМММ с минеральными добавками, путем введения и смешивания с целью частичного восстановления эксплуатационных свойств ОМММ.

В четвертом разделе «Программа и методика экспериментальных исследований» описана программа и методика экспериментальных исследований.

Программа экспериментальных исследований включала технологический процесс подготовки установки к работе, технологический процесс очистки и частичного восстановления ОМММ на разработанной установке с установлением конструктивных и режимных параметров ступеней очистки. Технологический процесс компаундирования очищенного ОМММ осуществлялся путем введения в него минеральной добавки в виде масла МС-20П.

Лабораторные исследования по определению эксплуатационных показателей (кинематическая вязкость, содержание воды, нерастворимых примесей и продуктов износа по железу, температуре вспышки, кислотному и щелочному чисел) очищенных и частично восстановленных ОМММ, а также товарного минерального трансмиссионного масла ТМ-3-18.

Определение наличия в ОМММ углеводородных топливных фракций производилось по усовершенствованному экспресс-методу, основанном на определении процентного содержания топливных фракций в зависимости от температуры вспышки масла графическим способом (рис. 3).

Рисунок 2 - Модульная установка для очистки и частичного восстановления эксплуатационных свойств ОМММ: 1-гидроциклон; 2- ёмкость для отстоя и нагрева; 3 - емкость для грязного масла; 4, б, 9 - ёмкости для сбора очищаемого моторного масла; 5 - шестерёнчатые насосы; 7 - полнопоточные масляные центрифуги; 8 - магнитный очиститель; 10 - вакуумный насос; 11 -фильтрующий элемент

(, "С.

200

¡60 140 120 100

^

■ N ^

---

^------

*

Эксплуатационные исследования проводились на трех автомобилях Ка-мАЗ-55102 и на трех тракторах Т-150К, в трансмиссии которых заливалось частично восстановленное минеральное моторное и товарное трансмиссионное масло ТМ-3-18. Отбор проб производился с периодичностью 1000 км пробега у автомобилей и 60 мото-часов наработки тракторов.

При определении основных физико-химических и противоизносных показателей исследуемых масел использовались стандартные методики, оборудование и приборы, соответствующие ГОСТ Р51634-2000, ГОСТ 33-82, ГОСТ 2798-82, ГОСТ 11362-96, ГОСТ 20684 -85, ГОСТ 23224-86. Определение продуктов износа в агрегатах трансмиссий при работе на исследуемых маслах проводилось по содержанию железа (Ре) с использованием рентгеновского бездифракционного анализатора БАРС-3.

— М-8Б1 --- М-ЮГ2к

Рисунок 3 - График зависимости содержания бензина А-76 и дизельного топлива в масле от температуры вспышки

Рисунок 4 - Производственная установка Рисунок 5 - Производственная установка очистки ОМММ компаундирования очищенного ОМММ с

маслом МС-20П

На основе лабораторной установки по очистке ОМММ была разработана, изготовлена и запущена в работу производственная установка производительностью 2 м /ч в смену (рис. 4, 5) с рекомендованными конструктивными и режимными параметрами (рис.6).

ОМММ

Гравитационная очистка

Центробежная очистка

я = 9000 мин1

г = 27...30 ч

? = 100... Ю5°С г = 3 ч

Рисунок 6 - Схема очистки и частичного восстановления ОМММ

10

Обработка экспериментальных данных осуществлялась с использованием стандартной программы «81аШка~6.0».

В пятом разделе «Результаты и анализ экспериментальных исследований» приведены результаты лабораторных и производственных исследований и их анализ.

Лабораторные исследования по оценке очисгки ОМММ проводились по ступеням очистки модульной установки.

В результате проведенных исследований гравитационного отстаивания получены следующие результаты (рис. 7).

Ve,% 0,28 0,26 0,24 0,22 0,20 0,18 0,16

V

ч с

45 54 63

Vnp,%

0,96 0,95 0,94 0,93 0,92 0,91

<

—iJ

Г, Ч

18 27 36 45 54

63 Т, Ч

Рисунок 7 - Изменение содержания воды (Ув) (а) и нерастворимых примесей (Упр) (б) в ОМММ от времени отстаивания (г)

Наибольшее осаждение из ОМММ нерастворимых примесей наблюдается в первые 27 часов.

При этом содержание нерастворимых примесей снижается с 0,97% до 0,92%. При увеличении времени отстоя содержание нерастворимых примесей уменьшается незначительно, и через 63 часа составило 0,92 %.

Для определения режимов выпаривания воды и легких топливных углеводородных фракций проводились исследования по оценке влияния температуры и времени нагрева на эффективность очистки. В результате исследований получены следующие результаты.

Наименьшее содержание воды в ОМММ наблюдалось при температуре нагрева 100...105 °С, при этом время нагрева - 1,5...2 часа (рис. 8а). Содержание нерастворимых примесей снизилось за счет уменьшения кинематической вязкости масла с 0,92% до 0,84% (рис. Щ.

