CC BY
37
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
УДК 631.354.2
БИОТОПЛИВО ДЛЯ ДИЗЕЛЕЙ НА ОСНОВЕ САФЛОРОВОГО МАСЛА
Б. П. Загородских, доктор техн. наук, профессор ФГОУ ВПО «Саратовский ГАУ», т. 8 (8452) 74-96-52
М. К. Тохиян, канд. техн. наук, гл. гос. инженер-инспектор «Гостехнадзор Саратовской области», т. 8 (8452) 50-89-88
А. А. Кожевников, аспирант ФГОУ ВПО «Саратовский ГАУ», т. 8 (8452) 92-21-18
В. А. Чугунов, канд. техн, наук, доцент ФГОУ ВПО «Пензенская ГСХА», т. 8 (8412) 628-579
В статье представлены результаты моторных испытаний дизельного двигателя при работе на смеси сафлорового масла и дизельного топлива. Приводятся основные показатели работы двигателя: эффективная мощность; часовой расход топлива; удельный расход топлива; дымность.
Ключевые слова: трактор, дизель, биодизель, сафлор, сафлоровое масло.
В топливно-энергетическом комплексе наиболее перспективное направление энергосбережения - использование топлива для дизельных двигателей с биодобавками из растительной биомассы.
В настоящее время биологические добавки в дизельное топливо производятся в основном из рапсового или подсолнечного масла [1]. Агротехника данных культур достаточно сложна и затратна, а урожайность нестабильна и невелика. Поэтому в условиях Поволжья более предпочтительной культурой является сафлор.
Сафлор (Саг^атиэ йпйопИэ Ь.) относится к семейству астровых (Аэ1егасеае). Он является старым культурным растением Средней и Передней Азии. Это однолетнее травянистое растение, стебель разветвляется в верхней трети и достигает
в высоту 80...130 см. Урожайность - 20...30 ц/га, но бывает и 40 ц/га [2].
Целью работы является исследование рабочего процесса дизельного двигателя на смесевом топливе. В качестве топливных композиций использовались: товарное дизельное топливо (ДТ) и смесь 80 % дизельного топлива и 20 %% сафлорового масла (СМ). Теплотворные и физические свойства исследуемых моторных топлив приведены в таблице.
Экспериментальная установка включает в себя серийный дизельный двигатель 4Ч11,0/12,5 (Д-240) с датчиками, динамометрическую машину КБ-56/4 со штатными контрольно-измерительными приборами и системой отвода отработавших газов, а также скомплектованный измерительно-регистрирующий комплекс (ИРК).
Теплотворные и физические свойства исследуемых моторных топлив
Низшая Плотность, кг/м3 Вязкость
Вид моторного топлива теплота сгорания, МДж/кг кинематическая, мм2/с
Минеральное дизтопливо 42,437 826 4,2
Сафлоровое масло 36,978 913 85,6
Композиция 20 % сафлорового масла 80 % дизтоплива 40,191 843 35,5
Нива Поволжья № 4 (13) ноябрь 2009 71
В состав ИРК входят: измерители температуры охлаждающей жидкости, моторного масла в поддоне картера и главной масляной магистрали, топлива на входе в нагнетательную полость ТНВД; расходо-
мер топлива; частоты вращения коленчатого вала, измеритель дымности газов КИД-2, а также штатные контрольно-измерительные приборы динамометрической машины (весовое устройство, тормоз, тахометр).
га ш
о
I-
17
И
14
5
X
* 1 5
12
И -1-.-г
1400 ПОЙ 1 6 0 0 1 / 0 0
—|-1-1 1 I-
1800 1900 2000 2100 220
- - ■ 25%РМ75%ДТ
--20% СМ 80% ДТ
-ДТ
Частота вращения коленчатого вала, об/ мин
т
а/ О
56 54 52 50 48 46 44 42 40
- ■ 25%РМ75%ДТ — 20%СМ80%ДТ —ДТ
1400 1600 1800 2000 2200
Частота вращения коленчатого вала, об/мин
Рис. 2. Изменение эффективной мощности в условиях регуляторной характеристики дизеля Д-240
Рис. 1. Изменение часового расхода топлива в условиях регуляторной характеристики дизеля Д-240
На двигателе установлены форсунки ФД-22, контрольные испытания и регулировка которых проводились по ГОСТ 866982 на приборе КИ-3333 с целью проверки их параметров на соответствие ГОСТ
10579-88. Контрольные испытания узлов дизельной топливной аппаратуры включали проверку и регулировку топливного насоса УТН-5А с комплектом рабочих форсунок ФД-22 и топливопроводов высокого
- - - .25%РМ75%ДТ --20%СМ80%ДТ
Рис. 3. Изменение дымности в условиях регуляторной характеристики дизеля Д-240
со
Ч
О X
о
П5
а.
