автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.03, диссертация на тему:Обеспечение чистоты дизельного топлива при заправке сельскохозяйственной и транспортной техники

Коновалов Виктор Викторович

ОБЕСПЕЧЕНИЕ ЧИСТОТЫ ДИЗЕЛЬНОГО ТОПЛИВА ПРИ ЗАПРАВКЕ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОЙ И ТРАНСПОРТНОЙ ТЕХНИКИ

Специальность 05.20.03 - «Технологии и средства технического обслуживания

в сельском хозяйстве»

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук

1 8 ДПР 2013

Москва - 2013

005052375

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования "Московский государственный агроинженерный университет имени В.П. Горячкина".

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор Коваленко Всеволод Павлович.

Официальные оппоненты: Девянин Сергей Николаевич - доктор технических наук, профессор, Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный агроинженерный университет имени В.П. Горячкина", заведующий кафедрой "Тракторы и автомобили".

Галко Сергей Анатольевич - кандидат технических наук, доцент, Федеральное автономное учреждение «25 Государственный научно исследовательский институт химмотологии Министерства Обороны Российской Федерации», ведущий научный сотрудник.

Ведущая организация: Государственное научное учреждение "Всероссийский научно-исследовательский институт механизации сельского хозяйства Российской академии сельскохозяйственных наук".

Защита состоится «13» мая 2013 года в «13.00» часов на заседании диссертационного совета Д 220.044.01 при ФГБОУ ВПО "Московский государственный агроинженерный университет им. В.П. Горячкина" по адресу: 127550, г. Москва, Лиственничная аллея, Д.16А, корпус 3, конференц-зал.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО МГАУ.

Автореферат разослан «2.9» ¿1Ха.рТс\_2013 г.

Учёный секретарь диссертационного совета

А.С. Дорохов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность темы. В сельском хозяйстве потребляется до 40% производимого в стране дизельного топлива, от качества которого в значительной степени зависит своевременное выполнение полевых работ. Основным показателем качества дизельного топлива, способным резко изменяться в условиях транспортирования, хранения и заправки, является уровень его чистоты. Считалось, что основными источниками загрязнения нефтепродуктов являются механические примеси и влага, то есть продукты атмосферного и коррозионного происхождения. Существовало мнение, что продукты окисления и других химических превращений нефтяных углеводородов, в частности фактические смолы, удаляюются из дизельного топлива в процессе его изготовления и в условиях сельскохозяйственного производства, при сравнительно кратковременных транспортно-складских и заправочных операциях, образовываются в незначительном количестве, практически не влияющем на эксплуатационные свойства дизельного топлива, поэтому проблеме удаления,-из него фактических смол в условиях эксплуатации должного внимания не уделялось. Однако проведенные экспериментальные исследования показали, что содержание фактических смол в дизельном топливе может резко возрастать, особенно в процессе его перекачки и заправки с использованием гибких резино-тканевых рукавов. При указанных операциях на нефтескладах и заправочных пунктах сельскохозяйственных предприятий рукава, как правило, в течение значительных промежутков времени не опорожняются и не защищены от воздействия солнечной радиации, что вызывает повышение температуры находящегося в них топлива. Длительное контактирование дизельного топлива с материалом рукавов при достаточно высокой температуре приводит к значительному повышению содержания в этом топливе фактических смол. Существуют различные конструкции фильтров и других средств очистки, способные достаточно эффективно удалять из топлива механические загрязнения и эмульсионную воду, однако эти устройства неэффективны при его очистке от продуктов окисления углеводородов. Поэтому разработка мероприятий по предотвращению попадания загрязнений в топливную систему дизеля при заправке путём создания высокоэффективного средства комплексной очистки дизельного топлива является научной и практической задачей, весьма актуальной для сельского хозяйства и других отраслей, в которых эксплуатируются дизельные двигатели.

Целью настоящего исследования является повышение эффективности комплексной очистки дизельного топлива от механических примесей, эмульсионной воды и продуктов окисления углеводородов при заправке сельскохозяйственных и транспортных машин.

Объект исследования: перспективные конструкции средств комплексной очистки дизельного топлива при заправке мобильной техники, обладающие оптимальными технико-экономическими характеристиками.

Предмет исследования: процессы образования загрязнений в дизельном топливе при транспортно-складских и заправочных операциях и процессы его комплексной очистки от механических примесей, эмульсионной воды и продуктов окисления нефтяных углеводородов.

Научная новизна: работы заключается в нахождении закономерностей процессов накопления твёрдых загрязнений и эмульсионной воды в дизельном топливе при транспортно-складских и заправочных операциях на нефтескладах сельскохозяйственных предприятий, в исследовании механизма образования в топливе органических загрязнений, в теоретическом обосновании конструкции устройства для комплексной очистки дизельного топлива при заправке мобильной техники и в экспериментальном подтверждении эффективности использования этого устройства.

Практическая ценность: работы заключается в разработке конструкции устройства для комплексной очистки дизельного топлива при заправке мобильной техники и рекомендаций по предотвращению образования в дизельном топливе продуктов окисления углеводородов при сливно-наливных и заправочных операциях.

Апробация работы. Основные положения и результаты работы обсуждались на Международной научно-практической конференции «Научные проблемы эффективного использования тягово-транспортных средств в сельском хозяйстве» (Москва, 2011), Международной научно-технической конференции «Улучшение эксплуатационных показателей автомобилей, тракторов и двигателей» (Санкт-Петербург, 2013), заседаниях кафедры «Автомобильный транспорт» МГАУ (2009 -2012).

Публикации. Результаты работы опубликованы в 5 научных статьях в изданиях, рекомендованных ВАК,

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка использованных источников из 104 наименований. Диссертация выполнена на 130 страницах машинописного текста, в том числе содержит 3 приложения, 32 таблиц и 25 рисунков.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, сформулирована её цель, определены объект и предмет исследований, изложены научная новизна и практическая ценность результатов работы.

В первой главе «Состояние вопроса и постановка задач исследования» рассмотрены процессы, протекающие в дизельном топливе под влиянием внешних и внутренних факторов, пути попадания в них атмосферных загрязнений и изучены взаимосвязи между явлениями, приводящими к образованию в топливе органических загрязнений. Предложена уточнённая классификация загрязнений. Проанализированы данные о фактической загрязнённости дизельного топлива на различных этапах его жизненного цикла и рассмотрено влияние загрязнений на работу дизеля и экологию окружающей среды. Показана необ-

ходимость комплексной очистки дизельного топлива от механических загрязнений, эмульсионной воды и продуктов окисления углеводородов.

