автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.03, диссертация на тему:Адаптация дизеля сельскохозяйственног трактора для работы на рапсовом масле

На правах рукописи

БУБНОВ ДМИТРИЙ БОРИСОВИЧ

Ч

АДАПТАЦИЯ ДИЗЕЛЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОГО ТРАКТОРА ДЛЯ РАБОТЫ НА РАПСОВОМ МАСЛЕ

Специальность: 05.20.03. Эксплуатация, восстановление и ремонт сельскохозяйственной техники

Автореферат Диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва - 1996

Работа выполнена в лаборатории двигателей ц применения альтернативных видов топлив Всероссийского научно-исследовательского института механизации сельского хозяйства (ВИМ).

Научный руководитель - кандидат технических наук, доцент

САВЕЛЬЕВ Г.С.

Научный консультант - доктор технических наук, профессор,

засл.деят.науки и техники РФ, академик Россельхозакадемии КРАСНОЦЕКОВ H.B. ^

Официальные оппонента - доктор технических наук, засл.деят.

науки и техники РСФСР, профессор РЫБАКОВ К. В. - кандидат технических наук, ДЕВЯНИН С.Н.

Ведущее предприятие - НПО НАТИ

Защита состоится "_ 1996 г. в г Р- час,

на заседании диссертационного совета К. 120.12.03 Московского государственного агроинженерного университета им.В.П.Горячкина по адресу: 127550, г.Москва, Тимирязевская ул.,58.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МГАУ ^

Автореферат разослан "_ /Г- _1996 г.

Ученый секретарь диссертационного совета,

В.И.ОСИНОВ

профессор

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Увеличение потребности в продукции сельского хозяйства требует дальнейшего расширения энергопотребления в аграрном производстве. Одним из путей решения данной проблемы в настоящее время является поиск и внедрение альтернативных топлив из возобновляемых источников энергии.' Установлено, что наилучшим заменителем дизельного топлива, получаемым из биомассы, являются топлива, изготовленные на основе растительных масел - биотоплива. Их применение в дизелях позволяет:

полностью или частично заменить топлива из исчерпаемых природных ресурсов;

- значительно уменьшить негативное влияние энергосиловых установок на окружающую среду;

- использовать уже существующий парк двигателей без существенных изменений их конструкции;

- создать энергоавтономное сельскохозяйственное производство.

При этом расширение посевов масличных культур решает проблему сбалансированности кормовых ресурсов животноводства по белку, поскольку при получении растительных масел продуктами переработки мас-лосемян являются также ценные кормовые белковые добавки.

Для эффективного использования топлив на основе растительных масел в дизеле необходимо проведение исследований по определению влияния физико-химических свойств биотоплив на параметры топливопо-дачи, мошностные и экономические показатели двигателя.

Диссертационная работа выполнена в соответствии с тематическим планом НИР ВИМ, концепцией Российского фонда технологического развития "Технологии производства и использования биологического моторного топлива для разнообразных агроландшафтов" (договор N ^3-67-1 от 7.06.93.) и совместным приказом Минсельхоза PI1 и Росс-сельхозакадемии N 5/10 от 27,01.93.

Цель работа. Разработка комплекса мероприятий по адаптации системы топливоподачи серийного дизеля сельскохозяйственного трактора для обеспечения эффективной работы на рапсовом масле без внесения существенных изменений в конструкцию основных деталей и узлов двигателя.

Объект исследования. Дизель Д-240 трактора МТЗ-80 с топливной системой, имеющей насос высокого давления УТН-5, масло рапсовое согласно ГОСТ 8988-87 и его смеси с дизельным топливом марки Л cor-

ласно ГОСТ 305-82.

Научная новизна. Теоретически обоснована возможность использования рапсового масла-сырца б смеси с дизельным топливом в дизеле. Определены параметры устройств, позволяющих эксплуатировать сельскохозяйственный трактор на биотопливе. Выведена аналитическая зависимость скимае:.;ости биотоплива от давления и температуры. Получено теоретическое и экспериментальное обоснование характера влияния биотоплива на параметры тошшЕоподачи, мощностные и экономические 'показатели двигателя.

