CC BY
10УДК 665.753.4:665.7.035:631.3
К ВОПРОСУ О ВАРИАТИВНОСТИ КАЧЕСТВА ТОПЛИВА ДЛЯ ДИЗЕЛЕИ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОГО НАЗНАЧЕНИЯ
М.М. Ревякин, А.А. Жосан, С.И. Головин ФГБОУ ВО Орловский государственный аграрный университет имени Н.В. Парахина
Аннотация. Качественное топливо является эффективным залогом работы подвижного состава, активно эксплуатируемого в агропромышленном комплексе нашей страны. Внедрение новых производственных технологий при выпуске на рынок инновационной энергонасыщенной техники, совершенствование и модернизация уже имеющегося подвижного состава, требует не только расширения номенклатуры применяемого топлива, смазочных материалов и технических жидкостей, но и ужесточения требований, предъявляемых к их качеству: улучшения физико-химических показателей. Выполнен сравнительный анализ двух образцов топлива марки ДТ-3-К5 разных производителей. В соответствии с данными нормативной документации произведена оценка таких показателей как цетановое число, цетановый индекс, плотность дизельного топлива, кинематическая вязкость, температура помутнения, процентное содержание по массе полициклических ароматических углеводородов, массовая доля серы, температура вспышки в закрытом тигле, коксуемость, зольность, содержание воды и общее загрязнение, окислительная стабильность. Установлено, что испытуемые образцы топлива соответствуют требованиям Технического регламента Таможенного союза и требованиям Государственного стандарта в области качества. Выполнен анализ преимуществ и недостатков в функционировании дизельных двигателей, возникающих при их эксплуатации на испытуемом образце № 1 и №2 с позиции прокачиваемости, чистоты, качества распыла и смесеобразования, склонности к нагарообразованию и коксуемости дизельного топлива.
Ключевые слова: дизельное топливо, двигатель, надежность, качество, показатели, нормативные документы
Введение. Дизельное топливо является одним из важнейших эксплуатационных материалов, качество которого в значительной степени влияет на надежность, ресурс и характеристики машин. Постоянное совершенствование и усложнение подвижного состава, используемого в сфере агропромышленного комплекса, [7] внедрение современной техники неотвратимо влечет за собой ужесточение требований, предъявляемых к качеству применяемых топливо-смазочных материалов и технических жидкостей. [5]
Реализуемое в настоящее время дизельное топливо далеко не повсеместно соответствует всем предъявляемым нормативной документацией требованиям. Как известно, с целью обеспечения долговечной и экономичной работы дизеля, топливо должно удовлетворять ряду эксплуатационных требований: иметь хорошее смесеобразование и воспламеняемость, обеспечивающие мягкую работу двигателя на различных режимах; обладать соответствующей вязкостью, чтобы выполнять функции смазки трущихся деталей топливоподающей системы; иметь хорошую прокачиваемость при различных температурах окружающей среды; не содержать сернистых соединений, водорастворимых кислот и щелочей, механических примесей и воды, резко ухудшающих работу двигателя и особенно
приборов системы питания, имеющих высокую точность изготовления сопряженных прецизионных деталей.
Основная часть. Осуществим сравнительный анализ двух товарных образцов (здесь и далее ТО №1 и ТО №2) разных производителей на предмет их соответствия нормативам [2, 3, 4] и выявления конкурентных преимуществ. В качестве объекта исследования выступает дизельное топливо марки ДТ-З-К5.
Известно, что топливо, поступающее в цилиндр двигателя воспламеняется не сразу -наблюдается определенный разрыв по времени между его впрыском и воспламенением, что отражается на процессе сгорания топлива. Анализируя данные показатели (рисунок 1) отметим, что они соответствуют значениям, предъявляемым к зимнему дизельному топливу. Но, за счет более высокого значения, у ТО №1 будет равномернее сгорание и эффективнее рабочий цикл, чем у ТО №2.
