автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.03, диссертация на тему:Улучшение эксплуатационных свойств дизельных топлив в условиях сельскохозяйственного производства

ВВЕДЕНИЕ

I. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА, ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ

1.1. Эксплуатационные свойства дизельных топлив

1.2. Влияние эксплуатационных свойств дизельных топлив на работу дизеля.

1.3. Способы улучшения эксплуатационных свойств дизельных топлив на нефтеперерабатывающих заводах.

1.4. Способы улучшения эксплуатационных свойств дизельных топлив при хранении и транспортировании.

1.5. Применение ультразвука в технике.

1.6. Применение ультразвука для обработки нефтепродуктов.^.

1.7. Способы получения ультразвука в условиях сельскохозяйственного производства.

1.8. Приборы и методы измерения частоты ультразвука и оценки действия ультразвука на нефтепродукты

1.5. В ы в о д ы.

1.10. Цель и задачи исследования

2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПРЕДПОСЫЛКИ ИССЛЕДОВАНИЯ

2.1. Теоретический анализ и исследования работы гидродинамического излучателя ультразвука

2.2. Теоретический анализ и исследования влияния ультразвука на эксплуатационные свойства дизельных топлив

2.3. В ы в о д ы

3; ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ УСТАНОВКИ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

3.1. Выбор излучателя ультразвука

3.2. Лабораторная установка для обработки топлива ультразвуком

3.3. Установка для замера параметров рабочего процесса дизеля

3.4. Производственная установка для обработки дизельного топлива ультразвуком.

3.5. .Методы исследований.

3.5.1. Программа и общая структуоная схема исследования .*

3.5.2. Методика лабораторных исследований.

3.5.3. Методика стендовых исследований

3.5.4. Методика, эксплуатационных исследований

3.5.5. Планирование экспериментов и математическая . обработка результатов исследования

3.6. В ы в о д ы

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ВЛИЯНИЯ УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ОБРАБОТКИ ДИЗЕЛЬНОГО ТОПЛИВА• . , НА ЕГО ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ СВОЙСТВ/1.

4.1. , Лабораторные исследования.

4.1.1. Влияние ультразвуковой обработки на плотность дизельного топлива

4.1.2. Влияние ультразвуковой обработки на фракционный состав дизельного топлива

4.1.3. Влияние ультразвуковой обработки на кинематическую вязкость.дизельного, топлива . ЮЗ

4.1.4. Влияние ультразвуковой обработки на . , температуру вспышки дизельного топлива

4.1.5. Влияние ультразвуковой обработки.на. коксуемость 10%-ного остатка дизельного топлива

4.1.6. Влияние ультразвуковой,обработки на. температуры помутнения и застывания . . дизельного топлива . III

4.1.7. Влияние ультразвуковой обработки на фильтруемость дизельного.топлива.Пб

4.2. Стендовые исследования

4.3. Эксплуатационные исследования.

4.4. Выводы

5. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ОБРАБОТКИ ДИЗЕЛЬНОГО

ТОПЛИВА УЛЬТРАЗВУКОМ.

5.1. Расчет экономического эффекта

5.2. Выводы

В "Основных направлениях экономического и социального развития СССР на 1981-1985 годы и на период до 1990 года"; принятых на ХХУТ съезде КПСС, говорится: "Главная задача одиннадцатой пятилетки состоит в обеспечении дальнейшего роста благосостояния советских людей на основе устойчивого»поступательного развития народного хозяйства;ускорения научно-технического прогресса и перевода экономики на интенсивный путь развития,- более рационального использования производственного потенциала страны^ всемерной экономии:: всех видов ресурсов и улучшения качества работы.•• все актуальнее становится задача улучшить структуру топливно-энергетического баланса». Очень многое может дать совершенствование двигателей, перевод автотранспорта на дизельное и газовое топливо"*

Долговечность и экономичность работы дизеля во многом зависят от эксплуатационных свойств дизельного топлива. Вопросами улучшения эксплуатационных свойств дизельного топлива занимаются многие научно-исследовательские институты и заводы нефтеперерабатывающей промышленности. Существуют способы предотвращения и улучшения эксплуатационных свойств дизельных топлив в условиях их применения такие, как предотвращающие испарения, обводнения, загрязнения«4 окисления и очистка от загрязнений и воды. Существующие способы не ограничивают поиск новых,дающих возможность изменить структуру углеводородных групп и обеспечить лучшее распиливание,смесеобразование,сгорание топлива и "мягкую" работу дизеля. Одним из способов улучшения эксплуатационных свойств дизельного топлива является обработка его ультразвуком. Ультразвуковая обработка нефти/смазочных насел и ароматических углеводородов оказывает разрушаюцее действие на углеводородные молекулы и меняет некоторые их физико-химические показатели и свойства.

