CC BY
20УДК 66.081.6
ОБЗОР ТЕХНИЧЕСКИХ РЕШЕНИЙ ПРОБЛЕМАТИКИ ОБВОДНЕННОСТИ
ДИЗЕЛЬНОГО ТОПЛИВА
Ю.Б. Котлюба аспирант кафедры технологических и транспортных машин ФГБОУ ВО Уральский ГАУ
(620075 Свердловская область, г. Екатеринбург, ул. Карла Либкнехта, д. 42 тел. +7 912-245-7287, Е-mail: 7777117777@mail.ru )
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: novopashin-leonid@ya.ru)
В.А.Тимкин, кандидат технических наук, доцент, профессор, ФГБОУ ВО Уральский государственный аграрный университет
(620075 Свердловская область, г. Екатеринбург, ул. Карла Либкнехта, д. 42 тел. +7 912 240 70 50; , Е-mail: ural.membrana@yandex.ru )
Рецензент Л.В. Денежко, к.т.н., доцент ФГБОУ ВО Уральский ГАУ
(620075 Свердловская область, г. Екатеринбург, ул. Карла Либкнехта, д. 42 тел. +7 (343) 371-3363, Е-mail: denejko@yandex. ru)
Аннотация.
В данной статье мы представили актуальность проблемы обводненности дизельного топлива. Приведены данные по видам содержащейся в топливе воды. Дана оценка влияния обводнённого топлива на топливную аппаратуру и работу двигателя. Представлен обзор существующих решений проблематики обводненности дизельного топлива, с подтверждением эффективности применения. Приложены конструкция предлагаемого устройства, а так же схема модернизации отчистки топлива.
Ключевые слова: дизельное топливо, обводненное топливо, картридж, дизельный двигатель, гидрофобная мембрана, гидрофильная мембрана.
THE DEVICE FOR DEHYDRATION OF DIESEL FUEL Y.B. Kotlyuba graduate student of the department of technological and transport machines Ural State Agrarian University
(620075 Sverdlovsk region, Yekaterinburg, Karl Liebknecht st., 42 tel. +7 912-245-7287, E-mail: 7777117777@mail.ru)
L.A. Novopashin, candidate of technical sciences, associate professor, Ural State Agrarian University
(620075 Sverdlovsk region, Yekaterinburg, Karl Libknecht str., 42 tel. +7 (343) 371-33-63, E-mail: novopashin-leonid@ya.ru)
V. A. Timkin, candidate of technical sciences, associate professor, professor, Ural state agrarian University
(620075 Sverdlovsk region, Yekaterinburg, Karl Liebknecht st., 42 tel. +7 912 240 70 50;, E-mail: ural.membrana@yandex.ru)
Reviewer L.V. Denezhko, candidate of technical sciences, associate professor, Ural State Agrarian University
(620075 Sverdlovsk region, Yekaterinburg, Karl Libknecht str., 42 tel. +7 (343) 371-33-63, Email: denejko@yandex.ru)
Summary.
We have presented relevance of the problem of water content of diesel fuel in this article. Data on types of the water which is contained in fuel are provided. Assessment of the impact of the water in a fuel on a fuel equipment and operation of the engine is given. The review of existing solutions of perspective of water content of diesel fuel, with confirmation of efficiency of application is submitted. Are enclosed design of the offered device, and also method of the improved fuel cleaning.
Key words: diesel fuel, the flooded fuel, cartridge, the diesel engine, hydrophobic membrane, hydrophilic membrane.
Актуальность и постановка задачи. Государственная программа развития сельского хозяйства и регулирования рынков сельскохозяйственной продукции, сырья и продовольствия на 2013-2020 годы нацелена на развитие предприятий аграрного сектора, увеличение доступности сельскохозяйственных продуктов, что позволит так же решить вопросы импортозамещения. Особым фактором влияющим на обеспечение доступности сельскохозяйственных продуктов является - обеспечение агропредприятий надежной сельхоз техникой. При эксплуатации дизелей около 50% всех отказов приходится на топливную систему, причем более половины этих отказов вызвано загрязненностью дизельного топлива и в т.ч. обводненностью топлива (наличие воды в дизельном топливе). С последними разработками в направлении дегидратации дизельного топлива мы и ознакомимся в этой статье.