л
X
ш
I-
т Ш
т
>5 .0 X
Л
£
305 300 295 290 285 280 275 270 265 260
255
1400 1600 1800 2000 2200 Частота вращения коленчатого вала, об/мин
- - - ■ 25%РМ75%ДТ --20% СМ 80% ДТ
Рис. 4. Изменение удельного эффективного расхода топлива в условиях регуляторной характеристики дизеля Д-240
Нива Поволжья № 4 (13) ноябрь 2009 73
давления (ТНВД) на безмоторном стенде КИ-15711М-01-ГОСНИТИ. Параметры ТНВД проверялись по ГОСТ 8670-82 и ОСТ 23.1.362-81. Полученные при контрольных испытаниях значения параметров, взятые за исходные данные, отвечают требованиям соответствующих технических условий и госстандартов.
Объектом исследований принят процесс изменения цикловой подачи топлива насосом высокого давления при различных скоростных режимах. Предмет испытаний -параметры ТНВД УТН-5А, отрегулированного на показатели двигателя 4Ч11/2,5 (Д-240), с комплектами рабочих форсунок ФД-22 и нагнетательных топливопроводов.
Определялись технико-экономические и экологические показатели тракторного дизеля Д-240 (4ч11/12,5) серийного исполнения в штатной комплектации, работавшего на товарном минеральном дизельном летнем топливе марки Л-0,2-62 (ГОСТ 30582). Все механизмы и системы двигателя были проверены и отрегулированы в соответствии с инструкцией по эксплуатации тракторов МТЗ-80/82.
До начала эксперимента двигатель прогревается в течение 20...25 минут на дизельном топливе до нормальной температуры охлаждающей жидкости - 80оС. После выведения двигателя на рабочий режим приступают к снятию характеристик. На стенде снимались следующие показатели (при различных частотах вращения коленчатого вала): эффективная мощность; часовой расход топлива; удельный расход топлива; дымность.
Экспериментальные исследования на различных скоростных режимах проведены путем сравнения показателей работы дизельного двигателя на товарном дизельном топливе (ДТ), смеси 80 % ДТ и 20 % сафлорового масла (СМ). Данные для сравнения со смесью 75 % ДТ и 25 % рапсового масла (РМ) взяты из [3, 4]. Результаты экспериментов приведены на рисунках 1, 2, 3 и 4.
После обработки и анализа экспериментальных данных отмечено, что часовой расход топлива при работе дизеля на смеси 80 % ДТ и 20 % СМ изменяется в интервале от -1,25 % до +5,13 % (в среднем увеличивается на 1,76 %) относительно ДТ и уменьшается на 6,36.0,76 % (в среднем на 1,22 %) относительно композиции 75 % ДТ и 25 % РМ. Эффективная мощность
дизеля при работе на смеси 80 % ДТ и 20 % СМ изменяется в интервале от -1,58 % до +6,35 % (в среднем уменьшается на 1,58 %) относительно ДТ и от -2,29 % до +6,35 % (в среднем уменьшается на 0,59 %) относительно композиции 75 % ДТ и 25 % РМ. Дымность при работе дизеля на смеси 80 % ДТ и 20 % СМ снижается на 12,5-30 % (в среднем на 18,7 %) относительно ДТ и уменьшается на 6,98-22,22 % (в среднем на 12,62 %) относительно композиции 75 % ДТ и 25 % РМ. Удельный эффективный расход топлива при работе дизеля на смеси 80 % ДТ и 20 % СМ возрастает на 0,57.12,57 % (в среднем на 2,32 %) относительно ДТ и изменяется в интервале от -5,62 % до +4,74 % (в среднем уменьшается на 2,08 %) относительно композиции 75 % ДТ и 25 % РМ. Падение мощности и увеличение расхода топлива при работе на топливных композициях с СМ и РМ объясняется их более низкой теплотой сгорания.
Испытания показали, что работа дизеля на сафлоровом масле соизмерима с работой на рапсовом масле, а по некоторым показателям даже лучше. Об этом свидетельствует снижение удельного эффективного расхода топлива на 2,08 % и уменьшение дымности двигателя на 12,62 %. Выращивание сафлора в условиях Поволжья эффективнее рапса, так как он засухоустойчив, высокоурожаен, проще по агротехническим и почвенно-климатическим требованиям. Это делает возможным использование сафлорового масла в качестве топлива для дизельных двигателей в Поволжье.
Литература
1. Результаты испытаний и перспективы эксплуатации дизелей на биотопливе / В. Ф. Федоренко, Д. С. Буклагин, С. А. На-горнов и др. - М.: ФГНУ «Росинформагро-тех», 2008. - 136 с.
2. Возобновляемое растительное сырье / под общей редакцией Д. Шпаара. -Санкт-Петербург - Пушкин, 2006. - 382 с.
3. Уханов, А. П. Рапсовое биотопливо / А. П. Уханов, В. А. Рачкин, Д. А. Уханов. -Пенза: РИО ПГСХА, 2008. - 229 с.
4. Уханов, А. П. Биодиты - альтернативный вид моторного топлива для тракторных дизелей / А. П. Уханов, В. А. Рачкин, Д. А. Уханов, В. А. Иванов. - Нива Поволжья. - 2009. - № 2(11). - С. 71-76.