Данных о воздействии ультразвуковых колебаний на эксплуатационные свойства дизельных топлив нет. Поэтому вопрос исследования возможности применения ультразвуковой обработки дизельных топяив с целью улучшения их эксплуатационных свойств является актуальным«'

Цель настоящего исследования является улучшение эксплуатационных свойств дизельного топлива в условиях сельскохозяйственного производства.

В диссертационной работе рассмотрены вопросы,способствующие улучшению эксплуатационных свойств дизельных топлив. Разработана расчетная схема зоны кавитации и производительности гидродинамического излучателя ультразвука; Предложены математические зависимости для определения зоны кавитациипроизводительности гидродинамического излучателя и изменения показателей эксплуатационных свойств дизельных топлив, обработанных ультразвуком« Определены задачи и программа¿общая и частные методики проведения исследований.' Проведено планирование многофакторного эксперимента» Разработаны и изготовлены установки по обра«* ботке дизельного топлива ультразвуком в лабораторных и производственных условиях. Скомплектовано оборудование по определению показателей эксплуатационных свойств топлив и стенд для исследования влияния топлива,обработанного ультразвуком, на параметры рабочего процесса дизеля. Разработаны номограммы определения затрат и оптимального времени на обработку топлива. Проведены лабораторные»стендовые и производственные исследования влияния ультразвуковой обработки на показатели эксплуатационных свойств топлив,рабочего процесса дизеля,работы тракторов в колхозах Псковской, Новгородской и Калининской областей.

Определен экономический эффект от применения ультразвуковой обработки дизельного топлива в условиях сельскохозяйственного производства*

По результатам выполненных исследований Малоярославским филиалом ЦОКТБ ГОСНИТИ разработаны чертежи установок по ультразвуковой обработке дизельного топлива на нефтебазах колхозов и совхозов.1

На защиту выносятся следующие результаты разработок и исследований:

- метод обработки дизельного тюплива ультразвуком¿улучшающий эксплуатационные свойства дизельного топлива в условиях сельскохозяйственного производства;

- расчетная схема и уравнение для определения производительности гидродинамического излучателя ультразвука;

- уравнение для определения показателей эксплуатационных свойств дизельных топлив,обработанных ультразвуком;

- результаты исследований улучшения показателей (плотности;' фракционного состава; температур вспышки»помутнения,застывания^ коксуемости 10#-ного остатка; коэффициента фильтруе-мости) эксплуатационных свойств дизельных топлив;

- результаты исследований параметров работы двигателя на дизельном топливе»обработанном ультразвуком; г результаты сравнительных показателей работы тракторов в производственных условиях; полученных при их работе на топли-вах необработанных и обработанных ультразвуком;

- метод определения затрат и оптимального времени обработки дизельного топлива ультразвуком с помощью номограмм.

II СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА- ЦЕЛЬ й ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ

1#1| Эксплуатационные свойства дизельных топлив

Топлива для автотракторных дизелей должны обладать определенными эксплуатационными свойствами,обеспечивающими надежную и долговечную работу современных и перспективных двигателей^ работающих в сельском хозяйстве в различных климатических условиях, высокие энергетические показатели и низкую токсичность отработавших газов, В работах /7,8,9,10,11/ сообщается,7 что к эксплуатационным свойствам дизельных топлив относятся: прока«* чиваемость по трубопроводам и фильтрам; распиливание и смесеобразование^ сгорание, обеспечивающие "мягкую" работу,отсутствие дымления и легкий пуск двигателя; нагарообразование;коррозийно сть; пожароопасность; фильтруемость. Эксплуатационные свойства дизельного топлива характеризуются такими физико-химическими показателями как плотность; фракционный состав; вязкость;' содержание серы,минеральных и органических кислот? коксуемость Ю^-ного остатка; температура вспышки,помутнения и застывания; содержание воды и механических примесей; коэффициент фильтруемости.

