автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.02, диссертация на тему:Установка для очистки отработанных моторных масел в условиях сельскохозяйственного производства с применением поверхностно-распределенных электронагревателей

Р Г 6 од

г 1 ДПР 1597 БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ

АГРАРНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

УДК 621.899:621.365

Крутое Анатолий Викторович

УСТАНОВКА ДЛЯ ОЧИСТКИ ОТРАБОТАННЫХ МОТОРНЫХ МАСЕЛ В УСЛОВИЯХ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОГО ПРОИЗВОДСТВА С ПРИМЕНЕНИЕМ ПОВЕРХНОСТНО-РАСПРЕДЕЛЕННЫХ ЭЛЕКТРОНАГРЕВАТЕЛЕЙ

Шифр и наименование специальностей:

05.20.02 - Электрификация сельскохозяйственного производства

05.20.03 - Эксплуатация, восстановление и ремонт сельскохозяйственной техники

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Минск -1957

Работа выполнена в Белорусском государственном ' аграрном техническом университете (БАТУ)

Научный руководитель

Официальные оппоненты:

- академик ААН РБ, доктор технических наук, профессор Л.С. Герасимович •

- доктор технических наук, профессор И.Ф. Кудрявцев;

- кандидат технических наук, старший научный сотрудник В.Н. Дашков

Оппонирующая организация - Республиканское межхозяйственное

предприятие "Белсельхозэнерго"

Защита состоится "23" апреля 1997 г. в 14.30 на заседании совета по защите диссертаций Д 02.31.01 в Белорусском государственном аграрном техническом университете.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке БАТУ. Автореферат разослан марта 1997 г.

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные печатью, просим направить ученому секретарю совета по адресу:

220023, г. Минск, проспект Ф. Скорины, 99, корпус 1, БАТУ

Ученый секретарь совета по защите диссертаций, кандидат технических наук, доденг

(к

В.П. Степанцов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность теш. Автотракторный парк агропромышленного комплекса Республики Беларусь является; крупным потребителем «оторп'.'х масел, на эксплуатационные свойства которых, кроме наличия комплекса функциональных прйсадок,' существенное влияние оказывает уровень их чистоты. Важный путь снижения потребления масел - повторное их использование по прямому назначению после" восстановлю-н;и качественных показателей, снизившихся при эксплуатации техники. Продление работоспособности масел возможно за счет разработки более совершенных технических средств, обеспечивающих одновременное удаление механических примесей, топливных фракций, влаги, снижение энергозатрат на этот технологический процесс.

Актуальность теш подтверждается' ее включением в республн-'санскуи научно-техническую программу "Агрокомплекс" (подпрограмма "Механизация", задание 20.02 "Разработка технических средств и мероприятии, обеспечивающих экономию топлива и смазочных материале:) при использовании автотракторной техники в сельском хозяйстве РБ").

Цель работы - повышение эффективности и качества очистки загрязненных или отработанных масел, снижение удельных энергозатрат на процесс очистки.

Основные задачи исследования следующие:

- исследование уровня и характера загрязнений собранных отработанных моторных масел;

- обоснование выбора технических средств очистки и нагрева масел;

- математическое описание процесса нагрева автотракторных масел поверхностно-распределенными электронагревателями (ПЭН);

- обоснование конструкции и разработка методики расчета параметров ПЭН;

- разработка технических средств повышения эффективности удаления влаги и легкокипящих фракций при очистке масла;

- разработка лабораторной установки и методики экспериментальных исследований;

- определение продолжительности очистки в установке с испарителем и без испарителя в зависимости от количества содержащейся в отработанном масле влаги;

- проведение экспериментальных исследований й оптимизация конструктивных и технологических параметров установки;

- оценка экономической эффективности технического решения.

z

Объектом исследований являются отработанные моторные масла, технические средства очистки масел, электронагревательные устройства.

Методика исследований включает стандартные методики оценки загрязненности масла, математическое моделирование процесса нагрева масла поверхностно-распределенными на пластинах электронагревателями, оптимизацию параметров нагревателей с применением методов планирования эксперимента, лабораторные испытания разработанных устройств, а также методику оценки технико-экономических обоснований инвестиционных проектов и расчета эффективности капиталовложений в условиях рынка.

Результаты исследований обрабатывались с применением теорий вероятности и математической статистики, ПЭВМ и пакетов прикладных программ MCAD, QUATTRO PRO, STATGRAFHICS.

Научная новизна полученных результатов. Получены математические зависимости, описывающие процесс нагрева масла вертикальными пластинами ПЭН, продолжительность ■ удаления влаги, необходимые удельные энергозатраты и класс чистоты, на основании которых предложены принципиально новые устройства, повышающие эффективность и качество очистки масел. Новизна подтверждена 2 патентами.