Практическая ценность, разработаны устройства по адаптации топливной системы дизеля сельскохозяйственного трактора для работы на биотопливе. Рекомендован состав смеси рапсового масла с дизельным топливом и регулировки, обеспечивающие эффективное и экономичное протекание рабочего процесса тракторного дизеля при работе на биотопливе. Определено влияние биотоплива на коксуемость отверстий распылителей форсунок. Предложена экономически эффективная внутрихозяйственная технология обеспечения энергонезависимого хозяйства биотопливом.

Внедрение. Разработанная конструкторская документация по переоборудованию системы питания трактора МТЗ-80 для работы на смеси рапсового масла с дизельным топливом внедрена на Шнеком тракторном заводе, где были изготовлены опытные образцы узлов и деталей соответствующего оборудования.

Апробация. Основные положения диссертационной работы доложены и одобрены на научно-практической конференции "Научно-технический прогресс в инженерной сфере АПК России" 25-26.10.94. в ВИМе.

Публикации. Основное содержание диссертации опубликовано в 2 статьях.

Структура и объем работы. Диссертация содержит 146 страниц машинописного текста, 45 рисунков, ?" таблиц и состоит из введения, пяти разделов, выводов, списка использованной литературы,' включаю-, щего 81 наименование, и приложений. '

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во "Введении" отражена актуальность работы и необходимость проведения исследований по данной теме.

В первой главе "Влияние физико-химических характеристик биотоплива на показатели работы дизеля" рассмотрены вопросы получения, использования биотоплив, их влияния на работу топливоподающей аппа-

__ратуры, рабочий процесс дизеля, нагарообразование.

Отмечена экологическая безопасность использования биотоплив. По данным существующих исследований снижение- выбросов окиси углерода (СО), углеводородов (СН), дымности наблюдается при использовании смесей рапсового масла с дизельным топливом в соотношении 1:3 и 1:1 в двигателе Д-242 на всех режимах его работы. При сжигании топлив, получаемых из биомассы, в атмосфере не нарушается баланс СОг. Биотоплива обладают полной совместимостью с окружающей средой.

Проведенный анализ существующих отечественных и зарубежных исследований показал, что биотопливо на основе рапсового масла является наиболее перспективным альтернативным топливом из возобновляемых энергоносителей для дизелей. Физико-химические характеристи-) ки смесей рапсового масла с дизельным топливом допускают их использование в дизелях. Моторные свойства биотоплива непосредственно связаны с процентным соотношением дизельного топлива и рапсового масла в- смеси и температурой нагрева биотоплива.

Однако до настоящего времени не прородилось теоретического и экспериментального обоснования процентного состава смеси и параметров устройств, позволяющих использовать биотоплиго ь дизеле. Существующие исследования по внедрению биотоплива предлагают сложные химические преобразования рапсового масла для приближения его свойств к свойствам дизельного топлива или доработку конструкции существующих и разработку новых специализированных двигателей.

На основании приведенного обзора имеющихся материалов исследований и в соответствии с поставленной целью определены следующие задачи диссертационной работы:

1. Расчетно-теоретическое определение возможнсти использования биотоплива в топливной системе дизеля, определение влияния физико-химических характеристик биотоплива, температуры его подогрева на показатели работы топливной системы и процесс впрыскивания.

2. Экспериментальное определение показателей работы топливопо-Рдающей аппаратуры и рабочего процесса дизеля, исследование энергетических и топливно-экономических показателей работы двигателя при использовании биотоплива.

3. Экспериментальные исследования коксуемости распылителей форсунок при работе на биотопливе.

4. Обоснование первоочередных мероприятий и рекомендаций но адаптации систем топливопадачи, двигателей и тракторов к раооте на биотопливе.

5. Технике-экономическая оценка целесообразности юздания

энергоавтономных сельскохозяйственных предприятий с использованием биотоплива в качестве моторного топлива.

Во второй главе "Расчетно-теоретическнй анализ адаптации топливной системы дизеля для работы на биотопливе" изложены теоретические исследования по определению работоспособности топливной системы сельскохозяйственного трактора на биотопливе и проведены расчеты по изменению ее параметров для безотказной и эффективной работы на биотопливе.

В ходе гидравлического расчета системы.топливоподачи низкого давления учитывалось влияние повышенной вязкости биотоплива на его прокачиваемость по трубопроводу бак-топливоподкачивающий насос. Установлено, что для эксплуатации топливной системы на чистом рапсо-^ вом масле при температуре окружающего воздуха 0°С необходимо увели-" чение диаметра трубопровода до 0.01 м.