В связи с развитием и совершенствованием дизелейврастет потребность в дизельном топливе и повышаются требования к его эксплуатационным свойствам•

Дизельное топливо своей структурой должно способствовать такой организации процесса горения, которая позволит обеспечить высокие мощностные и экономические показатели при надежной работе и бездымном, нетоксичном выхлопе. Это означает, что топ~ ливо дизелей должно отвечать ряду трудновыполнимых требований:

- иметь хорошую воспламеняемость при высокой летучести, способность к быстрому и полному окислению при отсутствии склонности к коксованию и осмоленино /16/.

Проведенные многими исследователями работы показывают,* что имеется настоятельная необходимость и в дальнейшем работать над поиском новых способов улучшения эксплуатационных свойств дизельных топлив.

6$ ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

На основе теоретических и экспериментальных исследований актуального вопроса - улучшение эксплуатационных свойств дизельных топлив получено новое решение,заключающееся в ультразвуковой обработке дизельных топлив, при которой под действием ультразвука и ультразвуковой кавитации происходит распад углеводородных молекул по связям Сн С и изменение физико-химических показателей,1 характеризующих эксплуатационные свойства;*

2; В результате теоретического анализа и исследования разработана комплексная методика проведения исследований/которая позволяет: выбрать.оптимальные режимы обработки дизельного топлива ультразвуком;5 оценить воздействие ультразвука на эксплуатационные свойства дизельного топлива? определить влияние эксплуатационных свойств дизельного топлива,обработанного ультразвуком, на параметры рабочего процесса дизеля,5 а также определить возможность применения ультразвуковой обработки дизельного топлива в условиях сельскохозяйственного производства," с целью повышения экономии топлива и производительности машинно-тракторных агрегатов,

3; Для измерения параметров и контроля работы установок по обработке ультразвуком дизельного топлива в лабораторных и производственных условиях;' степени воздействия ультразвука и ультразвуковой кавитации на физико-химические показатели,характеризующие эксплуатационные свойства дизельного топлива^ стенда по снятию параметров рабочего процесса дизеля применялись регистрирующая и измерительная аппаратура и приборы с допустимой погрешностью измерения не более - 1,5$,

4. Лабораторные исследования показали^ что под действием м. ультразвука чаототой 18;%,22 кГц и ультразвуковой кавитации; времени воздействия до 3-х часов происходит распад углеводородных молекул,3 что. подтверждается уменьшением плотности с 858 до 805;бб кг/м3; температуры вспышки с 68,4°С до 60;32°С, помутнения с -4,8°С до - В,б°С и застывания с -Ю;5°С до -20;5°С* коксуемости Ю#-ного остатка с 0,48% до 0/38$;- коэффициента фильтруемости с 2,00 до 1,33.

5; Стендовые исследования параметров рабочего процесса дизеля Д-50 показали," что в результате обработки ультразвуком дизельного топлива происходит уменьшение периода задержки воспламенения на (0,5.0,7)° поворота коленчатого вала.двигателя, степени нарастания давления и средней^жесткости" соответственно на С0,1.0,2)МПа и удельного расхода топлива до 3% при сохранении мощности. б; Стендовые 800 часовые испытания двух двигателей Д-50 показали,' что в результате ультразвуковой обработки дизельного топлива нагарообразование уменьшается до 6$; что объясняет улучшение процесса распиливания,смесеобразования и сгорания дизельного топлива.

7; Эксплуатационные исследования работы тракторов в трех сельскохозяйственных предприятиях показали,что в результате обработки ультразвуком дизельного топлива уменьшается расход топлива на у.э.га; на Ю% и увеличивается выработка на 12$.

8^ В результате выполненных исследований получены исходные данные для разработки проектных установок по ультразвуковой обработке дизельного топлива на нефтебазах колхозов и совхозов; разработана номограмма для определения оптимального времени ультразвуковой обработки топлива в зависимости от производительности гидродинамического излучателя ультразвука и объема топлива«? По этим данным Малоярославским филиалом ЦОКТБ ГОСНИТИ разработаны чертежи установки,' а Малоярославским опытным заводом ГОСНЙТИ изготовлен промышленный образец установки,! которая испытана и принята ведомственной комиссией.