Практическая значимость полученных результатов. На установку для очистки масла разработаны и утверждены.технические требования с использованием узла нагрева и испарителя на базе поверхностно-распределенных электронагревателей. Новые разработанные устройства переданы в НПЦ "Beлагротех" и на опытную станцию БСХА для • внедрения в установках для очистки масла. Установка внедрена в учхозе им. Фрунзе.

Коммерческая значимость полученных результатов. Предложенная научно обоснованная установка для очистки масел является конкурентоспособней в странах СНГ благодаря снижению удельных энергетических затрат' на очистку, обеспечению одновременного удаления механических примесей, топливных фракций, воды, что подтверждается патентом Республики Беларусь на устройство.

Основные положения диссертации,выносимые на защиту: . - научно обоснованный и экспериментально подтвержденный способ повышения эффективности очистки отработанного масла путем его электроподогрева пластинчатыми поверхностно-распределенными электронагревателями, оптимизации конструктивных параметров бака, узла нагрева и использования ПЭН-испарителя;

- аналитическое описание процесса нагрева масла пластинами ПЭН в условиях свободной конвекции;

- результаты исследования зависимости температуры на контактной поверхности теплообмена (КПТ) ПЭН от удельной мощности нагреса.

Личный вклад соискателя. Диссертация являете. самостоятельной научно-исследовательской работой, в которой на основании проведенных автором теоретических и экспериментальных исследований получена математическая модель процесса электронагрева масла при его очистке, оптимизированы конструктивные и технологические параметры установки на базе поверхностно-распределенных электронагревателей, предложено техническое решение, повышающее качество очистки масла при наличии в нем воды, установлена зависимость времени очистки от степени обводненности масла.

Апробация результатов диссертации. Основные положения работы доложены и одобрены на научно-технических конференциях "Научно-технический прогресс в агропромышленном комплексе" (Минск. 1990), "Проблемы механизации, электрификации, автоматизации сельского хозяйства и подготовки инженерных кадров" (Минск, 1991), на первой и второй республиканских научно-технических конференциях "Моделирование сельскохозяйственных процессов и машин" (Минск, 1994, 1996), на Международном семинаре по проблемам энергоресурсосбережения (Минск, 1995).

Новые разработанные устройства на базе поверхностно-распределенных нагревателей прошли стендовые испытания во Всероссийском научно-исследовательском и проектно-технологическом институте по использованию техники и нефтепродуктов в сельском хозяйстве (ВИИТиН) и рекомендованы для внедрения в установках для очистки масла на НПЦ "Белагротех" и опытной станции БСХА. Установка для очистки масел прошла производственную проверку в учебно-опытном хозяйстве им. Фрунзе.

Опубликованность результатов. Основные результаты исследований изложены в 7 печатных работах, получены патент Российской Федерации и патент Республики Беларусь на изобретения по теме диссертации. ' .

. Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 5 глав, общих выводов, списка использованных источников и приложений. Изложена на 113. страницах машинописного текста, содержит 35 рисунков, 15 таблиц/библиографию из 116 наименований, в том числе 8 - на иностранных языках и 20 приложений на 54 страницах.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первой главе проведен обзор литературных и патентных источников по проблемам загрязненности, очистки и повторного использования товарных и отработанных автотракторных масел.

Исследованиям в области обеспечения чистоты масел посвящены работы Рыбакова К.В., Коваленко В.П., Ленского A.B., Кузнецова H.A., Ильинской Н.И., Гулямова Ю.М., Раскиной JI.C., Бунееза И.Н., Евдокимова А.Ю. и других ученых, которые показывают, что в условиях сельскохозяйственного производства технологической основой восстановления основных физико-химических параметров загрязненных и отработанных масел является их очистка на специальных установках с использованием физических способов очистки, в частности центрифугирования подогретого масла. Ученые Глушаков B.C., Бутов Н.П., Гущин В.А. и другие рекомендуют для восстановления эксплуатационных свойств отработанных моторных масел добавлять в них после очистки специальные присадки или смешивать со свежими. Изучение способов регенерации отработанных масел показало, что известные технические средства очистки в условиях сельскохозяйственного производства малоэффективны при удалении содержащейся в загрязненном масле влаги, топливных фракций.

Анализ технических средств очистки и подогрева масел позволил также выявить возможности снижения энергозатрат и повышения качества технологического процесса. Так, применяемые для нагрева отработанных масел при их очистке трубчатые электронагреватели имеют недостаток образования на теплогенерирующей поверхности пригаров. Использование высокотемпературных устройств нагрева требует применения промежуточных теплоносителей, что снижает эффективность тепловых процессов.

