автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.03, диссертация на тему:Комплексная очистка топлива в системе питания автотракторных дизелей

На правах рукописи

ЗЫКОВ СЕРГЕЙ АНАТОЛЬЕВИЧ

КОМПЛЕКСНАЯ ОЧИСТКА ТОПЛИВА В СИСТЕМЕ ПИТАНИЯ АВТОТРАКТОРНЫХ ДИЗЕЛЕЙ

Специальность: 05.20.03 - "Технологии и средства технического

обслуживания в сельском хозяйстве"

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук ц

Москва - 2003

Работа выполнена в Федеральном государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования "Московский государственный агроинженеркый университет имени В.Г1. Горячкина" на кафедре "Химия и химмотология"

Ведущая организация: 25 Государственный научно-исследовательский

институт по химмотологии Министерства обороны РФ (25 ГОСНИИ МО)

Защита состоится "6" октября 2003 г. в 13.00 часов на заседании диссертационного совета Д.220.044.01 ФГОУ ВПО "Московский государственный агроинже-нерный университет имени В.П. Горячкина": 127550, Москва, Тимирязевская ул., 58.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского юсударст-венного агроинженерного университета имени В.П. Горячкина

Научный руководитель : доктор технических наук,

профессор СИМОНЕНКО Александр Владимирович

Официальные оппоненты : доктор технических наук,

профессор НОСИХИН Павел Иванович

кандидат технических наук ПОНОМАРЕВ

Евгений Григорьевич

Автореферат разослан

!1

сентября 2003 г.

Ученый секретарь диссертационного совета доктор технических наук, профессор

А.Г. Левгаин

£о<ь? - А

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА

Актуальность темы. Современное сельскохозяйственное производство является одним из основных потребителей дизельного топлива, так как оно оснащено большим количеством автомобилей, тракторов, комбайнов, мобильных сельскохозяйственных машин, а также различными стационарными энергетическими установками на которых установлены дизельные двигатели.

Надежность работы всей этой техники в значительной степени определяется техническим состоянием топливной системы, так как на нее приходится до 50% всех неисправностей, возникающих в этих двигателях при эксплуатации.

Основной причиной выхода из строя агрегатов и приборов системы питания, работающей в условиях с./х. производства, является повышенная загрязненность и обводненность дизельного топлива в баках машин, а также недостаточная эффективность и надежность существующих средств очистки.

Решение задачи обеспечения необходимой чистоты топлива в системе питания дизелей повысит ресурс, как системы питания, так и двигателя в целом, а также снизит затраты на эксплуатацию техники за счег сокращения простоев, снижения затрат на запчасти и увеличения межремонтного срока работы техники.

В связи с этим исследования, направленные на повышение чистоты топлива в системах топливоподачи дизельных двигателей автомобилей и тракторов, являются актуальными.

Цель диссертационной работы. Повышение надежности работы дизельных двигателей за счет комплексного обеспечения чистоты топлива в системе питания.

Объект исследования. Система питания автотракторных дизелей и дизельное топливо ГОСТ 305-82.

Методика исследования. Теоретические и экспериментальные исследования основаны на методах математического моделирования, теории вероятности, теории подобия, теории фильтрации, статистического анализа. При экспериментальных исследованиях использовались современные средства измерительной аппаратуры.

Научная новизна. Заключается в комплексном решении проблемы снижения загрязненности и обводненности топлива в системе литания дизельных двигателей.

Практическая ценность. Изучена динамика накопления механических примесей и воды в системе питания дизелей, что позволяет осуществлять прогнозирование работы средств очистки топлива.

Получены зависимости, позволяющие анализировать влияние эксплуатационных факторов, схем и конструктивных параметров топливных систем дизелей на динамику накопления механических примесей и воды в топливных баках.

Разработана конструкция масляного пылеуловителя, снижающего загрязненность дизельного топлива в баке механическими примесями до 4,3 раза (патент на полезную модель №30399).

Разработана конструкция устройства для обрдбгтчг тппгтипл, ающая

РОС. НАЦИОМ

БИБЛИОТЕ1 С.Петербур" < 09 ТОО^

обводненность дизельного топлива в баке в 4,8 раза (патент на изобретение №2127371).

Разработана конструкция спирального фильтра тонкой очистки топлива, повышающая его пропускную способность в 1,7 раза и условный ресурс работы в 2,1 раза по сравнению с серийной (патент на полезную модель №30282).

Реализация результатов исследований. Результаты исследований в виде технической документации переданы в ОАО "Дизель", где они включены в план работ ОКР на 2004 г. По этому шину на ОАО "Алтайский тракторный завод" совместно ОАО "Алтайдизель" планируется выпуск опытной партии тракторов с модернизированной топливной системой.

Апробация. Основные положения диссертации доложены и одобрены на научно-практических конференциях профессорско-преподавательского состава МГАУ имени В.П. Горячкина в 1996-2002 гг.; на 1-й Международной научно-практической конференции "Технологии-97" (Москва, ВВЦ, 1997); на научно-практической конференции "Деловые связи в науке и образовании" (Москва, ВВЦ, 1997); на Международном научно-техническом семинаре "Улучшение эксплуатационных показателей тракторов и авюмобилей" (Санкт-Петербург, СПГАУ, 1997); на 8-й научно-практической конференции "Научно-технический прогресс в инженерной сфере АПК России" (Москва, ГОСНИТИ, 1999).

Публикации. Основные положения по теме диссертации опубликованы в 10 печатных работах, включая три патента РФ.

Объем работы. Диссертация состоит из введения, шести глав и общих выводов. Работа в целом содержит 160 страниц, 45 рисунков, 21 таблиц, библиографию из 101 наименований и приложения.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первой главе рассматривается состояние вопроса, где приводится общая характеристика загрязненности дизельного топлива; исследуется влияние загрязненности топлива на работу и надежность дизелей; приводится анализ существующих методов и средств очистки топлива в системах питания дизелей; формулируется цель и задачи исследования.

Проблеме повышения чистоты дизельного топлива посвящены работы C.B. Байкина, М.А. Григорьева, А.Н. Карташевича, В.П. Коваленко,К.В. Рыбакова, А.В. Симоненко, В.П. Шевченко, Э.И. Удлера и др. исследователей.

Анализ данных работ- показывает, что основное накопление загрязнений в системе питания дизелей происходит в топливных баках при контакте дизельного топлива с атмосферным воздухом. При этом отмечается, что в существующих системах питания фильтрами грубой (ФГО) и тонкой очистки (ФТО) топлива механические примеси задерживаются достаточно полно. Однако содержащаяся в топливе вода, которая может находиться в различных состояниях, задерживается менее эффективно, при этом она отрицательно влияет на агрегаты и приборы системы питания дизелей, особенно при низких температурах.

До сих пор задача обеспечения чистоты топлива в системе питания дизелей

решалась разработкой новых и совершенствованием известных средств очистки топлива, в основном с помощью фильтрации или разработкой различных средств предотвращения загрязнения топлива.

Проблему обеспечения чистоты топлива требуемой по ГОСТ 305-82, необходимо решать путем комплексного совершенствования топливной системы дизелей: разработкой технических устройств, исключающих попадание механических примесей и накопления воды в топливном баке, а также разработкой более эффективных средств фильтрации топлива.

Данная проблема решалась применительно к системе питания автомобиля ТАТРЛ-815 производства Чехии, успешно работающего в с./х. производстве и имеющего различные модификации. Особенность данного автомобиля заключается в том, что на нем установлен дизель воздушного охлаждения с рабочим тепловым режимом до 165 °С, который оснащен проточной системой питания с одним фильтром тонкой очистки. При эюм температура топлива сливаемого от форсунок и топливного насоса высокого давления в бак, может достигать 95 °С в зависимости о г условий окружающей среды.

Для определения реального уровня загрязненности дизельного топлива в современных условиях рыночной экономики было проведено комплексное исследование загрязненности топлива на пути от нефтебазы до топливного бака автомобиля в условиях с./х. производства средней полосы России.

Установлено, что по мере движения топлива о г нефтебазы до бака автомобиля происходит увеличение уровня загрязнений, который изменяется в случае применения промежуточных средств фильтрации топлива. В баках машин содержание механических загрязнений достигает до 0,016 % масс, при содержании воды 0,022 % масс. Анализируя полученные результаты исследования, нужно отметить, что в условиях с./х. производства наблюдается высокая загрязненность дизельного топлива, из-за чего фильтры грубой и тонкой очистки топлива системы питания не могут обеспечить необходимой чистоты топлива, так как согласно ГОСТ 305-82 дизельное топливо не должно содержать механических примесей и воды.

