автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.01, диссертация на тему:Разработка технических средств обеспечения энергоавтономности сельскохозяйственного предприятия при замещении дизельного топлива рапсовым маслом

ГООЛЛК ТККПИОК НАЛ ЧНОК учркждкние

«с:: лчх с; 11'к: к 1 и 111 л у чпи-п ссл к до влто ьс к 11 й ¡шспггут мьхлшплции сельского хозяйс гвл

(ГП>' ВНМ Россс.аьшмкадсмии)

КОЧЕТ КОП М \KCHM НИКОЛАЕВИЧ

РАЗРАБОТКА ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ ОБЕСПЕЧЕНИЯ )1П;РГОАВГОНОМПОСП1 СЕ.1ЬСК0Х03ЯЙС1ВЕ1]|]01Т) ПРЕДПРИЯТИЯ ПРИ ЗАМЕЩЕНИИ ДИЗЕЛЬНОГО ТОПЛИВА РАПСОВЫМ МАСЛОМ

("чсиипльиосп> <?5 20.У! - «Т«лнож»гин и средства механизации с с' I ьс ко го хоч я) Iства>>

А в-горг;с|)1-Л»АТ 2 5 НОЯ 2010

(месеопшии на соискание ученой степени кандидата технических наук

МОСКВА 2010

004613552

Работа выполнена в Государственном научном учреждении Всероссийскл научно-исследовательский институт механизации сельского хозяйства (ГП В ИМ Россел ьхозакадемни).

11 ау'ч н ы и ру ко вод п г ель:

Саиильск Геннадии Степанович.

кандидат технических наук

Официальные оппоненты:

Артнншш Анатолий Алексеевич,

доктор технических наук, нрофсссо

член-корреснондент

Россельхозакадемни

Зазуля Александр Николаевич.

доктор технических наук

Ведущая организация: ОАО 11 ATI I

Зашита состоится 9 декабря 2010 г в 14 часов на заседании диссерт; шюнного совет;) Д.006.020,01 при Государствен ном научном учреждении Bet российский научно-исслсдоватсльский институт механизации сельского хозяйств по адресу: 109428, г. Москва, 1-й Институтский проезд, д. 5.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГНУ BUM Россельхс за ка демип.

Автореферат разослан « 8 » ноября 2010 г. и размешен па официально, саше www.vim.ru « 8 » ноября 20Юг.

Ученый секретарь диссертационного совета^ кандидат технических наук

Пехальский И.А

01Ш1АИ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Снижение ¡arpar на моторные топлива, доля которых в себестоимости сельскохозяйственной продукции уже превышает 30%, является одной из самых актуальных задач. Кардинальным ее решением может быть применение альтернативных моторных тонлив, иена которых в разы ниже нефтяных тонлив.

Применительно к сельскохозяпстпотому производству приоритет принадлежит биологическим моторным тонливам на основе растительных масел и обезноженных спиртов, а также газомоторному топливу.

Развитие производства и использования биомоторного топлива из возобновляемых источников объясняется, прежде всего, стремлением обеспечить энергетическую безопасность, сохранить ресурсы традиционных тонлив, диверсифицировать сельскохозяйственное производство.

Дли тельное время ведутся работы по возможности использования в дизелях бподизельног'о топлива (БДТ) в виде мспшэфира рапсового масла (МЭРМ), чистого рапсового масла (РМ) и смесевога топлива из РМ (СТРМ) с дизельным топливом (ДТ). Результаты, полученные при лабораторных испытаниях и в реально]'! эксплуатации, не дают возможности рекомендовать использование РМ и СТРМ для всех двигателей. Требуется проведение исследовании в направлении адапт ации двигателей с учетом конструктивных особенностей и организации рабочего процесса, а также в направлении улучшения химмотологнчеекпх свойств БДТ из РМ.

При осуществлении работы дизелей на РМ и СТРМ имеется возможность обеспечить высокий уровень энергоавтономности сельского хозяйства и значительно снизить себестоимость производимой продукции.

Исследования и разработки, составившие основу диссертационной работы, выполнялись в соответствии с решением Бюро отделения механизации, электрификации и автоматизации Россельхозакадемни от 31 марта 2005 г.

Цель работы. Разработка технических средств обеспечения энергоавто-номностп сельхозпредприятий по ДТ и адаптации дизелей к работе на РМ.

Объект исследований. Технологии и технические средства обеспечения энергоавтономностн сельскохозяйственных предприятий и адаптации тракторного дизеля к работе на РМ.

Предмет исследований. Определение уровня энергоавтономности сельхозпредприятий по топливу для дизелей; технические средства адаптации тракторных дизелей к работе на РМ, их энергетические, экологические и технико-экономические показатели.

Методы исследовании. Технико-экономические исследования проведены в соответствии с методическими положениями ГОСТ, также использованы «Ме- .

У

тоднческие рекомендации по оценке инвестиционных проектов и их отбору для .

финансирования», утвержденные Госстроем, Минэкономикой, Минфином и Го компромом Российской Федерации от 21.03.94.

Использованы методы гидродинамического расчета топливной агшар туры, теоретической механики, численного интегрирования (метод Эйлера), bi числительной аналитической геометрии. Экспериментальные исследования пр водились по специальным и стандартизованным методикам и обрабатывались 11 си ол ьзо ванием методов ма ге ма ги ч еско й стап i сти ки.

Научную новизну составляют:

- обоснование технологий и технических средс тв обеспечения энергоа тономности сельскохозяйственного предприятия по ДТ при оп тимизации пен вых и производственных параметров технологии внутрихозяйственного пр< изводства РМ и использовании evo в качестве топлива;

- методика оценки возможною уровня энергоавтономности сельскохозя1 етвенного предприятия при использовании РМ в качестве топлива с учетом д( пустимых режимов работы адаптированных автотракторных дизелей на РМ;

- теоретическое и экспериментальное обоснование необходимых koi струкционных изменений топливных систем автотракторных дизелей для oóei печения работы на БДТ из РМ при сохранении одинакового с ДТ уровня нар; метров рабочего процесса, энергетических и топливно-экономически показателей;

- экспериментальное подтверждение обеспечения допустимых показателе по коксованию распылителей! форсунок, нагарообразованию на деталях ш линдропоршневой группы при работе адаптированных автотракторных дизеле на РМ;

- зависимости себестоимости и коммерческой эффективности внутрихс зяйственного производства РМ и МЭРМ от цены маслоеемян.

Практическую ценность имеют результаты исследований, реализован™ в виде:

- рекомендаций по выбору технологий и технических средств внутри« зяйственного производства РМ для использования его в качестве моторного топ л ива;

- конструкторской документации на комплекты оборудования для адапта ции автотракторных двигателей к работе на РМ и СТРМ;

- оптимизации конструкционных параметров топливной аппаратуры и ре жимов работы автотракторных дизелей при работе на РМ.

Апробация работы. Основные положения работы докладывались ir Третьем Международном конгрессе «Биодизель-2008», Москва. 26.11.08п, ш Научно-методическом совете по мобильной энергетике при ВИЭСХ Роесельхо закадемни. Материалы работы рассмотрены на VII МНТК «Энергообеспечени и энергосбережение в сельском хозяйстве» (ГНУ ВИЭСХ, 18.05.2010). Пшютшп апробация проводилась в ООО «Жито» Рязанской обл.

Реализация результатов исследований:

- конструкторская документация комплектов адаптации автотракторных двигателей к работе на РМ и СТРМ;

- рекомендации но производству и использованию РМ в качестве топлива в сельскохозяйственном предприятии.

Публикация результант исследований. Основное содержание диссертации изложено в 10 печатных работах.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 6 глав, общих выводов, списка литературы из 127 наименований. Работа изложена на 177 страницах, содержит 59 рисунков и 44 таблицы.

Па защиту выносятся:

- рекомендации но выбору технологий и технических средств внутрихозяйственного производства РМ для использования его в качестве топлива;

- методика оценки и определение уровня знергоавтономностп сельскохозяйственного предприятия при использовании РМ в качестве топлива с учетом допустимых режимов работы автотракторного дизеля на РМ;

- результаты теоретической) и экспериментального обоснования необходимых конструкционных изменений топливных систем автотракторных дизелей для обеспечения работы на БДТ из РМ с учетом допустимых режимов работы;

- экспериментальное определение коксования распылителей форсунок, нагарообразованпя деталей цнлиндропоршневой группы автотракторных дизелей при работе на БДТ из РМ:

- технические средства адаптации автотракторной техники к работе на РМ при сохранении одинакового с работой на ДТ уровня параметров рабочего процесса, энергетических и топливно-экономических показателей автотракторных дизелей;

- зависимости себестоимости и коммерческой эффективности внутрихозяйственного производства РМ и МЭРМ от цены маслосемян и стоимости оборудования.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность проблемы, цель работы и основные положения, выносимые на защиту, представлена краткая характеристика диссертации.

В главе I «Анализ технологий и технических средств производства и использования биодизельных тонлив» проведен анализ состояния и перспектив использования биодизельных топлнв первого п второго поколений.

Одним из наиболее доступных вариантов замены ДТ в сельском хозяйстве является использование чистого РМ и СТРМ.