В условиях сельскохозяйственного производства при очистке масел наиболее целесообразен их электроподогрев на базе поверхностно-распределенных электронагревателей, как имеющих оптимальную удельную поверхностную мощность, равномерную температуру на контактной поверхности теплообмена, малую.тепловую инерционность, меньшую дефицитность материалов при их изготовлении. Выполнение ПЭН в виде пластин и вертикальная их установка позволяют избежать осаждения содержащихся в масле загрязнений на КПТ нагревателя, а следовательно, их при-горание и ухудшение теплоотдачи.

В главе 2 излагаются теоретические предпосылки использования 'поверхностно-распределенных электронагревателей в ' установках . для - очистки масел, обоснование основных направлений исследования, глав-

ная задача которых - определить температурные поля в зоне поверхностно-распределенного пластинчатого электронагревателя и в объеме очищаемого масла для того, чтобы выбрать оптимальные режимы технологического процесса очистки, сохранить работоспособность нагревателя, обеспечить наименьшие энергозатраты.

Решение подобных задач•аналитическими и численными методами достаточно широко практикуется в работах ученых Л.С. Герасимовича, М.А. Прищепова, В. А. Коротинского, А.Л. Хомича и других. При проведении теоретических исследований в диссертации применяются аналогичные методы математического анализа процессов низкотемпературного нагрева.

Известно, что в случае вертикальных теплогенерирующих стенок характер теплообмена и движения жидкости между пластинами зависит от соотношения высоты пластины и расстояния между пластинами. В.Эдекба-зс получил следующее соотношение для оптимального расстояния ме^лу пластинами заданной высоты, при котором они передают максимальный тепловой поток:

ЬоптйгРг/Ь - 50, (1)

где Ьопт - оптимальное расстояние между пластинами;

I - высота пластины;

Сг - число Грасгофа;

Рг - число Прандтля. ,

Однако значения чисел Грасгофа и Прандтля для моторных масел ¡'эстолько велики, что оптимизация узла нагрева по формуле (1) не имеет смысла, та? как пользование ею при решении данной задачи приводит к необоснованному . увеличению материалоемкости узла нагрева и снижении температурного напора на теплогенерирующей поверхности из-за выбора пластины ПЭН большой высоты.

Это потребовало провести теоретические и экспериментальные исследования, позволяющие оптимизировать узел нагрева по минимуму материалоемкости и энергозатрат на нагрев масла до рабочей температуры его очистки, а также на удаление влаги и летучих веществ.

Для описания процесса нагрева масла вертикально -установленной пластинами с ПЭН использованы дифференциальные уравнения термодзт-мигси,' основанные на законах сохранения массы, количества движения я энергии для несжимаемой жидкости. Исследовалось их решение при граничных условиях первого и третьего рода. С целью упрощения рсиения гзтзи уравнений аналитическим путем приняты следующие допущения:

1) 'иены в уравнении энергии, учитывающие вязкую диссипащад а

градиент давления', незначительны по сравнению с тепловой конвекцией и источником энергии и ими можно пренебречь;,

2) учитывая, что значение коэффициента температуропроводности масла имеет очень малое значение (10"8... Ю-9 м2/с), им также пренебрегаем;

3) ввиду малого изменения физических свойств масла в пределах выбранных температур нагрева, можно считать, что они не зависят от температуры;

4) существенное изменение скорости потока масла при естественной конвекции происходит лишь в направлении, параллельном пластинам;

Б) скорость потока масла вдоль оси, параллельной пластине с ГСЭН, в иомен? установившейся конвекции равна скорости, определенной при передаче тепла теплопроводностью и убывает с высотой до нуля.

Для решения дифференциальных уравнений в частных производных использован операционный метод преобразований Лапласа. Установлено, что изменения температуры достаточно точно описываются аналитическим решением системы дифференциальных уравнений непрерывности, движения и энергии при граничных условиях первого рода и задании характера изменения температуры у дна бака. Из множества вариантов выбрано наиболее преемлемое решение, имеющее вид:

tve*

- + Г Í, 0 < Т < Тх

Т(х,т) = '

2

htx2

(híx + Y)(t - Тх) + - + ГТх. X > tx

2

(2)

tve2

T(0,t) - rt (t < Г), T(H.t) = — + ГТ,

2

где x, x - независимые переменные (координата и время); Т = t - t0;

t - температура в данной узловой точке в любой момент времени. К;

t0 - начальная температура масла, К;

Н Нэ

Т„--С(-) - 13;

3Vo н - х

т, h, Г - коэффициенты, зависящие от удельной мощности теплового потока в масло;

Уо ~ начальная скорость потока масла, м/с;

Н - высота бака, м.

При этом для поддержания постоянной температуры на контактной поверхности теплообмена использован разработанный М.А. Прищеповым ПЗН-датчик и предложено соответствующее коммутирующее устройство.