Ve, % 0,18 0,16 0,14 0,12 0,10 0,08 0,06 0,04 0,02 0,00

К

Vnp, %

0,95 0,90 0,85 0,80 0,75 0,70

1Vc

40 50 60 70

1001, °С

а б

Рисунок 8 - Изменение содержания воды (Ve) (а) и нерастворимых примесей (Vnp) (б) в масле от температуры нагрева (t) Исследования по определению давления входного потока масла в гидроциклоне показали, что наилучшая степень очистки масла происходит при давлении входного потока масла 0,4 МПа, при этом содержание нерастворимых примесей с 0,1389 снизилось до 0,0512 г (рис. 9а). Кинематическая вязкость масла снизилась с 13,1 до 12,8 мм2/с, а температура вспышки составила 205 °С.

На ступени центрифугирования исследования проводились по определению частоты вращения струйно-реактивного гидропривода ротора модернизированной

центрифуги. Увеличение частоты вращения ротора центрифуги достигалась повышением расхода масла на работу центрифуги за счет увеличения диаметров отверстий форсунок и давления масла на входе в ротор центрифуги. (рис.9б).

0,14 0,12 одо 0,08 о.ое

0,04 0,02 0,00

-А "--

0,2

0,4

; Р, МПа

п.мин

и

Рисунок 9 - Зависимость содержания нерастворимых примесей в ОМММ (0) от давления (Р) входного потока в гидроциклоне (а) и частоты вращения ротора (п) центрифуги (б)

При частоте вращения от 4000 до 8000 мин"1 содержание нерастворимых примесей снизилось с 0,0228 г до 0,016 г, и при 9000 мин"1 - 0,0154 г, а при 10000 мин"1 -0,0141 г. При этом наилучшая степень очистки масла при центрифугировании соответствует скорости осаждения нерастворимых примесей 1... 1,2 м/с и времени осаждения - 55...60 с.

Исследования степени очистки масла магнитной очисткой (голая ступень) связаны с определением удерживающей силы зависящей от геометрических параметров магнита.

Исследованию подвергались магнитные очистители с различными геометрическими параметрами (№ 1 - 100x140 мм,№2- 120x140 мм, № 3 - 140x140 мм, №4- 160x140 мм, рис, 10).

Наиболее эффективно очистка масла осуществляется образцами №3 и №4, при этом содержание нерастворимых примесей составило 0,096% против 0,124% у образца № 1 и 0,099% у образца №2.

а,% 0,12 0,10 0,08 0,06 0,04 0,02 0,00

Шк

1

1 4 № обр.

Рисунок 10- Зависимость степени очистки (а) от удерживающей силы (У^: 1- 300 А/м; 2 - 400 А/м; 3- 500 А/м; 4- 600 А/м

№ обр.

Рисунок 11 - Зависимость степени очистки нерастворимых примесей (о) от используемого фильтрующего материала

На шестой ступени - фильтрация проводились исследования (рис. 11) по подбору фильтрующего материала (1 шелк, 2- фетр, 3 - войлок, 4 - акриловое волокно, 5 - асбест, 6 - березовые опилки, 7 - осиновые опилки), обеспечивающего наилучшую степень очистки масла

Наилучшей степенью очистки обладают войлок и фетр, позволяющие снизить содержание нерастворимых примесей в масле с 0,1589 г до 0,022 и 0,035 г соответственно, что составляет 86 и 78 % степени очистки. При перепаде давления на тарельчатом фильтре 0,98 МПа содержание нерастворимых примесей уменьшилось с 0,068 до 0,015 г. Выход очищенного масла составил 98%.

Проведенные исследования по ступеням очистки ОМММ на предлагаемой установке в производственных условиях показали следующие результаты.

Очистка ОМММ на предлагаемой установке позволила снизить содержание нерастворимых примесей с 0,97 до 0,018%, при содержании в товарном масле М-10Г2К - 0,015%. Содержание воды в очищаемом масле - отсутствие, при допустимом значении в товарных маслах - следы. Температура вспышки составила 205 °С, что находится в пределах требований ГОСТ 2798-82.

На основании проведенных лабораторных и производственных исследований очистки и частичного восстановления ОМММ на разработанной модульной установке составлена номограмма выбора ступеней очистки (рис. 12).

'■°с F~ ' ~1 * ' ' ' I |—■—— I- ЩЧ.КЧ,„/УКОНи

Г, мм/с 2Ю -[—«v-1--1-1-1- О,. %. Vs.%,q. «V

с*в

тяг, ян

- температура вспышки

- содержание воды

- кислотное число

Рисунок 12 - Номограмма выбора ступеней очистки ОМММ от величины основных показателей эксплуатационных свойств масла Предлагаемая номограмма позволяет произвести выбор ступени очистки ОМММ в зависимости от степени изменения показателя или от того, какое значение выбранного параметра необходимо получить. В номограмме выбор ступеней очистки определяется: по кинематической вязкости; содержанию воды, нерастворимых примесей и проектов износа в масле по ^е; кислотному и щелочному числам; температуре вспышки.

После очистке масла и его анализа принимается решение о дальнейшем использовании: использование без восстановления эксплуатационных свойств ОМММ, компаундирование (частичное восстановление эксплуатационных свойств ОМММ). При юмпаундировании путем ввода масла МС-20П в очищенное ОМММ обеспечивается улучшение следующих показателей: повышение кинематической вязкости, щелочного вдела, температуры вспышки, противоизносных и противозадирных свойств, снижение кислотного числа

Исследования режимов компаундирования очищенного ОМММ с минеральной добавкой в виде масла МС-20П показали, что для достижения нормативного значения кинематической вязкости восстанавливаемого масла до 15 мм2/с, масло МС-20П необходимо вводил, в очищенное масло при его температуре 85.. .90 "С. Количество вводимого масла определяется по номограмме (рис. 13).