Вопросы загрязненности топлив механическими примесями и эмульсионной водой, а также пути и методы их очистки от этих загрязнений рассматривались в трудах Г.В. Борисовой, Г.С. Бродского, В.И. Волкова, М.А. Григорьева, B.C. Квашнина, В.П. Коваленко, A.C. Полякова,, К.В. Рыбакова, A.B. Симо-ненко, Э.И. Удлера, З.Л. Финкельштейна и многих других исследователей. Вопросам образования в нефтепродуктах органических загрязнений посвящены работы B.C. Азева, Г.Ф. Большакова, Н.М. Лихтеровой, и других учёных. Рассмотрение методов очистки дизельного топлива показало, что целесообразно осуществлять эту операцию комплексно с использованием гидродинамического эффекта, заключающегося в том, что подвод жидкости к фильтрующему элементу осуществляется параллельно его поверхности, и задержанные на этой поверхности загрязнения удаляются с неё потоком жидкости. Использование гидродинамического эффекта даёт возможность повысить тонкость очистки дизельного топлива без уменьшения размера пор фильтрующего элемента, то есть без увеличения его гидравлического сопротивления, повысить ресурс его работы и обеспечить эффективное обезвоживание топлива на гидрофобной фильтрующей перегородке. Следует изучить возможность применения указанного метода для удаления из топлива органических загрязнений, используя в качестве фильтрующей перегородки современные пористые наноматериалы, обладающие гидрофобными и смолоотделяющими свойствами,

В результате критического анализа рассмотренных литературных и патентных материалов сформулированы конкретные задачи, которые необходимо решить для осуществления поставленной цели.

Во второй главе «Теоретические основы очистки дизельного топлива от механических примесей, эмульсионной воды и продуктов окисления с применением пористых наноматериалов» показано, что совершенствование процессов очистки дизельного топлива требует исследования закономерностей, характеризующих содержание в нём механических примесей, эмульсионной воды и органических загрязнений. Эти показатели загрязнённости топлива являются исходными данными при разработке математических и физических моделей функционирования устройства для очистки топлива при заправке мобильной техники. После г'-ого заполнения резервуара на нефтескладе или заправочном пункте содержание механических примесей в нём можно определить из выражения:

Cs, = cAln(.+^ +.....+ + С)

v6 vo vi у; -

где Gy - суммарное количество механических примесей в резервуаре г; С,„, - концентрация загрязнений в заливаемом в резервуар топливе, г/л; С, - концентрация атмосферной пыли в воздухе, г/л; V(, - объём резервуара, л; К, -остаток топлива в резервуаре, л.

V V'o

Так как величина у-< I, при / -> °о ——>0,-и при достаточно оольшом

количестве сливно-наливных операций выражение (I) примет вид:

Поскольку обычно остаток топлива в резервуаре перед его очередным

у

заполнением не превышает 10%, то есть отношение — =0,!, максимальное

значение загрязнённости топлива механическими примесями достигается через 2-3 операции по заполнению и опорожнению резервуара, что позволяет при расчёте грязеёмкости устройства для очистки дизельного топлива от механических примесей считать их количество постоянным для конкретных условий.

Влага, попадающая в дизельное топливо, имеет преимущественно атмосферное происхождение и первоначально находится в воздухе в виде водяных паров или осадков. Количество водяных паров, поступающих в газовый резервуар, непосредственно соединённый с атмосферой, при выдаче топлива потребителям, можно определить из выражения:

С„ы = 0,001 У,,С„ (3)

где 6"„йд - масса атмосферной влаги, попавшей в резервуар при большом дыхании, кг; К> = Ув-V„=qz - объем выданного из резервуара топлива, м3; С„ - абсолютная влажность воздуха во время сливно-наливных операций, г/м ; q - производительность перекачки, м/с; г - продолжительность перекачки, с.

Поскольку резервуары для хранения дизельного топлива оборудованы дыхательными клапанами, влажный воздух поступает в них при возникновении вакуума. Будем считать, что этот процесс подчиняется закону Бойля-Мариотта, то есть протекает при постоянной температуре, и справедливо уравнение:

РаУ„о,^РгУт =(Ра - Р« - Ру) Ут (4)

где Ра и P,j - соответственно атмосферное давление и давление в резервуаре после открытия клапана, Па; Рт и ^-соответственно давление открытия клапана и упругость паров топлива, Па; Кпк> и V„-соответственно объем воздуха, поступившего в резервуар, и объем топлива, выданного из него, м3.

Отсюда:

Р, ~ Р,I ~ Р.

у -2-0-У /•<■)

' «mi! р к (->/

а

количество атмосферной влаги, поступающей в резервуар при выдаче из него топлива, определяется из выражения:

Чл, ---- Рс,С„ (6)

а

где Ро= Ра- Рм~ Л--давление в резервуаре, Па.

Аналогичным путем, пользуясь уравнением газового состояния и законом Дальтона, можно определить количество влаги, поступающей в вакуум из-за уменьшения объема топлива и снижения упругости его паров при понижении температуры.

Кроме попадания паров влаги в газовое пространство резервуара с атмосферным воздухом при срабатывании дыхательного клапана, влага может по-

6

ступать в резервуар также в виде атмосферных осадков при его разгерметизации для Измерения количества находящегося в нём топлива или отбора его проб, а также для осмотра и технического обслуживания после опорожнения резервуара.

Суммарное количество влаги, попавшей в резервуар, составляет:

Ов = С,® + +С„„пр +С„К,„ (7)

р =4£К*Вдс£5 _ количество влаги, попавшей через замерный патрубок, кг; С„„г = 105»

0,001 Ка Ст„,, - количество поступившей в порожний резервуар влаги при его разгерметизации для внутреннего осмотра, зачистки и т.п., кг; й,кт = 0,001 Уеж (Сетр - С„Ш1} - количество влаги сконденсировавшейся на внутренних поверхностях порожнего бака при понижс-

С.г,

нии температуры, кг, Я- радиус замерного патрубка, м; О,.. - количество осадков,

мм- О. - средняя норма осадков для данной местности, мм/год; г, - суммарная продолжительность сливных операций, ч/сут; г,,.. - средняя продолжительность осадков для данной местности, ч/год; р„ - плотность воды, кгЫ};С«„„р и Ста, -соответственно абсолютная влажность воздуха, поступающего в порожний резервуар и вытесняемого из него при наливе в него дизельного топлива, г/м3.