^ случае нагрева масла вертикальными пластинами с ПЭН в условиях ^смешанной конвекции получена следующая зависимость температуры масла в лобой момент времени:

ccFtH

tCP - tw - (tw - t°cp)exp(--), (3)

McD

где a = i/(me2 + Nub2)X]/L - коэффициент теплоотдачи Вт/(м2 К);

Hu0 - критерий Нуссельта при естественной конвекции; NuB - критерий Нуссельта при вынужденной конвекции; тн - длительность нагрева, с; tw - температура стенки пластины, К; t°cp _ начальная средняя по объему температура масла, К; tCp - средняя по объему температура масла, К; F - площадь поверхности теплоотдачи, м2; М .- масса нагреваемого масла, кг; сР - удельная теплоемкость масла, Дж/(кг К). Теории сушки материалов доказывает, что время удаления влаги 'зависит от ряда факторов, в частности, количества испаряемой влаги, поверхности испарения, коэффициента испарения и других параметров, характеризующих явление тепломассопереноса и диффузионные процессы. Известен способ удаления влаги, например,' с помощью гидродинамических фильтров, разработанных в МИИСП. М. Байрамов дал методику их расчета. Однако эффективность обезвоживания масла этим способом рез-

ко снижается при наличии в масле Солее 1 процента воды. Поэтому в качестзе способа удаления влаги выбрано испарение.

В главе 3 разработаны методики расчета потребной мощности на нагрев масла, конструктивных параметров пластины ПЭН, определены задачи и методика оптимизации энергетических затрат на процесс очистки. Расчет параметров ГОН предложен для двух случаев: или при постоянной температуре на контактной поверхности теплообмена, или при неизменной удельной поверхностной мощности пластины, Оптимизация энергетических затрат на процесс очистки предусмотрена по такому критерию оптимальности, как полная энергоемкость очистки. При этом определение полной энергоемкости очистки проводилось с учетом прямых и овеществленных энергозатрат по методике, разработанной коллективом ученых во главе с академиком ААН РБ М.М. Северневым.

В третьей главе изложена также программа и методика экспёримен-тальных исследований. Очищаемое масло предварительно оценивается на степень загрязненности. Пробы из емкостей для хранения отработанных масел отбираются по методике, обусловленной ГОСТ 2517-85. Отобранные пробы масел разделяются на 2 части. Одну часть пробы, в количестве не менее 200 см3, подвергают после соответствующей подготовки к анализу на наличие в масле выкипающих фракций, механических примесей и загрязнений по методикам, изложенным в ГОСТ 2177-82, ГОСТ 26378.0-84, 26378.1-84, 26378.2-84.

Другая часть пробы подвергаетсй очистке от механических загрязнений и воды, топливных фракций. Очистка от механических примесей производится с помощью центрифугирования, а влага и легкокипящие фракции удаляются путем нагрева и испарения с помощью поверхностно-распределенных электронагревателей. После того, как температура масла снизилась до температуры окружающей среды, по аналогичной методике проводится анализ пробы очищенного масла.

Для определения температуры в объеме масла, использовались хро-мель-копелевые термопары, которые размещались в центре бака с интервалом по высоте 100 мм.- Предварительно термопары бьци отградуированы с помощью ртутного термометра. Сигнал с термопар поступал на потенциометр ПП-63. Начальную температуру масла в зоне пластин ПЭН определяли ртутным термометром.

Температуру на контактной поверхности.теплообмена измеряли с помощью самопишущего потенциометра Э1Ш-09МЗ.

: Эксперимент проводился при количестве пластин 1,2,3,4. а также с различной их удельной поверхностной мощностью: 20; 24; 28 1 кВт/м2. Расстояние между пластинами изменялось с интервалом в 0,02 м.

Определение мощности в трехфазной цепи установки проводилось путем суммирования измеряемых мощностей в каждой фазе с помощью универсального измерительного комплекта К505.

В главе 4 изложены результаты экспериментальных исследований, которые включали определение состава загрязнений отработанных 'и очищенных моторных масел] температурного напора пластины ПЗН при различной мощности теплового потока в масло, распределение температуры масла по высоте объему, и в динамике, продолжительности очистки масла с испарителем и без испарителя, в зависимости от содержания в нем • влаги, летучих веществ, энергозатрат на процесс очистки.

Лабораторная установка для проведения экспериментальных исследований состоит из секции нагрева с блоком поверхностно-распределенных электронагревателей, шестеренного насоса НШ-32, центрифуги с испарителем, электропривода,' системы маслопроводов, средств измерений и контроля, пуско-защитной аппаратуры. Принципиальная схема лабораторной установки приведена на рис.1.

Технологические схемы:

А-В - подача масла в бак для нагрева С-В -. перемешивание С-0 - подача на очистку С-Е - выдача очищенного масла

Рис. 1. Принципиальная схема лабораторной уотановки: 1 - бак-для нагрева; 2 - краны; 3 - пластины с ПЭН; • 4 - маслопроводы; 5 - термометр; 6 - насос шестеренный с электроприводом; 7 - предохранительный клапан; 8 - расходомер; 9 - манометр; 10 - центрифуга; 11 -ПЭН-испаритель; 12 - терморегулятор; 13 - термопары.

