CC BY
27
10.18286/1816-4501-2016-1-143-147
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ДИЗЕЛЯ Д-243-648 ПРИ РАБОТЕ НА СМЕСЕВОМ СОЕВО-МИНЕРАЛЬНОМ ТОПЛИВЕ
Година Елена Дмитриевна1, кандидат технических наук, доцент кафедры «Строительное дело»
«Технический институт (филиал) ФГАОУ ВО Северо-Восточного Федерального Университета им. М.И. Аммосова»
Уханов Александр Петрович2, доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой «Тракторы, автомобили и теплоэнергетика»
ФГБОУ ВО «Пензенская государственная сельскохозяйственная академия», 2678960, г. Нерюнгри, Республика Саха (Якутия), ул. Кравченко, 16; тел. 89246769799; e-mail: [email protected]
2440000 г. Пенза, ул. Ботаническая, 30; тел. 88412628577; e-mail: [email protected]
Ключевые слова: дизель, минеральное топливо, соевое масло, смесевое соево-мине-ральное топливо, показатели.
Приведены результаты экспериментальных стендовых исследований дизеля Д-243-648 при его работе на смесевом соево-минеральном топливе с различным соотношением биологического и минерального компонентов. Исследования проводились по мощностным, топливно-экономическим и экологическим показателям дизеля.
Введение
На современном этапе поршневой двигатель внутреннего сгорания (ДВС) остается основной энергетической установкой для автотракторной техники. Увеличивающийся парк тракторов, автомобилей, строительной, дорожной и коммунальной техники потребляет огромное количество не возобновляемого минерального (нефтяного) моторного топлива. Использование на автотракторной технике дизельных двигателей, как более экономичных по сравнению с бензиновыми ДВС, позволило лишь частично решить топливную проблему. В связи с
этим возникает необходимость поиска альтернативных видов моторного топлива, производимого из возобновляемого сырья растительного происхождения. К такому биотопливу, в первую очередь, относят смесевое растительно-минеральное топливо, биологическим компонентом которого являются различные растительные масла (рапсовое, рыжиковое, редечное, горчичное, сурепное, подсолнечное, соевое, пальмовое, арахисовое и другие масла) [1, 2, 3, 4, 5, 6].
Для Дальневосточного региона РФ наиболее перспективным биокомпонентом дизельного смесевого топлива является со-
и
Sis ESS »1
Si
р и ш Hi ;ii M ■ i
00 si
1 2 3
Рис. 1 - Общий вид экспериментальной моторной установки: 1 - дизель Д-243-648 (44 11/12,5); 2 -расходомер топлива; 3 - машина динамометрическая КБ-56/4
евое масло. В 2015 году посевные площади под сою в этом регионе выросли до 2,33 млн. га, а валовый сбор маслосемян сои в 2014 году достиг 1361,1 тыс. т, что составляет 58 % от общего валового сбора сои в РФ. Поэтому данная культура представляется весьма перспективной для производства соево-минерального топлива, которое можно использовать для работы ДВС без существенного изменения его конструкции.
Соево-минеральное топливо - это топливо, получаемое путем смешивания минерального дизельного топлива (ДТ) и соевого масла (СМ) в различных соотношениях. Биологический и минеральный компоненты хорошо смешиваются между собой, а полученное смесевое топливо имеет физико-химические и теплотворные свойства, близкие к свойствам минерального ДТ. В зависимости от процентного содержания компонентов низшая теплота сгорания смесевого топлива находится в пределах 37...42 МДж/кг [7, 8, 9].
Цель данной работы: провести экспериментальные исследования дизеля Д-243-648 на смесевом соево-минеральном топливе с различными соотношениями биологического и минерального компонентов в стендовых условиях.
Для достижения поставленной цели предстояло решить следующие задачи:
1. определить мощностные, топливно-экономические и экологические показатели дизеля при работе на соево-минеральном топливе;
2. оценить влияние смесевого соево-минерального топлива на показатели дизеля.
Объекты и методы исследований Объект исследований - мощностные, топливно-экономические и экологические показатели тракторного дизеля Д-243-648 (44 11/12,5). Виды исследуемых топлив:
- товарное минеральное дизельное топливо Л-0,2-62 (100 % ДТ);
- смесевое соево-минераль-ное топливо состава: 25 % СМ + 75 % ДТ; 50 % СМ + 50 % ДТ; 75 % СМ + 25 % ДТ.
Экспериментальные исследования проводили на тормозной установке (рис. 1), в состав которой входили дизель Д-243-648, динамометрическая машина KS-56/4, комплект приборов и устройств для замера требуемых параметров и последующего расчета мощностных, топливно-экономических и экологических показателей дизеля.
