CC BY
59
Рис. 5 - Форсунки для подачи воды и водо-метанола 88СО
мы сможем настроить распыл для оптимальной работы двигателя с диаметром сопла от 0,6 до 0,2 мм.
Исходя из проведённого исследования, был определён рабочий состав смеси, который представляет собой пропорцию воды и метанола в концентрации 30%. Данная концентрация позволит нашей системе работать при отрицательных температурах. Произведена настройка форсунок, где определили рабочее давление, при котором будет достигнут дисперсный распыл, он составляет 7 МПа. Настроили подачу ВМС на каждую форсунку при среднем расходе жидкости 30 мл/мин.
Вывод. На экспериментальном этапе исследования мы определили процесс разложения метанола при подаче его в систему питания дизельного двигателя. Изучили системы подачи водо-метаноловой смеси в дизельные двигатели и представили свою схему подачи водо-метанола в систему питания воздухом двигателя Д-240. Определили состав концентрации водо-метанола, который составляет 30% чистого метанола. Подобрали форсунку с диаметром распыла от 0,6 до 0,2 мм. Определили оптимальное рабочее давление жидкости 7 МПа, которое подаётся в дисперсном состоянии в систему питания воздухом двигателя Д-240. Настроили подачу водо-метанола на каждую форсунку при среднем расходе жидкости 30 мл/мин.
Литература
1. Анфилатов А.А. Особенности методики проведения исследований по снижению содержания оксидов азота в отработавших газах дизеля 2410,5/12,0 при работе на метаноле с двойной системой топливоподачи // Улучшение эксплуатационных показателей двигателей внутреннего сгорания: межвуз. сб. науч. тр. СПб. —Киров: Российская академия транспорта - Вятская ГСХА, 2006. Вып. 4. С. 178-188.
2. Патлах В.В. Впрыск воды в цилиндры двигателя внутреннего сгорания: «Домашние технологии». 1993-2007 гг. [Электронный ресурс]. URL: http://www.patlah.ru.
3. Лиханов В.А., Лопатин О.П., Анфилатов А.А. Химизм процесса образования оксидов азота в цилиндре дизеля при работе на метаноле с двойной системой топливоподачи // Инновации в образовательном процессе: сб. науч. тр. Межрегион. науч.-практич. конф. вузов Приволжского региона. М.: МГОУ, 2006. С. 63-68.
4. Гаврилов А.Ф., Горбаненко А.Д., Туркестанова Е.Л. Влияние влаги, вводимой в горячий воздух, на содержание оксидов азота в продуктах сгорания газа и мазута // Теплоэнергетика. 1983. № 10. С. 13-15.
5. Горячкин А.В. Влияние содержания влаги в зоне горения на эмиссию оксидов азота и серы // HayKOBi пращ техногенна безпека. 2004. Вип. 18. Т. 31. С. 27-37.
6. Кукис B.C. Свободнопоршневой паровой термоэлектрогенератор для утилизации теплоты отработавших газов ДВС / B.C. Кукис, М.Л. Хасанова, В.А. Дерябин [и др.] // Свидетельство на полезную модель. RU 26600 U1, 7 F 01 G 5/02. Опубл. 10.12.2002. Бюл. №34.
7. Старцев А.В., Сторожев И.И. Эффективность использования машинно-тракторных агрегатов с двигателями, работающими на многокомпонентном топливе. Сообщение 1. Экономическая оценка // Наука и производство: сб. науч. трудов / под ред. В.В. Ерофеева. Челябинск: ЧРО РАЕН, 2009. С. 10-17.
8. Сторожев И.И. Улучшение экологических показателей дизельного двигателя путём добавления воды в рециркуляцию отработавших газов // Наука в современных условиях: от идеи до внедрения. Ульяновск: Ульяновская ГСХИ, 2007. С. 39-42.
9. Сторожев И.И. Повышение топливной экономичности тракторного агрегата на базе тракторов МТЗ-80/82 путём добавления воды в систему питания воздухом: дис. ... канд. техн. наук.: 05.20.01. Челябинск, 2009. 157 с.
