CC BY
12УДК 66.081.6
ИССЛЕДОВАНИЕ ФИЛЬТРУЮЩЕГО ЭЛЕМЕНТА С МЕМБРАННЫМ НАПЫЛЕНИЕМ
Роман Евгеньевич Лескин, ФГБОУ ВО Уральский государственный аграрный университет
(620075 Свердловская область, г. Екатеринбург, ул. Карла Либкнехта, д. 42 тел. +7 904-177-5509, Е-mail: roman11-95@mail.ru)
Рецензент: Л. А. Новопашин кандидат технических наук, доцент, ФГБОУ ВО Уральский государственный аграрный университет
(620075 Свердловская область, г. Екатеринбург, ул. Карла Либкнехта, д. 42 тел. +7 (343) 371-3363, Е-mail: novopashi n-leoni d@ya. ш)
Ключевые слова. Технология,дизельное топливо, ТНВД, мембранный фильтр, мембрана,
водонепроницаемая мембрана, топливные фильтры тонкой очистки.
Аннотация.
В нынешнее время нефтеперерабатывающие заводы обеспечивают тщательную очистку топлива. Но в связи с тем что перепродажа, перевозка топлива происходит несколько раз, топливо загрязняется. Вода и примеси могут попадать в топливо при перевозке топлива из - за плохой промывки цистерны от других нефтепродуктов и при заправке цистерны во время осадков. Также вода может попасть в топливо, в виде конденсата в топливных баках и резервуарах, в которых оно храниться. Из-за длинной цепочки передвижения нефтепродукта от завода до потребителя и несоблюдения норм перевозок, потребитель получает топливо не наилучшего качества. Современные системы питания автомобилей и тракторов, не допускают существования в топливе воды и мелких примесей. В связи с этим данной статье рассмотрена проблема обводненного дизельного топлива. Дана оценка влияния обводнённого топлива на топливную аппаратуру и работу двигателя. Приведены данные по содержанию воды в топливе. Рассмотрено насыщенность рынка фильтров позволяющих отделить воду и мелкие частицы от топлива. Рассмотрены плюсы и минусы каждого существующего фильтра, проведено сравнение с предлагаемым нами фильтром с мембранным напылением. Авторами, представлена технология позволяющая отделять воду и мелкие примеси из дизельного топлива, путем установки дополнительного фильтра тонкой очистки в систему питания трактора. Изучен процесс производства керамического основания фильтра и нанесения на него мембранного слоя. Представлена схема фильтрующего элемента и кольца с мембранным напылением. Приложена схема модернизации отчистки топлива. Представлены расчеты и результаты эксперимента по фильтрации топлива через предложенную нами схему питания и фильтрующий элемент с мембранным напылением.
A STUDY OF THE FILTER ELEMENT WITH MEMBRANE COATING
R. E. Leskin, student department - transport technology machines and service. Ural State Agrarian University.
(Sverdlovsk region, 620075, g. Ekaterinburg, Karla Libknekhta, d. 42 phone: +7 904-177-5509, E-mail: roman11-95@mail.ru )
Reviewer: L.A Novopashin candidate of technical Sciences, associate Professor, Ural state agrarian University
(620075 Sverdlovsk region, Ekaterinburg, Karl Liebknecht str., 42 tel. +7 (343) 371-33 - 63, E-mail: novopashin-leonid@ya.ru)
Key words. Diesel fuel, injection pump, membrane filter, membrane, waterproof membrane, fuel filters
furnace cleaning.
Annotation.
At the present time, the oil refineries provide a thorough cleaning of the fuel. But due to the fact that the resale, transportation of fuel occurs several times, the fuel is polluted. Water and impurities can enter the fuel during transportation of fuel due to poor washing of the tank from other oil products and when refueling the tank during precipitation. Also, water can get into the fuel in the form of condensate in the fuel tanks and tanks in which it is stored. Due to the long chain of movement of oil products from the plant to the consumer and non-compliance with transportation standards, the consumer receives fuel of poor quality. Modern power systems of cars and tractors, do not allow the existence of water and small impurities in the fuel. In this regard, this article deals with the problem of watered diesel fuel. Estimation of flooded fuel in fuel system and engine. The data on the water content in the fuel are presented. The saturation of the market of filters allowing to separate water and small particles from fuel is considered. The pros and cons of each existing filter are considered, and a comparison with the proposed membrane-coated filter is made. The authors present a technology that allows separating water and small impurities from diesel fuel by installing an additional fine filter in the power supply system of the tractor. The process of production of the ceramic base of the filter and applying a membrane layer on it is studied. The scheme of the filter element and the ring with membrane sputtering is presented. The scheme of modernization of cleaning of fuel is applied. Calculations and results of the experiment on fuel filtration through the proposed power supply scheme and filter element with membrane deposition are presented.