а) б)
* - не менее; 1 - нормативное значение по ТР ТС 013/2011 (приложение 3, класс 5); 2 -нормативное значение по ГОСТ Р 52368-2005 (ЕН 590:2009); 3, 4 - фактические значения образцов топлива (ТО №1 и ТО №2 соответственно)
Рисунок 1 - Цетановое число (а) и цетановый индекс дизельного топлива Плотность (рисунок 2а) оказывает прямое влияние на реологические свойства дизельного топлива. Продукция с высоким удельным весом обладает повышенной вязкостью по сравнению с более легкими материалами. Повышение плотности и, как следствие, вязкости (рисунок 2б) приводит к уменьшению просачиваемости топлива через зазоры в сопряжениях топливной аппаратуры, но при этом с понижением температуры приводит к ухудшению прокачиваемости через подающие трубопроводы и фильтры. [6] С другой стороны от плотности зависит теплотворная способность дизельного топлива. Чем она выше, тем больше тепловой энергии высвобождается от сгорания топлива и тем выше КПД двигателя. Таким образом при сравнении двух образцов можно сделать вывод, что ТО №1 по параметру плотности обладает лучшей прокачиваемостью при понижении температур. Об этом также свидетельствует показатель «Температура помутнения» (рисунок 3), но при этом при эксплуатации на ТО №2 КПД двигателя будет выше.
а) б)
1 - нормативное значение по ГОСТ Р 52368-2005 (ЕН 590:2009); 2, 3 - фактические значения
образцов топлива (ТО №1 и ТО №2 соответственно)
Рисунок 2 - Плотность при 15 °С (а) и кинематическая вязкость при 40 °С (б)
дизельного топлива
* - не выше; 1 - нормативное значение по ГОСТ Р 52368-2005 (ЕН 590:2009); 2, 3 -фактические значения образцов топлива (ТО №1 и ТО №2 соответственно)
Рисунок 3 - Температура помутнения дизельного топлива
Полициклические ароматические углеводороды - это органические соединения, для которых характерно наличие в химической структуре двух и более конденсированных бензольных колец. Содержание полициклических ароматических углеводородов (рисунок 4) оказывает влияние на токсичность выхлопа отработанных газов и образование канцерогенов, а также для дизельного топлива несколько ухудшаются условия сгорания. Сравнительный анализ двух товарных образцов показывает, что ТО №2 является более экологичным.
* - не более; 1 - нормативное значение по ТР ТС 013/2011 (приложение 3, класс 5); 2 -нормативное значение по ГОСТ Р 52368-2005 (ЕН 590:2009); 3, 4 - фактические значения образцов топлива (ТО №1 и ТО №2 соответственно)
Рисунок 4 - Полициклические ароматические углеводороды (% по массе)
Показатель «Массовая доля серы» (рисунок 5) является одним из важнейших показателей влияющих как на экологичность топлива, так и на ресурс топливной аппаратуры. В условиях работы двигателя сера и все сернистые соединения, содержащиеся в топливе, становятся активными, так как при их сгорании образуются серный и сернистый ангидриды, которые в присутствии паров воды образуют кислоты и вызывают сильную коррозию деталей цилиндропоршневой группы. [1] Чем выше содержание серы в топливе тем больше образуется ангидридов, увеличиваются отложения на масляных фильтрах, нагар на поршнях двигателя и быстрее происходит деградация моторного масла, которое требует более частой замены. В связи с этим эксплуатация транспортного средства на ТО №2 более предпочтительна.
РП "г/кг 15.
* - не более; 1 - нормативное значение по ТР ТС 013/2011 (приложение 3, класс 5); 2 - нормативное значение по ГОСТ Р 52368-2005 (ЕН 590:2009); 3, 4 - фактические значения образцов топлива: вид III (ТО №1 и ТО №2 соответственно) Рисунок 5 - Массовая доля серы
Показатель «Температура вспышки в закрытом тигле» (рисунок 6) в основном характеризует наличие легких фракций в дизельном топливе и большого влияния на эксплуатационные показатели не оказывает. Данный критерий в основном применяется как показатель пожаропасности или для определения наличия посторонних примесей в испытуемом образце топлива. По результатам сравнительных характеристик ТО №2 обладает большей пожаропасностью.