Па основании анализа состояния вопроса и обзора литературы была сформулирована цель исследования, для достижения которой необходимо решить следующие задачи:

1. Установить уровень загрязненности дизельных топлив в условиях средней полосы России на всех этапах транспортирования, хранения и применения в с./х. производстве;

2. Провести анализ процессов накопления загрязнений (механических примесей и воды) в топливных баках машин и получить расчетные зависимости, позволяющие оценивать влияние схемы и конструкции юпливных систем на содержание загрязнений в топливе;

3. Разработать конструкции устройств, исключающих попадание механических примесей и накопления воды в топливных баках, а также методы по оценке

их эффективности в зависимости от конструкции и параметров топливных систем;

4. Разработать более эффективную конструкцию фильтроэлемента тонкой очистки топлива на основе современных фильтрационных материалов и получить теоретические зависимости для расчетов по оптимизации параметров фильтроэлемента;

5. Обосновать методики проведения лабораторных, стендовых исследований и провести экспериментальные исследования предлагаемых устройств и усовершенствованного фильтроэлемента;

6. Провести сравнительные эксплуатационные испытания серийной и усовершенствованных топливных систем на примере автомобиля ТАТРА-815;

7. Разработать рекомендации по выбору параметров и расчету предлагаемых устройств и усовершенствованных фильтров для топливных систем машин;

8. Оценить экономический эффект от внедрения результатов исследования.

Вторая глава посвящена теоретическим исследованиям по совершенствованию топливных систем дизелей. На основе анализа процессов накопления механических примесей в системе питания дизелей разработана конструкция масляного пылеуловителя и спирального фильтра тонкой очистки топлива, а на основе анализа процессов накопления воды в топливных баках разработана конструкция устройства для предотвращения обводнения топлива. Получены теоретические зависимости, позволяющие оценить эффективность работы данных конструкций.

Загрязнения в виде механических примесей поступают в топливный бак вместе с атмосферным воздухом через сапун, при понижении уровня топлива и при малых дыханиях топливного бака, а также через горловину бака при заправке топлива.

Общее количество механических примесей, находящихся в топливном баке автомобиля, складывается из загрязнений, поступивших при заправке 03, а также с атмосферным воздухом через сапун Оа.

Для дизельных двигателей элементарный процесс накопления механических примесей в баке описывается уравнением материального баланса:

Р,(кб06 - ят • т>1С = а6ск - рт • iqт • Г|г • Сёт - р^т х (1 - ^ )• х\гСАх , (1) где рт - плотность топлива, кг/м3; кб - коэффициент заполнения бака топливом, кб= С?т ¡Ов ; - объем топлива в баке, м3 ; Об - обьем бака, м3; qт - объемный расход топлива дизелем, м3/с ; т - время работы двигателя, с ; ас - условная скорость постоянного поступления загрязнений в бак, кг/с ; 1 = V / — кратность циркуляции топлива; г|г, г)т - коэффициенты эффективности работы ФГО и ФТО; С - концентрация механических примесей в баке, г/т.

Разделяя переменные в (1), а также интегрируя в границах начальной концентрации после заправки С, до текущей С6, на момент времени тк, получаем:

? ас - г

с, (а. - РЛ А • с)'~ ! рт(к6Об - чтт) -

где Ьф = 1 • г[р - параметр, учитывающий влияние фильтрационной очистки на процесс накопления загрязнений в баке;г|р - [г|г + (1-'Пг)г1г]-результирующий коэффициент очистки топлива системой фильтрации.

Теоретическая среднестатистическая загрязненность топлива при условии непрерывной работы машины определялась по формуле :

с« =

1-

1-

к6а

б/

+с.

1 —

(2)

б У

где gб = аб / Рт'Чт - относительное количество загрязнений, поступающих в бак в процессе эксплуатации машины ; С?, - объем топлива, израсходованный на момент времени тк работы двигателя, м3.

В реальной эксплуатации работа машины носит периодический характер, при этом часть загрязнений осаждается на дно бака, поэтому текущая загрязненность топлива в баке определялась по формуле :

с6 =

ёв

1Т1Р

1--А

+ с

кв0.

в /

О-О,

(3)

где "Поте ■= (0,1-0,2) - коэффициент гравитационного осаждения загрязнений в топливном баке.

При отсутствии системы фильтрации топлива (т]р = 0) и после раскрытия неопределенности по правилу Лопиталя при (Ьф->0), формула (2) принимает следующий вид:

о.

с6=с1+8(

-1п

1--

(4)

Из формулы (4) получаем ^ = 0,01 % (при <3, / кй-С>6 = 0,5 - среднее заполнение бака), это значение gg соответствует свободному проникновению механических загрязнений в баки, не имеющих средств защиты. При наличии любого устройства (например, воздушного фильтра - сапуна) с эффективностью г|0 загрязненность топлива в баке определялась по формуле:

»"П.

•(1-0

1-

1-

От

к6Р

б /

+ С,

1-

к60

К1-Л™). (5)

6 у

Формула (5) позволяет установить влияние основных параметров топливной системы дизеля на процесс накопления механических примесей в топливном баке.

Общее количество воды, находящейся в топливном баке в любой фазе, в каждый момент складывается из поступившей при заправке из атмосферы (согласно закону Генри) - Wp; осажденной в баке за счет конденсации или инее-образования - а также случайно попавшей в бак, например, в виде атмосферных осадков Wa.

Не учитывая обводненность топлива при заправке - \У3 и не рассматривая составляющую , обусловленную грубыми нарушениями правил эксплуатации машин, дадим оценку составляющим и

Процессы конденсации воды Wк в топливо и на стенки баков связаны с резким изменением термодинамических параметров атмосферного воздуха и периодическим изменением температуры топлива в баке. Различия температур топлива и окружающего воздуха, создают необходимые условия для процесса конденсации или инееобразования. При этом ориентировочное количество воды, осаждаемой из воздуха в баке за счет конденсации, определялось по формуле:

Ч=(а,-0.(1-к,)-с>6-п1.р., кг (6)

где (1в - влагосодержание воздуха при соответствующей температуре прогрева 1В и относительной влажности, кг/кг с.в. ; с1н - влагосодержание насыщенного пара в воздухе при температуре поверхности конденсации 1„, кг/кг с.в.; п, - число периодов резкого изменения температуры воздуха; р„ - плотность воздуха, кг/м\

Содержание растворенной воды в баке определяется процессом насыщения топлива атмосферной влагой за счет ее растворимости при повышении температуры топлива, находящегося в баке, а постоянный слив нагретого топлива в бак с кратностью циркуляции 1 в установившемся режиме теплообмена бака с окружающей средой обуславливает перегрев топлива относительно атмосферного воздуха.

Уравнение теплового баланса для топлива в баке :

ст • рт • V (е„ - е6) • ат=(кв • дб - Чт • т)- с, • Рт • ае6 + (?)

где 0СЛ = (Тсл - Т0) - температура перегрева топлива, сливаемого в бак, относительно окружающей среды ; 05 = (Т6 - Т0) - температура перегрева топлива в баке относительно окружающей среды ; Бб - площадь поверхности бака, м2; ре - плотность материала бака, кг/м3; сб - теплоемкость материала бака, Дж/кг-К; 8б - толщина стенок бака, м; Сг - теплоемкость топлива, Дж/кг-К ; а0 - коэффициент теплоотдачи поверхности топливного бака, Вт/м2-К ; Ут = (¡-1)-сь - объемный расход сливаемого топлива, м"Ус.

Разделяя в (7)иеременные и интегрируя полученное выражение, имеем:

е'г ¿б 6 ^Ч ёт

1 Г

о

о (еи - в-0в)

Отсюда температура топлива в баке определялась по формуле:

А

А---- х

V

А =

Т6=Т

О о

В

-ехр

.Ч,/Ч I А

где

(8)

8«-б.

Рт-ст V,

г

В =

1 + -

а

•V.

- комплекс значении для уп-

Рт "т -ТУ рощения решения уравнения.

Процесс насыщения водой топлива в баке, нагретого до температуры Тс, можно представить дифференциальным уравнением:

р,(к. -<2.-4, =к,(сиах - о. К -ат, (9)

где кв - коэффициент воздухообмена в баке (как относительная доля атмосферного воздуха, вступающего в контакт с топливом в баке вследствие понижения уровня топлива при работе двигателя и малых дыханиях бака); С„ - концентрация воды в топливе, кг/кг; Стах - максимальная растворимость воды в топливе, кг/кг; Э0 - относительная влажность воздуха.

Разделяя переменные и интегрируя из (9), имеем:

с«, V

где С„о = кв • С|1Ш • Оо- начальная обводненность топлива в баке при взаимодействии с воздухом надтопливного пространства.

Отсюда концентрацию растворенной воды в топливном баке определяли :

С„=к,-О0-ехр

8,25-

3889

[1-1п(1-8т)],

(10)

где = Рх / к^'Об - относительный объем израсходованного топлива .

Формула (10) позволяет установить взаимосвязь основных параметров топливной системы дизеля и окружающей среды па процесс насыщения водой топлива в баке.