Исследуемый дизель оснащен топливным насосом фирмы Bosch и при работе на минеральном ДТ его номинальная эффективная мощность составляла 61 кВт при частоте вращения коленчатого вала 2200 мин-1.
Методика исследований дизеля при работе на смесевом соево-минеральном топливе.
Моторные исследования дизеля проводили на корректорной ветви регулятор-ной характеристики с определением его мощностных, топливно-экономических и экологических показателей.
Отклонения оценочных показателей дизеля при работе на смесевых соево-ми-неральных топливах определяли по отношению к их значениям при работе на товарном минеральном ДТ с постоянными регулировками основных систем и механизмов. Установочный угол опережения впрыска топлива также оставался неизменным и равным
1400 1600 1800 2000 2200 Частота вращения к.в.., линг1
а)
1400 1600 1800 2000 2200
Частота вращения к.в.; мни1 б)
1400 1600 1800 2000 2200
Частота вращения к.в., миг1
в)
0,008
£
г =1 г а.
о =1 о г
и
Е
а £ а.
а =: о
и
0,006
0,004
0,002
1400 1600 1800 2000 2200 Частота вращения к.в., мин
г)
I- -100% ДТ, - 25% СМ + 75% ДТ;
о
■
25%С пяМ+75
50%С )я_м+50<: гдг
0,40
N 0.39
€
=
0,38
е> ■Я- 0,37
■Я-
№
0,36
0,35
0,34
0,33
0,32
0,31
0,30
1400 1600 1800 2000 2200 Частота вращения к.в., мнн'1 д)
-А- - 50% СМ + 50% ДТ;
1400
1600
1800
2000
2200
Частота вращения к.в.. мин"1
е)
75% СМ + 25% ДТ
Рис. 2 - Изменение показателей дизеля Д-243-648 при работе на минеральном и смесевом топливах: а) эффективная мощность; б) часовой расход топлива; в) удельный эффективный расход топлива; г) дымность отработавших газов; д) содержание углеводородов; е) эффективный КПД
26 град. поворота коленчатого вала (п.к.в.).
Перед измерениями параметров и регистрацией электрических сигналов в условиях стабильного протекания рабочего процесса в цилиндрах дизель на заданном режиме работал не менее 5 минут.
Результаты измерений заносили в протокол в трехкратной повторности на каждом режиме работы дизеля.
Результаты исследований
На всех частотах вращения коленчатого вала (к.в.) при полной нагрузке максимальную эффективную мощность дизель выдает при работе на 100 % ДТ и несколько меньшую - на смесевых топливах (рис. 2а). Максимальное снижение (на 6,2 %) эффективной мощности при полной нагрузке происходит при работе на топливе 75 % СМ + 25
1!
га еа »1
Р и ш ;«! М >1
00 И
Таблица 1
Мощностные, топливо-экономические и экологические показатели дизеля Д-243-648 при работе на минеральном и смесевом топливах с номинальной частотой вращения коленчатого вала
Вид топлива Показатель
эффективная мощность, кВт удельный эффективный расход топлива, г/(кВт-ч) дымность, %
100 % ДТ 61 239 21
25 % СМ + 75 % ДТ 59,9 256 14
50 % СМ + 50 % ДТ 59,2 262 12
75 % СМ + 25 % ДТ 57,2 276 13
% ДТ (с 61 кВт до 57,2 кВт), наименьшее снижение (на 1,8 %) на топливе 25 % СМ + 75 % ДТ (с 61 кВт до 59,9 кВт) [10].
Из рисунков 26 и 2в следует, что по мере увеличения процентного содержания СМ в смесевом топливе топливная экономичность дизеля ухудшается по сравнению с работой на минеральном ДТ. Так, на режиме полной нагрузки максимальное повышение часового расхода топлива (рис. 26) наблюдали при работе дизеля на смесевом топливе 75 % СМ + 25 % ДТ, при этом часовой расход топлива возрос на 8,2 % (с 14,6 кг/ч до 15,8 кг/ч). Максимальное повышение удельного эффективного расхода топлива (рис. 2в) наблюдали при работе дизеля на смесевом топливе 50 % СМ + 50 % ДТ, при этом удельный эффективный расход топлива возрос на 15,5 % (с 239 г/ кВт-ч до 275 г/кВт-ч).
Наименьшее повышение часового и удельного эффективного расходов топлива на режиме полных нагрузок наблюдается при работе дизеля на смесевом топливе 25 % СМ + 75 % ДТ. Часовой расход топлива при этом увеличился с 14,6 кг/ч при работе на 100 % ДТ до 15,3 кг/ч при работе на топливе 25 % СМ + 75 % ДТ, или на 4,8 %. Удельный эффективный расход топлива также возрос с 239 г/кВтхч до 256 г/кВтхч, или на 7,1 %.
Из рисунков 2г, 2д следует, что с увеличением в смесевом топливе соевого масла экологические показатели дизеля улучшаются.