/

—TZ

" 10 20 SO -W НО ПО ~(1 SO tO Qt ■■„

Рисунок 13-Номограиыа определения кинематической вязкости (у) базового масла от капичества (О) введенного масла МС-20П

Проведенные сравнительные трибологические исследования частично восстановленных ОМММ на машине трения ЧМТ-1 в паре трения «сталь-сталь» показали следующие результаты. Диаметр пятна износа образцов с частично восстановленным маслом составил 0,32 мм, а с товарным маслом ТМ-3-18 - 0,30 мм (рис. 14).

И, мм; 0^0 0,25 0,20 0Д5 0,10 005 0,00

Р, МП а 100

ОМ+МС-20п

ТМ-3-18

ОМ+МС-20п

ТМ-3-18

Рисунок 14 - Диаметр пятна износа образцов I Рев, МП а 250 200 150 100 50 0

ОМ+МС-20п ТМ-3-18

Рисунок 16 - Давление сваривания образцов при исследовании на машине трения

Рисунок 15 - Предельное давление в контакте образцов при исследовании на машине трения Из 40 30 20 10 0

ОМ+МС-20п

Рисунок 17 - Индекс задира образцов при исследовании на машине трения Предельное давление в контакте у образцов с частично восстановленным маслом составило 126 МПа, а с маслом ТМ-3-18 - 100 МПа (рис. 15). Давление сваривания у офазцрв с частично восстановленным маслом составило 299 МПа, а с ТМ-3-18 -211 МПа (рис. 16). Индекс задира у образцов с частично восстановленным маслом составил 55, против 46 усл. ед. с маслом ТМ-3-18 (рис. 17). В паре трения «сталь-сталь», на машине трения СМТ-1, предельная нагрузка частично восстановленного масла составила 87,6 МПа против 60 МПа у товарного масла ТМ-3-18. Таким образом, частично восстановленное \Асло показало лучшие результаты трибологических исследований (диаметр пятна износа, предельное давление, давление сваривания, индекс задира, предельная нагрузка) по отношению к товарному маслу ТМ-3-18.

Результаты производственных исследований частично восстановленных ОМММ в трансмиссий автомобилей КамАЗ-55102 и конечных передачах тракторов Т-150К представлены на рисунках 18-27. При этом сплошная линия соответствует частично восстановленному маслу, пунктирная - товарному трансмиссионному маслу ТМ-3-18.

у, ММ /с

15,15 15,10 15,05 15,00 14,95 14.90 14,85

1

и-

-/ 7

ш

6600 13200 19800 26400 3300 9900 16500 23100

4 КМ

Рисунок 18 - Изменение кинематической вязкости (у) частично восстановленного и товарного масла от пробега (Э) автомобилей

6600 13200 19800 26400 3300 9900 16500 23100 g ^

Рисунок 19- Изменение содержания нерастворимых примесей (0) в частично восстановленном и товарном масле от пробега (8) автомобилей

щч,

мгКОН/г

хп

О 6600 13200 19800 26400 3300 9900 16600 23100 £ ^

Рисунок 20 - Изменение щелочного числа (ЩЧ) частично восстановленного и товарного масла от пробега (в) автомобилей

V,

кч,

мгКОН/г 1,5 1.0 0,5 о.о

—

к

V-

О 6600 13200 19600 26400 3300 9900 16500 23100

км

Рисунок 21 - Изменение кислотного числа (КЧ) частично восстановленного и товарного масла от пробега (5) автомобилей

1,4 1,2 1.0 0,8 0,6 0,4 0,2 0,0

—и

— /

7?5

7=^

16,0 15,8 15,6 15,4 15.2 15,0 14,8

г"

д т> _ —

О 6600 13200 19800 26400 3300 9900 16500 23100 <; ^

Рисунок 22 - Изменение массового содержания Ре (ф в частично восстановленном и товарном масле от пробега (Э) автомобилей <2. г

О 130 260 390 520 650 780

Т. М.-Ч

и - <

— к Я

V

чаотто восстановленного и товарного масла от нсрс&ткиП) тракторов ЩЧ,

130 260 390 520 650 780

мгКОН/г 2,0 1,5 1.0 0,5 0,0

— ■

...

I

Т. М.-Ч

О 130 260 390 520 650 780

Т. М.-Ч

Рисунок 24 - Изменение содержания нерас- Рисунок 25 - Изменение щелочного числа творимых примесей (О) в частично восста- (ЩЧ) частично восстановленного и то-новленном и товарном маспе от наработки (I) варкого масла от наработки (Т) тракто-тракторов КЧ. мгКОН/г

ров

-

V-

<

О 130 260 390 520 650 780

18 1.6 1,4 1,2 1,0 0.8 0,6 0> 0,2 0,0

—\—

—

—>

к-

-

Т, м.-ч

130 260 390 520 650 780

Т. М.-Ч

Рисунок 26 - Изменение кислотного числа Рисунок 27 - Изменение массового содержания (КЧ) частично восстановленного и товарно- железа (ф в частично восстановленном и товар-го масла от наработки (Т) тракторов наммаспеотнарабопш(1) тракторов

Как видно из полученных данных, динамика изменения основных оценочных показателей (кинематическая вязкость, содержание нерастворимых примесей, щелочное и кислотное число, массовое содержание железа) частично восстановленного ОМММ и товарного трансмиссионного масла ТМ-3-18 практически одинакова.