Проведенный теоретический анализ процессов накопления загрязнений в топливных баках (формулы 5 и 10) указывает на необходимость совершенствования топливной системы и разработки устройств, исключающих накопление загрязнений в топливных баках с одновременным повышением эффективности работы ФТО по качеству очистки и ресурсу.

Как уже отмечалось, загрязнения в виде механических примесей попадают в топливные баки с атмосферным воздухом через сапун, из-за понижения уровня топлива при работе двигателя и малых дыханиях бака. Для предотвращения контакта топлива с загрязненным воздухом применяются различные средства: герметичные крышки с клапанами на заливной горловине бака, пористые фильтры, дыхательные трубки большой длины, мягкие газгольдеры, но все они имеют те или иные недостатки, поэтому и не получили широкого распространения.

Рис. 1. Схема усовершенствованной топливной системы:

1 - герметичная крышка бака; 2 - топливозаборник; 3 - сливной топливопровод;

4 - масляный пылеуловитель; 5 - сливной топливопровод; 6 - устройство для обработки топлива; 7 - сливная пробка; 8 - ФГО; 9 - топливоподкачивающий насос; 10 - спиральный ФТО; 11 - ТНВД; 12 - форсунка

Недостатков, которые присущи перечисленным устройствам, лишен предлагаемый масляный пылеуловитель (рис.1, пот.4), позволяющий очищать атмосферный воздух от механических примесей и частиц воды, агрегатированных с механическими примесями. Перед известными средствами подобного типа он имеет следующие преимущества: более высокую эффективность; малое гидравлическое сопротивление, постоянное во времени; простоту обслуживания; низкие затраты па изготовление.

Принцип работы масляного пылеуловителя (МГГУ) заключается в следующем: при работающем двигателе понижается уровень топлива в баке, создавая разряжение и загрязненный атмосферный воздух через центральную приемную трубку поступает в щелевое пространство, образованное дисковым успокоителем и поверхностью масла в ванне. Растекаясь радиально, воздух огибает успокоитель и выходит в бак. При этом частицы загрязнений за счет сил тяжести задерживаются на поверхности масла и осаждаются на дно масляной ванны.

Для расчета коэффициента эффективности очистки воздуха в МПУ определялся минимальный размер задерживаемых частиц :

х = Б

Збу, -дт

(И)

Ь

К

I Ч р /

где Б - коэффициент, учитывающий форму загрязнений ; ув - кинематическая вязкость воздуха, (у„ = 15,06-10 6 м2/с) ; рп - плотность механических частиц, (рп = 2600 кг/м3); р„ - плотность воздуха, (рв =1,2 кг/м3); <3У - диаметр успокоителя, м; Ь - зазор между успокоителем и поверхностью масла, м ; Ьр - рабочая высота, м.

Все частицы загрязнения воздуха размером более х задерживаются в МПУ, поэтому коэффициент эффективности очистки воздуха в МПУ как относительная массовая доля задержанных загрязнений определялся:

где ага = 1,679/х0,5т - параметр, выраженный через медиану распределения х0,5т;

Хо,5т = 6,398-Ю"6 м (кварцевая пыль с 8уд = 1050 м2/кг).

Расчеты показывают, что МПУ предлагаемой конструкции теоретически может задерживать до 80% загрязнений, поступающих из атмосферы при дыхании юпливных баков.

Образование конденсата и накопление воды в топливных баках происходит вследствие конструктивных особенностей топливоподающей системы дизелей (рис.1), а именно из-за открытого слива топлива, нагретого до 368 К, обратно в бак.

Анализ механизмов обводнения топлива в баке показывает, что серийная система питания дизелей требует разработки специального устройства, предотвращающего как образование конденсата, так и накопление растворенной воды в топливе.

С этой целью было разработано устройство (рис. 1. поз.6) для обработки топлива, позволяющее полностью исключить открытый слив нагретого топлива обратно в бак, в результате чего:

- снижается разница температур между топливом находящимся в баке и температурой окружающей среды, что приводит к уменьшению конденсации влаги на стенках бака;

- исключается захват атмосферной влаги из надтопливного пространства, что приводит к уменьшению процесса накопления растворенной воды в топливе.

Устройство представляет собой соосную сварную трубчатую конструкцию высотой Ну = 0,1 м с диаметром наружной трубы Бу = 0,05 м и диаметром внутренней трубы (1у = 0,03 м. По высоте внешней и внутренней канистр просверлены ряды отверстий диаметром 0,006 м, площадь внешней поверхности устройства = 0,0314 м2. Устройство для обработки топлива устанавливается на дне топливного бака и работает следующим образом: нагретое топливо, поступающее на слив в топливный бак от ТНВД и форсунок, через сливной топливопровод попадает в полость, образованную стенками внешней и внутренней канистр. Здесь топливо

(12)

разделяется на два потока, один из которых через отверстия внутренней канистры попадает непосредственно внутрь, а другой поток, стекая вдоль стенок, перемешивается с холодным топливом, поступающим из бака через соосные отверстия внешней и внутренней канистр, затем поступает во внутреннюю канисфу. Там потоки соединяются и дополнительно перемешиваются, далее полученная смесь через топливозаборник поступает к ТНВД.

Для количественной оценки процессов обводнения топлива в баке, оборудованным данным устройством, составлено уравнение теплового баланса :

Р, -ст -Ту)=рт - с, -яг(Ту -Т,)+аДт, - Т.К. (13)

К уравнению (13) необходимо добавить уравнение теплового баланса на границах "окружающая среда - бак" и "топливо в баке - устройство" т.е.:

а.-8«(Т,-Т>аД(Т,-Т.). (14)

где Ту - температура топлива в устройстве, К ; ау - коэффициент теплоотдачи на границе устройства и топлива в баке, Вт/м2; Бу - площадь поверхности устройства, м2.

Совместное решение (13) и (14) позволяет получить формулу для расчета температуры топлива в баке, оборудованного устройством :

Т =Т

1 я 1 л

(Х,-т0)

(15)

, 1 ау-8>

1 + —!—- 1 + — + —у -— а,-БД ¡-1 Рт • ст • V,

а также формулу для расчета температуры топлива в устройстве:

Т,=Т,+(Т„-Тв)^|ь. (16)

ау

Концентрация растворенной воды в топливном баке, оборудованным устройством, определялась по формуле (10) с учетом формулы (15).

Полученные теоретические зависимости позволяют определить тепловой режим стандартно! о бака и бака оборудованного устройством. Проведенные расчеты по этим зависимостям показывают, что обводненность топлива в баке с устройством для обработки топлива уменьшится в 2,8 раза.

В настоящее время в топливных системах дизелей для тонкой очистки топлива наиболее широко применяются сменные фильтроэлементы (ФЭ) поверхностного типа со звездообразной укладкой гофр (рис.1, поз.10) из специальных фильтровальных бумаг.

Поверхность фильтрации шторы со звездообразной укладкой гофр определялась:

8,=2п-Ь,-Н, (17)

где п = 71'сЗ / г- количество гофр шторы, шт.; Ь, = (В - с!) /2 - ширина гофр, м ; Н -высота фильтроэлемента, м ; I - шаг гофрирования, м.

При Б/а = 2 (18)

У предлагаемого фильтроэлемента со спиральной укладкой гофр (рис.1, поз. 10), поверхность фильтрации шторы определялась:

(19)

I

Сравнивая поверхности фильтрации при одинаковых параметрах Б, Н, 1, при Ьс = (1 = Э / 2 находим:

8Ат„=2,

т.е. предлагаемая конструкция ФЭ со спиральными гофрами позволяет удвоить поверхность фильтрации по сравнению со звездообразными гофрами.

Для оценки эффективности работы ФЭ со звездообразными гофрами по сравнению с ФЭ со спиральными гофрами необходимо провести теоретический расчет их гидравлического сопротивления и условного ресурса.

В спиральных ФЭ вследствие плотной укладки юфр, происходит их деформация, что приводит к уменьшению зазоров в гофрах и изменению длины и сечения каналов, поэтому традиционный расчет гидравлического сопротивления по формуле Дарси дает большую погрешность, т.к. не учитывает потери на трение жидкости в каналах между гофрами и потери на трение жидкости в гофрах. Для обеспечения требуемой точности расчетов, определялись все составляющие потерь на трение и рассчитывались коэффициенты, учитывающие конструктивные особенности ФЭ.

Считая уменьшение средних зазоров в гофрах пропорциональным уменьшению сечений каналов, которые при одном и том же количестве гофр и ширине пропорциональны уменьшению сечений ФЭ, имеем:

где ^ - относительное уменьшение средних зазоров в гофрах.

При Э' = (с! -1- 2Ьс) ; = 2 для спиральной укладки получаем :

к, Л|1 + 4ь7-1], (21)

— ь

где И = — - относительная длина канала.