Согласно проведенному гидравлическому и тепловому расчету необходимый перепад давления на фильтре тонкой очистки и фильтруе-мость биотоплива обеспечиваются его подогревом до 80° С-при установке подогревателя, использующего теплоту охлаждающей жидкости двигателя.

По результатам расчетов предложена модифицированная система топливоподачи дизеля Д-240 трактора МТЗ-80 (рис.1.).

Теоретические предпосылки изменения параметров топливоподачи определялись на основании результатов гидродинамического расчета процесса впрыскивания биотоплива. Расчет проводился по методике и программе МГАДИ, разработанной проф. Л.Н. Голубковым.

Для уточнения существующей программы расчета была получена аналитическая зависимость коэффициента сжимаемости биотоплива от давления и температуры:

« = Ь0 + Ь1-р + Ьг-рг ; /1/

где коэффициенты Ь0, Ь>1 и Ьг - функции средней за цикл температуры для топлива с определенной плотностью в соответствующем объеме: Л

Ь0 = Шо + ш0*-(Т-?93) + ш0"-(Т-293)2 ; Ч

Ь1 = пц + щ'-(Т-293) + та"-(Т-293)2 ; ■

Ь2 = Я12 + ш2'- (Т-293) . где: Т - температура топлива в К.

Значения коэффициентов ш0, пь', гп0",.т1, т1'< т1"' т2. тг' для рапсового масла и смесей с дизельным топливом сведены в таблицу.

Для проверки адекватности полученной зависимости был проведен эксперимент по определению коэффициента сжимаемости биотоплив, показавший хорошую сходимость теоретических и экспериментальных дан-

Рис. 1. Топливная система трактора МТЗ-80 адаптированная для аботы'на биотопливе. 1,2 топливные баки; 3 фильтр грубой очистки;

топливоподкачивакшй насос; 5 фильтр тонкой очистки-, б форсунка; трехходовой кран; 8 подогреватель топлива; 9 топливопроводы уверенного диаметра; 10 топливопроводы подачи избыточного подогрето-э топлива из головки ТНВД в место забора биотоплива из бака.

Таблица

Коэффициенты зависимости « от плотности и средней за впрыск температуры.

1 |Вид топлива |и плотность 1 то* 1 т0'х хЮ11|хЮп 1 т0"х хЮ15 П\1Х хЮ19 ГП1*Х хЮ21 1 1 1 ПЧ"х| тгх I Ш2'х| хЮ2Э|х10г7|х1029| 1 1 1

!50% ралс.м. |50%диз.топ. I 872 кг/м3 1 1 65.0310.25 1 8.85 -29.0 -3.52 1 1 1 1 1 1 -29.4Ц2.38|7.74 | ! 1 ! 1 1 1

175%. рапс.м. |25%диз.топ. | 890 КГ/М3 "1 1 61.9910.24 1 1 8.44 -25.2 -3.08 I 1 1 1 1 1 -25.7Ц1.1815.99 I 1 1 ! 1 1 1

|100%рапс.м. | 914 кг/м3 1 1 1 57.6210.23 ! 1 7.99 -17.9 -2.17 1 1 1 1 1 1 -18.Ц9.71 |6.07 | 1 1 1 1 _ -I. . J

ных (рис.2.). Экспериментальное определение гидравлических характеристик распылителей при использовании биотоплива, также позволило уточнить программу гидродинамического расчета.

Расчет проводился для режима работы двигателя, соответствующего номинальной мощности, при частоте вращения кулачкового вала насоса 1100 мин"1. Изменяемыми параметрами для различных вариантов расчета служили: физические свойства исследуемых топлив (дизельное и его смеси с рапсовым маслом с содержанием последнего 50%, 75%, 100%); температура топлива; эффективное проходное сечение распылителя (цО; давление начала подъема иглы форсунки.

Сравнение полученных.характеристик впрыскивания для дизельного и биотоплива показало сходный характер изменения давлений в насосе, и форсунке, давления впрыскивания. *

Согласно представленным в работе результатам гидродинамического расчета, с увеличением содержания рапсового масла в биотопливе повышаются давления в насосе и форсунке, уменьшается смещение действительного начала впрыскивания топлива относительно геометрического начала, увеличивается продолжительность впрыскивания.