, Для проведения инженерных расчетов температурного напора пластины ПЭН, динамических характеристик процесса нагрева масла проведены эксперименты по установлению температуры поверхности вертикально погруженной в масло пластины при естественной установившейся конвекции и различной удельной поверхностной мощности.

Испытывались лластйны двух типоразмеров: площадью 770 см2 и 1020 см2. Удельная- поверхностная мощность пластины'изменялась с помощью регулятора напряжения типа ТС-4М. Повторность опыта для каждой пластины была пятикратной. Наибольшее отклонение от средних значений не превышало 4,3 X.-.На рис.2 приведены экспериментальные зависимости температуры пластины от удельной.поверхностной мощности при различном удельном тепловом потоке.

• Установлено, что для ПЭН с изоляционным слоем из стеклозмали марки 127 по допустимой температуре' нагрева (не выше 240°С) при количестве ^пластин, равном 3, • максимальная удельная поверхностная мощность не должна превышать- 26 кВт/м2.

. t, ñí £60

220

1В0

140

ido'

SO 20

О 0,8 1,6 2,4 3,2 4,0 <Jw,Br/*2

Рис. 2. Влияние удельной поверхностной мощности на температуру поверхности пластины в зависимости от их числа при установившейся естественной конвекции

Анализ теоретических ' и экспериментальных данных нагрева масла различными конструкциями узла нагрева показывает, что наиболее практично и с точки зрения равномерности загрувки фаз и продолжительности выхода на рабочий режим очистки выбирать число пластин, равное 3, а удельный тепловой поток - 72 ЛВт/м3. При этом ошибка между теоретическими расчетами и экспериментальными данными наименьшая и составляет не более 2,6 X.

С учетом предельно допустимой удельной поверхностной мощности д„ ■ 25 кВт/м2 при числе пластин л « 3, при длине пластины,. равной внутреннему размеру длины основания бака, Еысота пластины с ПЗН будет определяться следующей зависимостью:

' чушн ■ • ячПпн ^пшн и > -т. к,. = - = - С 26 кВт/м2, .

156 ' 2пР ' 2пШ

где qv - удельный'тепловой поток мощности в масло, кВт/м3;

П,Ш - соответственно, длина и ширина бака, м.

Проведены лабораторные испытания испарителя на установке УОМ-ЗА производительностью 60 л/час. При наличии в очищаемом масле • влаги до 2 % по массе, легкокипящих фракций до 7 % по массе, исследовалась продолжительность их удаления без испарителя и с разработанным в ВАТУ испарителем. За время удаления влаги топливные фракции улетучивались полностью, что позволяет контролировать процесс очистки по обезвоживанию. Результаты эксперимента приведены в виде графиков на рис. За. Обработка экспериментальных данных по продолжительности испарения с помощью ПЭВМ и программы МСАО позволила описать динамику •очистки на установке с испарителем на базе ПЭН в зависимости оъ наличия в масле влаги следующей формулой:

Ти = 22,2 гп0'8 + 0,12 ЩКЛп), ' (4) '

где Гц - продолжительность очистки масла,в минутах; т - влажность масла, в процентах.

Зависимость, описываемая формулой (4), приведена на рис. 36. Достигнута' хорошая адекватность кривых, построенных по полученной эмпирической формуле и экспериментальным данным.

Проверка уравнения (4) на адекватность по критерию Фишера показывает, что условие адекватности выполняется и полученное уравнение регрессии с уровнем значимости В процентов достаточно точно описывает продолжительность очистки.

Для регулирования температуры на поверхности испарителя, контроля за процессом испарения и отключения ПЭН-испарителя после удаления влаги и топливных фракций: разработано устройство автоматического

управления, основанное на использовании ПЭН-датчика и повышении температуры на .испарителе после удаления выкипающих веществ, а)" ' б)

«х, юн 40

...,

> г

г

0 £3 .40 СО 80 100 120 О 0,4 0,8 1,2 1,6 2,0

. . х, шш ш.х

Рис: 3. Зависимости (а) снижения влажности масла от продолжительности очистки: 1,2,3 1 в установке без испарителя при ра-• бочих температурах масла' 70, 75 и 80°С соответственно: 4 - в установке с испаритэлем при рабочей температуре масла 75 С; (б) - продолжительности очистки масла в установке с. испарителем .-от наличия в нем влаги при рабочей температуре 75 С.