Из формулы 21 следует : Ь, = 0,25 к[ - 1 - при звездообразной шторе;

Ь с = 0,5 кс= 2,66 - при спиральной шторе. Учитывая все составляющие сопротивления составим формулу для расчета начального гидравлического сопротивления топливных фильтроэлементов :

V -р -V

др --X, где (22)

- коэффи-

циент сопротивления фильтрации ФЭ ; t —t/8 - относительный шаг гофрирования ; кс - коэффициент, учитывающий перекрытие поверхности фильтрации; V - расход топлива через фильтры, м3/с ; К - коэффициент проницаемости материала фильтра ; 5 - толщина бумаги, м ; vT - кинематическая вязкость топлива,

При Ь3= 0,25 к, =1,0 кс = 0,8 формула (22) выражала гидравлическое сопротивление фильтроэлемента со звездообразными гофрами; при Ис = 0,5 к( =2,66 ^ = 0,7 формула (22) выражала гидравлическое сопротивление фильтроэлемента со спиральными гофрами.

Условный ресурс фильтроэлемента со звездообразными гофрами при рабо-тс от начального Др0 до критического значения перепада давления Дркр определялся по формуле:

Условный ресурс фильтроэлемента со спиральными гофрами при работе от начального Др0 до критического значения перепада давления Аркр определялся по формуле:

Согласно полученным теоретическим зависимостям фильтроэлементы со спиральными гофрами позволяют увеличить номинальную пропускную способность в 1,74 раза, а ресурс в 2,1 раза по сравнению с фильтроэлементами со зве-дообразными гофрами при одинаковых габаритных размерах.

В третьей главе дается описание оборудования, экспериментальных установок и методов экспериментальных исследований.

Для экспериментальной проверки результатов теоретических расчетов МПУ была разработана методика проведения экспериментальных исследований, а также специальная установка, позволяющая имитировать процессы дыхания топливного бака. Для получения искусственной запыленности воздуха использовалась кварцевая пыль (Буд ~ 1050 м2/кг; рп = 2600кг/м3). В качестве рабочей жидкости в МПУ использовалось масло ТАД-17. С помощью регулятора воздуходувки имитировался различный расход топлива из бака от 0 до 60-10"6 м3/с при

Лабораторно-стендовые испытания устройства для обработки топлива проводились по специально разработанной методике. Для проведения испытаний был создан стенд, позволяющий моделировать процессы топливоподачи дизельного двигателя. Исследования проводились с целыо определения эффективности работы устройства по снижению обводненности топлива в баке и состояли из двух циклов. При первом цикле испытаний использовался стандартный бак, при проведении второго цикла в бак устанавливалось устройство для обработки топ-

м2/с; рт - плотность топлива, кг/м3.

(23)

(24)

запыленности воздуха 160 г/м3.

лива. Испытания проводились на двух режимах подачи топлива, соответсвтую-щие характерным нагрузочным режимам работы двигателя (Мктах при п =1200 мин" и Ые„ при п = 2200 мин"1) в эксплуатации. В процессе испытаний замерялась температура топлива в различных точках системы питания, измерялся расход топлива, проводился отбор проб топлива для определения в нем массового содержания воды.

Определение проницаемости фильтрационных материалов проводилось на лабораторной безнасосной установке, а определение пористости проводилось с помощью лабораторного прибора для измерения пористости. Замер толщины фильтровальной бумаги осуществлялся при помощи индикаторной головки в соответствии с ГОСТ 12432-77.

Определение коэффициента фракционной очистки, номинальной тонкости фильтрации и коэффициента полноты отсева фильтровальных бумаг проводилось на лабораторной безнасосной установке

Исследования гидравлических свойств и условного ресурса ФЭ проводились в соответствии с требованиями ГОСТ 14146-79 на лабораторном стенде для испытаний ФЭ. Проверка герметичности ФЭ проводилась на лабораторной установке в соответствии с ГОСТ 18300-82.

Для исследования загрязненности и обводненности дизельного топлива, в качестве оценочных показателей были приняты:

- массовое содержание загрязнений (естественных и искусственных) определялось по методу "А" ГОСТ 10577-78;

- массовое содержание воды определялось по ГОСТ 8287 гидридкальциевым методом с помощью прибора для определения воды в топливе;

- гранулометрический (дисперсный) состав загрязнений оценивался с помощью микроскопа МБИ-15, дополнительно оборудованным телекамерой К'ГП-64 и монитором с сеткой ценой деления 5 мкм.

Отбор проб дизельного топлива при его транспортировке и хранении производился согласно ГОСТ 2517-80 "Нефть и нефтепродукты. Отбор проб " в специальные колбы.

В четвертой главе приводятся результаты экспериментальных исследований.

Лабораторные испытания МПУ проводились на специально сконструированной установке, позволяющей имитировать дыхания в топливном баке. Для определения наибольшей эффективности работы МПУ испытания повторялись при различных зазорах И между успокоителем и поверхностью масляной ванны.

Данные испытаний заносились в таблицу, на основании их была построена экспериментальная зависимость (рис. 2) эффективности очистки воздуха Т1в от кварцевой пыли при различных расходах воздуха. Пунктирной линией показана теоретическая расчетная зависимость по формуле (12).

Эффективность МПУ по задержке пыли определялась по формуле:

л»=-

■Р.О.

п.О„

(25)

где Сотс - масса слитого отстоя из МПУ, кг п„ - число циклов продувки МНУ на заданном режиме пц = 6 ; в,, - масса навески кварцевой пыли, вводимой за один цикл, кг ; рм - плотность масла, кг/м3; <3М - объем масла, залитого в масляную ванну МПУ, м3.

Л.

о*

0,6

0,4

ОД

XV н- N / 6 мм г

\ \ \\ ь "12 мм /

1 ч

--- \\ —

Ь- 20 мм

10

20 30 40

Рис. 2.

50 %■ 1« ", м'/с

Результаты испытаний показывают, что наибольшее количество загрязнений задерживалось при зазоре 6 мм между успокоителем и поверхностью масла. Анализ приведенных зависимостей показывает хорошее совпадение теорешче-ской и экспериментальной закономерностей очистки воздуха в МПУ.

Лабораторно-стендовые исследования устройства для обработки топлива проводились на стенде с целью определения эффективности работы устройства по снижению обводненности топлива в баке. Первый цикл испытаний проводился со стандартным баком, второй цикл испытаний проводился с баком, оборудованным устройством. Оба цикла проводились при подачах топлива, которые соответствуют следующим режимам работы двигателя: максимальному крутящему моменту Мктах с объемом сливаемого в бак топлива Ут = 26,6-Ю'6 м3/с и номинальной эффективной мощности 1Чен с объемом сливаемого в бак топлива У7 = 33,3-10"6 м3/с.

На рис. 3 приведены экспериментальные зависимости накопления воды в топливном баке, где результаты первого цикла испытаний - кривые 1, результаты второго цикла испытаний - кривые 2, а пунктирной линией обозначена теоретическая расчетная зависимость по формуле (10).

а)

с„%---—

0,014---------

1 2 3 4 8 $ 1,4

О 0,1 ОД 0,3 <М 0,8 в,

б)

Рис. 3. Экспериментальные зависимости накопления растворенной воды в топливном баке при сливе топлива а) Ут = 26,6 • 10"6 м3/с; б) Ут = 33,3 • Ю-6 м3/с : 1 - стандартный бак; 2 - бак оборудованный устройством.

Сравнение экспериментальных данных, полученных в результате проведения испытаний показывает, что в зависимости от нагрузочного режима работы двигателя машины, применение предлагаемого устройства для обработки топлива позволяет в 3-8 раз снизить содержание растворенной воды в топливном баке мапшны.

Свойства фильтрационных материалов определяют рабочие характеристики фильтра тонкой очистки топлива топлива. Для оценки эксплуатационных свойств ФТО необходимо определитть следующие характеристики фильтрационных материалов: проницаемость К„р, м2 ; толщина 5, м; пористость ; номинальная 50% тонкость фильтрации (1о,5, мкм; номинальная 95% тонкость фильтрации сЗо,95> мкм. Для определения этих характеристик испытаниям на лабораторной

безнасосной установке подвергались образцы фильтровальных бумаг производства фирмы «.ГС.ВГЖЕК» (Германия), а также образцы фильтровальных бумаг производства Косинской бумажной фабрики (Кировская обл.), применяемые для очистки дизельных топлив. Результаты испытаний представлены в табл. 1.

Таблица 1

Марка Толщина бумаги 5-103, м Проницаемость (по Дарси) К-1012, м2 Пористость V Номинальная тонкость фильтрации с1о5, МКМ Номинальная тонкость фильтрации (1о.95, МКМ

БФДТ 0,33 0,048 0,48 0,91 2,57

1723УНК662 0,51 0,036 0,59 1,19 3,37

Серийный звездообразный ФТО ".¡'фар 627964105104" выполнен из бумаги марки 1723УНК662 с номинальной 95% тонкостью фильтрации с1о95 = 3,37 мкм. Опытный образец спирального ФТО выполнен в том же типоразмере из отечественной фильтровальной бумаги марки БФДТ ТУ ОП 13-0279514-08-92 с номинальной тонкостью фильтрации <10,95 -- 2,57 мкм, и отличается наличием дренажных вставок, выполненных из фильтровального материала ДРКБ (ТУ-81 -04.178-72). В таблице 2 приведены характеристики фильтроэлементов.