Для смеси с 75% рапсового тела в сравнении с дизельным топливом возрастают давления в насосе и форсунке на 20-30%. Снижение нагрузки на детали топливной аппаратуры достигается при этом увеличением эффективного проходного сечения распылителя на 30%. Продолжительность впрыскивания увеличилась на 1 гр.угла поворота вала насоса, а смещение действительного начала впрыскивания относительно геометрического уменьшилось на 0.54 гр.

Повышение температуры биотоплива снижает его вязкость и увеличивает коэффициент расхода через отверстия распылителя. Расчет, учитывающий использование пятиструйного распылителя, подогревателя топлива (температура топлива в форсунке 100°С) и противодавление в цилиндре, позволил максимально приблизить характеристику впрыскивания биотоплива к характеристике впрыскивания дизельного топлива, л В третьей главе "Экспериментальная установка, программа и ме" тодика проведения исследований" приведены цель и содержание экспе^ риментальных исследований, заключающиеся в оценке эффективности работы тракторного дизеля и его топливной системы при использовании биотоплива без внесения технологических и конструктивных изменений в системы двигателя, а также получение сравнительных экспериментальных данных для выбора регулировок, обеспечивающих близкие показатели двигателя при работе на дизельном и биотопливе.

В лабораторных исследованиях предусматривалось определение фи-

О 5 10 15 20 25 30 Р.МПа

Рцс.2. Зависимость экспериментального (—) и расчетного (--)

коэффициента сжимаемости биотоплива от давления при t=20 С; -о-рапсовое масло; -*- рапсовое масло и дизельное топливо (3:1): - -х-рапсовое масло и дизельное топливо (1:1).

зико-химических показателей смесей рапсового масла и дизельного топлива разного процентного соотношения с обоснованием их применения в качестве топлива для дизелей.

■ Программа стендовых исследований включала экспериментальное определение влияния физико-химических свойств биотоплива на процессы топливоподачи и показатели рабочего процесса дизеля, выбор регулировок топливной аппаратуры и степени подогрева биотоплива, при которых достигается эффективность работы двигателя, проведение сравнительных испытаний дизеля на дизельном и биотопливе.

Испытания проводились на моторном стенде с индицированием давления в цилиндре и процесса топливоподачи в соответсвии с ГОСТ '18509-88, определением характеристик впрыскивания с помощью приставки ЦНИТА. Запись диаграмм давления в цилиндре и в системе топливоподачи и их обработка проводились комплектом аппаратуры AVL, для, которой были разработаны специальные программы индицирования и снятия характеристики впрыскивания.

В методике исследований предусматривалось экспериментальное определение нагарообразующей способности биотоплива, и ее влияние на коксуемость отверстий распылителей, с использованием ускоренного метода коксования на полноразмерном двигателе и последующей пролив-кой распылителей на стенде постоянного напора.

В четвертой главе "Экспериментальнне и эксплуатационные исследования по адаптации дизеля сельскохозяйственного трактора для работы на биотопливе" приведены результаты испытаний биотоплива.

Физико-химические исследования показали, что чистое рапсово« масло отличается от дизельного топлива по: кинематической вязкост] в 20 раз, температуре вспышки в 5 раз, содержанию механических примесей, воды и зольности в 10 раз, имеет меньшее на 4 ед. цетаново! число и на 13% низшую теплотворную способность, большую на 10; плотность, содержание серы в 10 раз меньше чем в дизельном топливе Добавлние к рапсовому маслу 25% дизельного топлива улучшает характеристики биотоплива, при этом вязкость снижается в 2.4 раза.

При работе дизеля Д-240 на биотопливах по сравнению с исполь зованием чистого дизельного топлива наблюдается уменьшение на 4-6j| среднего индикаторного давления Pi (рис.3.), максимальных давлени: в цилиндре Ргмах и температуры цикла Т2мах (до 4%), снижение н, 13-15% скорости нарастания давления при горении и на 4-8% темпера туры отработавших газов.

Изменение показателей дизеля при работе на биотопливе по срав нению с использованием дизельного топлива является следствием влия ния на процессы топливоподачи, смесеобразования, горения и тепловы деления физико-химических свойств биотоплив. При неизменном устано вочном угле и продолжительность впрыскивания на 1-2 гр. увеличива ется действительный угол опережения впрыскивания топлива. В случа использования биотоплива на индикаторной диаграмме отмечается боле ранее начало повышения давления при горении и соответствующее сме щение положений точек PZMax и TZMax к ВМТ. Момент выгорания 90 топливно-воздушного заряда на 4-6 гр. смещается ближе к НМТ, чт свидетельствует о более позднем окончании тепловыделения, повышени тепловых потерь в стенки цилиндра и с отработавшими газами.