Актуальность и постановка задачи. Для обеспечения функционирования любого агропредприятия необходимо авто и тракторо-хозяйство, которое обеспечивает различные работы, связанные с рабочим процессом. От качества топлива в значительной степени зависит эффективная и долговечная работа топливной аппаратуры двигателей автомобилей, тракторов и других сельскохозяйственных машин. Учитывая современные экологические тенденции, за последние годы в сфере производства и применения дизельного топлива в двигателях внутреннего сгорания, очевидно, что одна из наиболее важных задач - это улучшение фильтрации топлива.[3]
Для надежной работы техники большое значение имеет качество топлива. На сельскохозяйственных предприятиях топливо хранится в подземных резервуарах, бочках, автоцистернах. При таком виде хранения из-за разницы температур не исключено попадание воды в виде конденсата в топливо.[1]
Материалы и методы исследования.
Наличие воды отрицательно влияет на испаряемость топлива в камере сгорания, уменьшая температуру и снижая давление паров топлива. Обводненное топливо способствует образованию шламов, что приводит к засорению топливо проводов и фильтров, ухудшая запуск двигателя, затрудняют подачу в него топлива и заклинивают плунжеры ТНВД. Наличие воды резко снижает смазывающие свойства топлива по отношению к прецизионным парам, что повышает их износ. [8] Работа на обводненном топливе может вызвать коррозию топливной аппаратуры, так как если в топливе имеется вода, то содержащиеся в нем активные в коррозионном отношении вещества (кислоты, щелочи, сернистые соединения, перекиси) диссоциируют в водном растворе, образуя электролиты, вызывающие электрохимическую коррозию. При работе на обводненном топливе может уменьшиться прочность фильтрующих перегородок что приводит к их разрушение. [2]
При написании статьи были рассмотрены существующие водоотводящие фильтры, способ производства керамических оснований для фильтра. Предложена схема конструкции фильтра.
Существующие фильтры 1)Фильтр-водоотделитель BENZA,[4]
2)фильтр-водоотделитель FG-100, [5]
3)фильтр-сепаратор FV-5, [6]
4)фильтр-сепаратор Separ 2000 [7]
Предназначены для установки на топливопровод и используются для оснащения спецтехники. В первых трех используется бумажный фильтрующий элемент который не может: гарантировать 100% отвод воды, требует замены картриджа. У четвертого фильтра сложная конструкция. Стоимость фильтров и их последующее обслуживание значительно дороже представленного нами.
Производство фильтрующего элемента.
В качестве основы фильтра используется пористая керамика. Основные компоненты размешивается до получения формовочной консистенции. И пропускается через пресс для получения нужной формы фильтра.
Спрессованные образцы обжигаются для удаления источников порообразования при температуре 800°С в течение одного часа, затем спекается при температурах 1250-1400°С. Производят выбраковку получившихся образцов с изъянами. Мембранный слой наносится путем погружения керамических образцов. Затем образцы высушивают на воздухе при комнатной температуре в течение 24 часов.[3]
Представлена схема фильтрующего элемента в основе которого пористая керамика и нанесена мембрана пропускающая топлива но задерживающая воду (Рисунок 1).
Рисунок 1- Фильтрующий элемент
1) Керамическая основа фильтра, 2) Металлические крышки, 3) Мембранный слой.
Конструкция фильтра.
Чтобы предотвратить попадание топлива в сливной стакан. Установлено кольцо с мембранным напылением которое имеет обратное действие. Вода проходит через мембранный слой, а топливо задерживается (Рисунок 2).
Ф / о ^ & & с о © \ Л Л
е V \ о о / ну
Рисунок 2-Кольцо с мембранным напылением.