Материалы и методы исследования. При написании статьи дано определение воды, находящейся в дизельном топливе по принципу попадания в него (Рисунок №1. Схема возникновения воды в топливном баке). Определено два вида: свободная и эмульгированная вода. В зависимости от вида воды в дизельном топливе, рассмотрены варианты дегидратации топлива, применяемые сегодня. Свободной водой мы называем ту воду, которая попадает в топливный
бак во время заправки либо является продуктом конденсации при резком перепаде температур. При увеличении перепада температур снаружи и внутри топливного бака (особенно, если он заполнен не полностью) происходит процесс конденсации воздуха с образованием капель воды, стекающих на дно бака (свободная вода) или перемешиваются с топливом (эмульгированная вода). Опытным путем получено, что капли воды размеров более 180 мкм стекают на дно бака, а капли менее 180 мкм находятся в топливе во взвешенном состоянии. В настоящее время для минимизации/предотвращения ущерба наносимого топливной системе дизельных двигателей от воды, применяют различные разработанные решения, позволяющие временно или частично справиться с проблемой обводненности топлива: химические присадки к топливу, сепаратные фильтры. Химические присадки к топливу, принцип действия: состав присадки, попадая в топливо, находящееся в бензобаке, обеспечивает подъем свободной воды со дна бака в толщу слоев топлива (объём поднятой воды зависит от возможностей препарата присадки, а также соотношения залитого вещества и объёма бензина в баке). Положительные уменьшение объема свободной воды в топливе, очищают элементы топливной системы. Отрицательные качества: высокая цена решения проблематики обводненности дизельного топлива для сельскохозяйственной техники агропредприятий. Вода остается в составе топлива и попадает в камеру сгорания в виде эмульгированных, мелкодисперсных капель, доля которых по отношению к «чистому» топливу существенно снижена, удаляется из системы- путем сгорания.
Рисунок №1. Схема возникновения воды в топливном баке.
Сепаратные фильтры: принцип действия сепаратных фильтров заключается в том что эмульгированная вода разбивается до мелкодисперсного состояния и равномерно распределяется по всему объему топлива. Во время работы двигателя, они попадают вместе с топливом в камеру сгорания и отводятся с отработанными газами. Положительные качества применения сепаратных фильтров: решается вопрос с каплями воды на дне топливного бака. Американская компания известная как: Fleetguard (сейчас она называется Cummins Filtratium) разработала инновационный материал для фильтров сепараторов StrataPore tm который позволяет производить очистку дизельного топлива от воды до 95%. Эффективность безусловно высока, инновационное решение которое позволяет добиться данного эффекта могут позволить себе далеко не все производители автостроительного рынка, не говоря уже о российских производителях
Рисунок №2 Диаграмма зависимости износа топливной аппаратуры от качества фильтрации дизтоплива.
Помимо компании Fleetguard известны и фильтры сепараторы других фирм сводная таблица основных характеристик их эффективности приведена ниже:
Табл. 1 Сравнительные характеристики некоторых фильтров-сепараторов разных марок.
Марка фильтра FleetguardFuel ProFh330 Separ2000/10 Racor1000FG Racor900FG
Пропускная способность ,л/ч 681 600 681 341
Фильтрующий элемент FS 19727 FS 19728 01010 01030 2020 TM-OR 2020 RM-OR 2020 TM-OR 2020 RM-OR
Ёмкость,г 78 62 1,3 5,6 18 168 13,7 72
Удержание:
- частиц 5 мкм, (%) 83 83 83
- частиц 10 мкм, (%) 98,7 75 55 97 83 97 83
- частиц 25 мкм, (%) 98,7 93
- частиц 30 мкм, (%) 100 36 73,1 73,1
- частиц 40 мкм, (%) 100 98,7
- частиц 45 мкм, (%) 54 88,7 88,7
- свободной воды, (%) 95 95 19,2 85 74 28 99 99
- связанной воды, (%) 95 95 0 4 20 7 11 0
Итак, поиск решения по обезвоживанию дизельного топлива демонстрирует, что минимизировать содержание «свободной воды» в топливе существенно легче, чем удалять эмульгированную (связанную) воду из дизельного топлива. При поиске отечественного решения
по обезвоживанию дизельного топлива для применения в сельскохозяйственной технике, группой студентов кафедры «Колесные и гусеничные трактора» Уральского государственного аграрного университета под руководством к.т.н, доцента кафедры «Технологические и транспортные машины», Новопашина Л.А., была разработана конструкция фильтра обезвоживающего дизельное топливо на основе применения мембранных технологий, запатентованных компанией «Владипор» г. Владимир. На начало учебного года 2018-2019г.г., группой разработчиков фильтра обезвоживающего дизельное топливо уже получен регистрационный номер на патент полезной модели. Создан прототип и проведены первичные испытания в топливной системе трактора Д-75. Результаты проведенных предварительных испытаний фильтра обезвоживающего дизельное топливо, позволяют прогнозировать что в ближайшем будущем вопрос о повышении ресурсостойкости деталей и механизмов российского тракторостроения будет решен. В статье «Использование устройства для обезвоживания дизельного топлива и дизельного смесевого топлива в системе питания дизельных двигателей.» подробно приведена конструкция данного устройства и принцип его работы, а так же эффективность применения.