Руководствуясь исследованными значениями основных показателей частично восстановленных ОМММ, по которым принимается решение о использовании его в трансмиссиях тракторов и автомобилей, предложена номограмма (рис.28, 29), позволяющая определять время замены масла по пробегу (или наработке) автотракторной техники по содержанию продуктов износа в масле.

Исходя из рекомендуемых данных замены работающих масел по содержанию продуктов износа (Fe) не более 1,82 г, получаем, что наступление времени замены приходится на 26700 км пробега для автомобилей КамАЗ-55102, а замены масел в конечных передачах тракторов Т-150К приходится на 880 мото-ч наработки.

<7.2

1,2 1.0 0.8 0.6 0,4 0.2 0.0

6600 13200 19800 26400 3300 9900 16500 23100

S,km

Рисунок 28 - Номограмма определения продол-э/ситетюаш рсботы частично восстановленных ОМКМвгщтслшссш1сшюмобмей!<амАЗ-55Ю2

Рисунок 29 - Номограмма определения продолжительности работы частично восстановленных ОШМвюнт1шгщ>едачахгщхтщюв Т-150К Таким образом, на основании проведенных лабораторных и эксплуатационных исследований можно заключить, что частично восстановленные ОМММ могут являться заменителями масла ТМ-3-18 и использоваться в трансмиссии автомобилей и тракторов.

В шестом разделе «Технико-экономическая оценка результатов исследований и рекомендации производству» выполнен расчет показателей технико-экономической эффективности. В основу расчета положены данные, полученные по результатам эксплуатационной оценки и нормативно-справочные материалы. Установлено, что экономическая эффективность предлагаемой модульной установки и многоступенчатого способа очистки ОМММ и частичного его восстановления слагается от снижения количества потребного товарного трансмиссионного масла ТМ-3-18. Годовая экономия составляет 77972 руб.

ч Общие выводы

1. Установлены теоретические зависимости процессов очистки ОМММ по ступеням очистки: при отстаивании - изменение содержания воды и нерастворимых примесей от времени отстоя; при выпаривании - изменение содержания воды и нерастворимых примесей от температуры нагрева; в гидроциююне - от его конструктивных параметров и давления входного потока; в полнопоточных центрифугах - от конструктивных параметров и скорости осаждения. Выявлено влияние геометрических параметров магнитного очистителя на отделение продуктов износа в масле. На ступени фильтрования установлено влияние свойств фильтрующего материала на степень очистки масла. Предложены аналитические выражения для определения конструктивных параметров предлагаемых технических средств с требуемым качеством очистки.

Частичное восстановление основных эксплуатационных свойств очищенных ОМММ предлагается методом компаундирования минеральной добавкой в виде масла МС-20П.

2. Разработана, изготовлена и исследована модульная установка для многоступенчатой очистки и частичного восстановления эксплуатационных свойств ОМММ. Многоступенчатый способ включает следующие ступени: отстаивание, выпаривание воды и топливных фракций, гидроциклонная очистка, центрифугирование, очистку в магнитном поле, фильтрование, компаундирование очищенного масла путем ввода минеральной добавки.

3. Определены режимные параметры процесса очистки: время отстоя 27...30 ч, температура нагрева для удаления воды и легких топливных фракций 100... 105 "С, время нагрева - 1,5...2 ч, давление входного потока масла в гидроциклоне - 0,4 МПа, режим центрифугирования - 9000 мин'1, фильтрование при перепаде давления в фильтре - 0,98...0,99 МПа, температура ввода масла МС-20П - 85...90 "С, время компаундирования - 3 ч.

Обоснованы конструктивные параметры: гидроциклона (отношение диаметра к высоте 1:1, угол наклона входного патрубка 10°, сечение входного патрубка - круглое, угол конической части 10°, длина диафрагмы, равная 1,2...2,2 длине конической части); магнитного очистителя с геометрическими параметрами: диаметр барабана -140 мм, ширина барабана - 140 мм. На ступени фильтрования в качестве фильтрующего элемента рекомендуется войлок.

4. Установлено, что частично восстановленные ОМММ по предлагаемой технологической схеме не уступают по противоизносным и противозадирным свойствам (диаметр пятна износа восстановленных масел составляет 0,32 мм, предельная нагрузка 87,6 МПа) товарному маслу ТМ-3-18 (соответственно 0,30 мм и 60 МПа).

Производственные исследования товарного масла ТМ-3-18 и частично восстановленного ОМММ в трансмиссии автомобилей КамАЗ-55102 и конечных передачах тракторов Т-150К показали, что частично восстановленные масла могут использоваться в трансмиссиях автотракторной техники со сроком службы 88...90% от срока службы товарного масла ТМ-3-18.