Рассмотрены технологии и технические средства производства БДТ из РМ

и предложены комплексные решения но организации производства и пспольз ванн я РМ в сельскохозяйственном предприятии. При использовании РМ в кач стве топлива рекомендовано производи ть его по технологии холодного отжим

Проведен анализ и определены необходимые мероприятия по адаитат к работе на РМ дизелей с различными тинами камер сгорания. На основании au лиза выявлена необходимость определения влияния РМ используемого в качееп топлива на параметры рабочего процесса энергетические, экологические, те нпко-экономические показатели двигателя с неразделенной камерой сгорания объемным смесеобразованием. Данный тип камер сгорания является наибол проблемным при использовании высоковязких топлив и в то же время самым ра пространенным на современной автотракторной технике.

Для достижения цели работы определены следующие задачи исследов:

ннй:

- с учетом исключения неблагоприятных режимов работы дизеля на Р: определить возможный уровень энергоавтономностп при замене ДТ на РМ;

- обосновать параметры оборудования для внутрихозяйственного npi пзводства БДТ из РМ с учетом их ценовых и производс твенных показателей и осс бенностей технологии холодного отжима P.VI;

- провести теоретические исследования влияния физико-химических пс казателей БДТ из РМ на параметры топливоподачп дизелей;

- провести экспериментальные исследования по определению влиянп хнммотологическнх свойств РМ на рабочий процесс, энергетические, тогошвш экономические и экологические показатели дизелей при работе на РМ;

- разработать конструкторскую документацию на комплекты адаптации ди зелен для работы на РМ н СТРМ, изготовить образцы, провести .их испытания

- разработать рекомендации по производству и внутрихозяйственному не пользованию БДТ из РМ по результатам исследований, с учетом существуют«!, технологий;

- определить коммерческую эффективность производства и использованн

БДТ из РМ.

13 качестве базовой энергетической установки выбран наддувный дизель нып двигатель с объемным смесеобразованием Д-440 (4ЧН 13/14) производств; Алтайского моторного завода устанавливаемый на тракторы ДТ-75 и друш энергосиловые агрегаты. Результаты исследований могуг быть распространень на дизели Л.МЗ размерности 130/140.

В главе 2 «Оптимизации конструкционных параметров и режимов ра боты топливной аппаратуры тракторного дизеля при работе на рансово* масле» теоретически обоснована возможность использования в качестве топливе чистого РМ. п его смесей с ДТ.

Для этого проведены расчеты следующих элементов топливной системы:

- участок низкого давления от бака до тонливоподкачивающего насоса;

- участок низкого давления от тонливоподкачивающего насоса до ТНВД; участок высокого давления от топливного насоса высокого давления

(ТНВД) до форсунки.

Для первого участка определены параметры топливопровода, при которых обеспечивается нрокачивас.мость РМ при имеющейся величине разрежения тонливоподкачивающего насоса Ни > Нтр В результате выполненных расчетов определены необходимый диаметр трубопровода и его допустимая длина - соответственно 14 мм и 1,6 м.

Для сохранения работоспособности второго участка линии низкого давления необходимо понизить вязкость биотоплива до вязкости ДТ при подогреве РМ в теплообменнике с использованием тепла системы охлаждения двигателя до 60-80 °С.

На третьем учас тке задачей гидродинамического расчета процесса впрыска является определение количества топлива, поданного в цилиндр двигателя за цикл, и изменения скорости впрыскивания топлива. Движение потока топлива в трубопроводе описывается системой дифференциальных уравнений движения неустановившегося одномерного потока вязкой сжимаемой жидкости:

где .V - текущая координата длины топливопровода, м; р - плотность топлива, кг/м5; с - скорость топлива, м/с; I - время, с; к - фактор гидравлического сопротивления, 1/с.

Расчет проводился по методике разработанной профессором Голубко-вым Л.Н. В методике принимаются следующие допущения: процессы в топливной системе считаются изотермическими, плотность топлива и скорость звука постоянны. В объемах У,г У (штуцера насоса до и после нагнетательного клапана) и Уф (форсунки) процессы рассматриваются как равновесные. В топливопроводе движение принимается одномерным, фактор гидравлического сопротивления к -постоянным.

Гидродинамический расчет процесса впрыска требует определения зависимости эффективного проходного сечения распылителя от подъема иглы ц(=Р(у), которая определялась экспериментально на стенде постоянного напора но количеству топлива (масса, кг), пошедшего через форсунку за 30 с.

Гидродинамический расчет производится при совместном решении уравнений неустановившегося движения топлива в трубопроводе и уравнений граничных условий.

Система уравнений граничных условии на выходе из насоса:

(1)

"р ^ = • г - ' , г,-г

/ ТТ~7. / - „

= ' Л г _ с , , _ .. р _,

dki'sç = Csct, 6 к,

на входе в форсунку:

dP^'àç 'M*'-№ - ai<fu-f4)Cu-Zs] л/0 п Оф ï%) '

dï'cî/di) = -lf;C.'~ Gi (fu-f,ï)Ct]Oi'/6 n

de,/de =[((, -jî \l (?ф-Р&> "rif,'-JIJ ~ c'y 'À /У Ci Л'б n M'} dy ' do = с^ a.s /0 n ■>

где P - давление, МПа; tp - угол поворота кулачкового вала насоса, град;/- пло щади поперечного сечения, мм2; с - скорост и движения, м/с; а-ступенчат ые функции; ///'- эффективное проходное сечение, мм:; 2 - расходы т оплива через зазоры г/с; п - частота вращения кулачкового вала насоса, мин"'; а - средний коэффици енг сжимаемости топлива; V - объем, мм3; M - масса движущихся деталей, г; ht - полный подъем нагнетательного клапана, мм; S.....жесткость пружины; р - дав

Рисунок 1 - Расчетные характеристики давления ДТ (—) и

РМ (.....) над штуцером ТНВД (Рш) и давление в форсунке

(Рф) дизеля Д-440

ленгге газа в цилиндре двигателя, МПа; у - подъем иглы форсунки, мм.

Сравнение полученных зависимостей впрыскивания для ДТ и РМ (рис. 1) показало отсутствие в характеристиках топдивоподачп РМ показателен, препятствующих его использованию в топливной системе дизеля Д-440. Топливная система дизеля обеспечивает необходимую цикловую подачу РМ 130 мм7цикл, без

— > - Z:M к « Г,.,

(3

существенного изменения конструкции.

В главе 3 «Организация производства п использования РМ к сельскохозяйственном предприятии1! качестве топлива» представлены технологии и технические средства производства и использования РМ в качестве топлива в сельскохозяйственном предприятии определенные в результате проведенного исследования, приведены результаты расчета возможною уровня энергоавто-номноети сельскохозяйственных предприятий, производящих и использующих ['.VI в качестве топлива.

Комплекс оборудования для пилотного проекта переработки рапса при внутрихозяйственном производстве БДТ предлагается разделить на первоочередной (обязательный) и полный комплекты оборудования. К первоочередному (обязательному) комплекту относятся: бункер; пресса для холодного отжима I'M: смеситель; фильтр-пресс. В зависимости от потребности в БДТ комплект оборудования может изменяться по количеству прессов.

Полный комплект оборудования может комплектоваться после пуска в эксплуатацию первоочередного, в том числе за счет экономии затрат на моторное топливо при работе автотракторной техники на БДТ, и включать: установку для эсгернфикацни РМ в МЭРМ; установку для приготовления полнорационных кормов; установку брикетирования шрота (жмыха) и соломы для изготовления педлет ( твердое экологичное топливо для отопительных систем); когенерацион-ную установку, работающую на шроте (жмыхе), для выработки электрической и тепловой энергии.

Предлагается измененная схема топливной системы низкого давления, включающая в себя трубопровод увеличенного диаметра (14 мм), подогреватель топлива и систему переключения с ДТ на РМ и обратно. Предложены следующие мероприятия по адаптации системы топливоподачн дизельного двигателя для работы на РМ: увеличение эффективного проходного сечения форсунок на 22% и подогрева топлива до 60-80°С. Также рекомендуется исключить пуск непрогре-того двигателя на РМ.

В процессе эксплуатации не рекомендуется продолжительная работа трактора па РМ в следующих режимах: на непрогретом двигателе (<7(ГС); на холостом ходу пли мощности менее 15%: перед длительной остановкой двигателя. С целью исключить отрицательное воздействие БДТ на основе РМ разработана двухтопливная система, предназначенная для переключения топлпв в автоматическом и ручном режимах.

Энергоавтопомность сельскохозяйственного производства по ДТ предлагается обеспечивать при производстве и использовании в качестве топлива чистого РМ «холодного» отжима или СТРМ с дооборудованием техники комплектом адаптации.

Автором впервые проведена оценка уровня энергоавтономности сельско-

хозяйственного предприятия но ДТ при использовании чистого РМ с исключе пнем неблаг оприятных для двигателя режимов работы. Для этого пспользовалс коэффициент весомост и WF, применяемый при измерении токсичности отрабо тавшнх газов по процедуре ESC, предписанной правилами ЕЭК ООП Ха 49 i ГОСТ Р 41.96.2005.

Цикл испытаний, содержащий параметры нагрузочного и скоростного ре жимов, а также коэффициент весомост и WF, характеризует работу дизельной двигателя в процессе эксплуатации автомобиля по правилам ЕЭК ООП №49 i трактора по ГОСТ Р 41.96 2005.