Для определения оптимальной области удельных энергетических затрат на очистку, масла был составлен и реализован трехуровневый план Бокса-Бенкина второго порядка с трехкратной повторностью опытов в центре плана, т.е. . при нахождении всех факторов на рулевых уровнях (XI = Х2 .■» хз - 0). Критериями оптимизации являлись удельные затраты энергии на очистку масла (У1) и класс его чистоты (Уг). Получену следующие уравнения:

У! = 0.06629 - 0.01038X1 + 0.01084Х12 (5)

у2 = 12 - 1.125хз + 0.5X1X3,- 0.75X2X3 + 0.75Х12 +

0.5х22 -ь 0.75хз2, (6)

где Х1.Х2.ХЗ - кодированные значения факторов, соответственно, производительности установки (И), температуры на поверхности ГОН. (Ц), . температуры нагрева масла (1:3). Для вычисления коэффициентов регрессии использовалась матричная алгебра после составления Х-матрицы условий эксперимента, а также ¥1. Уг-'^атрицы наблюдений. Все вычисления, связанные с транспонированием,

обращением, умножением матриц выполняются в среде QUATTRO PRO. В этой же среде производятся и остальные вычисления, связанные с дисперсией адекватности, дисперсией коэффициентов регрессии, ковариации._

Адекватность уравнений и значимость коэффициентов проверены по F-критерию Фишера и t-критерию С'тъюдента при 5%-ном уровне значимости и числом степеней свободы f=4. . .

Анализ результатов многофакторного эксперимента осуществлялся путем нахождения условных ' экстремумов графическим методом,"с помощью двухмерных сечений, фи этом реиалась компромиссная задача - нахождение значений, даюшиХ" наилучшую чистоту очистки и минимум удельных энергозатрат. •■

Двухмерные сечения поверхностей отклика, характеризующие удельный расход энергии на очистку масла и класс его чистоты в зависимости от производительности установки (xi) и от рабочей температуры начала очистки (хз), построены при значении фактора температуры на поверхности ПЗН на нулевом уровне (хг » 0).

Графические результаты расчетов представлены на рис^ 4.

а)

б)

1 V , 1 ч ч V ✓ \ \ \ \ Ve es и <s

\ ч \ Ч. v Ч У / 0' V \ S V \

>** о « О «5 Ч й О ч * ? «а" 1 —\ \ <

N - ' "Ч - *

I ! M 1 1

4 \ v \ V \ 1 / л/ / у ч Y

Х\ Я* V4 ч

\ Ч V-. :—

120 V, кг/Ч

им

его

на t», °о

t«.°c

240

Его

В)

х<

0м

в сг в

ÈËË

Xi

Oi

s "V

\ \ ■14 it

S л к г S

I I / ! /

120 M, кг

Рис.4. Двухмерные сечэния поверхностей•отклика У1,Чг:

а) при Х2 - о - 220 °С);

б) при XI - О (И - 90 кг/ч);

в) при хэ - О - 55 °С).

- - затраты энергии;

--- - класс чистоты.

«г

б

ч

В главе 5 проведен расчет экономической эффективности принятого технического решения - маслоочистительной установки с узлами нагрева

и испарения на базе поверхностно-распределенных электронагревателей в соответствии с утвержденными Министерством экономию! Республики Беларусь 14.12.1994 г. рекомендациями .по разработке и оценке технико-экономических обоснований инвестиционных проектов, а также действующей методикой расчета эффективности капиталовложений в условиях рынка.

Расчеты выполнены в ценах на 1 июля' 1996 года. Внедрение установки с использованием ПЭН позволяет по сравнению с базовым вариантом снизить на 18 процентов энергозатраты на процесс очистки масла. Годовой эффект от внедрения 1.установки производительностью 90 кг/ч в хозяйстве с автотракторным парком 80-100 единиц тракторов и автомобилей составляет около 5000 долларов .США.

ВЫВОДЫ

•1. Изучение состава загрязнений отработанных масел, хранящихся в накопительных, емкостях ..сельскохозяйственных предприятий, показало наличие в них высокого содержания массовой доли механических примесей (до 2,2 X), 'воды (более' 1,4 X), легкокипящих фракций (свыше 6,0 X). Очистка отработанных масел, не соответствующих по чистоте стандарту, в условиях сельскохозяйственного производства наиболее целесообразна с помощью передвижных установок путем центрифугирова-' ния разогретого масла, испарения влаги и легкокипящих фракций.

2; Нагрев масла с целью эффективного удаления нежелательных компонентов предпочтителен на базе поверхностно-распределенных электронагревателей (ПЭН), выполненных в виде вертикальных пластин, которые имеют пониженную удельную поверхностную мощность, равномерную температуру на контактной поверхности теплообмена, малую тепловую инерционность, что исключает образование на поверхности теплогенерирующих элементов пригаров.

3. Анализ полученных теоретических и экспериментальных зависимостей показывает, что температура масла по высоте объема и во времени достаточно точно описывается аналитическим решением дифференциальных уравнений непрерывности, движения и энергии при граничных условиях первого рода и. задании характера изменения температуры у дна бака, используя операционный метод преобразований Лапласа. Ошибка составляет; не более 2,6 X.