Таблица 2

Характеристики фильтроэлементов ".¡¡рар 627964105104" Опытный ФЭ

Наружный диаметр - О, мм 80 80

Внутренний диаметр - с!, мм 40 40

Высота - Н, мм 135 135

Количество гофр - л, гат. 66 66

Материал шторы 1723УНК662 БФДТ

Высота (ширина) гофр - Ьс, м 20 40

Тии шторы со звездообразными гофрами со спиральными гофрами

Сравнительные стендовые испытания фильтров тонкой очистки дизельного топлива проводились с целью оценки эффективности работы серийного "¡¡рар 627964105104" и опытного ФТО. На рис. 4 представлены гидравлические характеристики этих ФТО, которые были получены на летнем дизельном топливе марки. Из графика видно, что опытный ФТО (кривая 2) имеет лучшую гидравлическую характеристику по сравнению с серийным (кривая 1). На рис. 5 представлены ресурсные характеристики различных ФТО, которые получены на топливе, загрязненном кварцевой пылью (8ул =1050 м2/кг; рл = 2600кг/м3) при средней концентрации 0,04 % масс. Из графика видно, что при одинаковых условиях наработка опытного ФТО составила 2,6 часа, что в 1,62 раза больше, чем у серийного.

Лр„. кП«

//

/ / /

л

/А /7 /г

/ /У // /у

У у

/ // у

уУ /V

/ / // 'У

у \ У / 2

У

0 20 40 «0 80 100 120 У'М'Л

Рис.4. Гидравлические характеристики фильтроэлементов 1 - серийный ФТО ".¡¡рар"

&р,кП>

фильтроэлементов 2 - опытный ФТО

В пятой главе приводятся результаты эксплуатационных испытаний автомобилей ТАТРА-815 с целью оценки технико-экономической эффективности усовершенствованной топливной системы по сравнению с серийной.

Всего в испытаниях участвовало 8 автомобилей, эксплуатируемых в условиях сельскохозяйственного производства в Кировской и Московской областях. Из них 4 машины были серийными, остальные - экспериментальными с установленными масляными пылеуловителями, устройствами для обработки топлива и спиральными фильтроэлементами.

Полученные результаты эксплуатационных испытаний показывают, что предлагаемая усовершенствованная топливная система позволяет снизить содержание механических загрязнений в топливе в 3,6-4,3 раза, снизить содержание воды в топливе в 3,4-4,76 раза, а также увеличить эксплуатационный ресурс сменных фильтроэлементов в 1,56 раза, что указывает на достаточную эффективное 1Ь предложенных технических решений.

Проведенный комплекс теоретических, экспериментальных исследований, и результаты эксплуатационных испытаний позволил разработать рекомендации по проектированию масляного пылеуловителя, устройства для обработки топлива и спирального фильтроэлемента, а также дать практические рекомендации по техобслуживанию данных устройств в условиях эксплуатации.

В целях ускорения расчета по оптимизации конструкции спирального фильтроэлемента была специально разработана программа для персонального компьютера.

В шестой главе представлена оценка экономической эффективности использования усовершенствованной топливной системы.

Экономический эффект от внедрения предлагаемой усовершенствованной топливной системы складывается от экономии, полученной за счет снижения эксплуатационных затрат на детали топливной аппаратуры и фильтроэлементы, от снижения затрат на техобслуживание топливной системы, а также от снижения убытков от простоя техники из-за отказа топливной системы и составляет 30960 рублей на одну машину в год.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Комплексное исследование загрязненности дизельного топлива в условиях с./х. производства, показывает, что в конце технологической цепочки нефтебаза—Угопливный бак загрязненность топлива достигает высокого уровня (механических примесей до 0,016 % масс, а воды до 0,022 % масс). Применяемые средства очистки в системах питания из-за высокой загрязненности топлива не обеспечивают требуемый уровень чисюгы, поэтому существующие системы питания дизелей и средства очистки нуждаются в совершенствовании.

2. Получены теоретические зависимости, позволяющие анализировать влияние эксплуатационных факторов, схем и конструктивных параметров топливных систем автомобилей на динамику накопления механических примесей и воды в топливном баке.

3. Разработаны конструкции масляного пылеуловителя и устройства для обработки топлива, предназначенные соответственно для предотвращения попадания механических примесей и накопления воды в топливном баке. Проведенные расчеты на основе полученных теоретических зависимостей показали, что масляный пылеуловитель может улавливать до 80% загрязнений по механизму гравитационного осаждения, а разработанное устройство для обработки топлива позволит снизить обводненность топлива в 2,8 раза. Новизна предложенных конструкций подтверждена патентом на полезную модель и патентом на изобретение.

4. Разработана конструкция фильтра тонкой очистки со спиральной укладкой гофр на основе современных фильтрационных материалов. Проведенные расчеты на основе полученных теоретических зависимостей показали, что номинальная пропускная способность спирального фильтра по сравнению со звездообразным фильтром повысится в 1,74 раза, а ресурс в 2,1 раза. Новизна предложенной конструкции подтверждена патентом на полезную модель.

5. Лабораторными исследованиями и стендовыми испытаниями масляного пылеуловителя, устройства для обработки топлива и спирального фильтра тонкой очистки топлива установлена их высокая эффективность и возможность практи-

ческого применения в целях дальнейшего совершенствования топливных систем дизельных двигателей. Показана хорошая сходимость теоретических расчетных и экспериментальных характеристик разработанных устройств.

6. Эксплуатационные испытания, усовершенствованных топливных систем автомобилей ТАТРА-815, проведенные в Московской и Кировской областях, показали, что в сравнении с серийными топливными системами содержание механических примесей в топливных баках снижается в 3,6-4,3 раза, растворенной воды в 3,4-4,76 раз, а количество отказов систем топливоподачи снижается в 2,33 раза.

7. На основе результатов проведенного исследования разработаны рекомендации по проектированию масляного пылеуловителя, устройства для обработки топлива и спирального фильтроэлеменга. Разработана методика расчета и оптимизации спиральных фильтров тонкой очистки топлива и программа для персонального компьютера.

8. Годовой экономический эффект от внедрения усовершенствованной топливной системы с учетом цен на импортные запасные части составил 30960 руб. на один автомобиль.

Список опубликованных работ по теме диссертации:

1. Зыков С.А., Коваленко В.П., Олейник А.Н. Комплексный мегод оценки технического состояния тракторов и сельскохозяйственных машин // Журнал "Тракторы и сельскохозяйственные машины", М., 1994, № 11, с. 30-32

2. Зыков С.А., Рыбаков К.В., Симоненко A.B. Повышение чистоты топлива - основа улучшения его использования в сельском хозяйстве. // Сборник научных трудов "Сельскохозяйственные тракторы и тракторные двигатели", М., МГАУ, 1996, с. 78-83

3. Зыков С.А., Коваленко В.П., Лоскутов B.C., Конкин М.Ю. Повышение чистоты топлива в системе питания мобильных машин И Сборник тезисов докладов Международного научно-технического семинара "Улучшение эксплуатационных показателей двигателей тракторов и автомобилей", Санкт-Петербург, СПГАУ, 1997, с.98

4. Зыков С.А. Теоретические основы работы устройства для обработки топлива с целью повышения чистоты дизельного топлива // Сборник докладов 1-й Международной научно-практической конференции ВВЦ "Технологии-97", М., Центр выставочных программ, 1997, с. 9-19.

5. Зыков С.А. Масляный фильтр для повышения чистоты топлива в баках машин // Сборник докладов научно-практической конференции ВВЦ "Деловые связи в науке и образовании", М., Центр выставочных программ 1997, с. 13-16.

6. Зыков С.А., Симоненко A.B. Устройство для обработки топлива // Сборник тезисов докладов 8-й научно-практической конференции "Научно-технический прогресс в инженерной сфере АПК России", М., ГОСНИТИ, 1999, с. 32

7. Зыков С.А., Симоненко A.B. Предотвращение образования и накопления

воды в топливных баках дизельных двигателей с помощью устройства для обработки топлива // Сборник научных трудов "Технический сервис в АПК", М., МГАУ, 2002, с. 99-103 (соавтор Симоненко A.B.).

8. Зыков С.А., Рыбаков К.В. Устройство для обработки топлива // Патент РФ на изобретение №212737

9. Зыков С.А., Поляков H.JI. Масляный пылеуловитель для топливных резервуаров // Патент РФ на полезную модель № 2003105032

10. Зыков С.А., Карпухов А.П. // Фильтр для жидкости и газов Патент РФ на полезную модель № 2003105932

Подписано к печати оз. осу

Формат 60 х 84/16.