Из этого количества часть влаги растворится в дизельном топливе, часть ее образует с ним эмульсию, а часть останется в газовом пространстве резервуара в виде паровой фазы. Растворимость воды в нефтепродуктах невелика и для дизельного топлива ДЛ колеблется от 0,0021% при -10 °С до 0,0104% при 30 °С, поэтому удалять из дизельного топлива растворенную воду нецелесообразно! В основном влага находится в дизельном топливе в виде микрокапель, образуя эмульсионную воду, находящуюся в динамическом равновесии с растворенной в топливе водой. С течением времени микрокапли воды могут укрупняться и, осаждаясь, образовывать на дне емкости слой отстойной (подтоварной) воды, которая также находится в динамическом равновесии с растворенной в продукте водой. Процесс образования подтоварной воды в резервуаре будет зависеть от количества и размера микрокапель воды, диспергированных в дизельном топливе. Объём подтоварной воды, образовавшейся в резервуаре за некоторый промежуток времени:

к _ я Цц.И.и/, 2//. + 3//.

Ч Р.~ Р. (8)

где Уж - объем подтоварной воды, м3; Ы-количество микрокапель воды в единице объема топлива в начальный период, шт/и3; К, —объем топлива в резервуаре, м ; т - продолжительность осаждения микро капли воды, с.

Выражения (3 - 8), описывающие механизм обводнения дизельного топлива атмосферной влагой, носят оценочный характер из-за трудностей определения влажности воздуха в конкретный момент проведения сливно-наливных операций, количества капель в топливе, их размера и т.п.. Поэтому полученные закономерности требуют корректировки с использованием экспериментальных данных.

Максимальное суммарное количество влаги, способное находится в топливе в свободном состоянии, можно определить, используя выражение:

а =0.001

^«¡»пах

К, - ряСУт + 2*ИЮар. + (У„ + У„Хстгр -С„)

где С7„ „,„,- - максимальное количество свободной воды в дизельном топливе, кг; р„ - плотность дизельного топлива, кг/м3; Ужт = У,-,-У„ - количество дизельного топлива, оставшегося в резервуаре после выдачи его потребителям, м3.

Этим количеством свободной воды следует задаваться при расчете средств для обезвоживания дизельного топлива при заправке сельскохозяйственной техники.

Процесс образования органических загрязнений в дизельном топливе в значительной степени зависит от химического состава этих топлив, в том числе от присутствия в них соединений, содержащих серу и азот.

Появление серы в смолах и осадках при жидкофазном окислении компонентов дизельных топлив связано с образованием слаборастворимых в углеводородах продуктов глубокого окисления сернистых соединений с шестивалентной серой. Концентрация серы в растворимых кислородосодержащих соединениях в десятки и сотни раз выше концентрации серы в соответствующих топли-вах. Сернистые соединения являются одним из основных компонентов, подвергающихся окислению в топливе в первую очередь.

Участие азотсодержащих соединений в процессах деградации топлива под действием кислорода подтверждается присутствием азота в смолах и осадках, образующихся при окислении дизельных топлив. Общее содержание азота в дизельных топливах составляет около 0,2 % масс., а количество гетероорга-нических азотистых соединений может достигать 1,5-2,0 % масс.

Кислородосодержащие соединения, входящие в состав дизельных топлив, в отличие от серо- и азотсодержащих соединений, поступающих в топливо из нефти при её переработке, образуются в дизельных топливах при сливно-наливных и заправочных операциях за счет жидкофазного окисления углеводородов топлива. В условиях жидкофазного окисления источником образования кислородосодержащих соединений в порядке уменьшающейся реакционной способности являются в первую очередь сернистые и азотистые соединения, затем ароматические углеводороды с ненасыщенными боковыми цепями, далее алкилароматические углеводороды с третичным углеродом, примыкающим к фенол ьному кольцу, а затем окислению подвергаются более устойчивые структуры. Нерастворимые кислородсодержащие соединения удерживаются в топливе в виде ассоциатов коллоидных размеров, сольватированных другими гетероорганическими соединениями. Наиболее активными в процессах образования ассоциативных комплексов являются высокомолекулярные кислородосодержащие соединения (смолы). Наличие последних способствует образованию мицелл в топливе. В процессе окисления дизельного топлива в дисперсной среде накапливаются полярные соединения, оказывающие влияние её на состояние. Размер отдельных ассоциатов полярных соединений изменяются в пределах от 20 до 50 нм. Целесообразно применять для их удаления из дизельного

топлива пористые перегородки из наноматериала. Применение указанных пористых перегородок для очистки дизельного топлива от механических загрязнений, эмульсионной воды и продуктов окисления нефтяных углеводородов связано с возникновением на перегородке зарядов статического электричества, поскольку материал перегородки является неполярным и возникает опасность блокирования нанопор этими зарядами. Наличие в структуре перегородки то-копроводящей упрочняющей подложки позволяет обеспечить отвод указанных зарядов с рабочей поверхности.

Эмульсионная вода, содержащаяся в дизельном топливе, адсорбирует как неполярные, так и полярные смолы. Неполярные смолы, находящиеся в дизельном топливе на молекулярном уровне, практически не задерживаются перегородкой, но не оказывают существенного влияния на процесс образования отложений в двигателе. В то же время полярные смолы, растворяясь в эмульсионной воде, резко увеличивают свою концентрацию и повышают склонность топлива к образованию отложений, поэтому обезвоживание дизельного топлива способствует также снижению содержания в нём органических загрязнений.

Оптимизация конструкции устройства для комплексной очистки дизельного топлива при заправке сельскохозяйственных и транспортных машин заключается в совмещении операций по удалению из топлива твёрдых частиц, микрокапель эмульсионной воды и продуктов окисления углеводородов с удалением этих загрязнений из рабочей зоны фильтра. Это возможно осуществить путём подвода топлива параллельно поверхности фильтрующего элемента, что позволит использовать при очистке гидродинамический эффект.

Частица загрязнений, перемещающаяся в потоке топлива, участвует в двух движениях - вдоль поверхности пористой перегородки и параллельно оси горизонтально расположенных пор этой перегородки. Вертикальное движение частицы происходит при совместном воздействии силы, приложенной со стороны потока, и объемной силы, являющейся разностью гравитационной и архимедовой сил. Вертикальная скорость частицы под действием силы потока определяется из выражения:

ПОЮ ^ ^ |

а скорость частицы под воздействием объемной силы - из уравнения:

я-^с/3 71(1; 2

- <Р— № от

6 * 8 к т (П)

где р„ и рч- соответственно плотность продукта и частицы, г/м3; Г„,„ - сила, приложенная к частице со стороны потока, Н; </) - коэффициент лобового сопротивления движению частицы; Утт и К,с - соответственно скорость частицы под действием силы потока и скорость ее осаждения под воздействием объемной силы, м/с.