Экономическая эффективность от использования модульной установки, реализующей многоступенчатый способ очистки и частичное восстановление эксплуатационных свойств ОМММ, обеспечивается за счет снижения количества потребного товарного трансмиссионного масла ТМ-3-18 и составляет 77972 руб. в год.

Рекомендации

Для внедрения на предприятиях АПК, автотранспортных предприятиях и в организациях, занимающихся утилизацией нефтяных отходов, рекомендуется:

- разработанный многоступенчатый способ и модульная установка, позволяющие сократить затраты на приобретение свежих товарных трансмиссионных масел в 1,5...2 раза, обеспечить собственные потребности в трансмиссионных маслах требуемого качества, при затратах в пределах 20...50% от стоимости товарного масла;

- номограмма определения ступеней очистки отработанного моторного минерального масла, позволяющая выбрать необходимое количество ступеней очистки в зависимости от исходных показателей ОМММ, что снижает энерго- и трудозатраты и обеспечивает низкую себестоимость очистки;

- периодичность обслуживания технических средств очистки проводить при следующих изменениях их режимных параметров: полнопоточные центрифуги - при снижении времени вращения ротора менее 35 с, после отключения подачи масла; фильтра - при падении давления после фильтрующего элемента менее 0,001 МПа, с последующей промывкой войлочного фильтрующего материала;

- экспресс-метод определения наличия и процентного содержания углеводородных топливных фракций в ОМММ по температуре вспышки.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах: публикации в изданиях, рекомендованных ВАК

1. Замальдинов, М.М. Модульная линия очистки отработанных минеральных моторных масел от загрязнений/М.М. Замальдинов, А.А. Глущенко, Е.И. Кубеев//Известия

Санкт-Петербургского ГАУ. СПб.:Санкт- Петербургский ГАУ, 2010. -№20. - С. 306 -311.

2. Замальдинов, М.М. Очистка отработанных минеральных моторных масел центрифугированием / М.М. Замальдинов // Вестник Ульяновской ГСХА. - 2011. - №1. - С. 93 - 98.

3. Замальдинов, М.М. Математическое описание процесса фильтрации / М.М. Замальдинов, К.У. Сафаров, A.A. Глущенко // Вестник Саратовского ГАУ им. Н.И Вавилова. -2011.- №5. -С. 46-48.

4. Замальдинов, М.М. Очистка масел ступенчатым методом / М.М. Замальдинов, К.У.

Сафаров, A.A. Глущенко//Сельский механизатор. - 2011.-№ 8.-С. 36 - 37.

патенты на полезную модель

5. Пат. на полезную модель 88996 РФ, МПК В04С 3/00, C02F 1/40. Гидроциклон для очистки отработанного моторного масла / заявители: В.И. Курдюмов, A.A. Глущенко, М.М. Замальдинов; патентообладатель ФГОУ ВПО Ульяновская ГСХА. - №2009134309/22- заяв 11.09.09; опубл. 27.11.09. - Бюл. №33. '

6. Пат. на полезную модель 107704 РФ, МПК B01D 29/00, С01М 1/40. Фильтр для очистки отработанного моторного масла / заявители: М.М. Замальдинов, Е.С. Зыкин, К.У.Сафаров; патентообладатель ФГОУ ВПО Ульяновская ГСХА. - №2011116569/05" заяв 26.04.11; опубл. 27.08.11Бюл. №24.

публикации в сборниках научных трудов и материалах конференций

7. Сафаров, К.У. Исследование повышения качества моторных масел / К.У. Сафаров, В.М. Холманов, М.М. Замальдинов // Вестник Ульяновской ГСХА. - 2000 - №3 - С 65 -67.

8. Сафаров, К.У. Экспресс метод определения содержания топлива в моторных маслах / К.У. Сафаров, В.М. Холманов, М.М. Замальдинов // Вестник Ульяновской ГСХА - 2000 -ХаЗ.-С. 77-78.

9. Сафаров, К.У. Восстановление моторных масел ступенчатым методом / К.У. Сафаров, В.М. Холманов, М.М. Замальдинов // Вестник Ульяновской ГСХА - 2000 - Ж? - С 84-87.

10. Сафаров, К.У. Проблемы вторичного использования нефтепродуктов на современном этапе / К.У. Сафаров, М.М. Замальдинов // Современное развитие АПК: региональный опыт, проблемы, перспективы: материалы Всероссийской НПК. Ч.З. - Ульяновск- УГСХА, 2005.-С. 260-261. *

11. Холманов, В.М. Определение оптимального режима работы гидроциклопа / В.М. Холманов, М.М. Замальдинов // Современное развитие АПК: региональный опыт, проблемы, перспективы: материалы Всероссийской НПК. Ч.З. - Ульяновск: УГСХА, 2005. - С. 261-263.'

12. Замальдинов, М.М. Удаление механических примесей и воды из отработанного моторного масла методом гравитационного отстаивания / М.М. Замальдинов // Повышение эффективности использования автотракторной и сельскохозяйственной техники: межвуз. сб. науч. трудов XVI региональной НПК вузов Поволжья и Предуралья. - Пенза: РИО ПГСХА 2005.-С. 170-173.