Данная конструкция состоит из алюминиевой крышки с кронштейном, в алюминиевую крышку вкручивается полая трубка (2) на которую насаживается фильтр(1) с мембранным слоем(3,4) с резиновыми уплотнениями, между корпусом и крышкой уплотнительная прокладка. К
корпусу резьбовым соединением закрепляется стакан из конструкционного стекла с резиновым кольцом(5).
Топливо от фильтра тонкой очистки проходит через керамический фильтр с мембранным слоем и по полой трубке отводится в ТНВД, а вода задерживается мембраной и оседает на дне стакана (Рисунок 3).
Рисунок 3 - Схема фильтрации
1) Керамический фильтр, 2) Полая трубка, 3) Мембранный слой, 4) Кольцо с мембранным напылением, 5) Стакан для отведенной воды.
Предлагаемое решение проблемы. Чтобы исключить попадание обводненного топлива в двигатель. Мы предлагаем использовать новый водоотводящий фильтр. Изменив систему фильтрации. На примере трактора Белорус 82.1 видно: Обводненное топливо на заправочной станции попадает в бак (1) проходя через фильтр грубой отчистки (2) топливо отчищается от крупных частиц, после пройдя через помпу (3) попадает в фильтр тонкой отчистки (4), после проходит через мембранный фильтр(6) где вода отделяется от топлива, и затем отчищенное топливо попадает в ТНВД (7). (Рис.4)
Рисунок4 - Схема питания дизеля
1) Бак. 2) Фильтр грубой отчистки. 3) Помпа. 4) Фильтр тонкой отчистки. 5) Трубопровод. 6) Мембранный фильтр. 7) ТНВД.
Результаты испытания.
1. В процессе испытаний топливо пропускали через мембранный слой, нанесенный на
бумагу. Топливо проходило под давлением собственного веса. Пропустили 10 мл. топлива за 10 мин. 44 сек. Площадь боковой поверхности воронки.
5 = лг1
где г- радиус, мм.;
1- длина поверхности, мм.;
5 = 3.14 * 3 * 4.5 = 42.4 см2 = 0,00424м2
Пропускная способность.
10*10-3 10-2 100 л
V = _ = _ = _ =13_
42,4 * 10-4 * 0,178 7,6 * 10-4 7,6 м2 * ч
Пропускная способность мембранного слоя составила 13 л
м2*ч
2. Испытания проводились в Учебно-опытном хозяйстве Уральский ГАУ на топливной аппаратуре трактора Беларус 82.1 оснащенным двигателем Д - 243.
Пропускная способность мембранного слоя составила 45
3. В результате исследований воды в дизельном топливе не обноружено.
Вывод.Подводя итоги, можно сказать, что основными недостатками нашего дизтоплива являются, большая массовая доля серы и присутствие воды.[8]Загрязнения в дизельном топливе влияют на работу топливной аппаратуры и двигателя тем самым снижая ее надежность и ресурс работы. Частицы загрязненного топлива попадая в цилиндры двигателя, становятся причиной износа деталей цилиндропоршневой группы аппаратуры двигателей. Использование дополнительного мембранного фильтра позволит продлить работоспособность топливной аппаратуры, тем самым позволит сэкономить на ремонте техники. Результаты испытаний показали что для обеспечения бесперебойной подачи топлива в камеру сгорания в конструкции предусматриваем 2 фильтрующих элемента.
Литература.
1. Тимкин В.А., Лазарев В.А. Применение отечественных керамических мембран // Молочная река. 2015. № 2 (58). С. 57.
2. Григоров А. Б., Мордупенко А. А., Шевченко К. В. Адсорбционная очистка дизельных топлив от серосодержащих соединений // Энергосбережение. Энергетика. Энергоаудит. 2014. №1 (119). URL: https://cyberleninka.m/artide/n/adsorbtsionnaya-ochistka-dizelnyh-topliv-ot-serosoderzhaschih-soedineniy (дата обращения: 28.02.2019).