При работе двигателя на смеси с 75% рапсового масла по сравне нию с 100% и 50%-ными смесями, в режиме номинальной мощности NeHoM среднее индикаторное давление увеличивается на 0.2-2%, максимальн^ давления и температура в цилиндре уменьшаются на 2-3% и 0.5 % соот ветственно. В режиме максимального крутящего момента Мкмах на смес 75% рапсового масла Pi увеличивается относительно 50% смеси к 2.5%, Р2 и Т2 увеличиваются на 3% и 4% соответственно, максимальна скорость нарастания давления уменьшается на 2-4%. При этом индикг торный КПД соответствует работе двигателя на дизельном топливе.

Таким образом, наибольшая эффективность использования исследи емых биотоплив достигается при применении смеси рапсового масла

Рис.3. Индикаторные диаграммы двигателя Д-240 на различных 'опливах в режиме номинальной мощности.

;изельным топливом в соотношении 3:1, что позволяет рекомендовать ;анную смесь для серийного дизеля.

Сравнительная регуляторная характеристика на четырех- и пяти-:труйных распылителях показывает, что с увеличением эффективного [роходного сечения распылителей на 25% часовой расход топлива увешивается на 3%, мощность двигателя возрастает на 77., а максималь-[Ый крутящий момент возрастает на 3%, при этом на 4% снижается 'дельный эффективный расход топлива и соответственно возрастает эф-юктивннй КПД. Использование пятиструйных распылителей повышает эф->ективность применения биотоплив также вследствии увеличения коли-[ества распиливающих отверстий, обеспечивающих при данном способе )рганизации рабочего процесса лучшее распределение топлива в объеме юздушного заряда и камере сгорания.

Анализ полученной регулировочной характеристики по углу опережения впрыскивания (Фоп.впр.) биотоплива показал, что при уменьше-[ии угла на 2 гр.пкв. от стандартного (24 гр.пкв.) происходит 'меньшение эффективной мощности на 3%, крутящего момента на 2%, при 1Том часовой расход топлива увеличивается на 2%, а удельный эффек-

тивный расход ■ на 5%. Увеличение роп.впр. до 26 гр.пкв. приводит и увеличению эффективной мощности на 4%, максимального крутящего момента на 6%, при сохранении постоянства часового расхода и снижении удельного эффективного расхода топлива на 4%. При дальнейшем увеличении фоп.впр. до 28 гр.пкв. происходит снижение эффективной мощности и максимального крутящего момента и ухудшение экономических показателей дизеля. Результаты индицирования рабочего процесса не точках регулировочной характеристики соответствуют изменению мощ-ностно-экономических показателей. Таким образом зона наиболее эффективного использования биотоплива по мощностным показателям \ удельному эффективному расходу находится в пределах 24-26 гр.пкв. угла опережения впрыска топлива.

Работа двигателя без подогревателя топлива на смеси с 75% рапсового масла и фоп.впр=2б гр.пкв по сравнению с работой двигателя, оснащенного подогревателем и при неизменных регулировках топливно! аппаратуры, характеризуется увеличением часового расхода топлива н; 9%, что при увеличении эффективной мощности на 1% и таком-же максимальном крутящем моменте, приводит к увеличению удельного эффективного расхода топлива на 8%. Повышается температура отработавших газов. Влияние подогревателя топлива, котрый при температуре охлаждающей жидкости 80-85°С повышает температуру топлива в головке насос, высокого давления на 20-30°С до 80°С, проявляется в снижении вяз кости биотоплива и, вероятно, в улучшении параметров топливоподачи смесеобразования и сгорания.

Сравнительные регуляторные характеристики при работе на ди зельном топливе и биотопливе с оптимальной регулировкой по угл опережения впрыскивания топлива показали, что дизель Д-240 при ра боте на биотопливе на всем корректорном участке скоростной характе ристики имеет больший крутящий момент по сравнению с работой на ди зельном топливе (рис.4.). Корректорный запас крутящего момента н биотопливе больше (17.6%), чем на дизельном топливе (14.7%). Н частичных скоростных режимах мощность двигателя на биотопливе выш на 5.2% (п=0.85-шах) и 4.5% (п=0.7-пшах). Ввиду различной теплот ворной способности топлив, топливно-экономические показатели удоб нее оценивать по протеканию эффективного КПД двигателя. Из рис. видно, что эффективный КПД дизеля Д-240, адаптированного для работ на биотопливе, не ухудшается, это свидетельствует об отсутств^ ухудшения рабочего процесса дизеля при работе на биотопливе с сс держанием рапсового масла 75%.