13. Замальдинов, М.М. Математическое описание процесса гравитационного отстаивания / М.М. Замальдинов, К.У. Сафаров И Аграрная паука и образование на современном этапе развития: опыт, проблемы и пути их решения: материалы Н-ой Международной HIIK Т.З. Ч. 1. - Ульяновск: УГСХА, 2010. - С. 37-43.

14. Замальдинов, М.М. Математическое описание процесса выпаривания / М.М. Замальдинов, К.У. Сафаров // Молодежь и наука XXI века: материалы III-й Междунар НПК Т.4. - Ульяновск: УГСХА, 2010,- С. 37-41.

15. Замальдинов, М.М. Математическое описание процесса центрифугирования / М.М. Замальдинов, К.У Сафаров // Вклад молодых ученых в инновационное развитие АПК России: сборник материалов Всероссийской НПК. - Пенза: РИО ПГСХА, 2010. - С. 138-140.

ЛР 020402 25.12.97 Подписано в печать 4.10.2011 г. Формат 60x84/16. Бумага тапографская,№1. Ризограф УГСХА. Объем 1 ал. Заказ 851 Тираж 100 экз. 432063, г. Ульяновск, бульвар Новый Венец, 1

Условные обозначения.

ВВЕДЕНИЕ.

1 СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ.

1.1 Проблемы вторичного использования отработанных моторных минеральных масел на современном этапе.

1.2 Организация сбора отработанных моторных минеральных масел в условиях сельскохозяйственного производства.

1.3 Оценочные показатели эксплуатационных свойств отработанных моторных минеральных масел.

1А Существующие способы очистки и восстановления эксплуатационных свойств отработанных моторных минеральных масел до нормативных значений.

1.5 Цель и задачи исследований.

Выводы.

2 ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ЗАКОНОМЕРНОСТЕЙ И КОНСТРУКТИВНЫХ ПАРАМЕТРОВ МОДУЛЬНОЙ УСТАНОВКИ

ДЛЯ ОЧИСТКИ И ЧАСТИЧНОГО ВОССТАНОВЛЕНИЯ ОТРАБОТАННЫХ МОТОРНЫХ МИНЕРАЛЬНЫХ МАСЕЛ ОТ ЗАГРЯЗНИТЕЛЕЙ (НЕРАСТВОРИМЫХ ПРИМЕСЕЙ, ВОДЫ И

ТОПЛИВНЫХ ФРАКЦИЙ).

2.1 Закономерности процессов очистки и частичного восстановления отработанных моторных минеральных масел от нерастворимых примесей, воды и топливных фракций.

2.1.1 Закономерности процесса гравитационного отстаивания.

2.1.2 Закономерности процесса выпаривания.

2.1.3 Закономерности процесса гидроциклонной очистки.

2.1.4 Закономерности процесса центрифугирования.

2.1.5 Закономерности процесса магнитной очистки.

2.1.6 Закономерности процесса фильтрации.

2.2 Обоснование способа компаундирования.

2.3 Критерии оценки эксплуатационных свойств отработанных моторных минеральных масел после очистки и частичного восстановления в условия? сельскохозяйственного потребителя.

2.4 Обоснование конструктивных параметров модульной установки для очистки и частичного восстановления отработанных моторных минеральных масел от загрязнителей.

2.4.1 Обоснование конструктивных параметров нагревателя.

2.4.2 Обоснование конструктивных параметров гидроциклона.

2.4.3 Обоснование конструктивных параметров центрифуг.

2.4.4 Обоснование конструктивных параметров магнитной очистки. '

2.4.5 Обоснование конструктивных параметров фильтра.

Выводы.

3 МОДУЛЬНАЯ УСТАНОВКА ДЛЯ ОЧИСТКИ И ЧАСТИЧНОГО • ВОССТАНОВЛЕНИЯ ОТРАБОТАННЫХ МИНЕРАЛЬНЫХ МОТОРНЫХ МАСЕЛ ОТ ЗАГРЯЗНИТЕЛЕЙ (НЕРАСТВОРИМЫХ ПРИМЕСЕЙ, ВОДЫ И ТОПЛИВНЫХ ФРАКЦИЙ).

3.1 Устройство и принцип работы составных частей модульной установки для очистки и частичного восстановления отработанного моторного минерального масла от нерастворимых примесей, воды и топливных фракций.

3.2 Технологический процесс очистки и частичного восстановления отработанных моторных минеральных масел от нерастворимых примесей, воды и топливных фракций.

Выводы.

4 ПРОГРАММА И МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ.

4.1 Обоснование и выбор объекта исследований.

4.2 Структура экспериментальных исследований. '

4.3 Программа экспериментальных исследований.

4.4 Выбор технических средств для проведения экспериментов.

4.5 Методика лабораторных исследований.

4.5.1 Подготовка модульной установки для очистки и частичного восстановления отработанных моторных минеральных масел.

4.5.2 Технологический процесс очистки и частичного восстановления отработанных моторных минеральных масел.

4.5.3 Технологический процесс компаундирования очищенных отработанных моторных минеральных масел.

4:5.4 Отбор и подготовка проб масла для анализа.

4.5.5 Лабораторный анализ проб масла.

4.5.6 Экспресс-метод определения наличия в отработанном моторном минеральном масле топливных фракций:.

4.6 Методика исследований в производственных условиях.

4.7 Выбор условий эксперимента.