Коэффициент энергоавтономности, Э представляет" собой безразмернун величину и рассчитывается по формуле:

= Gjiicl ср /ш / G fuel ср■■ (4

где Gfu.,!i:pj)4 - средний расход РМ, кг/ч; Gjud(:p - средний условный расхо; топлива на смешанных режимах работы на РМ. и ДТ, кг/ч.

Расчет проводился исходя из общего годового расхода топлива с учетол коэффициента месячного использования РМ, кс и коэффициента энергоавтоном ности, Э.

Коэффициент месячного использования представляет собой отношение об шею количества используемого топлива в месяц к общему количеству использованного топлива за год:

kci=Gci/G. (5)

где Gc i - израсходованное БДТ за i месяц, kt; G - израсходованное топливо за год, кг.

Соответственно энергоавтономность предприятия, А составит: А := Е (G ■ кс i ■ Э /G) = L (кс; • Э)-!.()() ?« . (6)

При установке на трактор системы автоматического переключения топлив, использовании чистого РМ в качестве топлива в летний период и ДТ в зимний период, исходя из фактического расхода топлива в ООО «Жито» в 2008т. энергоавтономность составила 54%.

Этот показатель можно увеличить за счет применения в холодное время года СТРМ. При использовании 25% добавки РМ в топливо в холодное время года и работе па РМ в теплое время х ода обеспечивается экономия более 70% ДТ.

В главе 4 «Программа и методика экспериментальных исследований по определению влияния альтернативных топлив на энергетические, экологические показатели и параметры рабочего процесса дизеля» представлена разработанная программа и методика стендовых и эксплуатационных испытаний по определению влияния использования РМ на энергетические, экологические показатели и параметры рабочего процесса двигателя Д-440 , коксуемость распылителей форсунок.

Программой предусматривалось: экспериментальное подтверждение вы-

явленных при теоретических исследованиях факторов влияния РМ на процессы топлнвонодачи; определение оптимальных регулировочных параметров топливной аппаратуры при работе на РМ; проведение сравнительных стендовых и эксплуатационных испытании двигателя при работе на ДТ и РМ; экспериментальное определение параметров рабочего процесса и показателей процесса то или во подач п.

В методике рассмотрены вопросы определения физико-химических и моторных показателей топлива, проведения безмоторных исследовании топливной аппаратуры, проведения стендовых исследовании работы дизеля Д-440, на-гарообразующей способности БД'Г по ускоренному методу определения коксования распылителей форсунок на полноразмерном двигателе и стенде постоя н н о I о да в л с н пя.

В главе 5 «Результаты экспериментальных исследований энергетических и экологических показателей дизеля при работе на РМ» представлены полученные результаты по параметрам рабочего процесса, энергетическим, экологическим, технико-экономическим показателям исследуемого дизеля.

Исследования проводились на БДТ из РМ полученного по технологии холодного отжима со следующими физико-химическими показателями, определенными но результатам лабораторных испытаний: для РМ - плотность pIg = 0,916 кг/м-'; вязкость \у)5 = 6.5 мм-/с; количество воздуха, необходимого для сгорания 1 кг топлива, /„= 12,658 кг/кг; СТРМ (75% РМ + 25% ДТ)-р,8 = 0,854 кг/м5; v(,r= 5,925 мм-/с; /., = 13,108 кг. кг; для ДТ - р(8 = 0,826 кг/м3; vls 4,2 мм2/с; /0 = 14,452 кт/кг.

Анализ параметров рабочего процесса дизеля Д-440 по индикаторным диаграммам, снятым на режимах номинальной мощности и максимального крутящего момента, показал незначительные изменения параметров при работе на РМ и СТРМ различного состава в сравнении с работой на ДТ (табл. 1, рис. 2-3).

Анализ экспериментальных показателей рабочего процесса показал от-

Таблица 1 - Результаты индшшрования дизеля Д-440

Показатели Поминальная мощность Максимальный крутящий момент

РМ ДТ РМ ДТ

/'., МП а 7,65 8.01 7,575 8,12

<р (PJ, град, пкв 5,5 6 4 5

itp/iltp, М П а/град. 11 к в 0,393 0,454 0,55 0,55

(pldP/dcp;.....v. град.пкв -7 -6 -10 -7,5

а.....______град.пкв -27.5 -26 -25 -24

9 ] ри III i! 16,5 15 15 18

П1С 0,5 7 0,53 1,12 1,94

Sum,.' мм'/ц 118,5 127,2 136,1 137,7

Рц, МПа Рц, МПа

10 ; 10

!, --- 9 ' ..... 8

/"л

У Л

/А / \ \

/ ч \

-40 -го -ю ю 20 зо «о е8э »:-о ш ?ю вмт .а го зо

грздПКВ град. ПК В

- - кт,** -рда.не -р.лт.м.» __р.?м,мк

А) при Ре = 0.64 МПа Б) при Ре = 0,72 МПа

----давление топлива в топливопроводе (Р() при работе на РМ

-давление топлива в топливопроводе (Рг) при работе на ДТ

Рисунок 2 - Характеристика впрыска топлива двигателя Д-440

А) при Ре = 0,64 МПа Б) при Ре = 0,72 МПа

----давление в цилиндре (Ри) двигателя при работе на РМ

..................... давление в цилиндре (Рк) двигателя при работе на ДТ

Рисунок 3......Индикаторные диаграммы двигателя Д-440

град. ПИВ

--Рт, РМ.Ме -Pr.fiT.Ne

-40 -50 -20 -10 ШТ 10 20 30 град. ПКВ

--Р1.РМ. Мк -Р.ДТ.Мв

Рт, Ьлг

е„ f/квтч

360

сутствие значений показателей, препятствующих использованию РМ и СТРМв качестве топлива в дизелях, при этом установлено снижение среднего индикаторного давления Р-, на 2...5 %.

На режиме номинальной мощности при работе дизеля Д-440 на РМ по сравнению с работой на ДТ среднее индикаторное давление Р,- уменьшается на 0,04 МПа (4,8%), максимальное давление в цилиндре Р2 снижается на 0,36 МПа (4,5%), максимальная скорость нарастания давления в цилиндре (dp/d<p)max уменьшается на 0,061 МПа/град. пкв. (13%).

На режиме максимального крутящего момента при работе дизеля Д-440 на РМ по сравнению с работой на ДТ Р, снизилось на 0,02 МПа (2%), Р? уменьшилось на 0,545 МПа (6,7%), (dp/dtp)мах не изменилась.

При определении мощностных и тошшвно-экономических показателей двигателя Д-440 регулировки топливной аппаратуры не менялись, за исключением установки угла опережения впрыска топлива, <роп, по результатам регулировочной характеристики в пределах 26...29 град, пкв (рис. 4). Оптимальный угол опережения впрыска топлива составил для РМ и ДТ (роп = 27,5 град. пкв.

Сравнение мощностных, топлива о - эко н о м и ч е с к и х и о к а з ателей двигателя Д-440 по данным экспериментальных внешних регуляторных характеристик при работе на РМ и СТРМ показывает закономерное незначительное уменьшение номинальной эффективной мощности на 2,6%, уменьшение максимального момента на 4,2%, увеличение часового расхода топлива на 4,5% (табл. 2) вследствие более высокой плотности РМ и более низкой теплоты сгорания РМ. (37,3 МДж), чем у ДТ (42,5 МДж).

Ввиду различной удельной теплоты сгорания тонлив тоиливно-эко-номические показатели удобнее оценивать по протеканию эффективного КПД двигателя (//,,)■ Из рис. 5 видно, что эффективный КПД дизеля Д-440 при работе на РМ не снижается, а при увеличении нагрузки возрастает на

т„, 'с

500 М„,Н-т

М„

• Яун

¡W (МмУцик/г

160

N, кВт

29

град.

Рисунок 4 - Регулировочные характеристики по углу опережения впрыска топлива, <рою при работе дизеля Д-440 на РМ при режимах номинальной мощности (х) и максимального момента (0)

----MvSSOO»

Рисунок 5 - Эффективный КПД дизеля Д-440

3,5%, что также характеризует отсут ствие ухудшения рабочего процесса npi работе данного дизеля на РМ и некого poro улучшения сгорания за счет нал и чи.я в РМ связанного кислорода.

Экологические показатели двш а-теля свидетельствуют о снижении токсичных выбросов при работе на 1 00'!'. РМ (табл. 3). При работе дизеля на P.V на режимах 13-ступенчатого цнк. удельный массовый выброс углеводородов еСНх снизился с 1,21 до 0,65 г /кВт (на 46%), выброс оксидов азота eNOx с 12,3 до 8,63 г/кВт-ч (на 29%), выброс

монооксида углерода еСО, - с 0,77 до 0,315 г/кВгч (на 59%) по сравнению с ра сотой на стандартном ДТ

При установке катализатора в систему выпуска отработавших газов имеется возможность улучшения, экологических характеристик.