После преобразований находим суммарную продольную скорость частицы:

Принимаем коэффициент лобового сопротивления (р= 0,1.

Горизонтальное движение частицы происходит под воздействием перепада давления на пористой перегородке, при этом её скорость принимаем равной поровой скорости потока топлива.

Для обеспечения равномерной подачи топлива на рабочую поверхность пористой перегородки и одинакового давления на входе по всей ее высоте придаём фильтрующему элементу форму усечённой пирамиды, что обеспечивает переменную ширину его внутренней полости и постоянство поровой (истинной) скорости потока топлива по всей поверхности перегородки.

Поровая скорость будет равна:

где л„ =- - коэффициент проницаемости материала, м ; Д1фэ - перепад давления на

128

£

фильтрующем элементе, Па; ц - динамическая вязкость дизельного топлива, Па с; П = ——

V

- просветность пористой перегородки; 5 - толщина пористой перег ородки, м; иХ„- соответственно площадь рабочей поверхности фильтрующего элемента и площадь поперечного

п=к_

сечения всех его пор, м2. N - количество пор на единицу поверхности, шт/м"; >/ - пористость перегородки; Уф7 и У„ - соответственно объем фильтрующего элемента и объем его пор, мJ.

Выразив величину просветности через размер пор и их количество на единицу поверхности N, имеем:

ш -^Щ' П4)

Приложим полученные из выражений (12) и (14) скорости к центру тяжести частицы. Если вектор суммы этих скоростей в момент соприкосновения частицы с нижней кромкой поры будет выше точки соприкосновения, то частица не войдет в пору, а в противном случае частица попадет внутрь пористой перегородки.

При очистке дизельного топлива фильтрованием с применением гидродинамического эффекта потоком топлива вместе с твердыми частицами с рабочей поверхности пористой перегородки будет удаляться некоторое количество микрокапель воды, однако процесс обезвоживания дизельного топлива с помощью гидрофобной перегородки происходит главным образом за счет взаимодействия этих капель с перегородкой в жидкой среде.

При заполнении пор гидрофобной перегородки очищаемым продуктом -дизельным топливом, на их поверхности образуется жидкостная пленка, которая, пропуская топливо, препятствует прохождению через перегородку микрокапель воды. Чтобы продавить каплю воды через пору, надо предварительно вытеснить пленку топлива с ее поверхности, выполнив работу, равную работе

ю

адгезии, затраченной на смачивание топливом поверхности поры, которая описывается выражением:

(15)

где Р и Р,- соответственно давление, необходимое для продавливания капли воды через пору, заполненную топливом, и пустую, Па; - площадь поперечного сечения поры, м"; 1„

- длина поры, м. „

Одновременно с удалением из топлива эмульсионной воды оудут удаляться и адсорбированные ею полярные смолы. Остальные содержащиеся в топливе органические соединения, находящиеся в топливе в виде мицелл, размеры которых соизмеримы с размерами нанопор фильтрующей перегородки, задерживаются этой перегородкой и смываются с неё за счёт гидродинамического эффекта.

В процессе гидродинамического фильтрования некоторая часть топлива вместе с загрязнениями, не попавшими в поры перегородки, будет сбрасываться из внутренней полости фильтрующего элемента. Для очистки этого топлива, которое содержит повышенную концентрацию загрязнении, следует установить дополнительный гидродинамический фильтр, площадь фильтрующей перегородки которого соотносится с соответствующей площадью основного фильтра, как 1:10.

В третьей главе «Методическое обеспечение проведения экспериментальных исследований» приведены методики исследования фактической загрязнённости и обводнённости дизельного топлива при его хранении и заправке техники (гранулометрического состава и массового содержания механических примесей, содержания эмульсионной воды и фактических смол). Полученные результаты обобщались путём статистической обработки данных анализа проб топлива, отобранных из резервуаров нефтескладов и заправочных пунктов сельскохозяйственных предприятий, а также раздаточных кранов средств заправки транспортных и сельскохозяйственных машин.

Для проведения экспериментов по образованию продуктов окисления в дизельном топливе при контактировании с резинотехническими изделиями выбраны два типа рукавов для перекачки нефтепродуктов - напорно-всасываюшие Б-2-50х10 и Б-2-75х10 отечественного производства, в которые помещалось дизельное топливо Осмоление дизельного топлива проходило в термостатах при температуре 50°С в течение промежутков времени 1, 5 и 15 суток. Параллельно в термостат помещался контрольный образец дизельного топлива в стеклянной таре. Количество фактических смол определялось в пробах топлива в соответствии с ГОСТ 8489-85.

Определялись прочностные свойства пористых перегородок, их гидрофобные свойства и гидравлические характеристики, эффективность очистки дизельного топлива, включающая тонкость и полноту очистки от механических примесей и воды, полноту очистки от продуктов окисления, стойкость материала перегородки к вымываемости компонентов и его совместимость с очищаемым топливом, возможность и степень регенерации перегородки.

Тонкость и полнота очистки дизельного топлива от механических примесей определялись по ГОСТ 10577 - 78. Тонкость фильтрования оценивалась тремя параметрами - абсолютной тонкостью фильтрования, коэффициентом отфильтровывания и номинальной тонкостью фильтрования.

Для оценки гранулометрического состава загрязнений использовался аппаратно-программный комплекс, разработанный в «25 ГосНИИ химмотологии МО РФ», позволяющий проецировать поле зрения микроскопа на монитор и производить компьютерную обработку результатов анализа.

Количественное определение массовой концентрации воды в дизельном топливе осуществлялось гидридкальциевым методом. Количество эмульсионной воды определялось с использованием равновесных кривых растворимости воды в топливе при различных температурах.

Для определения дисперсного состава воды, растворенной в дизельном топливе, использовался микроскопический метод, для чего проба топлива помещалась в специальную кювету. Определение дисперсного состава воды производилось непосредственно на месте отбора проб из-за нестабильности (коагуляции) микрокапель воды.

Определение содержания фактических смол в топливе проводилось по ГОСТ 8489-85 с использованием прибора ПОС-А.

Для исследования эффективности очистки дизельного топлива фильтрованием модернизирован стенд для исследования пористых материалов, который позволяет исследовать эффективность очистки дизельного топлива от механических загрязнений, эмульсионной воды, фактических смол, изучать гидрофобные свойства фильтрующих материалов, определять пропускную способность перегородки.