Бумага офсетная. Печать офсетная.

Уч.-изд. л. /(2

Тираж юо экз.

Заказ № 63

Отпечатано в лаборатории оперативной полиграфии Московского государственного агроинженерного университета им. В.П. Горячкина

127550, Москва, Тимирязевская, 58

- А

Р13256

ВВЕДЕНИЕ.

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА. ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1. Общая характеристика загрязненности дизельного топлива

1.2. Влияние загрязнений на работу и надежность дизелей

1.3. Требования, предъявляемые к дизельному топливу.

1.4. Методы и средства очистки топлива в системах топливоподачи дизелей.

1.5. Фильтрационная очистка топлива.

1.5.1. Фильтрационные материалы.

1.5.2. Фильтрационные элементы.

1.6. Выводы по главе.

1.7. Цель и задачи исследования.

2. ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ

СИСТЕМЫ ПИТАНИЯ ДИЗЕЛЕЙ.

2.1. Анализ процессов накопления механических примесей в топливных баках.

2.1.1. Общие положения.

2.1.2.Оценка процессов накопления механических примесей в баках.

2.2. Анализ процессов накопления воды в топливных баках

2.2.1. Общие положения.

2.2.2. Оценка процессов накопления воды в баках.

2.3. Теоретические предпосылки разработки средств, снижающих загрязнение топлива

2.3.1. Устройство для предотвращения попадания механических примесей в баки.^

2.3.2. Устройство для предотвращения обводнения топлива в баках

2.3.3. Совершенствования фильтров тонкой очистки топлива

2.4. Выводы по главе.

2.5. Задачи экспериментальных исследований.

3. МЕТОДЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ.

3.1. Методы исследования загрязненности и обводненности дизельного топлива.

3.2. Методика исследования эффективности масляного пылеуловителя.

3.3. Методика исследования устройства для обработки топлива . 95 j 3.4. Методы исследования фильтрационных материалов. 3.4.1. Определение проницаемости. 3.4.2. Определение пористости.

3.4.3. Определение показателей эффективности фильтрационных материалов.

3.5. Методы лабораторных исследований фильтроэлементов.Ю

3.5.1. Проверка фильтроэлементов на герметичность.

3.5.2. Исследование гидравлических свойств.

3.5.3. Исследование ресурса фильтроэлементов.

3.6. Методика эксплуатационных испытаний фильтроэлементов. Ю

3.7. Выводы по главе.Ю

4. РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ.

4.1. Лабораторные исследования масляного пылеуловителя.Ш

4.2. Стендовые исследования устройства для обработки топлива

4.3. Лабораторные исследования фильтрационных материалов. п 4.4. Стендовые исследования фильтроэлементов.

4.5. Выводы по главе.

5. РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ ИСПЫТАНИЙ.

I 5.1. Сравнительные испытания топливных систем.

5.2. Выбор параметров устройств для предотвращения загрязнения топлива в баках

5.2.1. Масляный пылеуловитель.

5.2.2. Устройство для обработки топлива

5.3. Расчет и оптимизация спиральных фильтроэлементов.

5.3.1. Выбор основных конструктивных параметров.

5.3.2. Оптимизация выбора шага гофрирования и расчет

I параметров фильтрующей шторы. f 5.3.3. Расчет и построение гидравлической характеристики 5.3.4. Программа расчета и оптимизации фильтроэлементов.

5.4. Выводы по главе.

6. ОЦЕНКА ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ

ОТ ВНЕДРЕНИЯ РАЗРАБОТОК

6.1. Выводы главе.

Согласно "Федеральной целевой программы стабилизации и развития агропромышленного комплекса Российской Федерации", утвержденной Указом Президента Российской Федерации [1], политика государства в области сельского хозяйства будет направлена на достижение продовольственной безопасности страны, создания необходимых резервов продуктов питания, сырья, повышение уровня продовольственного обеспечения и качества сельскохозяйственной продукции.

Реформируемое сельское хозяйство пополняется энергонасыщенными тракторами и автомобилями, которые являются массовыми потребителями нефтепродуктов. При этом отмечается широкое привлечение импортных автомобилей [2, 3], а по параметрам цены и качества самое широкое применение находят автомобили ТАТРА-815, хорошо зарекомендовавшие себя при эксплуатации в сложных климатических условиях и дорожных условиях.

Загрязнения в виде механических примесей, воды и других веществ попадают в нефтепродукты на этапах производства, хранения, транспортирования и эксплуатации, вызывая при этом износы топливной аппаратуры дизелей и аварийный выход из строя техники, поэтому применение некондиционных по загрязненности нефтепродуктов наносит сельскохозяйственному производству большой экономический ущерб.

Статистика показывает, что более половины всех неисправностей дизельных двигателей машин приходится на топливную систему за счет высокой загрязненности и обводненности топлива. Загрязнения, попадающие в топливо различными путями, вызывают повышенный износ прецизионных пар топливной аппаратуры, подкачивающих насосов, забивку фильтров, коррозию деталей, замерзание топливопроводов и другие отрицательные эффекты, поэтому постоянно актуальной остается проблема повышения чистоты применяемого дизельного топлива.

Исследованиям в области обеспечения чистоты нефтепродуктов посвящены работы Рыбакова К.В., Коваленко В.П., Удлера Э.И., Григорьева М.А., Симоненко А.В., Шевченко В.П., Карташевича А.Н., Байкина С.В. и других исследователей. При этом большинство работ направлено на разработку новых и совершенствование известных средств очистки топлива, в основном, с помощью фильтрации. В то же время в ряде работ, применительно к топливным системам машин, отмечается необходимость комплексного решения проблемы с помощью устройств для предотвращения загрязнения и фильтрационной очистки.

Настоящая работа посвящена разработке технических устройств для предотвращения попадания механических примесей и воды в баки машин, а также совершенствованию топливных фильтров, что в целом рассматривается как комплексное совершенствование топливных систем машин, направленное на повышение чистоты применяемого дизельного топлива.

На основании литературного обзора сформулированы задачи для теоретических и экспериментальных исследований. Теоретический анализ проблемы позволил разработать основные положения по конструктивному совершенствованию топливных систем с применением новых устройств, предотвращающих загрязнение и обводнение топлива в баках машин и более эффективных фильтров-очистителей. Экспериментальные лабораторные исследования подтвердили правомерность основных теоретических положений. Эксплуатационные испытания показали достаточную эффективность и преимущества предлагаемой усовершенствованной топливной системы.

В качестве объекта исследования был принят автомобиль ТАТРА-815 с дизельным двигателем воздушного охлаждения, эксплуатирующийся в сложных условиях сельскохозяйственного производства.

На защиту выносится:

- результаты комплексного исследования загрязненности дизельного топлива на всех этапах его транспортирования, хранения и применения в условиях сельского хозяйства средней климатической зоны;

- математическая модель процесса накопления механических примесей в топливных баках машин;

- математическая модель процесса накопления воды топливных баках машин;

- разработка масляного пылеуловителя, предотвращающего попадание механических примесей в баки машин, а также рекомендации по его проектированию и эксплуатации;

- разработка устройства для обработки топлива, предотвращающего накопление воды в топливном баке, а также рекомендации по его проектированию и эксплуатации;

- разработка усовершенствованного фильтроэлемента тонкой очистки топлива, а также методика его расчета и оптимизации;

- результаты экспериментальных и эксплуатационных испытаний.

Работа выполнена в МГАУ им. В.П. Горячкина по плану Программы научно-технического развития АПК и Высшего сельскохозяйственного образования на 1997 — 2005 г.г.

7. ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. В результате проведенных исследований актуального вопроса -совершенствования топливных систем машин, эксплуатируемых в сельском хозяйстве с целью повышения чистоты применяемого дизельного топлива -получено новое решение, заключающееся в разработке комплекса конструктивных решений и рекомендаций, направленных на повышение чистоты топлива путем разработки новых устройств для предотвращения попадания механических примесей и воды в баки машин и совершенствования фильтров тонкой очистки топлива, что позволяет снизить расход прецизионных деталей топливной аппаратуры и фильтроэлементов, а также в целом повысить надежность систем топливоподачи двигателей машин.

2. На основе проведенного комплекса теоретических исследований получены зависимости, позволяющие анализировать влияние эксплуатационных факторов, схемы и конструктивных параметров топливных систем машин на динамику накопления механических примесей и воды в баках машин.

3. Предложены конструкции масляного пылеуловителя и устройства для обработки топлива, предназначенные для предотвращения попадания механических примесей и воды в баки машин. Получены теоретические зависимости, позволяющие оценивать влияние этих средств на снижение интенсивности загрязнения и обводнения топлива в баках.