4. Полученное аналитическое описание распределения температуры масла по высоте.объема и во времени при нагреве его пластиной ПЭН и разработанные методики расчетк потребной мощности электронагрева, параметров нагревателя позволяют определять температуру на контактной поверхности теплообмена, при постоянной его удельной поверхностной мощности-. При этом для обеспечения работоспособности нагреватет

ля, избежания перегрева масла следует контролировать его температуру у верхней границы пластины, предельное значение которой .не должно превышать 110 °С.

5. При выборе ПЭН для нагрева масла .следует учитывать,, что с увеличением количества пластин возрастает температура на поверхности нагревателя при одинаковой удельной поверхностной мощности, а это влияет на работоспособность изоляционного слоя ПЭН. При удельной поверхностной мощности до 26 кВт/м2 расстояние между ними не должно быть меньше половины высоты пластины. Более'предпочтительно задание, и контролирование предельно допустимой температуры на поверхности нагревателя. Для этого необходимо использовать дополнительное устройство-терморегулятор, например, ПЭН-датчик.

6. Разработан и установлен в центрифуге испаритель на базе ПЭН, что позволяет вести одновременно очистку масла от механических примесей, влаги и легкокипящих фракций, обеспечивать нужный класс чистоты (12-13), полное обезвоживание и удаление топливных фракций. При этом удаление летучих фракций происходит за время обезвоживания. Получены экспериментальные зависимости продолжительности очистки от количества содержания влаги при производительности установки 60 кг/ч и удельной поверхностной мощности испарителя 9... 12. кВт/м2. ■ 7. Оптимизирован технологический процесс очистки по минимуму энергозатрат и качеству очищенного масла. Определены оптимальные: производительность установки - 75...90 кг/ч; температура на контактной; поверхности теплообмена - 220...230 °С; рабочая температура начала очистки масла 70...80 °С. При этом целесообразно выбирать конструкцию бака высотой, не меньшей размеров длины и ширины его основания для использования явления свободной, конвекции. -

8. Применение в установках для очистки масла поверхностно-распределенных электронагревателей^ испарителя на базе ПЭН, оптимизация параметров установки позволяет снизить удельные энергозатраты на процесс очистки масла на 18 процентов, повысить качество очистки.

Выполненные исследования, экономическая оценка и производственная проверка подтвердили целесообразность внедрения данной установки в колхозах, совхозах и на автотракторных предприятиях агропромышленного комплекса..Годовой экономический эффект от ее внедрения .в хозяйстве составляет около 5 тыс. долларов США..

Основные результаты диссертации опубликованы в работах: 1. Герасимович Л.С., Крутов A.B. Энергосберегающая установка электроподогрева масел при их очистке//Гезисы докладов научно-технической конференции "Проблемы механизации, электрификации, автоматизации сельского хозяйства и подготовки инженерных кадров".

." 16

-Минск, 1991.- С.104-105, '

2. Добш Г.'Ф., Крутов A.B. Задачи энергосбережения в агропромышленном комплексе и некоторые пути их решения в научно-технических разработках БММСХ//Материалы научно-технической конференции "На. учно-технический прогресс в агропромышленном комплексе". -Мн.:

БШСХ, 1990.- С.7-10. '

3. Герасимович Л.С., .Прищепов М.А., Крутов A.B. К вопросу оптимизации .конструкции поверхностно-распределенных электронагревателей энергосберегающей установки для подогрева масел в потоке при их рёгенерацш • //Теория и практика рационального использования ГСМ в автотракторном и сельскохозяйственном машиностроении. Тезисы •докладов' УП Всесоюзной научно-технической конференции. -Челя-

. бинск, 1991.-' С. 46. ...

4. Герасимович Д.С. ,' Прищепов Mi А., Крутов A.B. Математическая ыо~ ! дель процесса нагрева минерального масла поверхностно-распределенными электронагревателями // Технические средства и системы управления'сель,скохозяйственньми электроустановками: Сборник научных трудов.^Горки, 1993.- С.53-61.

5! Герасимович Л.С., Крутйв A.B. Математическое описание темпера-' турного напора поверхностно-распределенного электронагревателя методом электрической аналогий//Моделирование сельскохозяйственных процессов и машин. Тезисы докладов научно-технической конференции. -Минск, 1994.- С.55-56. ■ .

6, БоханН.И., Крутов A.B., Солонко И.Н. Технические средства по ' экономии .топлива и смазочных материалов при использовании автотракторной техники в сельском хозяйстве//Проблемы энергоресурсосбережения.- новые решения. Тезисы докладов Международного семинара на базе 1-й Международной выставки "Знергоресурсосбереже-ние'95".-Минск/ 1995.- С.89-90. .