Предлагаемое решение проблемы. Чтобы минимизировать попадание обводненного топлива в двигатель. Мы предлагаем использовать новое устройство - фильтр обезвоживающий дизельное топливо содержащий керамические картриджи с напылением гидрофобной мембраны и гидрофильной мембраны, изменив систему фильтрации Рисунок № 2. Конструкция
устройства для удаления воды из дизельного топлива содержит: впускной патрубок 1, корпус 2, в котором расположен вертикальный многогранный керамический фильтрующий картридж 3 с нанесенной на его внешнюю поверхность гидрофобной мембраной (пористое нано-сложно-композитное напыление) 4, в центре картриджа находится внутренний канал для сбора и вывода обезвоженного топлива 5, кольцо-уплотнитель из маслостойкой резины 6, плоский керамический картридж 7 с нанесенной гидрофильной мембраной (мембранным напылением) 8, металлическая шайба со сквозными отверстиями 9, прозрачная полимерная крышка10, выпускной патрубок11. Фильтрующий картридж 3, на поверхность которого нанесена мембрана типа МФФК (микрофильтрационные фторопластовые композиционные мембраны) 4, имеет форму вертикального элемента цилиндрической формы с многочисленными выступающими вертикальными гранями, позволяющими значительно увеличить площадь фильтрации. В центре картриджа 3 расположен вертикальный канал 5, переходящий в выпускной патрубок 11. В основании корпуса под вертикальным картриджем 3 с разделителем - кольцом-уплотнителем из маслостойкой резины 6, расположен плоский керамический картридж 7 с нанесенной гидрофильной мембраной типа МФФ-Г (микрофильтрационные гидрофильные мембраны, мембраны через которые проходят молекулы воды) 8, который прижат по всей площади снизу металлической шайбой со сквозными отверстиями 9 и притянут на болт гайкой. Снизу корпус фильтра закрыт прозрачной закручивающейся крышкой корпуса 10. Нано-сложно-композитные
мембраны наносятся методом напыления на керамические картриджи - разработка НТЦ «Владипор» г. Владимир. На примере топливной схемы питания дизеля трактора ДТ-75 , включающего разработанной новое устройство - фильтр обезвоживающий дизельное топливо Рисунок № 3, 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 фильтр обезвоживающий дизельное топливо(5) где вода отделяется от топлива посредством применение гидрофобной мембраны и гидрофильной мембраны, и затем отчищенное топливо попадает в ТНВД (6).
10
Рисунок №4. Схема конструкции фильтра обезвоживающего дизельное топливо.
Рисунок № 5 Топливная система трактора ДТ -75 с включенным в систему фильтром обезвоживающим дизельное топливо.
Вывод. Загрязнения в дизельном топливе влияют на работу топливной аппаратуры и двигателя тем самым снижая ее надежность и ресурс работы. При эксплуатации дизелей около 50% ремонтовсвязаны с топливнойсистемой, причем более половины этих отказов аппаратуры вызвалозагрязнённоедизельное топливо. Кроме того, частицы загрязненного топлива попадая в цилиндры двигателя, становятся причиной износа деталей цилиндропоршневой группы
аппаратуры двигателей. Использование дополнительного мембранного фильтра позволит продлить работоспособность топливной аппаратуры при небольших вложениях, тем самым позволит сэкономить на ремонте техники.
Литература.
1. Микрофильтрационные фторопластовые композиционные мембраны. URL: http://www.vladipor.ru/catalog/&cid=015 (дата обращения: 20.03.2018).