* - не ниже; 1 - нормативное значение по ТР ТС 013/2011 (приложение 3, класс 5); 2 -нормативное значение по ГОСТ Р 52368-2005 (ЕН 590:2009); 3, 4 - фактические значения образцов топлива (ТО №1 и ТО №2 соответственно)
Рисунок 6 - Температура вспышки в закрытом тигле
Наличие значительного количества смолистых веществ может быть причиной неполного сгорания топлива и образования нагара. Повышенное нагарообразование может вызвать провисание клапанов, пригорание поршневых колец, заклинивание двигателя. Нагары на форсунках способствуют нарушению подачи топлива, вследствие чего снижается мощность двигателя.
Склонность топлива к нагарообразованию характеризуется коксовым числом, показывающим процент образующегося кокса после испарения топлива и прокаливания его в стандартном приборе в условиях затрудненного соприкосновения с воздухом. Коксуемость (рисунок 7а) дизельного топлива зависит от фракционного состава и степени очистки: большее содержание смолистых соединений и тяжелых углеводородов соответствует большему значению данного показателя. Применение ТО №1 более предпочтительно за счет меньшего накопления углистых высокотемпературных отложений.
а) б)
* - не более; 1 - нормативное значение по ГОСТ Р 52368-2005 (ЕН 590:2009); 2, 3 -фактические значения образцов топлива (ТО №1 и ТО №2 соответственно)
Рисунок 7 - Коксуемость 10 % остатка (а) (по массе) и зольность (б) по массе Зола, образующаяся после сжигания топлива, остается в камере сгорания и входит в состав нагаров, а также, попадая в масло, является одной из причин повышенных абразивных износов, поэтому зольность дизельного топлива (рисунок 7б) допускается в крайне малых пределах. Зольность ТО №2 выше, что также связано с показателем «Общее загрязнение» (рисунок 8б).
а) б)
* - не более; 1 - нормативное значение по ГОСТ Р 52368-2005 (ЕН 590:2009); 2, 3 -фактические значения образцов топлива (ТО №1 и ТО №2 соответственно) Рисунок 8 - Содержание воды (а) и показатель общего загрязнения (б) дизельного
топлива
При неудовлетворительных условиях хранения и неправильном применении топлива в него попадает пыль, песок и иные примеси из воздуха. Меньшие размеры частиц примесей в сочетании с большей вязкостью топлива способствуют их накоплению во взвешенном состоянии и могут привести к изнашиванию элементов топливной аппаратуры, а мельчайшие частицы воды (рисунок 8а) при их нахождении в топливе к ее коррозии. Образующиеся в холодное время кристаллы льда забивают фильтры и калиброванные отверстия форсунок, нарушая этим подачу топлива.
* - не более; 1 - нормативное значение по ГОСТ Р 52368-2005 (ЕН 590:2009); 2, 3 -фактические значения образцов топлива (ТО №1 и ТО №2 соответственно) Рисунок 9 - Окислительная стабильность: общее количество осадка
Окислительная стабильность дизельного топлива (рисунок 9) является мерой его способности образовывать нерастворимые вещества под действием кислорода и определяется с помощью выдерживания при температуре 95 ^ в течение 16 часов в токе кислорода при перемешивании в специальном стеклянном контейнере (окислительной камере). ТО №2 по показателю «Окислительная стабильность» будет образовывать больше не растворимых частиц. Таким образом, по данным показателям эксплуатация техники на ТО №1 является более оправданным вариантом.
Выводы. Анализ данных двух сравниваемых товарных образцов дизельного топлива марки ДТ-З-К5 свидетельствует о том, что их показатели соответствуют требованиям ГОСТ и отличаются незначительно, при этом в значительной степени по качеству превышают требования нормативной документации. Топливо с обозначением ТО №1 более «легкое», лучше прокачивается при более низких температурах, двигатель запускается легче и на его деталях образуется меньше отложений. Топливо с обозначением ТО №2 более «тяжелое», при эксплуатации на нем двигатель будет иметь незначительно больший КПД и регламенты технического обслуживания могут быть увеличены. В целом по совокупности показателей характеристики топлива нивелируются.
Список использованных источников:
1. Голубенко Н.В. Эксплуатационные материалы и защита от коррозии транспортных и транспортно-технологических машин и оборудования: в 3 частях. Ч.1. Топливо для двигателей внутреннего сгорания: учебное пособие / Н.В. Голубенко [и др.]. - Белгород: Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова, ЭБС АСВ, 2018. - 183 с.