7. Бурганская Л.И., Крутов A.B.- Аналитическое описание нагрева масла вертикально погруженными пластинами в условиях естественной конвекции//Моделирование сельскохозяйственных процессов и машин. Тевисы докладов второй республиканской научно-технической конференции.-Минск, 1996,- С.101. ;

В. Патент 2041382 РФ..МКИ F02N 17/04, F01M 5/02. Система предпускового подогрева двигателя внутреннего сгорания/Л.С.Герасимович, М.А.Прищепов, А.К.Кисель, А'.В.Крутов, С.Е.Воробей и С.В.Комаров. •^Заявлено 17.06.91; Опубл. 09.08.95. >Бюл. N 22 - 4 с. 9. Патент N .1133 РБ. МКИ В04В 1/00, 15/00, F01M 1/10, F16N 39/04. Устройство для очистки масла/Л, С. Герасимович, А. В. Крутов, М. А. Прищепов. Заявлено 15.12.93. Опубл. 14.06.96. Бюл. N2-90C.

РЭЗЮМЭ

Крута? Лнатоль Впиарав^ч. "Установка для ачистк! адпрацаваных маторннх маслау га умовах сель скагаспадарчай витворчасщ з выиарыстаннем павярхоуна-размеркаваных электрагчгравалыйкау"

Масла, ачыстка, павярхоуна-размеркаваны электранагравальн1к, цэнтрифуга-випарн1к, аптым1зацыя, энэргазберажэнне.

Аб'ектам даследавання? з'яулявдца адпрацавания 1 забрудааныя маслы, тэхн1чныя сродкг 1х ачыстк!, натравальныя устройствы. Мэта работы - павытанне эфекты?насц1 1 якасц1 ачистк! забруджаных ц! адпрацаваных маслау, знажэнне удаельных энэргазатрат на працос ачысткк У якасщ метада даследавання винарастоувал1ся матэматич-нае мадэл1раванне, апттозацыя з прымяненнем мегадау план,~ванпл эксперименту, лабараторныя даследаванн1, зканзкйчная ацэнка. Методика 1 апаратура выпрабавання адпрацаваных масла? адпавядаюць дзеючым стандартам.

Распрацаваны I даследаваны прынцыпова новшг вузел нагрэву 1 цэнгрыфуга з выпарншам на базе павярхоуна-размеркаваных электра-награвальн1кау. Выявлена залежнасць часу ачыстк! ад колькасц! ут-рьшпваемаЯ у масле в1льгац1, зншани энзргазатраты на працэс ачисткь

РЕЗЮМЕ

Крутов Анатолий Викторович."Установка для очистки отработанных моторных масел в условиях сельскохозяйственного производства с применением поверхностно-распределенных электронагревателей"

Масло, очистка, поверхностно-распределенный электронагреватель, центрифуга-испаритель, оптимизация, энергосбережение.

Объектом исследований являются отработанные и загрязненные масла, технические средства очистки масел, электронагревательные устройства. Цель работы - повышение эффективности и качества очистки аагрязненных или отработанных масел, снижение удельных энергозатрат на процесс очистки. В качестве метода исследования использовались математическое моделирование, оптимизация с применением методов планирования эксперимента, лабораторные испыташш, экономическая оценка. Методика и аппаратура испытания отработаи-них масел соответствуют действующим стандартам.

Разработаны и исследованы принципиально новые блок нагрева и центрифуга с испарителем на базе поверхностнр-распределеякых электронагревателей. Установлена зависимость времени очистки от количества содержащейся в масле влаги, снижены энергозатрат на процесс очистки.

SUMMARY

Krutov Anatoly Victorovich."Installation , for refinement of engine lubricating oils under agricultural.: production conditions with the opplication of surface-distributed electric heaters"

Key words: refinement, surface-distributed electric heater, centrifuge-evaporator, optimization, energy-saving.

The objects of the research are used and polluted oils, technical means of refinement of oils, electrical heaters. The objective of the work is the enhancement of effectiveness and quality of refinement of polluted and used oils, reduction of specific energy-spendings on refinement process. Mathematic modelling, optimization with applying experiment planning methods, laboratory tests, economic appraisal were used as a method of research. The methods and the used oils testing technique correspond to the existing standard requirements.

A new in essence block of heating and a centrifuge with an evaporator on the base of surface-distributed electric heaters have been worked out and investigated. Dependence of time of refinement on the amount of moisture, contained in the oil, has been determined, energy-spendings on the refinement process have been reduced.

.ЯВ Н 1233. Подписано к печати 17.03.в7г. Формат 60s84 1/18. Объем 1,0 печ. л. Заказ 133. Тираж 100. Бесплатно.

Отпечатано ка ротапринте ВАТУ. 220Q23, Минск, пр.Ф.Скорнш, 89, иорг..2