10. Романов С.В. Повышение топливной экономичности дизельного двигателя путём использования водотопливных эмульсий и водной инжекции // Роль науки в развитии общества: сб. ст. междунар. науч.-практич. конф. 17 апреля 2014 г.: 4.2 / отв. ред. А.А. Сукиасян. Уфа: Аэтерна, 2014. С. 63-65.
Анализ способов очистки топлива на нефтебазах
В.А. Шахов, д.т.н., профессор, П.А. Стрельцов, аспирант, И.М. Затин, к.т.н, Ю.А. Ушаков, д.т.н., профессор, А.П. Козловцев, д.т.н., ФГБОУ ВО Оренбургский ГАУ
Топливо для использования в двигателях должно соответствовать требованиям ГОСТа и техническим характеристикам эксплуатируемого силового агрегата. Качество топливных материалов, их воздействие на техническое состояние машин и механизмов, безотказная работа любой машины зависят не только от неукоснительного соблюдения установленных эксплуатационных правил и норм, но и от применения определённых сортов (видов) топливных материалов [1, 2].
Качество топлива при использовании оказывает влияние на эксплуатационные показатели двигателей внутреннего сгорания: экономичность, долговечность, токсичность отработавших газов, металлоёмкость и др. К примеру, путём использо-
вания высокоэффективных топливных материалов ресурс двигателя можно увеличить в 2 раза, а токсичность отработавших газов возможно уменьшить. Увеличение ресурса двигателя ведёт к снижению эксплуатационных затрат [3, 4].
Существенное значение имеет способ очистки топлива в ходе осуществления его процедуры.
Цель исследования — проанализировать способы очистки топлива при хранении на нефтебазах.
Материалы, методы и результаты исследования. В настоящее время на нефтебазах используют различное оборудование и проводят мероприятия по предотвращению загрязнений топлива атмосферной пылью, а также влагой.
Широко применяются фильтры для очистки топливных фракций лёгких углеводородов в совокупности с новыми гидрофильными мембранами, центрифугами (сепараторами) и циклонами.
Топливо для использования в двигателях должно соответствовать определённым стандартам и характеристикам. Воспламеняемость и горючесть топлива определяются температурными и концентрационными пределами воспламенения, пределами устойчивого горения, температурой самовоспламенения, устойчивостью против детонации.
Пределы устойчивого горения — это пределы изменения состава топливовоздушной системы в двигателях, при которых обеспечивается устойчивое, полное и бездымное сгорание топлива в цилиндрах двигателя. Состав смеси характеризуется коэффициентом избытка воздуха, представляющим собой отношение массы воздуха, расходуемого двигателем, к количеству воздуха, теоретически необходимого для сгорания подаваемого в двигатель количества топлива [5, 6].
Прокачиваемость топлива определяется температурой его помутнения и застывания, вязкостью.
Склонность топлива к нагару и лакоотложениям зависит от содержания в нём ароматических углеводородов, смолистых веществ, тетраэтилсвинца.
Коррозионная активность топлива и продуктов его сгорания определяется наличием в топливе коррозионно-активных веществ.
Физическая и химическая стабильность характеризуется потерями от испарения, склонностью к расслаиванию отдельных компонентов топлива, гигроскопичностью, склонностью к окислению в процессе хранения топлива.
На качество смесеобразования вместе с конструкцией камеры сгорания в двигателе оказывают немаловажное влияние такие свойства применяемого топлива как плотность, вязкость, давление насыщенных паров, поверхностное натяжение, фракционный состав и др.
Одной из причин отказов топливной аппаратуры является наличие воды и механических примесей в дизельном топливе. Вода и механические примеси могут попадать в топливо, начиная от пути следования его из нефтеперерабатывающего завода, места хранения — нефтебазы, места заправки и до использования в двигателе. Большинство механических примесей имеют большую твёрдость и вызывают повышенный износ деталей двигателя. Большой вред топливным насосам высокого давления, насосам-форсункам, форсункам наносят механические примеси. В прецизионных парах зазор составляет 1,5—3 мкм, поэтому даже небольшое количество механических примесей, размер которых соизмерим с зазором плунжерных пар, вызывает их интенсивное изнашивание. При использовании засорённого топлива срок службы топливной аппаратуры сокращается в 5 раз [7, 8].