Рис.1. Модернизированная безнасосная лабораторная установка для исследований фильтрационных материалов:! - мерный цилиндр; 2 - патрон; 3 -исследуемый фильтрматериал; 4 - бачок из нержавеющей стали; 5 - манометр; 6 -шаровой кран ; 7 - ресивер; 8 - автоматический датчик давления; 9 - коромысло; 10 - тензометрический датчик; 11 - таймер с фиксацией времени; 12 -компьютер; 13 - усилитель; 14 - баллон со сжатым воздухом; 15-редуктор; 16 - армирующая сетка патрона.

При исследовании возможности очистки искусственно загрязненного и обводненного дизельного топлива в качестве искусственного загрязнителя использовалась цинковая и кварцевая пыль. Одновременно дизельное топливо было искусственно обводнено. Исследовалась возможность пористого нанома-териала удалять фактические смолы из предварительно осмолённого дизельного топлива. Для экспериментов бралось топливо, осмолённое при выдерживании в рукавах Б-2-50х10 и Б-2-75х10 в термостатах при температуре 50°С в течении 1- суток, 5™ суток и 15™ суток. Для определения величины водопроницаемости перегородки использовался гидростатический принцип, на котором основан изготовленный для этой цели прибор. Эксплуатационные свойства фильтрационных влагоотделяющих перегородок определялись на безнасосной фильтрационной установке.

Проверка эффективности использования гидродинамического эффекта при создании устройства для комплексной очистки дизельного топлива произ-

водилась на лабораторной установке, позволяющей осуществлять очистку топлива, как по обычной схеме, так и с использованием гидродинамического эффекта. Проверка прочностных показателей перегородок из наноматериала производилась на разрывном стенде.

В четвёртой главе « Экспериментальные исследования устройства для комплексной очистки дизельного топлива при заправке мобильных машин» проведены исследования фактической загрязнённости и обводнённости дизельного топлива при его хранении и заправке сельскохозяйственных и транспортных машин, показавшие, что содержание механических примесей в топливе после налива резервуара составляет в среднем 0,01% (масс.), а в процессе хранения достигает 0,015% при размере частиц до 50 мкм. Содержание эмульсионной воды в резервуаре составляет 0,008 - 0,01% (масс.).

Исследования показали, что процесс накопления фактических смол в дизельном топливе, находящемся в резинотканевых рукавах, протекает весьма интенсивно. Через 15 суток их содержание в рукавах Б-2-50х10 и 6275x10 достигает соответственно 4317 и 2079 мг/100 см3 при начальном содержании 4 мг/100см3.

Для использования в устройствах для комбинированной очистки дизельного топлива проведены сравнительные испытания различных фильтрующих материалов и выбран комбинированный двухслойный пористый наноматериал, изготовленный на основе активированного угля и ацетиленовой сажи с использованием в качестве связующего фторопластовой суспензии (рис.2). •

Рис.2. Структура двухслойного пористого наноматериала: 1 - гидрофобный слой; 2 - фильтрующий слой; 3 - металлическая сетка.

Пористый наноматериал имеет частицы размерами 20 Нм. Содержание фторопласта в гидрофобном слое 35% (масс.), в фильтрующем слое - 10% (масс.). Из-за хрупкости полученного материала необходимо его армировать металлической сеткой со стороны фильтрационного слоя. Было изготовлено несколько образцом пористого наноматериала толщиной 1,0 и 1,2 мм. Испытания проводились на безнасосной установке для исследований фильтрационных свойств пористых материалов. Для испытаний были приготовлены образцы ди-

зельного топлива с высоким содержанием механических примесей, эмульсионной воды и фактических смол. В результате эксперимента содержание механических примесей снизилось с 0,06 до 0,001 кг/м\ количество эмульсионной воды - с 245 до 0,001 мг/м3, а содержание фактических смол - с 819 до 272 мг/100 см3. Аналогичные результаты получены при очистке дизельного топлива после его продолжительного контакта с материалом резинотканевых рукавов.

В пятой главе «Реализация результатов исследований и оценка их технико-экономической эффективности» приводятся результаты расчёта технических характеристик и разработки конструкции устройства для комплексной очистки дизельного топлива при заправке мобильной техники (рис. 3).

~ 1 л 5

по .А-А

Рис 3. Устройство для комплексной очистки дизельного топлива: 1 - корпус; 2 - крышка; 3 - входной патрубок; 4 - пружина; 5 - болт в сборе; 6 - основание фильтрующего элемента; 7 - пористая перегородка; 8 - перфорированное днище; 9 - патрубок сброса части топлива; 10 - накидная гайка; 11 - основание дополнительного фильтрующего элемента; 12 - пористая перегородка дополнительного фильтрующего элемента; 13 - днище; 14 - патрубок слива отстоя; 15 -

выходной патрубок.

Эксплуатационные испытания разработанного устройства проводились при заправке наземной техники, эксплуатирующейся в ЗАО «Домодедово Фьюэл Сервисиз».

Результаты испытаний устройства для комплексной очистки дизельного топлива показали, что ресурс работы предлагаемого устройства превышает соответствующий показатель серийного фильтра тонкой очистки, установленного на топливораздаточных колонках, более чем в 3 раза.

Технико-экономическая оценка результатов исследований проводилась путём сравнения двухслойного пористого наноматериала с отечественными и

зарубежными образцами мирового уровня. Для сравнительной оценки выбраны фильтрующие материалы для тонкой очистки дизельного топлива. Наиболее близок по техническим характеристикам к выбранному для предлагаемого устройства пористому наноматериалу пористый фторопласт-4 отечественного производства, отпускная цена которого составляет 1334 руб/кв.м, в то время, как стоимость опытных образцов двухслойного пористого наноматериала составляет 349 руб/кв.м.

Анализ паспортных данных показывает, что выбранный материал по своим эксплуатационным и ценовым показателям соответствуют мировому техническому уровню, по тонкости очистки и эффективности влагоудаления несколько превосходят аналогичные зарубежные образцы, которые к тому же не обладают эффектом смолоотделения.

Результаты исследований внедрены при проведении научно-исследовательских работ во ВНИИТиН Россельхоз академии и в 25 ГосНИИ Минобороны РФ и будут использованы при разработке перспективных образцов устройств для обеспечения чистоты дизельного топлива.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Фактическая загрязнённость дизельного топлива при транспортно-складских и заправочных операциях значительно превышает требования, содержащиеся в нормативно-технической документации. Отрицательное воздействие механических примесей, эмульсионной воды и органических загрязнений на топливную аппаратуру и другие агрегаты двигателя проявляется в усиленном износе сопряжённых деталей, закупорке калиброванных отверстий, повышенном нагарообразовании и т.п., что сокращает ресурс работы узлов системы питания, приводит к её отказам, сверхнормативному расходу топлива, к загрязнению окружающей среды продуктами неполного его сгорания и другими

токсичными веществами.