Проведенный комплекс экспериментальных исследований дизеля Д-440

Таблица 2 - Основные показатели дизеля Д-440

о Нвк^............¡............................-.............................¡..............................t.........¡..........I- о

О 10 20 30 40 50 60 70 -ДТ100% ----PM1G05Í

1400

1200

.1,000

пх мин-: I 1993 I 1982

Ст. кг/ч .........I 7,58 7,81

При номинальной мощности

Внешние, регуляторные характеристики

Показатель

Значение

При максимальной частоте холостого хода

П. МИ! !1

ge, г/«Вт.ч М„.Н*я 2000

1800

1000

6. «г/ч Q. МДж/кВт.ч 50

Таблица 3. - Сравнение выбросов с отработавшими газами дизеля Д-440

Вещество Соответствие нормам Удельные выбросы, г/кВт. ч

ДТ РМ

соср По результатам испытаний 0.77 0,315

Нормы Евро 2 4,0

Нормы Евро 3 2,0

Нормы Евро 4 1,5

Нормы Евро 5 1,0

Удовлетворяет норма м Евро 5 Евро 5

НСср По результатам испытаний 1,21 0,65

Нормы Евро 2 1,1

Нормы Евро 3 0,6

Нормы Евро 4 0,5

Нормы Евро 5 0,5

Удовлетворяет нормам нет Евро 2

КОХср По результатам испытаний 12,3 8,63

Нормы Евро 2 7,0

Нормы Евро 3 5,0

Нормы Евро 4 3,5

Нормы Евро 5 2,0

Удовлетворяет нормам нет нет

показал незначительное снижение мощности (на 2,6%) без изменения регулировок топливной аппаратуры и возможность получения одинаковой мощности при увеличении цикловых подач без ухудшения параметров рабочего процесса.

Для достижения энергетических характеристик двигателя при работе на РМ, таких же как и при работе на ДТ необходимо увеличить проходное сечение распылителей на 22%. Оптимальным составом СТРМ. является 75% РМ + 25% ДТ.

При работе на ДТ, РМ и СТРМ

с 75% РМ коксование распылителей форсунок двигателя Д-440 (рис. б) находите; в пределах допуска (±6%). Снижение коксования распылителей и удаление нагар; после работы на БДТ обеспечивается в процессе работы двигателя на ДТ в теме нпе не менее 8 ч.

Нагарообразование определялось при разборке двигателя после работь двигателя на чистом РМ по режимам определения коксования отверстий распылителей форсунок. В целом в соот ветствии с ГОСТ 21490 76 суммарная загрязненность поршня нагаро- и лакоотложениямп и подвижность поршневых ко лен оценена в 20 баллов, по шкале от 0 (отсутствие коксования) до 110 (сильное коксование) баллов, что является допустимым.

Результаты исследований подтверждаются сходимост ью результатов теоретических исследований с экспериментальными данными, полученными нр! стендовых испытаниях. Результаты исследований характеризуются удовлетво рительной погрешностью с уровнем значимости 95%.

В главе 6 «Коммерческая эффективность производства и использования РМ»приведены результаты расчета коммерческой эффективности при внутрихозяйственном производстве РМ и его использовании в качестве моторного топлива. Коммерческую эффективность производства РМ и МЭРМ рассчи тывали по методике, разработанной на основе «Методических рекомендаций по опенке .эффективности инвестиционных проектов».

На рис. 7, 8 представлены зависимости себестоимости масла и чистого дисконтированного дохода (ЧДД) от цены маслосемян при внутрихозяйственном производстве масла холодного отжима на оборудовании фирмы «Керн-Крафт» (Гер-

Рисунок 7 - Себестоимость и коммерческая эффективность производства РМ при реализации масла по 30 руб./кг. Годовая производительность оборудования 320 т, капвложения на оборудование 1,648 млн. руб.

2,5 3.75 5 6.25 7,5 8,75 10 11.254^2.5 _5 Стоммаггь*'ас,юсемямр.зпеа, руб/кг -245,2

---ЧДД,мян.ру6.|>

8ру6/к>)

- С е бе стой м осгь МЭРМ перераспределенная, ру б/кг(*мы*8 Р»6/кг)

средняя, гус/кг

Рисунок 8 - Себестоимость и коммерческая эффективность производства МЭРМ при реализации ли экспорт по пене 36 тыс. руб./т. Годовая пронзво-днтсльность завода 90 тыс. т. капвложения 64Х млн. руб.

мания) пли ЗЛО «Бслогорьс» (г. Щебскппо, Белгородская обл.).

При фиксированной пене жмыха 8 руб./кг себестоимость РМ в диапазоне пен маслосемян 5-10 руб./кг изменяется от 6,7 до 21,4 руб./кг (рис.7). При реальной цепе маслосемян 5 руб./кг средняя себестоимость масла и жмыха 7,5 руб./кг меньше нены жмыха и за счет этого, при реализации жмыха на сторону; себестоимость РМ снижается до 6,7 руб./кг, годовой чистый доход равен 3,7 млн. руб. Срок окупаемости затрат на приобретение оборудования с учетом дисконта менее ] года.

Себестоимость МЭРМ на заводе с годовым крупнотоннажным производством 90 тыс. т одинакова с отечественной ценой ДТ (22 руб./кг) при цене маслосемян 7,5 руб./кг (рис. 8). Рыночная цена маслосемян рапса в 2008 г. поднималась до 8... 10 руб./кг, поэтому даже крупнотоннажное производство МЭРМ на внутренний рынок нерентабельно при использовании маслосемян по рыночным ценам.

Реализация МЭРМ на экспорт при продаже жмыха по 8 руб./кг и использовании маслосемян по цене 10 руб./кг рентабельна при экспортной пене МЭРМ 36 тыс. руб./т и себестоимости МЭРМ 30,6 руб./кг. При этом годовой ЧДД для крупнотоннажного производства составляет 177 млн. руб., нулевая рентабельность обеспечивается при иене маслосемян 11 руб./кг.

Таким образом, биотопливо из рапса по экономическим соображениям целесообразно использовать в виде СТРМ или РМ. Внутрихозяйственное производство МЭРМ может быть рентабельно при разработке новых оригинальных технологий.

О Б Щ И Е ВЫ ВОД Ы

1. С учетом рекомендованных технологий и технических средств адаптации ди зелей к работе на РМ обеспечивается уровень энсргоавтономиости сельско хозяйственного предприятия по ДТ более 70%.

2. Рекомендован следующий минимальный комплект оборудования для вну| рихозяйственнош производства РМ по технологии холодною отжима: набо| прессов малой производительности (типа КК-40). пресс камерных фильтро1 ( т ипа ККФ 470/10-3); емкость для смешивания масла с кизельгуром, емкоен для хранения масла.

3. Теоретические расчеты показали отсутствие в характеристиках тонлпвопо дачи РМ факторов, препятствующих его использованию в исследуемой топ ливной системе дизеля Д-440. Топливная система дизеля обеспечивает необходимую цикловую подачу РМ, без существенного изменения конструкции.

4. Без изменения регулировок топливной аппаратуры при адаптации дизеля 44Н 13/14 к работе на БДТ при использовании РМ в качестве топлива по сравнению с ДТ получено снижение мощности на 1,8 кВт (2,6 %), корректорного запаса крутящего момента на 1,9 %, увеличение часового расхода топлива на 4,5%, массового удельного расхода топлива на 7%, при этом удельный эффективный расход теплоты (МДж/кВт.-ч) снижается, а эффективный КПД увеличивается на 3,5%. При работе на РМ уменьшают ся удельные массовые выбросы: углеводородов СН на 46%, оксидов азота N0* на 29%, монооксида углерода СО на 59%. Исследования рабочего процесса на режимах номинальной мощности и максимального крутящего момента при работе на РМ показали снижение среднего индикаторного давления (Рр) на 2. ..5%, максимального давления газов в цилиндре (Р2) на 4,5...6,5 %, максимальной скорости нарастания давления в цилиндре ((с1р/(1ср),л.к) на 1... 12%.

5. При работе на РМ коксование распылителей форсунок составило 0,72% и находится в пределах допуска (±6%). Суммарная загрязненность цилпндро-поршневой группы оценена в 20 баллов по 100 бальной шкале.

6. По результатам исследований дизеля Д-440 при работе на РМ оптимальные мощностные тошшвно-экономические показатели получаются при увеличении эффективного проходного сечения распылителей форсунок на 22%. подогреве топлива и штатном угле опережения впрыска (Ф<шдшр.= 27,5 град.пкв).

7. Разработана конструкторская документация на комплект адаптации автотракторных дизелей для работы на БДТ на основе РМ, в которой) предусмотрена возможность автоматического переключения подачи ДТ и РМ. Адаптированная система топливоиодачи включает: установку распылителей форсунок с увеличенным на 22% эффективным проходным сечением, теплообменника для подогрева топлива от системы охлаждения, топливоза-

боршжа п топливопровода с увеличенным проходным сечением п системы с автоматическим пли ручным переключением с ДТ па РМ и обратно. Разработаны рекомендации по производству и использованию БДТ из РМ, в которых предусматривается переключение с РМ на ДТ в следующих режимах работы двигателя: пуск холодного двигателя и прогрев до температуры охлаждающей жидкости более 70'С; на холостом ходу и при мощности менее 15%; перед длительной остановкой двигателя. При этом рекомендуется использовать РМ, полученное по технологии холодного отжима.

По результатам расчета коммерческой эффективности внутрихозяйственного производства РМ на оборудовании ЗЛО «Бслогорьс» производительностью 320 г в год средняя себестоимость РМ и жмыха составляет 7,56 руб./кг при цене маслосемян 5 руб./кг и использовании жмыха на собственные нужды. При реализации жмыха на сторону по цене 8 руб./кг себестоимость РМ снижается до 6,7 руб./кг, т.е. при использовании РМ в качестве топлива его стоимость в 3 раза ниже цены ДТ. Годовой ЧДД равен 3,7 млн. руб., срок окупаемости капвложений на приобретение оборудования (1,65 млн. руб.) с учетом дисконта составляет менее года.