3. BENZA [Электронный ресурс] - URL: http://99-t.ru/filtr-vodootdelitel-benza (дата обращения: 25.02.2019)
4. Фильтр-водоотделитель для ДТ и бензина [Электронный ресурс] - URL: https://www.ampika.ru/oborudovanie.html?razdel=97&type=685&utm source=yandex&utm me dium=cpc&utm campaign=gespasa&utm content=2829371946&utm term=%D1%84%D0%B8 %D0%BB%D1%8C%D1%82%D1%80%20fg%20100&ydid=828719470890212558 (дата обращения: 24.02.2019)
5. Фильтры для топлива F и FV (с запасным картриджем) [Электронный ресурс] - URL: https://els-ekb.ru/filters/fuel/542-fv-5/ (дата обращения: 25.02.2019)
6. Фильтр-сепаратор Separ 2000 [Электронный ресурс] - URL: https://separ-filter.ru/ (дата обращения: 25.02.2019)
7. Новопашин Л.А., Котлюба Ю.Б., Садов А.А. Использование устройства для обезвоживания дизельного топлива и дизельного смесевого топлива в системе питания дизельных двигателей. // Вестник биотехнологии. Номер: 2 (16) Год: 2018 Страница: 9
8. [Электронный ресурс] - URL: http://dostavka-toplivo.ru/chem-otechestvennoe-diztoplivo-otlichaetsya-ot-evropejskogo/ (дата обращения 14.03.2019)
9. Устройство для обезвоживания дизельного топливаНовопашин Л.А., Котлюба Ю.Б., Тимкин В.А., Лескин Р.Е.патент на полезную модель RUS 188824 30.01.2018
10. Котлюба Ю.Б., Новопашин Л.А., Тимкин В.А.Обзор технических решений проблематики обводненностидизельного топливаНаучно-технический вестник технические системы в АПК. 2018. № 2 (2). С. 119-127.
11. Тимкин В.А., Новопашин Л.А., Котлюба Ю.Б. Осмотическое давление растворов пищевой промышленностиНаучно-технический вестник технические системы в АПК. 2018. № 2 (2). С. 88-101.
Literature.
1. Timkin V. A., Lazarev V. A. The use of domestic ceramic membranes // Milk river. 2015. № 2 (58). P. 57.
2. Grigorov A. B., Mordovenko A. A., Shevchenko K. V. Adsorption purification of diesel fuel from sulphur-containing compounds]. Energy. Energy audit. 2014. №1 (119). URL: https://cyberleninka.ru/article/n/adsorbtsionnaya-ochistka-dizelnyh-topliv-ot-serosoderzhaschih-soedineniy (date accessed: 28.02.2019).
3. The BENZ [Electronic resource] - URL: http://99-t.ru/filtr-vodootdelitel-benza (date accessed: 25.02.2019)
4. Filter-water separator for DT and gasoline [Electronic resource] - URL: https://www.ampika.ru/oborudovanie.html?razdel=97&type=685&utm_source=yandex&utm_me dium=cpc&utm_campaign=gespasa&utm_content=2829371946&utm_term=%D1%84%D0%B8 %D0%BB%D1%8C%D1%82%D1%80%20fg%20100&yclid=828719470890212558 (date of application: 24.02.2009)
5. The fuel filter F and FV (with spare cartridge) [Electronic resource] - URL: https://els-ekb.ru/filters/fuel/542-fv-5/ (accessed: 25.02.2019)
6. The filter-separator Separ 2000 [Electronic resource] - URL: https://separ-filter.ru/ (accessed: 25.02.2019)
7. Novopashin L. A., Katluba Y. B., Sadov A. A. Device for dewatering diesel fuel and diesel mixed fuel supply system of diesel engines. // bulletin of biotechnology. Number: 2 (16) Year: 2018 Page: 9
8. [Electronic resource] - URL: http://dostavka-toplivo.ru/chem-otechestvennoe-diztoplivo-otlichaetsya-ot-evropejskogo/ (accessed 14.03.2009)
9. Device for diesel fuel dehydration Novopashin L.A., Kotlyuba Y.B., Timkin V.A., Leskin R.E. patent for utility model RUS 188824 01/30/2018
10. Kotlyuba Y.B., Novopashin L.A., Timkin V.A.Review of technical solutions to the problem of diesel water flooding Scientific and Technical Bulletin technical systems in agriculture. 2018. No. 2 (2). Pp. 119-127.
11. Timkin V.A., Novopashin L.A., Kotlyuba Y.B.Osmotic pressure of food industry solutions Scientific and Technical Bulletin technical systems in agriculture. 2018. No. 2 (2).Pp. 88-101.