4.8 Рекомендации по вторичному использованию отработанных моторных минеральных масел в автотракторных трансмиссиях.

4.9 Методика обработки результатов.

Выводы.:.

5 РЕЗУЛЬТАТЫ И АНАЛИЗ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ

ИССЛЕДОВАНИЙ.

5.1 Результаты и анализ лабораторных исследований очистки и частичного восстановления отработанных моторных минеральных масел.

5.1.1 Результаты и анализ исследований очистки отработанных моторных минеральных масел в процессе гравитационного отстаивания.

5.1.2 Результаты и анализ исследований очистки отработанных моторных минеральных масел в процессе выпаривания.

5.1.3 Результаты и анализ исследований очистки отработанных моторных минеральных масел в процессе гидроциклонной очистки.

5.1.4 Результаты и анализ исследований очистки отработанных моторных минеральных масел в процессе центрифугирования.

5.1.5 Результаты и анализ исследований очистки отработанных моторных минеральных масел в процессе магнитной очистки.

5.1.6 Результаты и анализ исследований очистки отработанных моторных минеральных масел в процессе фильтрования. •

5.2 Результаты лабораторных исследований.

5.3 Результаты исследований компаундирования очищенных отработанных моторных минеральных масел:.

5.4 Результаты исследований в производственных условиях. 129J

5.5 Результаты исследования очищенных и,частично восстановленных моторных минеральных масел на лабораторных установках.

5.5.1 Результаты исследований противоизносных свойств.

5.5.2 Результаты исследований на содержание продуктов износа и металлов присадок. -137"

5.6 Результаты эксплуатационных исследований очищенных и частично восстановленных моторных минеральных масел в автотракторных трансмиссиях.

Выводы.

6 ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА РЕЗУЛЬТАТОВ

ИССЛЕДОВАНИЙ И РЕКОМЕНДАЦИИ ПРОИЗВОДСТВУ.

6.1 Общий подход к оценке экономической эффективности.

6.2" Расчет эффективности при использовании частично восстановленного отработанного моторного минерального масла. •

6.3 Рекомендации производству по использованию, очистке и частичному восстановлению отработанных моторных минеральных масел.

Выводы.

Потребление АПК минеральных смазочных материалов различного назначения достигает 30 % от их общего производства в стране, а их стоимость составляет значительную долю в себестоимости сельскохозяйственной продукции. Поэтому технически грамотное и экономное использование минеральных масел обеспечит значительный экономический эффект и повысит-рентабельность« отраслей АПК. Одним из направлений" экономии нефтепродуктов является вторичное использование отработанных моторных минеральных масел после очистки* и восстановления5 их эксплуатационных свойств. [20].

В> настоящее время существующие способы и технические средства не отвечают в полной мере требованиям, предъявляемым к качеству очистки и восстановления свойств отработанных моторных минеральных масел. Как правило, установки для очистки отработанных моторных минеральных масел имеют периодический режим работы, требуют больших трудовых, материальных и энергетических затрат. Кроме того, в своем большинстве, имея узконаправленное назначение, они позволяют производить очистку'только определенных марок отработанных моторных минеральных масел. Это приводит к увеличению производственных площадей для размещения оборудования, времени очистки, а также к многократным воздействиям на отработанные моторные минеральные масла. Результатом этого является не только потеря ценного сырья в виде отходов и испарений, но и увеличение его себестоимости. Все это делает существующие установки экономически неэффективными для применения в условиях АПК, имеющего трудности со сбором и транспортировкой отработанных моторных минеральных масел. Поэтому возникает необходимость в простых, малозатратных, эффективных поточных установках для очистки и восстановления отработанных моторных минеральных масел, позволяющих устанавливать их непосредственно в условиях потребителя, исключить организационно-транспортные неудобства и дать значительный экономический эффект [25 ,93].

Вопросам очистки и восстановления нефтепродуктов в различных отраслях хозяйствования посвящены работы Большакова Г.Ф., Бутова Н.П., Венцеля C.B., Виппера А.Б., Гуськова Ю.В., Гуреева A.A., Коваленко* В.П., Лашхи В. Л., Лышко Г.П., Ленивцева Г.А., Острикова В.В., Рыбакова К.В., УхановаА.П., Фукса И.Г., ЦыпцынаВ.И., Шаронова Г.П. и др.

Работоспособность сельскохозяйственной техники, сохранение высокого уровня энергетических показателей; в значительной степени зависят от качества и чистоты применяемых смазочных материалов. Низкие эксплуатационные свойства используемых масел, загрязняющие примеси приводят к преждевременным задирам и заклиниваниям в парах трения, снижают срок службы смазочных масел и узлов и агрегатов сельскохозяйственных машин.

Работы по продлению срока службы смазочных масел, применяемых в технике; ведутся в разных направлениях. Этой проблеме посвящены работы Бербера В.А., Барышева B.Pfc, Гущина В:А., Глущенко A.A., Зазули А.Н., Картошкина А.П., Коваленко В.П., Никитина Г.А., Рыбакова Л.В., Сафарова К.У., Удлера Э.И., Холманова В.М. и др.

Отработанные масла не следует утилизировать, так как во < время его использования практически не происходит ухудшения качества базового масла. Такие масла; подлежат регенерации; в процессе которой восстанавливаются первоначальные свойства отработанных масел для повторного использования наряду со свежими маслами соответствующих марок [1, 18, 52, 145].