Основные положения диссертации опубликованы в работах:

Савельев Г:С. Расчет параметров топливной системы тракторного дизеля при его адаптации к работе на рапсовом масле [ Текст] / Савельев Г.С., Кочетков ¡M.I I. // Транспорт на альтернативном топливе. - 2009. - Ла4. - с.60-67 (0,2 п.л,).

Савельев ПС. Использование рапсового масла в качестве топлива в дизельных двигателях [Текст] I Савельев ПС., Кочетков М.Н. // Транспорт на альтернативном топливе. - 2009 - JS«1. - е.62-66 (0,2 п.л). Савельев ПС". Современные возможности энергоавтономности сельскохозяйственных предприятий при использовании рапсового масла как топлива [Текст] / Савельев Г.С., Кочетков М.Н. // Тезисы научных докладов третьей международной конференции Бподпзель. - М.:2008г. - с.4 (0.1 п.л.). Кочетков М.Н. Комплект оборудования для адаптации трактора к работе на рапсовом масле [Текст] / Коче тков М.Н.. Савельев Г.С. // Тезисы докладов седьмой МНТК «Энергообеспечение и энергосбережение в сельском хозяйстве». М.: ГНУ ВИМ - 2010. - е.24 (0,1 пл.).

Кочетков М.Н. Технические и экономические аспекты использования чистого рапсового масла в качестве топлива в автотракторной технике [Текст] / Кочет ков М.Н., Савельев Г.С. // Тезисы докладов седьмой МНТК «Энергообеспечение п энергосбережение в сельском хозяйстве». - М.: ГНУ ВИМ -2010. -с.24 (0,1 п.л.).

Савельев Г.С". Обеспечение энсргоавтономности сельскохозяйственных пред-

приятии: рапсовое масло ч качестве гонлива з здпсльиых jwnnv.m [Токи / Савельев. Г.С., К'очетион ¡M.H. Эко'-огичеспш вестник P«tcin:. 2("я"->. Ali i. с.2S (0.! пл.).

7. Кочет коп МЛ. Опенка :.>!jcpro¡nri оком ноете оельчсохо^янствито'-о нр<-1 приятия по дизельному топливу при его замене на чистое рапсовое мае д [Текст] / Кочетков M.II.. Савельев Г.С > Транспорт на альтернативном гни л иве. —2010. - As4 (16). с. 18-21 (0,2 и.л).

•S. Кочетков M.I1. Экологические пока за i ели дизеля Д--140 при работе на ран совом масле [Текст| / Кочетков МЛ. Савельев Г.С. / Транспорт на ши/icp нагивпом топливе......2010. .V.-5 (17). с. 52-55 (0,2 п.л).

9. Савельев Г.С. Эффективность применения биодизельного топлива из ран сойот масла. |ТсксГ| / Савельев Г.С., Кочетков МЛ). // Тезисы дока,;.;o¡ Ml ГГК «Ресурсосберегающие. технологии я техническое обеспечение пр.' нзводства зерна». М.: ГПУ BUM - 2010. - с.?7 (0.1 пл.).

!0 Сакеам'В Г.С Рекомендации по производству и использования') бнод.изель ноп> топлива из рапсового м 1сл;> [Текст] / Савельев I '.С.. Кочетьш МЛ.. Каурой ET.. Кречегоп В.М.// ■ М.: ГПУ BUM. 2010. -- 125 с (6.2 плл

1'е..(акт|пеи1'о-||тдэтел'ьскш"! отдел ГНУ НИМ

1Íодписано к почт и 01. HI. 10. Форм. ovm. 60".40 1/16 Объем 1,5 и.л. Закат Xi 7. Тираж 100 жл.

'Гпрогрпм.пя ГПУ BUM Ю'.ЧЗх. MoCK'ta. Г! Институтский ripee <д, 5

Введение.

1. Анализ технологий и технических средств производства и использования биодизельного топлива.

1.1. Общие положения.

1.2. Характеристика растительных масел и требования к качеству сырья для производства метилэфира.

1.3. Энергобаланс производства биодизельного топлива из рапсового масла.

1.4. Производство рапсового масла для использования в качестве топлива.

1.5. Производство метилэфира рапсового масла.

1.6. Технологические схемы производства биотоплив второго поколения.

1.7. Биотоплива третьего поколения.

1.8. Потенциальные возможности производства биодизельного топлива в России.

1.9. Обоснование выбора энергетической установки.

1.10. Выводы.

2. Оптимизация конструкционных параметров и режимов работы топливной аппаратуры тракторного дизеля при работе на рапсовом масле.

2.1. Общие положения.

2.2. Расчет участка топливной системы: бак — топливоподкачивающий насос.

2.3. Расчет участка топливной системы низкого давления: топливоподкачивающий насос - насос высокого давления.

2.4. Гидродинамический расчет процесса топливоподачи дизеля Д

440 при использовании рапсового масла в качестве топлива.

2.5. Определение гидравлической характеристики распылителя.

2.6. Результаты расчета процесса топливоподачи рапсового масла.

3. Организация производства и использования рапсового масла в качестве топлива в сельскохозяйственном предприятии.

3.1. Технические средства реализации технологии адаптации двигателя Д440 к работе на рапсовом масле.

3.2. Организация энергоавтономного сельскохозяйственного предприятия при использовании биологического моторного топлива из возобновляемых источников энергии.

3.3. Оценка уровня энергоавтономности сельскохозяйственного предприятия по дизельному топливу при его замене на чистое рапсовое масло.

4. Программа и методика экспериментальных исследований по определению влияния использования альтернативных топлив на энергетические, экологические показатели и параметры рабочего процесса дизеля.

4.1. Цель исследований и объекты испытаний.

4.2. Программа проведения исследований.

4.3. Методика определения физико-химических и моторных показателей биодизельного топлива с различным соотношением компонентов.

4.4. Методика проведения безмоторных исследований топливной аппаратуры дизеля Д-440.

4.5. Методика проведения исследований работы дизеля Д-440 при работе на рапсовом масле и смесевом топливе из рапсового масла.

4.6. Методика определения закоксовывания распылителей и оценки влияния использования рапсового масла на моторное масло.

4.7. Эксплуатационные испытания.

5. Результаты экспериментальных исследований энергетических и экологических показателей дизеля при работе на рапсовом масле.

5.1. Характеристика исследуемого образца.

5.2. Результаты исследований физико-химических свойств топливных композиций.

5.3. Результаты экспериментальных исследований рабочего процесса, мощностных, топливно-экономических показателей тракторных дизелей при работе на топливе из рапсового масла.

5.4. Результаты экспериментальных исследований экологических показателей тракторных дизелей при работе на топливе из рапсового масла.

5.5. Регистрация снижения мощности при работе на топливе из рапсового масла.

5.6. Определение расхода моторного масла.

5.7. Результаты стендовых испытаний коксования распылителей тракторного дизеля Д-440 при работе на рапсовом масле.

5.8. Динамика коксования распылителей дизеля при работе на рапсовом масле.

5.9. Оценка нагарообразования в цилиндро-поршневой группе.

5.10. Результаты эксплуатационных исследований.

5.11. Выводы по результатам исследований.

6. Коммерческая эффективность производства и использования рапсового масла.

6.1. Коммерческая эффективность производства рапсового масла.

6.2. Коммерческая эффективность производства метил эфира рапсового масла.

Актуальность темы. Снижение затрат на моторные топлива, доля которых в себестоимости сельскохозяйственной продукции уже превышает 30%, - одна из самых актуальных задач. Кардинальным ее решением может быть применение альтернативных моторных топлив, цена которых в разы ниже нефтяных топлив. В настоящее время наиболее реальной альтернативой нефтяным моторным топли-вам в сельском хозяйстве являются биотопливо на основе растительных масел, спиртов, газомоторное топливо (ГМТ), и жидкое синтетическое топливо из биомассы.

Применительно к сельскохозяйственному производству приоритет принадлежит биологическим моторным топливам на основе растительных масел и обезвоженных спиртов, а также ГМТ.

Развитие производства и использования биомоториого топлива из возобновляемых источников объясняется, прежде всего, стремлением обеспечить энергетическую безопасность, сохранить ресурсы традиционных топлив, диверсифицировать сельскохозяйственное производство.

При осуществлении работы дизелей на рапсовом масле (РМ) и смесевом топливе из РМ (СТРМ) с дизельным топливом (ДТ) имеется возможность обеспечить высокий уровень энергоавтономности сельского хозяйства и значительно снизить себестоимость производимой продукции. 4

Длительное время ведутся работы по возможности использования в дизелях биодизельного топлива (БДТ) в виде метилэфира РМ (МЭРМ) (европейское название - биодизель, или ЯМЕ) чистого РМ и СТРМ. Результаты, полученные при лабораторных испытаниях и в реальной эксплуатации, не дают возможности рекомендовать использование РМ и СТРМ для всех двигателей. Требуется проведение исследований в направлении адаптации двигателей с учетом конструктивных особенностей и организации рабочего процесса, а также в направлении улучшения химмотологических свойств БДТ из РМ.

Исследования и разработки, составившие основу диссертационной работы, выполнялись в соответствии с решением Бюро отделения механизации, электрификации и автоматизации Россельхозакадемии от 31 марта 2005 г.