Перед заправкой в бак машины топливо должно отстаиваться не менее 11 дней. Чистота различных слоёв топлива при этом будет неодинаковой. Отстаивание является наиболее простым видом очистки топлива. Но даже при 11-дневном отстое в нижних
слоях топлива остаются мельчайшие частички механических примесей, представляющие наибольшую опасность для топливной аппаратуры. Машины необходимо заправлять топливом с верхних слоев.
В настоящее время существует достаточное количество методов, при помощи которых осуществляется очистка топлива от воды и механических примесей. Наибольшее распространение на практике получили отстаивание, центробежная очистка и фильтрация. Безусловно, эти методы имеют свои преимущества и недостатки, поэтому не прекращаются исследования в направлении разработки новых физических и физико-химических подходов к очистке топлива. Их условно можно разделить на методы разового и длительного действия.
Методы, которые можно отнести к первой группе, используют предварительную обработку топлива. В этом случае технологическая обработка достигается за счёт промывки топлива горячей водой или водяным паром. Необходимость использования воды продиктована её свойствами — это поверхностно-активное соединение, которое может извлекать большинство примесей, находящихся на разделе фаз топливо — вода. В свою очередь, чтобы оперативно и полностью удалить воду после промывки, необходимо вводить в топливо специальные деэмульгаторные компоненты. Очистка топлива данным способом не позволяет полностью избавиться от примесей. Удаляются лишь частицы, размер которых составляет от 3 до 15 мкм. В топливе остаются загрязнения размером 1—2 мкм.
Применяется также гидродинамический метод обработки. В случае его использования топливо под давлением 21—35 МПа пропускают через специальный конический клапан, после чего постепенно производят редукцию давления практически до атмосферного. В результате резкого изменения скорости истечения топлива и давления в клапане происходит разрушение сгущений асфальто-смолистого типа. Недостатком данного метода является то, что механические примеси неорганического происхождения при этой технологической операции не разрушаются. Также не изменяется суммарное количество загрязнений в топливе, но увеличивается их дисперсность, что позволяет исключить интенсивное засорение фильтров, трубопроводов и форсунок [1, 2, 7].
Очистка топлива может реализоваться за счёт кратковременных звуковых колебаний. В этом случае частицы механических примесей, наоборот, увеличиваются в размерах в результате акустической коагуляции. Такие загрязнения проще удаляются с помощью процесса фильтрации.
Чтобы очистить нефтяное топливо от воды, могут применять электросепараторы. Принцип работы таких приборов состоит в том, что электрическое поле вызывает коагуляцию капелек воды, которые потом можно отделить от топлива с помощью воздействия гравитационных или центробежных сил.
К традиционным способам очистки топлива относятся: отстаивание, фильтрация, центрофуги-рование, адсорбционный, химический, смешение и добавление недостающих компонентов.
Одним из наиболее простых способов восстановления качества нефтепродуктов является отстаивание, при помощи которого возможно удалять из топлива и масел значительную часть механических примесей и воды. Этот способ эффективен при условии значительного различия плотностей загрязнений и нефтепродуктов, а частицы при этом имеют достаточно крупный размер. На практике отстаивание применяют как первую фазу очистки, непосредственно перед процессом фильтрации.
Недостаток метода отстаивания заключается в том, что частицы менее 2,5 мкр не удаляются по той причине, что с уменьшением размеров происходит уменьшение их массы быстрее, чем сила трения. Это происходит потому что сила тяжести для сферических частиц пропорциональна третьей степени их диаметра, а сила трения пропорциональна только первой степени их диаметра. Большое влияние также при перемещении мелких частиц в среде нефтепродуктов оказывают конвекционные потоки, вызванные перепадами температур, вибрацией и так далее, поэтому мелкие частицы характеризованы броуновским движением.