Экономическая; эффективность отчистки отработанных моторных минеральных масел определяется тем, что:

- отчистка отработанных моторных масел даёт дополнительное их количество без расходования нефти; снижает негативное воздействие на окружающую среду;

- себестоимость очищенного отработанного моторного минерального масла значительно ниже, чем товарного.

Поэтому исследования, направленные на экономию нефтепродуктов и разработку модульных технических средств очистки и восстановления эксплуатационных свойств отработанных моторных минеральных масел, являются актуальными, практически значимыми и имеют важное хозяйственное значение.

Работа выполнена в соответствии с планом научно-исследовательских работ ФГБОУ ВПО «Ульяновская ГСХА» «Разработка средств механизации и технического обслуживания энерго- и ресурсосберегающих технологий в различных процессах производства и переработки продукции сельского хозяйства» (номер государственной регистрации № 01.20.0600147).

ЦЕЛЬ ИССЛЕДОВАНИИ - экономия нефтепродуктов применением модульной* установки для1 очистки и частичного восстановления эксплуатационных свойств отработанных моторных минеральных масел.

ОБЪЕКТ ИССЛЕДОВАНИЙ - Процессы очистки и частичного восстановления эксплуатационных свойств отработанных моторных минеральных масел.

ПРЕДМЕТ ИССЛЕДОВАНИЙ - Конструктивные и режимные параметры модульной установки для очистки и частичного восстановления эксплуатационных свойств отработанных моторных минеральных масел.

НАУЧНУЮ НОВИЗНУ РАБОТЫ представляют:

- многоступенчатый способ, обеспечивающий очистку всеми или отдельными ступенями и частичное восстановление отработанных моторных минеральных масел в зависимости от степени его загрязнения;

- модульная установка для очистки и частичного восстановления эксплуатационных свойств отработанных моторных минеральных масел;

- экспресс-метод определения наличия и процентного содержания в отработанных моторных минеральных маслах углеводородных топливных фракций по температуре вспышки.

Новизна технических средств для очистки отработанных моторных минеральных масел подтверждена патентами РФ на полезную модель №88996 «Гидроциклон для очистки отработанных моторных масел», №107704 «Фильтр для очистки отработанных моторных масел» и решением о выдаче патента на полезную модель № 2011100245/05(000339) «Гидроциклон для очистки отработанных моторных масел».

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЗНАЧИМОСТЬ РАБОТЫ. Модульная, установка, реализующая многоступенчатый способ, позволяет производить очистку отработанных моторных минеральных масел от нерастворимых примесей на 92.98% и частичное восстановление их эксплуатационных свойств со сроком службы 88.90% от срока службы товарного масла ТМ-3-18 с использованием в трансмиссиях тракторов и автомобилей.

ДОСТОВЕРНОСТЬ РЕЗУЛЬТАТОВ РАБОТЫ подтверждается лабораторными и эксплуатационными исследованиями очищенных и частично восстановленных отработанных моторных минеральных масел в трансмиссиях тракторов и автомобилей, а также высокой степенью сходимости результатов расчетов и очистки отработанных масел на предлагаемой установке.

РЕАЛИЗАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ. Очищенные на модульной установке отработанные моторные минеральные масла М-10Г2К с добавлением минеральной добавки в виде масла МС-20П использовались в трансмиссиях автомобилей КамАЗ-55102 и конечных передачах тракторов Т-150К, эксплуатирующихся в производственных предприятиях ООО «Ирбис» и ООО «Симойл» г. Ульяновска.

АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Основные положения диссертационной работы доложены и обсуждены на Всероссийской научно-практической конференции ФГБОУ ВПО «Ульяновская ГСХА» (2005г.), на Межвузовской региональной научно-практической конференции вузов Поволжья и Предура-лья ФГБОУ ВПО «Пензенская ГСХА» (2005г.), на Международных научно-практических конференциях ФГБОУ ВПО « Ульяновская ГСХА» (июнь, ноябрь 2010 г.), на Всероссийской научно-практической конференции ФГБОУ ВПО «Пензенская ГСХА» (2010г.).

ПУБЛИКАЦИИ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ. По результатам исследований опубликовано 15 научных работ, в том числе в изданиях, рекомендованных ВАК РФ — 4, получено два патента на полезную модель. Две статьи опубликованы без соавторов. Общий объем публикаций составляет 4,2 п. л., из них 2,7 п. л. принадлежат автору.

НАУЧНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ И РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ, ВЫНОСИМЫЕ НА ЗАЩИТУ: технические средства (гидроциклон, центрифуга, магнитоочиститель, фильтр) модульной установки для очистки и частичного восстановления эксплуатационных свойств отработанных моторных минеральных масел;

- теоретически обоснованны и экспериментально подтверждены конструктивные и режимные параметры технических средств модульной установки для очистки и частичного восстановления эксплуатационных свойств отработанных моторных минеральных масел; количественные оценки показателей качества очистки и частичного восстановления эксплуатационных свойств отработанных моторных минеральных масел;

- экспресс-метод определения наличия и процентного содержания топливных фракций в отработанных моторных минеральных маслах по температуре вспышки.