Цель работы. Разработка технических средств обеспечения энергоавтономности сельхозпредприятий по ДТ и адаптации дизелей к работе на РМ.

Объект исследований. Технологии и технические средства обеспечения энергоавтономности сельскохозяйственных предприятий и адаптации тракторного дизеля к работе на РМ.

Предмет исследований. Определение уровня энергоавтономности сельхозпредприятий по топливу для дизелей; технические средства адаптации тракторных дизелей к работе на РМ, их энергетические, экологические и технико-экономические показатели.

Методы исследований. Технико-экономические исследования проведены в соответствии с методическими положениями ГОСТ, также использованы «Методические рекомендации по оценке инвестиционных проектов и их отбору для финансирования», утвержденные Госстроем, Минэкономикой, Минфином и Госкомпромом Российской Федерации от 21.03.94.

Использованы методы гидродинамического расчета топливной аппаратуры, теоретической механики, численного интегрирования (метод Эйлера), вычислительной аналитической геометрии. Экспериментальные исследования проводились по специальным и стандартизованным методикам и обрабатывались с использованием методов математической статистики.

Научную новизну составляют:

- обоснование технологий и технических средств обеспечения энергоавтономности сельскохозяйственного предприятия по ДТ при оптимизации ценовых и производственных параметров технологии внутрихозяйственного производства РМ и использовании его в качестве топлива;

- методика оценки возможного уровня энергоавтономности сельскохозяйственного предприятия при использовании РМ в качестве топлива с учетом допустимых режимов работы адаптированных автотракторных дизелей на РМ;

- теоретическое и экспериментальное обоснование необходимых конструкционных изменений топливных систем автотракторных дизелей для обеспечения работы на БДТ из РМ при сохранении одинакового с ДТ уровня параметров рабочего процесса, энергетических и топливно-экономических показателей;

- экспериментальное подтверждение обеспечения допустимых показателей по коксованию распылителей форсунок, нагарообразованию на деталях цилинд-ропоршневой группы при работе адаптированных автотракторных дизелей на РМ;

- зависимости себестоимости и коммерческой эффективности внутрихозяйственного производства РМ и МЭРМ от цены маслосемян.

Практическую ценность имеют результаты исследований, реализованные в виде:

- рекомендаций по выбору технологий и технических средств внутрихозяйственного производства РМ для использования его в качестве моторного топлива;

- конструкторской документации на комплекты оборудования для адаптации автотракторных двигателей к работе на РМ и СТРМ;

- оптимизации конструкционных параметров топливной аппаратуры и режимов работы автотракторных дизелей при работе на РМ.

Апробация работы. Основные положения работы докладывались на Третьем Международном конгрессе мБиодизель-2008", Москва. 26.11.08г., на Научно-методическом совете по мобильной энергетике при ВИЭСХ Россельхозакадемии. Материалы работы рассмотрены на VII МНТК «Энергообеспечение и энергосбережение в сельском хозяйстве» (ГНУ ВИЭСХ, 18.05.2010). Пилотная апробация проводилась в ООО «Жито» Рязанской области.

Реализация результатов исследований:

- конструкторская документация комплектов адаптации автотракторных двигателей к работе на РМ и СТРМ;

- рекомендации по производству и использованию РМ в качестве топлива в сельскохозяйственном предприятии.

Достоверность основных положений и выводов подтверждена результатами эксплуатационных испытаний автотракторной техники, работающей на РМ в ООО «Жито».

Публикация результатов исследований. Основное содержание диссертации изложено в 10 печатных работах.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 6 глав, общих выводов, списка литературы из 127 наименований, 7 приложений. Работа изложена на 177 страницах, содержит 59 рисунков и 44 таблицы.

Выводы и рекомендации

1. С учетом рекомендованных технологий и технических средств адаптации дизелей к работе на РМ обеспечивается уровень энергоавтономности сельскохозяйственного предприятия по ДТ более 70%.

2. Рекомендован следующий минимальный комплект оборудования для внутрихозяйственного производства РМ по технологии холодного отжима: набор прессов малой производительности (типа КК-40), пресс камерных фильтров (типа ККФ 470/10-3); емкость для смешивания масла с кизельгуром, емкость для хранения масла.

3. Теоретические расчеты показали отсутствие в характеристиках топливоподачи РМ факторов, препятствующих его использованию в исследуемой топливной системе дизеля Д-440. Топливная система дизеля обеспечивает необходимую цикловую подачу РМ, без существенного изменения конструкции.

4. Без изменения регулировок топливной аппаратуры при адаптации дизеля 4ЧН 13/14 к работе на БДТ при использовании РМ в качестве топлива по сравнению с ДТ получено снижение мощности на 1,8 кВт (2,6 %), корректорного запаса крутящего момента на 1,9 %, увеличение часового расхода топлива на 4,5%, массового удельного расхода топлива на 7%, при этом удельный эффективный расход теплоты (МДж/кВт. ч) снижается, а эффективный КПД увеличивается на 3,5%. При работе на РМ уменьшаются удельные массовые выбросы: углеводородов СН на 46%, оксидов азота МОх на 29%, монооксида углерода СО на 59%. Исследования рабочего процесса на режимах номинальной мощности и максимального крутящего момента при работе на РМ показали снижение среднего индикаторного давления (Рц) на 2.5%, максимального давления газов в цилиндре (Р2) на 4,5.6,5 %, максимальной скорости нарастания давления в цилиндре ((с!р/с1ф)тах) на 1. 12%.

5. При работе на РМ коксование распылителей форсунок составило 0,72% и находится в пределах допуска (±6%). Суммарная загрязненность цилиндропоршне-вой группы оценена в 20 баллов по 100 бальной шкале.

6. По результатам исследований дизеля Д-440 при работе на РМ оптимальные мощностные топливно-экономические показатели получаются при увеличении эффективного проходного сечения распылителей форсунок на 22 %, подогреве топлива и штатном угле опережения впрыска (фоп.впр =27,5 град.пкв).

7. Разработана конструкторская документация на комплект адаптации автотракторных дизелей для работы на БДТ на основе РМ, в которой предусмотрена возможность автоматического переключения подачи ДТ и РМ. Адаптированная система топливоподачи включает: установку распылителей форсунок с увеличенным на 22% эффективным проходным сечением, теплообменника для подогрева топлива от системы охлаждения, топливозаборника и топливопровода с увеличенным проходным сечением и системы с автоматическим или ручным переключением с ДТ на РМ и обратно.

8. Разработаны рекомендации по производству и использованию БДТ из РМ, в которых предусматривается переключение с РМ на ДТ в следующих режимах работы двигателя: пуск холодного двигателя и прогрев до температуры охлаждающей жидкости более 70 °С; на холостом ходу и при мощности менее 15%; перед длительной остановкой двигателя. При этом рекомендуется использовать РМ, полученное по технологии холодного отжима.

9. По результатам расчета коммерческой эффективности внутрихозяйственного1 производства РМ на оборудовании ЗАО «Белогорье» производительностью 320 т в год средняя себестоимость РМ и жмыха составляет 7,56 руб./кг при цене маслосемян 5 руб./кг и использовании жмыха на собственные нужды. При реализации жмыха на сторону по цене 8 руб./кг себестоимость РМ снижается до 6,7 руб./кг, т.е. при использовании РМ в качестве топлива его стоимость в 3 раза ниже цены ДТ. Годовой ЧДД равен 3,7 млн. руб., срок окупаемости капвложений на приобретение оборудования (1,65 млн. руб.) с учетом дисконта составляет менее года.

1.Р. Производство и применение биодизеля. Текст. / Аблаев А.Р. Гу-меров Ф.М. и др.// Справочное пособие. - М., 2006.

2. Анискин В.И. Состояние разработки и необходимые меры по ускорению внедрения в сельскохозяйственное производство техники, работающей на комприми-рованном природном газе. Текст. / Анискин В.И. // Информационный бюллетень. -2004.-№3(17)-1 с.

3. Арабян С.Г., Воробьев М.А., Кузнецов H.A. Рекомендации по применению смазочных материалов в тракторах. Текст. -М.: ЦНИИТЭИ, 1982г. 16 с.

4. Артоболевский И.И. Теория механизмов и машин. Текст. М.: Наука, 1975. -640с.

5. Башта Т.М. Машиностроительная гидравлика. Текст. М.: «Машиностроение»., 1971. -302 с.

6. Беклемишев Д.В. Курс аналитической геометрии и линейной алгебры. Текст. -М.: Наука, 1987г.-320 с.

7. А.Д. Краснощеков. Адаптация тракторов и автомобилей к работе на биотопливе Текст. / А.Д. Краснощеков, Г.С. Савельев, А.Д. Шапкайц и др. // Тракторы и сельскохозяйственные машины. 1994. - N12. - С. 1-4.

8. Вайнруб В.И., Долгановский М.Г. Механизация обработки почвы и посева в нечерноземной зоне. Текст. — М.: Россельхозиздат, 1977. — 190 с.

9. Варнаков В.В., Стрельцов, Попов В.Н., Карпенков В.Ф. Технический сервис машин сельскохозяйственного назначения. Текст. М.: КолосС, 2003. - 253 с.

10. Воробьев М.А., Сапьян Ю. Качество дизельного топлива. Текст. Научно технический журнал «Сельский механизатор», №5, 2005г. с. 20-21.

11. Гаевик Д.Т. Справочник смазчика. Текст. М.: «Машиностроение», 1990. -352 с.