2. ГОСТ Р 52368-2005 (ЕН 590:2009) Топливо дизельное ЕВРО. Технические условия.(с Поправками, с Изменениями N 1, 2) - М.: Стандартинформ. - 2009. - 28 с.
3. ГОСТ 32511-2013 (ЕН 590:2009) Топливо дизельное ЕВРО. Технические условия. -М.: Стандартинформ. - 2019. - 34 с.
4. ТР ТС 013/2011 О требованиях к автомобильному и авиационному бензину, дизельному и судовому топливу, топливу для реактивных двигателей и мазуту (с изменениями от 19.12.2019). [Электронный ресурс] - 2011. - 22 с.
5. Жосан А.А. К вопросу об улучшении эксплуатационных свойств моторных масел / А.А. Жосан, М.М. Ревякин, Д.С. Ершов // Агротехника и энергообеспечение. - Орел, 2016. № 2 (11). С. 81-86.
6. Остриков В.В. Топливо, смазочные материалы и технические жидкости: учебное пособие / В.В. Остриков [и др.]. -М., Вологда: Инфра-Инженерия, 2019. - 244 с.
7. Ревякин М.М. Вариативность надежности мобильных энергетических средств предприятий АПК / М.М. Ревякин, А.А. Жосан, А.В. Шуруев // Агротехника и энергообеспечение. - Орел, 2014. № 1 (1). С. 137-140.
Максим Михайлович Ревякин, кандидат технических наук, доцент, revyakinmm@inbox.ru, Россия, Орел, ФГБОУ ВО Орловский государственный аграрный университет имени Н.В. Парахина
Артур Александрович Жосан, кандидат технических наук, доцент, а-josan@yandex.ru, Россия, Орел, ФГБОУ ВО Орловский государственный аграрный
университет имени Н.В. Парахина
Сергей Иванович Головин, кандидат технических наук, доцент, golovinsi@yandex.ru, Россия, Орел, ФГБОУ ВО Орловский государственный аграрный университет имени Н.В. Парахина
TO THE QUESTION OF VARIABILITY OF FUEL QUALITY FOR AGRICULTURAL
DIESELS
Revyakin M.M., Josan A.A., Golovin S.I.
Abstact High-quality fuel is the effective key to the operation of rolling stock, which is actively operated in the agro-industrial complex of our country. The introduction of new production technologies when issuing an innovative energy satisfaction to the market, improving and modernizing the existing rolling stock, requires not only the expansion of the range of fuel used, lubricants and technical fluids, but also to tighten the requirements that are presented to their quality: improvement of physicochemical indicators . A comparative analysis of the two samples of the fuel of DT-3-K5 of different manufacturers has been performed. In accordance with the data of the regulatory documentation, such indicators as: cetane number, cetane index, diesel fuel density, kinematic viscosity, turbidity temperature, percentage by weight of polycyclic aromatic hydrocarbons, mass fraction of sulfur, flash point in closed crucible, cokusability, ash, water content and overall pollution, oxidative stability have evaluated. It has been established that the test fuel samples comply with the requirements of the technical regulation of the Customs Union and the requirements of the State Standard in the field of quality. An analysis of the advantages and disadvantages in the functioning of diesel engines, which occur during their operation on the test sample No. 1 and No. 2, from the position of pouring, cleanliness, the quality of spraying and mixing, the inclination to form the formation of inaurus and cumulating diesel fuel.
Key words: diesel fuel, engine, reliability, quality, indicators, regulatory documents
Revyakin M.M., Candidate of Technical Sciences, revyakinmm@inbox.ru, Russia, Orel, Federal State Budgetary Educational Establishment of Higher Education "Orel State Agrarian University named after N.V. Parakhin"
Josan A.A., Candidate of Technical Sciences, a-josan@yandex.ru, Russia, Orel, Federal State Budgetary Educational Establishment of Higher Education "Orel State Agrarian University named after N.V. Parakhin"
Golovin S.I., Candidate of Technical Sciences, golovinsi@yandex.ru, Russia, Orel, Federal State Budgetary Educational Establishment of Higher Education "Orel State Agrarian University named after N.V. Parakhin"