2. Для повышения эффективности комплексной очистки дизельного топлива от механических примесей, эмульсионной воды и органических загрязнений при заправке мобильной техники исследован механизм загрязнения, обводнения и осмоления дизельного топлива на нефтескладах и заправочных пунктах сельскохозяйственных предприятий, найдены зависимости, описывающие эти процессы, разработаны их математические модели.

3. Предложены математические и физические модели механизма комплексной очистки топлива от механических загрязнений, эмульсионной воды и органических загрязнений при заправке мобильных машин с помощью фильтрующих перегородок из пористого двухслойного наноматериала, обоснована конструкция устройства для осуществления этих операций, включающего основной гидродинамический фильтр и дополнительный гидродинамический фильтр для очистки сбрасываемой части топлива.

4. Разработаны методики экспериментальных исследований, включающие изучение фактической загрязнённости дизельного топлива при складских и заправочных операциях, комплексной очистки топлива при заправке техники, спроектированы и изготовлены экспериментальные установки.

5. Исследована фактическая загрязнённость дизельного топлива механическими примесями, эмульсионной водой и органическими загрязнениями при его хранении и заправке мобильной техники; содержание механических примесей достигает в резервуарах при наливе дизельного топлива и при его хранении соответственно 0,01% и 0,015% (масс.), а содержание эмульсионной воды

соответственно 0,088 и 0,01% (масс.).

6. Установлено, что на процесс образования фактических смол в дизельном топливе существенное влияние оказывает его контактирование с материалом резинотканевых рукавов и окружающая температура: в течение 15 суток содержание фактических смол в дизельном топливе, залитом в резинотканевые рукава различных марок, повысилось от 4 до 2079 - 4317 мг/100 см .

7. В результате проведенных исследований разработана конструкция устройства для комплексной очистки дизельного топлива при заправке техники, включающего гидродинамический фильтр для очистки заправляемого топлива и дополнительный гидродинамический фильтр для очистки части топлива;

эксплуатационные испытания этого устройства показали их высокую эффективность.

8. Проведенная технико-экономическая оценка показывает, что разработанное устройство по своим эксплуатационным показателям соответствуют мировому техническому уровню, дополнительно обладает способностью снижать содержание фактических смол в топливе, а по стоимостным показателям лучше аналогичного отечественного образца в 3,8 раза.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1.Коновалов В.В. Применение пористых наноматериалов для очистки дизельного топлива. Международный технико-экономический журнал. - 2011. -№3.-С. 120- 122.

2. Коваленко В.П. Исследование фильтрационных свойств комбинированных пористых наноматериалов. [Текст] / В.П. Коваленко, Е.А. Улюкина, А.Н. Приваленко, В.В. Коновалов // Механизация и электрификация сельского хозяйства. - 2013. - № 1. - С. 29 - 30.

3. Коваленко В.П. Удаление фактических смол из дизельного топлива при заправке сельскохозяйственной техники. [Текст] / В.П. Коваленко, Е.А. Улюкина, А.Н. Приваленко, В.В. Коновалов II Международный технико-экономический журнал. - 2013. — №1. - С. 116 - 118.

4. Коваленко В.П. Очистка дизельного топлива от механических примесей, эмульсионной воды и продуктов окисления с применением пористых наноматериалов. [Текст] / В.П. Коваленко, Е.А. Улюкина, В.В. Коновалов // Известия Международной академии аграрного образования. - 2013. - №16. - т.4 -С. 136-139.

5. Коваленко В.П. Устройство для комплексной очистки дизельного топлива при заправке сельскохозяйственной техники.. [Текст] / В.П. Коваленко, Е.А. Улюкина, В.В. Коновалов // Техника в сельском хозяйстве. - 2013. - №1. -С. 24-26.

Подписано к печати 25.03.2013. Формат 60*84/16. Усл.-печ. л. 1,0. Тираж 100 зет. Заказ №893.

Отпечатано в издательском центре ФГБОУ 81Ю МГАУ: 127550, Москва, Тимирязевская, 58

Министерство сельского хозяйства

ФГБОУ ВПО «Московский государственный агроинженерный университет имени В. П. Горячкина»

04201356422 На правах^укописи

Коновалов Виктор Викторбви

ОБЕСПЕЧЕНИЕ ЧИСТОТЫ ДИЗЕЛЬНОГО ТОПЛИВА

ПРИ ЗАПРАВКЕ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОЙ И ТРАНСПОРТНОЙ ТЕХНИКИ

Специальность 05.20.03 - «Технологии и средства технического

обслуживания в сельском хозяйстве»

Диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор Коваленко Всеволод Павлович

Москва - 2013

Содержание работы

Введение...............................................................................4

Глава 1. Состояние вопроса и постановка задач исследования......7

1.1. Загрязнение дизельного топлива в процессе транспортно-складских и заправочных операций..................................................7

1.2. Зависимость работоспособности двигателя внутреннего сгорания и его систем от загрязненности дизельного топлива..............11

1.3. Методы очистки топлив от механических примесей, продуктов окисления и воды........................................................................17

1.4. Фильтрующие материалы для очистки дизельного топлива..22

1.5. Выводы по главе и постановка задач исследования..............30

Глава 2. Теоретические основы очистки дизельного топлива от

механических примесей, эмульсионной воды и продуктов окисления с применением перспективных фильтрующих материалов...................32

2.1 Закономерности накопления механических загрязнений при хранении дизельного топлива...................................................32

2.2. Закономерности обводнения дизельного топлива в резервуарах нефтескладов..............................................................................35

2.3. Механизм образования в дизельном топливе органических загрязнений.................................................................................39

2.4. Теоретические основы разработки устройства для комплексной очистки дизельного топлива при заправке мобильной техники......................................................................................54

2.5. Выводы по главе 2.........................................................58

Глава 3. Методическое обеспечение проведения

экспериментальных исследований..................................................59

3.1. Выбор и обоснование методик исследования фактической загрязненности дизельного топлива.................................................59

3.2. Методики определения эксплуатационных свойств фильтрующих перегородок............................................................68

3.3. Методика исследования пористых наноматериалов методом динамической десорбционной порометрии.......................................78

3.4. Выводы по главе 3...........................................................80

Глава 4. Экспериментальные исследования повышения

эффективности комплексной очистки дизельного топлива при заправке мобильных машин........................................................................81

4.1. Исследование фактической загрязненности, обводненности и осмоления дизельного топлива при хранении и заправке мобильных машин........................................................................................81