12. Гайворонский А.И., Марков В.А., Илатовский Ю.В. Использование природного газа и других альтернативных топлив в дизельном двигателе. Текст. М.: ООО «ИРЦ Газпром», 2007. - 400 с.

13. Гоголев Г.А., Горшков М.И., Воробьев М.А., Сапьян Ю.Н. Результаты проверки качества нефтепродуктов у продавцов и потребителей АПК. Текст. Журнал «Техника и оборудование для села» №8, 2007.

14. ГОСТ 10578-95 Насосы топливные дизелей. Общие технические условия.

15. ГОСТ 10579-88 Форсунки дизелей. Общие технические условия.

16. ГОСТ 14846-81 Двигатели автомобильные. Методы стендовых испытаний.

17. ГОСТ 15888-80 Двигатели автомобильные. Аппаратура дизелей топливная.

18. ГОСТ 18509-88 Дизели тракторные и комбайновые. Методы стендовых испытаний.

19. ГОСТ 21490-76 Масла моторные Метод определения моющих средств.

20. ГОСТ 305-82. Топливо дизельное. Технические условия.

21. ГОСТ 7057-2001 Тракторы сельскохозяйственные. Методы испытаний.

22. Граф В. Топливо с «Полевой заправки». Текст. Журнал «Новое сельское хозяйство» №4, 2008. с. 121 - 124.

23. Гуревич A.M., Сорокин Е.М. Тракторы и автомобили. Текст. М.: «Колос», 1979г.-479 с.

24. Девянин С.Н. Марков В.А. Семенов В.Г. Растительные масла и топлива на их основе для дизельных двигателей. Текст. М.: ФГОУ ВПО МГАУ, 2008. - 340 с.

25. Ерохин М.Н. Детали машин и основы конструирования. Текст. М.: КолосС, 2004. - 462 с.

26. Загородских Б.П., Плотников П.А., и др. Ремонт и регулирование топливной аппаратуры автотракторных и комбайновых дизелей. Текст. М.: ФГНУ «Ро-синформагротех»,2006. - 212 с.

27. Золотницкий В.А. Система питания газобензиновых автомобилей. Текст. -М.: «Третий Рим», 2000. 88 с.

28. Инструкция по эксплуатации топливного кондиционера FP 10000. Текст. -М., 2006.-2 с.

29. Инструкция по эксплуатации топливного кондиционера FP 4000W. Текст. -М., 2006. 2 с.

30. Карпачев В.В., Артемов И.В., Щугорев В.В. Рапс культура XXI века: аспекты использования на производственные, кормовые и энергетические цели. Текст. -Липецк, 2005.-288 с.

31. Карташов Р.В. Шулекина В.А., и др. Топливо для биодизеля в XXI веке. Текст. СГАУ, 2006.

32. Каталог деталей и сборочных единиц дизельного двигателя А-41. Текст. -Волгоград: ФГУП «ИПК Царицын», 2004. 46 с.

33. Киртбая Ю.К. Резервы в использовании машинно-тракторного парка. Текст. -М.: Колос, 1976.-256 с.

34. Клементьев A.C. Перспективные топлива для двигателей внутреннего сгорания автотранспортных средств. Текст. / Международный научно-технический журнал «Транспорт на альтернативном топливе». — 2008. №6.

35. Кленин Н.И., В.А. Сакун Сельскохозяйственные и мелиоративные машины. Текст. М.: Колос, 1994. - 751 с.

36. Козлов A.B., Теренченко A.C. Оценка эффективности применения биодизельного моторного топлива в полном жизненном цикле. Текст. / Международный научно-технический журнал «Транспорт на альтернативном топливе». 2008. - № 2 (2). - с. 26-28

37. Кокорин А.О., Грицевич И.Г., Сафонов Г.В. Изменение климата и Киотский протокол реалии и практические возможности. Текст. - М., 2004. - 64 с.

38. Колчин А.И., Демидов В.П. Расчет автомобильных и тракторных двигателей. Текст. М.: Высш. шк., 2003. - 496 с.

39. Коровин Н.В. Общая химия. Текст. М.: Высш. Шк., 1998. - 559 с.

40. Кошолкина JI.A., Гайнутдинова A.B., Киселева Е.Б., Егорова М.Н. Агропромышленный комплекс в 2008 году. Текст. М.: ФГНУ «Росинформагротех», 2009.-554 с.

41. Кравцов A.B. Метрология и электрические измерения. Текст. М.: Колос, 1999.-216 с.

42. Краснощеков Н.В. Инновационное развитие сельскохозяйственного производства России. Текст. М.: ФГНУ «Росинформагротех», 2009. - 388 с.

43. Краснощеков Н.В., Кирюшин В.И., Липкович Э.И., и др. Инновации в маши-нопользовании в АПК России. Текст. Т.1. - 4.2. - М.: ФГНУ «Росинформагро-тех», 2008. - 404 с.

44. Краснощеков Н.В., Савельев Г.С., Бубнов Д.Б. Адаптация Сельскохозяйственного трактора к работе на рапсовом масле. Текст. / Инженерно техническое обеспечение АПК. 1995. - №1. - с. 12-14.

45. Краснощеков Н.В., Савельев Г.С., Шапкайц А.Д., Бубнов Д.Б. Адаптация тракторов и автомобилей к работе на биотопливе. Текст. / Тракторы и сельскохозяйственные машины. 1994. - №12 - с. 1-4.

46. Кузьмин В.Н., Гольтяпин В.Я. Анализ рынка и эффективности российской и зарубежной сельскохозяйственной техники. Текст. М.: ФГНУ «Росинформаг-ротех», 2009. - 204 с.

47. Кузьмин В.Н., и др. Нормативно-справочные материалы по планированию механизированных работ в сельскохозяйственном производстве: Сборник. Текст. М.: ФГНУ «Росинформагротех», 2008. - 316 с.

48. Кулешов A.C., Грехов Л.В. Математическое моделирование и компьютерная оптимизация топливоподачи и рабочих процессов двигателей внутреннего сгорания. Текст. М.:МГТУ, 2000. - 64 с.

49. Кутьков Г.М. Тракторы и автомобили. Теория и технологические свойства. Текст. М.: КолосС, 2004. - 504 с.

50. Леонов O.A. Курсовое проектирование по метрологии, стандартизации и сертификации. Текст. М.: МГАУ, 2002. - 168 с.

51. Литвин A.M. Теоретические основы теплотехники. Текст. М.: «Энергия», 1969.-328 с.

52. Лиханов В.А., Плотников С.А. Применение метаноло-топливных эмульсий в тракторных дизелях. Текст. Киров: НИИСХ, 2000. - 96 с.

53. Луканин В.Н., Алексеев И.В., Шатров М.Г., и др. Двигатели внутреннего сгорания. Динамика и конструирование. Текст. М.: «Высшая школа», 2005г. - 400 с.

54. Луканин В.Н., Морозов К.А., Хачиян A.C., и др. Двигатели внутреннего сгорания. Теория рабочих процессов. Текст. М.: «Высшая школа», 2005г. - 480 с.155

55. Луканин В.Н., Шатров М.Г., Кричевская Т.Ю., и др. Двигатели внутреннего сгорания. Компьютерный практикум. Моделирование процессов в ДВС. Текст. -М.: «Высшая школа», 2005г. 414с.

56. Льотко В., Луканин В.Н., Хачиян A.C. Применение альтернативных топлив в двигателях внутреннего сгорания. Текст. М.: МАДИ(ТУ), 2000. - 300 с.

57. Марков В.А., Стремяков A.B., Девянин С.Н. Работа дизелей на смесях дизельного топлива и рапсового масла. Текст. /Международный научно-технический журнал «Транспорт на альтернативном топливе» -2009. № 5 (11). -с. 22-29.

58. Марков В.А., Шустер А.Ю., Девянин С.Н. Работа дизелей на смесях дизельного топлива и метилового эфира рапсового масла. Текст. / Международный научно-технический журнал «Транспорт на альтернативном топливе» 2009. - № 4 (10). - с. 33-37

59. Марченко А.П., Алехин С.А., и др., Эколого-экономические показатели вих-рекамерного дизельного двигателя ЗДТ (348,8/8,2) при его работе на бинарных смесях биодизельного и дизельного топлив. Текст. Харьков: ХТИ, 2007. - 6 с.

60. Мацаренко И.П., Пономарев Е.Г. Мировые ресурсы энергогосителей и направления развития энергомашиностроения. Текст. / Журнал «Приводная техника» 2001. - №1(9) - 15 с.

61. Методика использования условных коэффициентов перевода тракторов, зерноуборочных комбайнов в эталонные единицы при определении нормативов их потребности. Текст. М.: ФГНУ «Росинформагротех», 2009. - 56 с.

62. Методические указания. Временные методические указания по определению коммерческой эффективности новой техники в ОАО «Газпром». Текст. М.: ООО «ИРЦ Газпром», 2001. - 98 с.

63. Методы и технические средства испытаний и сертификации технологий, техники и сельскохозяйственной продукции. Текст. / Доклады и тезисы 1-ой МНПК. -М.: МГАУ, 2000г.- 168 с.

64. Микай Г.М.Типовые технологические карты возделывания и уборки зерновых колосовых культур. Текст. М.: Колос, 1984. - 304 с.

65. Митин С.Г., Орсик JI.C., и др. Биоэнергетика: мировой опыт и прогноз развития. Текст. М.: ФГНУ «Росинформагротех», 2007. - 204 с.