В ходе исследования установлено, что при работе дизеля Д-24

Рис.4. Внешняя регуляторная характеристика двигателя Д-240;

-о- дизельное топливо; -х- биотопливо (3:1).

на биотопливе закоксовывания распиливающих отверстий не происходит. Это обусловлено характерными особенностями протекания процессов топливоподачи и рабочего процесса дизеля на биотопливе, заключающимися в увеличении давлений топлива в насосе и форсунке, уменьшением давления газов в цилиндре, меньшей тепловой напряженностью. В биотопливе отсутствует меркаптановая сера, способствующая смолоотложе-нию. Некоторое увеличение эффективного проходного сечения может быть вызвано полирующим действием механических примесей на поверхности распиливающих отверстий, увеличивающим коэффициент расхода ц. Данные выводы согласуются с результатами, полученными ранее в теоретических и экспериментальных исследованиях.

Т1е

0.32 0.28 0.24 0.20 0.16

¿г

/

А //

/ /

10 20 30 40 50 Ие.кВт

Рис.5. Эффективный КЦД дизеля Д-240. — дизельное топливо; — биотопливо (3:1).

Эксплуатационные испытания адаптированной под биотопливо системы топливоподачи проводились на тракторе МТЗ-80Л. Для определения работоспособности и эффективности разработанной, согласно расчетам гл.2 (рис.1.), системы топливоподачи на биотопливе, топливная система трактора МТЗ-СОЛ дооборудовалась топливопроводами увеличенного диаметра, подогревателем топлива, трехходовым краном переключения питания и избыточного топлива от головки топливного насоса к топливным бакам. Испытания проводились при температуре окружающего воздуха -5°С ^показали, что трактор МТЗ-80Л с измененной топливной системой при эксплуатации на транспортных работах развивал необходимую мощность. Топливная система трактора обеспечивала бесперебойную подачу биотоплива. Расход топлива соответствовал техническим характеристикам.

Определение мощностно-экономических показателей трактора МТЗ-80Л, переоборудованного для работы на биотопливе, проводилось на Северо-Кавказской МИС. Результаты испытаний подтвердили характеристики, полученные в ходе проведенных исследований.

В пятой главе "Экономическое обоснование применения биотоплив на основе рапсового масла" разработана технологическая схема линии цеха по производству биотоплива в малом сельскохозяйственном предприятии производительностью 1 т/смену, включающая в себя малотонаж-ную прессовую установку конструкции ОПКТБ СибНИПТИЖ и комплекс оборудования по приему, транспортированию, обработке и хранению био-

i5 -

Рис.6. Технологическая схема линии цеха по производству биотоплива в сельскохозяйственном предприятии мощностью 1т/смену. 1 приемный бункер; 2,7 нория; 3 бункер-сушилка; 4 электрокалорифер; 5 магнит; 6 зеерная камера; 8 бункер для жмыха; 9 гущеловушка; 10,14 насос; 11 бак смеситель; 12 бак для диз.топлива; 13 бак для масла; 15 фильтр; 16 бак для биотоплива; 17 топливораздаточная колонка; 18 емкость отстоя.

топлива (рис.6.).

Для определения экономической эффективности внутрихозяйственного производства и применения биотоплива выполнены технико-экономические исследования методом наложения на хозяйство. Приведены экономические показатели энергоавтономного фермерского хозяйства с площадью пашни 250 га и пятипольным кормовым севооборотом.

Годовая потребность хозяйства в энергоучастке рапсового поля биотопливного варианта определялась по формуле:

Пбт = Г-(1-дНТ)/(Умр-Жмр) /2/

где: Г - общая годовая потребность хозяйства в топливе; дНТ - долевая часть нефтяного топлива в биотопливе; Умр - урожайность масло-семян рапса; Жмр - выход масла при переработке маслосемян.