На режиме полной мощности при частоте вращения к.в. 2200 мин-1 наилучшие экологические показатели обеспечиваются при работе
дизеля на топливе 50 % СМ + 50 % ДТ. По сравнению с работой на 100 % ДТ дымность отработавших газов снижается с 21 % до 12 %, а содержание углеводородов - с 0,004 % до 0,001 % [11].
При работе дизеля на смесевом топливе 50 % СМ + 50 % ДТ эффективный коэффициент полезного действия (КПД) (рис. 2е) уменьшается на 2,8% (с 0,355 до 0,345). При дальнейшем увеличении в смесевом топливе СМ до 75% эффективный КПД уменьшается на 3,4% (с 0,355 до 0,343). При уменьшении в смесевом топливе СМ до 25% эффективный КПД уменьшается на 3,9% (с 0,355 до 0,341).
Основные показатели дизеля при работе на минеральном и соево-минеральном топливах приведены в таблице.
Приведенные в таблице 1 данные показывают, что при увеличении концентрации в топливе соевого масла мощность двигателя, работающего с номинальной частотой вращения коленчатого вала, снижается незначительно - на 0,4 кВт, при этом расход топлива увеличивается на 7,1...15,5 %, а дымность уменьшается в 1,75 раза.
Выводы
Анализ полученных результатов экспериментальных исследований показывает, что из всех исследуемых смесевых топлив наилучшим по мощностным, топливно-эко-номическим и экологическим показателям дизеля является соево-минеральное топливо с соотношением биологического и минерального компонентов 50 : 50.
Библиографический список
1. Година, Е.Д. Биотопливо - производство и перспективы применения в мобильных энергетических средствах АПК Дальнего Востока /Е.Д. Година // Проблемы экономичности и эксплуатации автотракторной техники. Материалы 25-го Международного научно-технического семинара им. В.В. Михайлова. - Саратов, 2012. - С.50-58.
2. Нетрадиционные биокомпоненты дизельного смесевого топлива: монография / А.П. Уханов, Д.А. Уханов, Е.А. Сидоров, Е.Д. Година. - Пенза: РИО ПГСХА, 2013. - 113с.
3. Сидоров, Е.А. Оценка жирнокислот-
ного состава растительных масел и дизельных смесевых топлив на основе рыжика, сурепицы и льна масличного / Е.А. Сидоров, А.П. Уханов, О.Н. Зеленина // Известия Самарской государственной сельскохозяйственной академии. - 2013. - № 3. - С.49-54.
4. Результаты моторных исследований горчичного биотоплива / А.П. Уханов, Д.А. Уханов, В.А. Голубев // Тракторы и сельхозмашины. - 2011. - № 5. - С.7-10.
5. Биотопливо из рыжика / А.П. Уханов, Д.А. Уханов, В.А. Рачкин // Тракторы и сельхозмашины. - 2011. - № 2. - С. 8-11.
6. Сравнительный анализ свойств растительных масел, используемых в качестве биотоплива / А.П. Уханов, Д.С. Шеменев, Р.К. Сафаров // Вклад молодых ученых в инновационное развитие АПК России: сборник материалов Всероссийской научно-практической конференции. - Пенза: РИО ПГСХА, 2010. - С.125-127.
7. Година, Е.Д. Использование соевого масла в качестве биологического компонента дизельного смесевого топлива /Е.Д. Година // Проблемы экономичности и эксплуатации автотракторной техники. Материалы Международного научно-технического семинара им. В.В. Михайлова. - Саратов: Бук-
ва, 2014. - Выпуск 27. - С.44-47.
8. Година, Е.Д. Определение степени теплоты сгорания дизельного смесевого топлива из соевого масла /Е.Д. Година // Вестник СВФУ. - 2013. - № 5. - С.25-30.
9. Godina, E.D. Perspectives of the biofuel application for motor and tractor machinery of the agricultural industry of the far east / E.D. Godina, A.P. Ukhanov // Science, Technology and Higher Education.Materials of the 2 international research and practice conference. 17.04.2013 Westwood.- Canada. - P.276-278.
10. Черняков, A.A. Исследование показателей тракторного дизеля при работе на минеральном топливе с добавкой соевого масла / А.А.Черняков, Е.Д. Година // Эксплуатация автотракторной техники: опыт, проблемы, инновации, перспективы. Материалы Всероссийской научно-практической конференции. - Пенза, 2013. - С.128-131.
11. Година, Е.Д. Экспериментальная оценка влияния соево-минерального топлива на экологические показатели дизеля /Е.Д. Година // Образование, наука, практика: инновационный аспект. Материалы Международной научно-практической конференции, посвященной Дню российской науки.- Пенза, 2015. - Том 2. - С.94-96.