4.2. Состав и структура фильтрационного наноматериала...........84

4.3. Исследование эксплуатационных свойств фильтрующих материалов..................................................................................86

4.4. Выводы по главе 4...........................................................89

Глава 5. Реализация результатов исследований и оценка их

технико-экономической эффективности...........................................91

5.1. Разработка конструкции устройства для комплексной очистки дизельного топлива от загрязнений.................................................91

5.2. Результаты эксплуатационных испытаний устройства для комплексной очистки дизельного топлива....................................101

5.3. Рекомендации по обеспечению чистоты дизельного топлива при складских и заправочных операциях........................................105

5.4. Технико-экономическая оценка результатов исследований...............................................................................................110

5.5. Выводы по главе 5.........................................................112

Общие выводы...................................................................113

Список литературы.............................................................115

Приложения.......................................................................124

ВВЕДЕНИЕ

В сельском хозяйстве используется большое количество топлив и масел различного назначения, от качества которых напрямую зависит работоспособность сельскохозяйственных машин и агрегатов. Повышение долговечности и надежности техники при работе на углеводородных топливах и маслах достигается путем улучшения их конструкции, а также повышением эксплуатационных показателей топлив и масел, из которых одним из важнейших является содержание в этих продуктах механических примесей, эмульсионной воды, фактических смол и других загрязнений, то есть их чистота.

Конструкция современных двигателей внутреннего сгорания, топливных, масляных, гидравлических систем и других агрегатов сельскохозяйственной техники предъявляет все более жесткие требования к чистоте применяемых при их эксплуатации рабочих жидкостей, топлив и масел, от которой на 70% зависит надежность и безотказность работы указанных агрегатов и систем. Используемые в настоящее время средства очистки топлив и масел не в полной мере удовлетворяют современным требованиям по технико-экономическим и эксплуатационным показателям. Например, зазоры в прецизионных парах топливной аппаратуры современных двигателей составляют 5-20 мкм, а фильтры, устанавливаемые на двигателях должны иметь малые габаритные размеры, что ограничивает их тонкость очистки и грязеёмкость. Поэтому операции по очистке топлив и масел производятся при заправке машин, что вызывает необходимость использования более эффективных средств. Применение для этой цели новых пористых материалов и разработка на их основе более совершенных конструкций фильтров позволит значительно увеличить срок службы сельскохозяйственной техники, снизить потери от её простоев, уменьшить затраты на её ремонт и техническое обслуживание.

Поскольку из всей номенклатуры топливно-смазочных материалов максимальный объём потребления в сфере сельскохозяйственного

производства приходится на долю дизельного топлива [10-13], данное исследование посвящено анализу причин и источников загрязнения дизельного топлива, а также повышению эффективности его комплексной очистки от различного вида загрязнений путём применения современных пористых материалов и разработки на их основе технических средств для очистки дизельного топлива при заправке техники.

Исследованиям в области очистки от загрязнений различных нефтепродуктов, в том числе и дизельного топлива, посвящены труды Г.Ф.Большакова, Г.В.Борисовой, Г.С. Бродского, М.А.Григорьева, Б.С.Квашнина, В.П. Коваленко, А.С.Полякова, А.И.Руденко, К.В.Рыбакова, А.В.Симоненко, Э.И.Удлера, З.Л.Финкелыптейна и многих других учёных. В работах перечисленных авторов и других исследователей содержатся результаты теоретических и экспериментальных исследований загрязнённости дизельного топлива и методов его очистки, которые послужили отправным пунктом при выполнении данной работы.

Цель работы: повышение эффективности комплексной очистки дизельного топлива от механических примесей, эмульсионной воды и продуктов окисления углеводородов при заправке сельскохозяйственных и транспортных машин.

Научная новизна работы заключается в нахождении закономерностей процессов накопления твёрдых загрязнений и эмульсионной воды в дизельном топливе при транспортно-складских и заправочных операциях на нефтескладах сельскохозяйственных предприятий, в исследовании механизма образования в топливе органических загрязнений, в теоретическом обосновании конструкции устройства для комплексной очистки дизельного топлива при заправке мобильной техники и в экспериментальном подтверждении эффективности использования этого устройства.

Объект исследования: перспективные конструкции средств комплексной очистки дизельного топлива при заправке мобильной техники, обладающие оптимальными технико-экономическими характеристиками.

Предмет исследования: процессы образования загрязнений в дизельном топливе при транспортно-складских и заправочных операциях и процессы его комплексной очистки от механических примесей, эмульсионной воды и продуктов окисления нефтяных углеводородов.

Практическая ценность работы заключается в разработке конструкции устройства для комплексной очистки дизельного топлива при заправке мобильной техники и рекомендаций по предотвращению образования в дизельном топливе продуктов окисления углеводородов при сливно-наливных и заправочных операциях.

ГЛАВА 1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ПОСТАНОВКАЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1. Загрязнение дизельного топлива в процессетранспортно-складских и заправочных операций

В современных условиях успешное нефтепродуктообеспечение сельскохозяйственных объектов невозможно без оснащения всей инфраструктуры средствами очистки моторных топлив от воды, продуктов окисления и механических примесей.

Из анализа данных, приведенных в работе [1, 67, 68],можно сделать выводы о причинах и источниках загрязнения топлива, к которым относятся: попадание в средства хранения и транспортировки воды и механических примесей из атмосферы;

накопление продуктов коррозии и нерастворимых продуктов окисления топлива в средствах хранения;

перекачка топлива по загрязненным рукавам и трубопроводам; неудовлетворительное состояние заправочных средств и несоблюдение технологии заправочных операций.

Количественный и качественный состав находящихся в топливе различного вида загрязнений, классификация которых представлена на рис. 1.1 определяется физико-химическими свойствами нефтепродуктов, техническим состоянием и условиями эксплуатации технических средств для их транспортирования, хранения и заправки мобильной техники.

Рисунок 1.1 — Классификация загрязнений нефтепродуктов

За последние 20 лет на нефтескладах сельскохозяйственных предприятий техническое состояние технологического оборудования (резервуаров, трубопроводных коммуникаций, топливораздаточных колонок и т.п.), а также подвижных средств транспортирования и заправки значительно ухудшилось из-за недостаточного финансирования мероприятий по их техническому обслуживанию, ремонту и замене. Из анализа данных, представленных в работе [2], видно, что в сельском хозяйстве РФ около 75%

оборудования выслужило установленный срок эксплуатации, в том числе 52 % всего оборудования находится в эксплуатации более 40 лет, 13% - от 30 до 40 лет, 15% - от 20 до 30 лет, и только 19% находятся в эксплуатации до 20 лет.