Достаточно доступным и эффективным способом улучшения качества нефтепродуктов является фильтрация, с помощью которой довольно продуктивно получается удалять твёрдые загрязнения в виде механических примесей. Фильтрация находит широкое применение в практической хозяйственной деятельности на нефтебазах и складских комплексах по хранению и заправке нефтепродуктами.
Проблема удаления эмульсионной воды методом фильтрации в настоящий момент не считается решённой. Базовыми направлениями, определяющими степень очистки нефтепродуктов от загрязнений по схеме фильтрации, являются: 1) технологическая схема фильтрации; 2) тип применяемых фильтровальных элементов.
Сущность процесса фильтрации заключается в задерживании на поверхности фильтрующих перегородок твёрдых частиц загрязнений с последующим прониканием в поры фильтр-перегородки.
Исследованиями установлены следующие виды фильтрации:
1) фильтрация с образованием осадка из мелких суспензий, который формируется в устье каждой поры;
2) процесс закупоривания каждой существующей поры единой твёрдой частицей, так называемая фильтрация с абсолютным закупориванием пор;
3) закупоривание каждой существующей поры постепенно несколькими твёрдыми частицами, так называемое забивание пор мельчайшими суспензиями;
4) промежуточный вид характеризуется первоначальным частичным засорением пор по мере их продвижения вглубь фильтрующего элемента мелкими частицами, последующим закупориванием устья пор более крупными частицами вследствие притягивания к порам потоком жидкости, имеющим остаточное движение в частично засорённых порах [7, 8].
На практике использование фильтрации с полным закупориванием пор встречается довольно редко.
Вывод. Результаты исследования показали, что наиболее эффективным и часто применяемым на практике методом очистки топлива на нефтебазах является фильтрация с образованием осадка. Фильтрация с полным закупориванием пор — тоже эффективный способ очистки, но применяется редко.
Литература
1. Школьников В.И. Топлива, смазочные материалы и технические жидкости. М.: Техинформ, 1999. 596 с.
2. Мир нефтепродуктов // Вестник нефтяных компаний. 1999. № 1. С. 2-5.
3. Коваленко В.П., Ильинский А.А. Основы техники очистки жидкостей от механических загрязнений. М.: Химия, 1982. 277 с.
4. Большаков Г.Ф. Восстановление и контроль качества нефтепродуктов. Л.: Недра, 1974. 317 с.
5. Хванг С.Т., Каммермейер К. Мембранные процессы разделения / пер. с англ. М.: Химия, 1981. 373 с.
6. Холдерман Джеймс Д., Митчелл Чейз Д.-мл. Автомобильные двигатели: теория и техническое обслуживание. 4-е изд. / пер. с англ. М.: Издательский дом «Вильямс», 2006. 664 с.
7. Воробьев А.В. Совершенствование очистки дизельного топлива в процессе эксплуатации двигателей сельскохозяйственных и транспортных машин: дис. ... канд. техн. наук. М., 2012. 178 с.
8. Крупчиков Н.А., Шаргунова Т.М. Обоснование необходимости очистки топлива при заправке и в процессе эксплуатации транспортных средств // Молодежь и наука: сб. матер. Х юбил. Всерос. науч.-технич. конф. студентов, аспирантов и молодых учёных с междунар. участ., посвящ. 80-летию образования Красноярского края [Электронный ресурс]. Красноярск: Сибирский федеральный ун-т, 2014. URL: http://conf.sfu-kras.ru/sites/mn2014/directions.html, свободный.
Математическое моделирование работы устройства для нагрева воды за счёт солнечной энергии
А.А. Маслова, ст. преподаватель, М.С. Жужин, к.т.н, ГБОУ ВО Нижегородский ГИЭУ
Разработка эффективных солнечных установок оптимальной конфигурации, обеспечивающих максимальный энергетический и экономический эф-
фект от применения, требует надёжных знаний о природно-климатических условиях места эксплуатации установки и прежде всего о поступлении солнечной радиации на теплоприёмные поверхности [1, 2].
В настоящее время огромное внимание уделяется тому, каким образом использовать всю энергию