9. В условиях сельскохозяйственного производства применение ультразвуковой обработки дизельного топлива для улучшения эксплуатационных свойств его позволяет получить экономию дизельного топлива до 0,45 м3 и денежных средств 4,39 руб, на один условный эталонный трактор в год.

1. Мельников С.В., Алешкин В.Р.; Рощин П.М, Планирование эксперимента в исследованиях сельскохозяйственных процессов«" 2-е изд., перераб.и доп. - Л.: Колос. Ленинградское отделение, 1980. - 168 е., ил.

2. Боткин П.П. Топлива и масла для отечественных и зарубежных судовых двигателей. М.: Шйинфортяжмаш, 1965. - 69 с., ил.

3. Свиридов Ю.Б. Термодинамический анализ процесса сгорания. М.: АН СССР, 1967, вып.2.

4. Свиридов Ю .Б у Смесеобразование и сгорание в дизелях.-Л.: Машиностроение, 1972. 223 с.у ил.

5. Соколик A.C. О физико-химических свойствах дизельных топлив. Труды научно-технической конференции. - М^: АН СССР; i960. - 126 с.у ил.

6. Семенов H.H. О цепных реакциях и теории горения. -М.: Знание, серия УШ, № 17, 1957. 63 е., ил;

7. Рожков И.В. Моторные топлива; масла и жидкости." -М.': Гостоптехиздат, 19571 352 е., ил.

8. Кроурфорд А.Э. Ультразвуковая техника. Перевод с английского. М.: Изд.И.Л.; 1958. - 376 е., ил.

9. Бергман 1. Ультразвук и его применение в науке. Перевод с немецкого* М.: Изд.И Д., 1957. - 462 е.,ил.45.- Корнфельд М,' Упругость и прочность жидкости. -Гостехиздат, 1951» 168 е., ил.

10. Розенберг Л.Д. Энергетические соотношения при ультразвуковой кавитации^5 Ультразвуковая техника, 1964, вып.6;с .25-28.47. Фридман В.М. Ультразвуковая химическая аппаратура. -М.: Машиностроение, 1967. 234 е., ил.

11. Хорбенко И.Г. В мире неслышимых звуков. 2-е изд., перераб; и доп^ М.: Машиностроение, 1971. - 247 с.,* ил.

12. Ермилов А.С. Применение ультразвука при получении консистентных смазок, Химия и технология топлив и масел; 1957, № II, с.59-67.

13. Розенберг Л.Д. Физика и техника мощного ультразвука, источники мощного ультразвука. М.: Наука, I967v - 379 е., ил.

14. Розенберг Л.Д. Энергетические соотношения при ультразвуковой кавитации. Ультразвуковая техника, 1964, вып.6, с.25-28.

15. Биркгорф Г., Сарантелло Э. Струи,следы Каверны. -М.: Мир, 1964. 78 е., ил.

16. Бергман Л, Ультразвук. Изд.И.Л., 1956. - 38 с.',ил.

17. Хорбенко И,Г. Ультразвук в машиностроении. 2-е изд., перераб. и доп. М.* Машиностроение, 1974. - 280 е., ил.

18. Дьяченко Н.Х* Теория двигателей внутреннего сгорания. 2-е изд., перераб. и доп. Л.: Машиностроение, 1974. -551 е., ил.

19. Корн Г., Корн Т. Справочник по математике для научных работников и инженеров. 4-е изд., перераб. и доп. М.: Наука, 1973. - 931 е., ил.

20. Чугаев P.P. Гидравлика. 2-е изд., перераб. и доп. -Л.: Энергия, 1971. 552 с., ил.

21. Кичуки Е. Ультразвуковые преобразователи. М.: Мир, 1972. - 424 е., ил.62? Веденяпин F.B. Общая методика экспериментального исследования и обработки опытных данных. М.: Колос, 1965.135 е., ил.

22. Адлер Ю.П., Маркова Е.В.; Грановский Ю.В. Планирование эксперимента при поиске оптимальных условий. M¿: Наука, 1971. - 282 с.