4. Предложена модернизация топливных звездообразных поверхностных фильтроэлементов путем спиральной укладки гофр увеличенной ширины, с целью увеличения поверхности фильтрации. Получены расчетные зависимости, позволяющие оценивать пропускную способность и увеличенный ресурс спиральных фильтроэлементов по сравнению с известными звездообразными.

5. На основе комплексного экспериментального исследования загрязненности дизельного топлива на всех этапах его хранения, транспортирования и применения в условиях сельскохозяйственного производства, подтверждены основные теоретические положения по динамике накопления механических примесей и воды в топливных баках.

6. Результатами проведенных лабораторных и стендовых испытаний опытных образцов масляного пылеуловителя, устройства для обработки топлива и усовершенствованных фильтроэлементов показана их достаточно высокая эффективность и возможность практического применения в целях дальнейшего совершенствования топливных систем машин с дизельными двигателями. Показана удовлетворительная сходимость корректированных теоретических расчетных и экспериментальных характеристик испытанных средств.

7. Эксплуатационные испытания усовершенствованных топливных систем автомобилей ТАТРА-815 показали, что в сравнении с серийными системами содержание механических примесей в топливных баках машин снижается в (3,6-4,3) раз, воды в (3,4-4,76) раз, а количество отказов систем топливоподачи снижается в 2,33 раза.

8. На основе результатов проведенного исследования разработаны рекомендации по проектированию и эксплуатации предложенных устройств для предотвращения попадания загрязнений в баки машин. Разработана методика расчета и оптимизации усовершенствованных фильтроэлементов и программа ее реализации на персональных ЭВМ.

9. Годовой экономический эффект от внедрения усовершенствованной топливной системы с учетом цен на импортную технику и запасные части составил 30960 руб. на один автомобиль.

1. Федеральная целевая Программа стабилизации и развития агропромышленного комплекса Российской Федерации на 1996 — 2000-ные годы. Указ Президента Российской Федерации № 993 от 18.07.1996 г.

2. Зорин В.А. Российская энциклопедия самоходной техники. Основы эксплуатации и ремонта самоходных машин и механизмов / В.А. Зорин, А.П. Севастьянов, В.А. Синицин. -М.: Изд-во МАДИ, 2001. 767 с.

3. Глазов А.А. Строительная, дорожная и специальная техника. Краткий справочник / А.А. Глазов, Н.П. Манаков, А.В. Понкратов. М.: АО «ПРОФТЕХНИКА», 1998. - 640 с.

4. ГОСТ 305-82. Топливо дизельное. Технические условия. М.: Стандарты, 1982.

5. ГОСТ 6370-83. Нефть, нефтепродукты и присадки. Метод определения механических примесей.

6. ГОСТ 2477-65. Количественное определение содержания воды в нефтепродуктах. М.: Стандарты, 1965.

7. Григорьев М.А. Очистка топлива в двигателях внутреннего сгорания / М.А. Григорьев, Г.В. Борисова. — М.: Машиностроение, 1991. — 230 с.

8. Рыбаков К.В. Фильтрация авиационных топлив. М.: Транспорт,

9. Карпекина Т.П. Исследование загрязненности и фильтрации дизельного топлива в связи с проблемой повышения надежности автомобилей: Дис. канд. техн. наук. -М.: 1970. -206 с.

10. Рыбаков К.В. Обезвоживание авиационных горюче-смазочных материалов / К.В. Рыбаков, Е.Н. Жулдыбин, В.П. Коваленко. Л.: Транспорт, 1979. - 182 с.

11. Энглин Б. А. Применение моторных топлив при низких температурах. М.: Химия, 1968. 164 с.

12. Рыбаков К.В., Карпекина Т.П. Повышение чистоты нефтепродуктов / К.В. Рыбаков, Т.П. Карпекина. -М.: Агропромиздат, 1986. -112 с.

13. Черненко Ж.С. Исследование фазовых переходов воды в реактивных топливах в натурных условиях. — Труды КИИГА, вып. 1, 1970. -С. 34-39.

14. Борзенков В.А. Нефтепродукты для сельскохозяйственной техники. М.: Химия, 1988. 228 с.

15. Чертков Я.Б. Загрязнения и методы очистки нефтяных топлив / Я.Б. Чертков, К.В. Рыбаков, В.Н. Зрелов. М.: Химия, 1970. - 240 с.

16. Сомов В.А. Топливо для транспортных дизелей. Л.: Судпромгиз, 1963.-232 с.

17. Бахтиаров Н.И. Производство и эксплуатация прецизионных пар / Н.И. Бахтиаров, В.Е. Логинов. М.: Машиностроение, 1979. - 205 с.

18. Бахтиаров Н.И. Повышение надежности работы прецизионных пар топливной аппаратуры дизелей / Н.И. Бахтиаров, В.Е. Логинов, И.И. Логачев. М.: Машиностроение, 1972. - 200 с.

19. Груздев В.В. Исследование очистки дизельного топлива центробежным насосом с целью повышения долговечности прецизионных пар топливной аппаратуры тракторных дизелей: Дис. канд. техн. наук. — М., 1975.- 156 с.

20. Рыбаков К.В. Топливо в баках должно быть чистым / К.В. Рыбаков, Э.И. Удлер, В.П. Шевченко // Автомобильный транспорт. 1984. -№ Ю.-С. 24-26.

21. Рыбаков К.В. Влияние степени загрязнения топлива на работоспособность плунжерных пар / К.В. Рыбаков, Э.И. Удлер, М.Е. Кузнецов // Техника в сельском хозяйстве. 1983. - № 10. - С. 46-47.

22. Антипов В.В. Износ прецизионных деталей и нарушение характеристики топливной аппаратуры дизелей. М.: Машиностроение, 1972.-177 с.

23. Икрамов У. Механизм и природа абразивного изнашивания. — Ташкент: Фан, 1979. 136 с.

24. Кадыров С.М. Долговечность автотракторных дизелей в условиях Средней Азии. — Ташкент: Укитувчи, 1982. — 272 с.

25. Глыбин А.И. Автотракторные фильтры. Л.: Машиностроение, 1980.-182 с.

26. Комаров. А.А. Надежность гидравлических систем. М.: Машиностроение, 1969. 225 с.

27. Коваленко В.П. Загрязнения и очистка нефтяных масел. М.: Химия, 1978.-302 с.

28. Коваленко В.П. Основы техники очистки жидкостей от механических загрязнений / В.П. Коваленко, А.А. Ильинский. — М.: Химия, 1982.-277 с.

29. Удлер Э.И. Фильтрация нефтепродуктов. — Томск: Изд-во Томск, ун-та, 1988.-215 с.

30. Архипов A.M. Исследование загрязненности и эффективности методов очистки дизельного топлива в механизированномсельскохозяйственном производстве Узбекской ССР: Автореф. дис. канд. техн. наук. Ташкент, 1970. - 16 с.

31. Удлер Э. И. Фильтрация углеводородных топлив. Томск: Изд-во Томск, ун-та, 1981. - 152 с.

32. Путинцев В.А. Исследование динамики загрязненности и процесса очистки топлива в дизелях тракторного типа: Дис. канд. техн. наук. -Омск, 1968.-180 с.

33. Семернин А.Н. Повышение чистоты дизельного топлива в тракторах, эксплуатируемых в условиях сельского хозяйства: Дис. канд. техн. наук. М., 1984. - 168 с.

34. Красиков В.Н. О совершенствовании методов очистки дизельных топлив / В.Н. Красиков, В.В. Кондратов, Э.И. Карданский // Труды ЦНИИТА. 1980. - Вып. 75. - С. 48-52.

35. Соколов Ю.А. К вопросу использования гидроциклонов для очистки топлива на тракторных дизелях / Ю.А. Соколов, Л.И. Кербунова // Труды ЦНИИТА. 1974. - Вып. 63. - С. 46-49.

36. Куликов В.В. Разработка, обоснование и исследование системы очистки дизельного топлива в сельском хозяйстве с применением гидроциклонов: Автореф. дис. канд. техн. наук. Алма-Ата, 1980. - 150 с.

37. Мустафьев A.M. Гидроциклоны в нефтеперерабатывающей промышленности / A.M. Мустафьев, Б.М. Гутман. М.: Недра, 1981. - 260 с.

38. Соколов В.И. Современные промышленные центрифуги. М.: Машиностроение, 1967. - 523 с.

39. Лукьяненко В.М. Центрифуги / В.М. Лукьяненко, А.В. Таранец. -М.: Химия, 1988.-384 с.

40. Григорьев М.А. Очистка масла и топлива в автотранспортных двигателях. М.: машиностроение, 1970. - 272 с.

41. Белов С.В. Пористые металлы в машиностроении. М.: Машиностроение, 1981. —248 с.

42. Серегин Н.В. Производство металлических сеток. М.: Машиностроение, 1977. — 120 с.

43. Пискарев И.В. Фильтрационные ткани. М.: Изд-во АН СССР, 1977. 190 с.

44. Андросов В.Ф. и др. тканевые фильтры. М.: Легкая индустрия, 1977.- 168 с.