Годовая потребность рассматриваемого хозяйства в моторном топливе составляет, 30 т. При урожайности семян рапса 20 ц/га и выходе масла 33% с поля площадью 50 га получают 33 т. масла и 67 т. жмыха. Таким образом для производства моторного биотоплива под рапс необходимо занимать 34 га., т.е. 14% пахотных земель. Потребность энер-

гонезависимого хозяйства в моторном топливе составляет 22 т. рапсового масла и 8 т. дизельного топлива, при этом оставпиеся 11 т. рапсового масла могут быть оеализованы на другие нужды.

Экономический эффект от внедрения биотоплива образуется в результате снижения затрат на топливо в агропредприятии с внутрихозяйственным получением и использованием рапсового масла.

Расчет экономической эффективности внутрихозяйственного использования биотоплива, проведеный в ценах по состоянию на 01.11.95. показал, что экономический эффект от внедрения биотоплива за расчетный период в пять лет превышает 39 млн.руб.

ВЫВОДЫ ^

1. На основании теоретических и экспериментальных исследований актуального вопроса адаптации тракторного дизеля к работе на биотопливе предложена научно обоснованная техническая разработка по использованию рапсового масла-сырца в смеси с дизельным топливом в двигателе сельскохозяйственного трактора.

2. По результатам расчетно-теоретических исследований гидравлических процессов топливоподачи впервые получены показатели биотоплива (коэффициент сжимаемости и скорость распространения волны давления), разработаны мероприятия по адаптации топливной системы тракторного дизеля к работе на биотопливе: значения эффективного проходного сечения распылителей форсунок, параметры топливных магистралей, теплообменника для подогрева биотоплива, значения температур биотоплива на выходе из теплообменника, обеспечивающих прокачку и фильтруемость биотоплива.

3. Для решения поставленной задачи разработана комплексная методика, включающая лабораторные, стендовые, эксплуатационные исследования с применением стандартных и оригинальных методов, позволяющая определять возможность использования различных альтернативных А топлив в дизелях. ™

4. Экспериментальными исследованиями установлено, что оснащение топливной системы трактора МТЗ-80 топливопроводами с внутренним -диаметром 10 мм, пятиструйными распылителями, подогревателем топлива, использующим теплоту охлаждающей жидкости двигателя, и установка угла опережения впрыска 26 гр.пкв., позволяют эффективно использовать биотопливо в дизеле Д-240. Рекомендуется соотношение в сме-севом биотопливе рапсового масла (75%) и дизельного топлива (25%).

5. По результатам индицирования установлено, что параметры ра-

бочего процесса дизеля Д-240 при работе на биотопливе не ухудшаются, снижаются максимальное давление, максимальная температура цикла, уменьшается скорость нарастания давления. Адаптированный к работе на биотопливе двигатель Д-240 по мощностным характеристикам и эффективному КПД не уступает показателям базового варианта дизеля.

6. Экспериментальными исследованиями установлено, что при работе двигателя Д-240, на биотопливе с содержанием 75% рапсового масла закоксовывания отверстий распылителей не происходит. Параметры работы топливной аппаратуры не ухудшаются.

7. Эксплуатационные испытания трактора МТЗ-80Л, адаптированного для работы на биотопливе, при температуре окружающего воздуха

^ниже -5°С показали, что топливная система обеспечивает надежную, бесперебойную подачу топлива с содержанием 75% рапсового масла. По результатам исследований на Минском тракторном заводе разработана конструкторская документация на систему питания для смеси рапсового масла с дизельным топливом.

8. Технико-экономический расчет показал, что внутрихозяйственное получение и использование биотоплива, по предложенной технологической схеме, экономически эффективно. В энергоавтономном сельскохозяйственном предприятии с площадью пашни 250 га для производства моторного биотоплива под рапс необходимо занимать 14% пахотных земель. Экономический эффект от использования биотоплива в одном тракторе МТЗ-80 составляет более 39 млн.руб. за расчетный период.

1. Краснощеков Н.В.. Савельев Г,С., Шапкайц А.Д., Бубнов Д.Б., и др. Адаптация тракторов и автомобилей к работе на биотопливе. -Тракторы и сельскохозяйственные машины. 1994. N12. С.1-4.

2. Краснощеков Н.В., Савельев Г.С., Бубнов Д.Б. Адаптация ^сельскохозяйственного трактора к работе на рапсовом масле. -Инженерно-техническое обеспечение АПК. 1995. N1. С.12-14.

РАБОТЫ, ОПУБЛИКОВАННЫЕ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

У