66. Мишуров Н.П., Соловьева Н.Ф., Цой Ю.А. Роботизированные системы в сельскохозяйственном производстве: науч. ан. обзор. Текст. — М.: ФГНУ «Росинформагротех», 2009. 136 с.

67. Молоснов Н.Ф., Галкин Ю.М. Технологии возобновляемой энергетики и энергосберегающее оборудование. Текст. М.: ГНУ ВИЭСХ, 2009. - 60 с.

68. Нагаткина М.И., Дубинин Б.Ф. Типовые нормы выработки и расхода топлива на механизированные полевые работы в сельском хозяйстве. Текст. М.: Агро-промиздат, 1990 - 352 с.

69. Никифоров А.Н., Алексеев Б.Ф., и др. Инструкция по нормированию, использованию, хранению и учету нефтепродуктов на предприятиях и в организациях системы Госагропрома СССР. Текст.-М.: ВИМ, 1989г. - 104 с.

70. Орлин A.C. Двигатели внутреннего сгорания. Конструкция и расчет поршневых и комбинированных двигателей. Текст.- М.: «Машиностроение», 1984. 384 с.

71. Орлин A.C. Двигатели внутреннего сгорания. Теория поршневых и комбинированных двигателей. Текст. М.: «Машиностроение», 1983. - 376 с.

72. Орлин A.C. Двигатели внутреннего сгорания. Устройство и работа поршневых и комбинированных двигателей. Текст. М.: «Машиностроение», 1970. -384 с.

73. Орлин A.C. Двигатели внутреннего сгорания. Системы поршневых и комбинированных двигателей. Текст. М.: «Машиностроение», 1985. — 456 с.157

74. Орсик JT.C., Сорокин Н.Т, Федоренко В.Ф. Биоэнергетика: мировой опыт и прогнозы развития. Текст. М.: ФГНУ «Росинформагротех», 2008. - 404 с.

75. Орсик Л.С., Сорокин Н.Т, Ольховик М.В. Методические рекомендации по организации сельскохозяйственных потребительских обслуживающих кооперативов (по производственно-технологическим услугам АПК). Текст. М.: ФГУ РЦСК, 2007. - 86 с.

76. ОСТ 10 2.25-98 Стандарт отрасли. Испытания сельскохозяйственной техники и нефтепродуктов. Оценка эксплуатационных свойств горючих и смазочных материалов.

77. Петриков A.B., Торопов Д.И., Попова O.A. Концепция устойчивого развития сельских территорий Российской Федерации на период до 2020 года (проект). Текст. М.: ФГНУ «Росинформагротех», 2009. - 88 с.

78. Рудлофф Матиас, CHOREN предприятие технологии перспективы. Электронный ресурс. www.choren.com.

79. Савельев Г.С. Применение газомоторного и< биодизельного топлив в автотракторной технике. Текст. М.: ГНУ ВИМ Россельхозакадемии, 2009. - 215 с.

80. Савельев Г.С. Производство и использование биодизельного топлива из рапса. Текст. М.: ГНУ ВИМ Россельхозакадемии, 2007. - 96 с.

81. Савельев Г.С. Обеспечение энергоавтономности сельскохозяйственных предприятий: рапсовое масло в качестве топлива в дизельных двигателях Текст. /158

82. Савельев Г.С., Кочетков М.Н./ Экологический вестник России. 2009. - №3. - С. 28 (ОД п.л.).

83. Савельев Г.С., Краснощеков И.В. Биологическое моторное топливо для дизелей на основе рапсового масла. Текст. / Тракторы и Сельскохозяйственные машины. -2005. -№10.

84. Савельев Г.С. Расчет параметров топливной системы тракторного дизеля при его адаптации к работе на рапсовом масле Текст. / Савельев Г.С., Кочетков М.Н. // Транспорт на альтернативном топливе. 2009. - №4. - С. 60-67 (0,2 п.л.).

85. Савельев Г.С. Кочетков М.Н. Использование рапсового масла в качестве топлива в дизельных двигателях. / Транспорт на альтернативном топливе 2009, - № 1 (7).-с. 62-65.

86. Смирнова Т.Н., Подгаецкий В.М. Биодизель альтернативное топливо для дизелей. Текст. / Двигатель. - 2007. - №1.

87. Сорокин Н.Т. Федоренко В.Ф., и др. Стратегия повышения уровня технической оснащенности сельскохозяйственных товаропроизводителей: Материалы МНПК. Текст. М.: ФГНУ «Росинформагротех», 2009. - 132 с.

88. Стефановский Б.С., и др. Испытания двигателя внутреннего сгорания. Текст. М.: «Машиностроение», 1972г. - 368 с.

89. Стрельцов В.В., Попов В.Н., Карпенков В.Ф. Ресурсосберегающая ускоренная обкатка отремонтированных двигателей. Текст. -М.: «Колос», 1995. 176 с.

90. Суханов Ф.Т., Нарижний И.Ф., и др. Рекомендации по интенсивной технологии возделывания рапса. Текст. Липецк: «Ленинское знамя», 1987. - 70 с.

91. Тезисы докладов. Альтернативные источники энергии для больших городов. И.Е. Сидорова. Разработка, применение и использование биотоплива. Текст. -М.: Прима-пресс 2006. 128 с.

92. Технический регламент. «О требованиях к автомобильному и авиационному бензину, дизельному и судовому топливу, топливу для реактивных двигателей и топочному мазуту. Постановление Правительства Российской Федерации от 27.02.2008г. №118.

93. Федоренко В.Ф., Буклагин Д.С., и др. Инновационные технологии производства биотоплива второго поколения. Текст. М.: ФГНУ «Росинформагротех», 2009. - 68 с.

94. Федоренко В.Ф., Буклагин Д.С., и др. Развитие биоэнергетики, экологическая и продовольственная безопасность. Текст. М.: ФГНУ «Росинформагротех», 2009.- 144с.

95. Федоренко В.Ф., Орсик Л.С., Лобачевский Я.П. и др. Сельскохозяйственная техника: Кат., т. 1 «Техника для растениеводства». Текст. М.: ФГНУ «Росинформагротех», 2005. - 292 с.

96. Филатов Л.С., Гимейн С.М. Справочник по технике безопасности в сельском хозяйстве. Текст. -М.: Россельхозиздат, 1973. — 232 с.

97. Фомин Ю.Я., Половинка Э.М., Шестопалов В.И. Использование тяжелых то-плив в судовых дизелях. Текст. — М.: «Транспорт», 1971. 190 с.

98. Шаров М.А., Дивинский А.А., Харченко Н.П., и др., Тракторы ДТ-75М, ДТ-75Б, ДТ-75К. Текст. М.: Колос, 1978. - 375 с.

99. Шилова Е.П., Крюков И.В., и др. Опыт применения альтернативных видов топлива для автомобильной и сельскохозяйственной техники. Текст. -М.: ФГНУ «Росинформагротех», 2006. 96 с.

100. Якубович А.И., Кухаренок Г.М., Тарасенко В.Е. Экономия топлива на тракторах. Текст. Минск: БНТУ, 2009. - 229 с.

101. R. Baldwin, Etc. Generic Feasibility study for a new Manitoba biodiesel business, Economic development initiatives branch. Manitoba Department of agriculture, food and rural initiatives. Текст. Manitoba, 2006. - 160 c.

102. Dirk Miiller, Steven Roller. Fair report. Agricultural machinery published by DEUTZ AG. Текст. Essen: «Bacht Grafische Betriebe und Verlag», 11/2007. - 12 c.

103. Dl. Herbert Lampel. Alternative fuels for diesel engines // OECD Annual Meeting. Текст. Paris, 2007.

104. EUCAR/CONCAVE/JRC. Текст.// Nov. 2003

105. Gary A. Strobel, Berk Knighton, etc. The production of micro-diesel hydrocarbons and their derivatives by the endophytic fimgas Gliocladium roseum (NRRL50072). / Microbiology. Текст. //-2008. №154.

106. Kusdiana D., Saka S. The transesterification reaction of rapeseed oil. 1st World Conference on biomass for energy and industry. Текст. Seville, 2000. - 15 с.

107. Manfred Schöpe, Günter Britschkat. Macroeconomic evaluation of rape cultivation for biodiesel product in Germany. Текст. Munich: IFO, 2002. -10c.

108. Markus Winkler. DEUTZ Motoren für den Rapsölbetrieb. Электронный ресурс. -Köln: DEUTZ AG (Abgas und Betriebsstoffe), 2008. -6 c.

109. Sven O. Gartner. Guido A. Reinhardt. Life cycle assessment of biodiesel update and new aspect. Текст. Heidelberg: IFEU, 2003 - 20 с.

110. SAE J300. Engine oil viscosity classification. Society of automotive engineers. Inc. 1999. 10c.

111. Tim A. Hansen, Barry Liebowitz. Nyserda clean diesel technology: non-road field demonstration program. Interim Report. Текст. Albany, NY: Southern Research Institute. Research Triangle Park, NC, 2007. - 141 с.

112. UFOP. Biodiesel aussagen der schlepperherteller. Электронный ресурс. - Berlin: UFOP, 2005.- 22 с.

113. Users Manual. AVL Digital Analyzer 657. Текст. Austria, 1987. 300c.127 www.Elsbett.com. Электронный ресурс.