45. Рыбаков К.В. нетканые текстильные материалы / К.В. Рыбаков, Е.Т. Устинова. М.: ЦИНТИ ЛП, 1964. 48 с.

46. Начинкин О.И. Полимерные фильтры. М.: Химия, 198 5.-212с.

47. Удлер Э.И. Фильтрующие топливно-масляные элементы из бумаги и картона / Э.И. Удлер, В.И.Зуев. Томск: Изд-во Томск, ун-та, 1983. - 140 с.

48. Пономарев Н.Н. Фильтры для очистки топлива и масла автомобильных и тракторных двигателей / Н.Н. Пономарев, М.А. Григорьев. М.: НИИАТ, 1979. - 44 с.

49. Номенклатура оборудования для сбора, фильтрации и регенерации отработавших нефтепродуктов. — М.: «Вторнефтепродукт», 1977. 23 с.

50. Коновалов В.М. Очистка рабочих жидкостей в гидроприводах станков / В.М. Коновалов, В.Я. Скрицкий, В.А. Рокшевский. М.: Машиностроение, 1976.-288 с.

51. Удлер Э.И. Обобщенная гидравлическая характеристика бумажных фильтроэлементов для топливных и масляных фильтров / Э.И Удлер, Н.Н. Шевченко, Д.Е Пивнев. Томск: Вестник ТГАСУ № 2 (3), 2000. -С. 212-219.

52. Удлер Э.И. Повышение ресурса фильтров нефтепродуктов путем двухступенчатой фильтрации / Э.И. Удлер, Н.Н. Шевченко, Д.Е. Пивнев. — Томск: Сб. научных трудов лесотехнического ин-та, ТГАСУ, вып. 1, 2000. — 168 с.

53. Жужиков В.А. Фильтрование. — М.: Химия, 1980. — 398 с.

54. Романков П.Г. Гидромеханические процессы химической технологии / П.Г. Романков, М.И. Курочкина. — JL: Химия, 1974. 288 с.

55. Шехтман Ю.М. Фильтрация малоконцентрированных суспензий. — М.: Изд-во АН СССР, 1961. 260 с. ?

56. Федоткин И.М. Разделение суспензий и гиперфильтрование / И.М. Федоткин, С.И. Криль, Л.И. Борщевская. Киев: Техника, 1972. - 439 с.

57. Удлер Э.И. Исследование процесса фильтрации малоконцентрированной суспензии через пористую перегородку // Вопросы механики и прикладной математики. Томск: Изд-во Томск, ун-та, 1979. — С. 3-10.

58. Успехи в области глубинного фильтрования. — Frams. Inst. Chem. Engrs., 1970, 48, 3, p.p. 94-100.

59. Оводова H.B. Расчет фильтров для осветления мутных вод с учетом грязеемкости фильтрующей среды // Сельскохозяйственное водоснабжение и обводнение пастбищ. Труды Новочеркасского инж. — мелиоративного ин-та, 1975. - Т. XVI. - Вып. 4. — С. 46-59.

60. Аюкаев Р.И. Состояние и проблемы теории расчета и опыта применения процесса разделения малоконцентрированных суспензий в зернистых фильтрах / Р.И. Аюкаев, Е.В. Веницианов. Минск: Ин-т тепло-и массобмена им. А.В. Лыкова АН БССР, 1976. - 72 с.

61. Крамаренко Г.В. Безгаражное хранение автомобилей. М.: Транспорт, 1984. - 135 с.

62. Величанский М.Н. Сравнение энергозатрат при безгаражном хранении автомобилей. Автомобильный транспорт, № 9, 197 с. - С. 25-26.

63. Литвин A.M. Теоретические основы теплотехники. — М.: Энергия, 1969.-328 с.

64. Кулинченко В.Р. Справочник по теплообменным расчетам. М.: Техника, 1990.-165 с.

65. Шорин С.Н. Теплопередача. М.: Высшая школа, 1964. - 490 с.

66. Дульнев Г.Н. Теплообмен в радиоэлектронных устройствах. М.-Л.: Госэнергоиздат, 1963. — 288 с.

67. Зыков С.А. Устройство для обработки топлива / С.А. Зыков, К.В. Рыбаков. М.: Бюлл. изобретений № 7. Патент 5146901 по кл. F02M33/02. -1997.-6 с.

68. Фокин К.Ф. Строительная теплотехника. — М.: Гос. изд-во по стр-ву и арх., 1953. — 320 с.

69. Коновалов А.В. Способ защиты поверхности нефтепродукта от испарения. А.С. № 137462 (СССР). Опубл. БИ, № 7, 1961. - 2 с.

70. Кажлаев Н.Г. Вертикальный резервуар для хранения нефтепродуктов. А.С. № 174992 (СССР). Опубл. БИ, № 18, 1965. - 2 с.

71. Шевченко В.П. Повышение чистоты дизельного топлива в транспортных средствах, эксплуатируемых в сельскохозяйственном производстве Сибири: Дис. канд. техн. наук. — М.: 1985. 196 с.

72. Удлер Э.И. Гидравлический расчет гофрированного бумажного фильтра / Э.И. Удлер, К.В. Рыбаков, В.И. Зуев В кн.: Вопросы авиационной химмотологии. - Киев: КИИГА, 1978. — С. 54-58.

73. Веденяпин Г.В. Общая методика экспериментального исследования и обработки опытных данных. — М.: Колос, 1967. 159 с.

74. Градус Л.Я. Руководство по дисперсному анализу методом микроскопии. — М.: Химия, 1979. 232 с.

75. Шенк X. Теория инженерного эксперимента. — М.: Мир, 1972. —384с.

76. Коган В.Б. Теоретические основы типовых процессов химической технологии. Л.: Химия, 1977. - 590 с.

77. Сергеев А.Г. Точность и достоверность диагностики двигателей. — М.: Транспорт, 1980. 188 с.

78. Пронников А.С. Надежность машин. — М.: Машиностроение, 1978. -202 с.

79. Хаппель Д. Гигродинамика при малых числах Рейнольдса / Д. Хаппель, Г. Бреннер. М.: Мир, 1976. - 630 с.

80. ОСТ 37.001.242-81. Элементы сменные фильтров тонкой очистки топлива автомобильных двигателей.

81. Идельчик И.Е. Справочник по гидравлическим сопротивлениям. -М.: Машиностроение, 1975. 559 с.

82. Альтшуль А.Д. Гидравлические сопротивления. — М.: Недра, 1972. 224 с.

83. Некрасов Б.Б. Справочное пособие по гидравлике, гидромашинам и гидроприводам. Минск: Высшая школа, 1985. — 382 с.

84. Шевченко Н.Н. Моделирование процессов и методы расчета масляных фильтров машин химической технологии: Дис. канд. техн. наук. -Томск, 1990.-217 с.

85. Леви И.И. Моделирование гидравлических явлений. М.: Энергия, 1967.-236 с.

86. Агроскин И.И. Гидравлика. М.: Госэнергоиздат, 1954. - 484 с.

87. Удлер Э.И. Гидравлический расчет фильтров / Э.И. Удлер, Н.Н. Шевченко, П.П. Шилоносов, Ю.А. Какушкин. — Деп. в ЦИНТИхимнефтемаш, 26.07.86, № 1580.

88. Юфин А.П. Гидравлика, гидромашины и гидропривод. М.: Высшая школа, 1965. - 427 с.

89. Башта Т.М. Гидравлика, гидромашины и гидроприводы. М.: Машиностроение, 1982. - 423 с.91. Удлер Э.И.

90. Браун С. Visual Basic 6: Учебный курс. — С.Петербург: Питер, 2001.-576 с.

91. Карпов Б. Visual Basic 6: Специальный справочник. С.Петербург: Питер, 2001.-416 с.

92. Васильев П.П. Встроенные функции языка программирования Visual Basic 6.0. М.: Диалог-МИФИ, 2000. - 158 с.

93. Додж М. Эффективная работа с Excel 7.0. — С.Петербург: Питер, 1997.-1040 с.

94. Методика (основные положения) определения экономической эффективности использования в народном хозяйстве новой техники, изобретений и рационализаторских предложений. — М.: ЦНИИПИ, 1978. — 31с.

95. Власов Н.С. Методика экономической оценки сельскохозяйственной техники / Н.С. Власов, Ю.А. Конкин. М.: Экономика, 1971.-216 с.

96. Дероберти С.С. Обоснование экономической эффективности строительных машин и оборудования: Уч. пособие. — Томск, ТГАСУ, 1997. 223 с.

97. Жарова О.М. Типовые задачи по экономике автотранспорта. — М.: Высшая школа, 1991. 223 с.

98. Киевский В.Г. Экономическая эффективность новой техники в строительстве. М.: Стройиздат, 1991. - 223 с.

99. Инструкция по техническому обслуживанию и эксплуатации автомобилей ТATPА-815.