Анализ состояния технологического оборудования нефтескладов и стационарных заправочных пунктов [72, 74], а также подвижных средств заправки и транспортирования нефтепродуктов позволяет сделать вывод, что качество топлива на указанных объектах в должной степени не обеспечивается, так как это оборудование морально и физически устарело и имеет высокий процент износа, что, в свою очередь, вызывает накопление в топливе продуктов коррозии, атмосферной пыли и прочих загрязнений, а также его обводнение и образование в нём смол и других продуктов окисления углеводородов нефтяного происхождения.

По данным, приведенным в работе [1], топливо в процессе транспортирования, хранения и заправки техники загрязняется механическими примесями, концентрация которых в среднем составляет от 100 до 200 г на тонну, и иногда достигает до 630 г на тонну. Загрязненность топлива в процессе выполнения основных технологических операций на нефтебазах, стационарных заправочных пунктах и при транспортировании показана в таблице 1.1.

В Российской Федерации 80% дизельного топлива выпускается по ГОСТ 305-82 [3], который регламентирует отсутствие в топливе механических загрязнений и воды, однако предусмотренные этим документом методы определения указанных показателей обладают недостаточной чувствительностью (нижний предел измерений содержания механических примесей - 0,005 % [4], а воды - 0,01 % [5]) и не дают реальной картины загрязнённости топлива. Принят также ГОСТ 52368-2005[6], который соответствует европейскому стандарту ЕН 590: 2004 (табл. 1.2), но в настоящее время по нему на территории нашей страны производится менее 20% всего дизельного топлива. Данный стандарт

указывает нормы содержания в дизельном топливе механических примесей и воды в состоянии поставки потребителю, но фактическое содержание этих загрязнений значительно превышает указанные нормы.

Таблица 1.1. - Загрязненность дизельного топлива при транспортировании, хранении и заправке в летний период (средняя климатическая зона)._

Показатели

Технологические операции Содержание Число частиц в 1 мл, размером

загрязнений, % до 20 мкм 20 и более мкм

1 2 3 4

Нефтесклад:

а) содержание в железнодорожной 0,002 6360 810

цистерне

б) после слива в резервуар 0,003 8380 728

в) при выдаче через раздаточный агрегат 0,001 6250 704

Автомобильная цистерна:

а) после налива 0,004 11700 1018

б) после транспортирования 0,005 15380 932

в) при сливе из сливного устройства 0,0056 16310 1938

Стационарный пункт заправки:

а) в резервуаре 0,012 20690 2424

б) заправка через фильтр 0,0025 6920 960

в) заправка без фильтра 0,009 14690 2026

Таблица 1.2. - Физико-химические показатели дизельного топлива ЕВРО согласно ГОСТ 52368-2005 (ЕН 590:2004) [6]

Показатели Размерность Значения

Минимальные Максимальные

Плотность при 15 °С кг/м3 820 845

Кинематическая вязкость при 40 °С мм /с 2,0 4,5

Температура вспышки град 55 -

Содержание серы мг/кг

I 350,0

II 50,0

III 10,0

Коксуемость остатка (10 %) % - 0,3

Цетановое число — 51

Зольность % - 0,01

Содержание воды мг/кг - 200

Содержание загрязнений мг/кг - 24

Окислительная стабильность г/м3 (осадка) - 25

Коррозия медной пластинки класс I

Для радикального решения вопросов обеспечения чистотыдизельного топлива необходимо исследовать возможность применения современных методов его очистки и создать на их основе системуочистки дизельного топлива при заправочных операциях.

1.2. Зависимость работоспособности двигателя внутреннего сгорания и его систем от загрязненности дизельного топлива

Коэффициент полезного действия дизельных двигателей, их экономичность и надежность напрямую зависят от технического состояния топливной аппаратуры, которая, в свою очередь, определяется уровнем чистоты дизельного топлива.

На протяжении всего жизненного цикла дизельного топлива, с момента его отгрузки с нефтеперерабатывающего предприятия и до потребления при эксплуатации техники, оно подвергается воздействию различных факторов, вызывающих его загрязнение, что приводит к ухудшению его качества.

Наличие механических примесей в дизельном топливе отрицательно сказывается на работе топливной аппаратуры [7]. Наработка топливной аппаратуры до первого отказа составляет 1932 ± 210 моточасов, до первого ремонта 2960 ± 270 моточасов, а после ремонта срок службы уменьшается в два раза. Низкий срок службы топливной аппаратуры свидетельствует о недостаточной очистке топлива, так как на чистом топливе топливная аппаратура работает безотказно в течение от 5500 до 7000 моточасов. В частности, зазор между плунжером и гильзой нового топливного насоса высокого давления составляет от 1,5 до 5 мкм, а после эксплуатации достигает 15 мкм. С увеличением износа плунжерных пар ухудшаются процессы подачи топлива и его сгорания, увеличивается продолжительность впрыска топлива и период задержки его воспламенения. Это вызывает жёсткую работу двигателя из-за перегрева, уменьшение давления впрыска топлива, что приводит к снижению эксплуатационных характеристик двигателя и повышению токсичности выхлопных газов. Уже при увеличении зазора между плунжером и гильзой топливного насоса с 1,5 до 7 мкм утечка топлива через этот зазор увеличивается почти в 20 раз, угол начала подачи топлива в цилиндры двигателя возрастает на 9 градусов, удельный индикаторный расход топлива возрастает с 53 до 57 г.

От тонкости очистки дизельного топлива зависит срок службы плунжерных пар, увеличиваясь при тонкости очистки 24 мкм в 1,3 раза, при тонкости очистки 19 мкм - в 1,8 раза, при тонкости очистки 13 мкм - в 3,5 раза и при тонкости очистки 5 мкм - в 8,5 раза по сравнению с работой на неочищенном топливе [95].

Наличие воды в дизельном топливе приводит к закупорке фильтрующих элементов фильтров и плунжеров форсунок продуктами

коррозии, эрозии наконечников форсунок; ускоренному износу гильз и поршневых колец, загрязнению топлива микроорганизмами, что снижает срок службы фильтров, топливных насосов и форсунок и увеличивает эксплуатационные расходы. Чаще всего выходят из строя фильтры, форсунки, полированные стальные поверхности; разрушаются перемычки между канавками поршневых колец и ротор турбонагнетателя. Одновременно вода способствует коагуляции твердых частиц.

Основные факторы влияния изменения качества дизельного топлива на работу двигателя приведены в таблице 1.3.[8]. Из приведенных данных видно, что многие показатели качества дизельного топлива, изм