23. Болтинский В.Н. Теория, конструкция и расчет тракторных и автомобильных двигателей* М.: Сельхозгиз, 1962. 391 с., ил.

24. Беляев Н.М. Сопротивление материалов. 4-е изд. -М.: Наука, 1965. 856 е., ил.68.- Венцель Е.С. Теория вероятностей. М.: Наука, 1964, - 335 е., ил.

25. Гаврилов А.Н* Справочник "Приборостроение и средства автоматизации". М.: Государственное научно-техническое издательство машиностроительной литературы, т.1, I963.568 е., ил.

26. Гершгал Д.А., Фридман В.М. Ультразвуковая технологическая аппаратура. М.: Энергия, 1976. - 267 е., ил.

27. Гинберг А.М. Ультразвук в химических и электрохимических процессах машиностроения. М.: Машгиз, 1962.-136 е.,ил.

28. Гйнберг A.§. Ультразвук в гальванотехнике. M.: Металлургия, 1969. - 208 е., ил.

29. Государственные стандарты СССР. Методы испытаний. -М.: Комитет стандартов мер и измерительных приборов при Совете Министров СССР, часть I, 1967. 635 с.

30. Дубровкин Н.§. Справочник по углеводородным топли-вам и продуктам их сгорания. М.-Л.: Госэнергоиздат, 1962. -288 е., ил.

31. Карпов Л.Н. Диагностика и техническое обслуживание тракторов и комбайнов. Под ред. проф. Н.С.Ждановекого. М., "Колос", 1972. 320 е., ил.

32. Егоров И.Н. Влияние ультразвуковой обработки на фракционный состав летнего дизельного топлива. Научные труды, Латвийская СХА. Елгава, 1973, вып.' 30.

33. Егоров И.Н., Гришин Д.С. Влияние ультразвуковой обработки дизельного топлива на индикаторный период задержки^ Научные труды, Латвийская СХА. Елгава, 1974, вып.74.

34. Егоров И.Н. Влияние ультразвуковой обработки на коксуемость Л)#-ного остатка дизельного топлива. Научные труды, Латвийская СХА, Елгава, 1974, вып. 74.

35. Влияние ультразвука на качественные показатели дизельного топлива. Научные труды, Латвийская СХА. Елгава, 1976, вып. Ю5.

36. Ермилов A.C. Применение ультразвука при получении консистентных смазок. Химия и технология тошеив и масел, 1957, № II, с.59-67.

37. Зуев В.П., Кряжкова Г.И. О возможности примененияультразвука для восстановления смазочных масел. Л., Записки Ленинградского СХИ, 1969, т.'119.82. йориш Ю.И. Виброметрия. 2-е изд., перераб. и доп. -М.: Машгиз, 1963. 771 е., ил.

38. Карпов Р.Г. Электроника в испытаниях тепловых двигателей. М.: Машгиз, 1963. - 123 е., ил.

39. J Мац 3. Методика обработки индикаторных диаграмм. -Труды ЦНИДИ, 1957, »32, с.45-56.

40. Баулин И. За барьером слышимости. М.: Знание,1971. 176 е., ил.

41. Стефановский Б.С. и др. Испытание двигателей внутреннего сгорания (Стефановский Б., Доколин Ю., Сорокин В.," Васильев В., Корен Е., Скобцов Е.). М.: Машиностроение,1972. 367 е., ил.

42. Школьников В.М. Товарные нефтепродукты. Свойства и применение. Справочник, 2-е изд., перераб. и доп. М.; Химия, 1978. - 472 с.

43. Брянек Л.Л. Акустические измерения. Перевод с английского. М.: И.Л., 1952. - 186 е., ил.

44. Кроурфорд А.Э. Ультразвуковая техника. Перевод с английского. M.s И.Л.; 1958. - 205 с.^ ил.

45. Курибая Сейсян. Сейсян гвдзюпу(перевод). Япония, № II, с. 18-26.

46. Сиодзава М.,- Оно-Яма М. Исследование механической стабильности масел;содержащих полимерные присадки с применением ультразвука. Перевод Дзюн-Кацу^ 1965. 165 е., ил.1. Инженер И.Н.ЕГОРОВ