2. Топливные фильтры-сепараторы. URL : http://www.shansplus42.ru/korporativnyj1/filters/ (дата обращения: 10.10.2018)
3. Мембраны, фильтрующие элементы, мембранные технологии. URL: http://xn--80aajzhcnfck0a.xn--p1ai/PublicDocuments/0713514.pdf (дата обращения: 20.03.2018). 4. В.В. Краснокутский, МА. Русанов, И.П. Трояновская, Системы питания дизельных двигателей Часть 1: Назначение и конструкция: учебное Челябинск: Издательский центр ЮУрГУ, 2017. - 72 с
4. Руководство по эксплуатации тракторов ДТ-75 от 1985 г. URL: http://intrucks.ru/319-traktor-dt-75n-instruktsiya.html.
5. Топливо, смазочные материалы и технические жидкости : учебное пособие / В.В. Остриков, СА. Нагорнов, ОА. Клейменов, В.Д. Прохоренков, И.М. Курочкин, A^. Хренников, Д.В. Доровских. - Тамбов : Изд-во Тамб. гос. техн. ун-та, 2008. - 304 с. - 100 экз. - ISBN 978-5-82650741-4.
6. Новопашин ЛА. Исследование пусковых свойств дизелей лесотранспортных ма-шин при отрицательных температурах. Дисс. .. .на соискание ученой степени кандидата технических наук. Екатеринбург, 2006.
7. Мальков В.Н., Каратаев A.A., Садов A.A., Новопашин ЛА. Совершенствование организации ремонта автотракторной топливной аппаратуры // Молодежь и наука. 2017. № 3. С. 121.
8. Панков Ю.В., Новопашин ЛА., Денежко Л.В., Садов A.A. Количественные соот-ношения и свойства смесевых систем углеводородного состава для дизельного двигателя // Aграрный вестник Урала. 2016. № 12 (154). С. 72-76.
9. Новопашин ЛА., Панков Ю.В., Садов A.A., Кочетков П.В. Влияние наноалмазной присадки для дизельного топлива на геометрические размеры плунжерной пары // Aграр-ный вестник Урала. 2016. № 5 (147). С. 78-82.
10. Brando L., Suarez P. Determination of the alternative butanol/gasoline and butanol/diesel fuel blends heats of combustion by a heat-loss compensated semi-microcalorimeter // journal of thermal analysis and calorimetry. Vol. 132. Iss. 3. Pp. 1953-1960. Published: JUN 2018.
Literature.
1. Microfiltration fluoroplastic composite membranes. URL: http://www.vladipor.ru/catalog/&cid=015 (appeal date: 03/20/2018).
2. Fuel filters separators. URL: http://www.shansplus42.ru/korporativnyj1/filters/ (access date: 10.10.2018)
3. Membranes, filter elements, membrane technologies. URL: http: //xn--80aajzhcnfck0a.xn--p1ai/PublicDocuments/0713514.pdf (access date: 03/20/2018). 4. V.V. Krasnokutsky, M.A. Rusanov, I.P. Troyanovskaya, Diesel Engine Power Systems Part 1: Purpose and Design: Training Chelyabinsk: SUSU Publishing Center, 2017. - 72 p.
4. Manual of operation of DT-75 tractors from 1985 URL: http://intrucks.ru/319-traktor-dt-75n-instruktsiya.html.
5. Fuel, lubricants and technical liquids: a tutorial / V.V. Ostrikov, S.A. Nagornov, O.A. Kleimenov, V.D. Prohorenkov, I.M. Kurochkin, A.O. Khrennikov, D.V. Dorovskih. - Tambov: Publishing House Tamb. state tech. University, 2008. - 304 p. - 100 copies - ISBN 978-5-8265-0741-4.
6. Novopashin L.A. Investigation of the starting properties of diesel engines of forest transport vehicles at negative temperatures. Diss. ... for the degree of candidate of technical sciences. Ekaterinburg, 2006.
7. Malkov V.N., Karataev A.A., Sadov A.A., Novopashin L.A. Improving the organization of repair of automotive fuel equipment // Youth and Science. 2017. No. 3. P. 121.
8. Pankov Yu.V., Novopashin L.A., Denezhko L.V., Sadov A.A. Quantitative ratios and properties of mixed hydrocarbon composition systems for a diesel engine // Agrarian Bulletin of the Urals. 2016. № 12 (154). Pp. 72-76.
9. Novopashin, LA, Pankov, Yu.V., Sadov, AA, Kochetkov, P.V. Influence of a nanodiamond additive for diesel fuel on the geometric dimensions of a plunger pair // Agrarian Bulletin of the Urals. 2016. No. 5 (147). Pp. 78-82.
10. Brando L., Suarez P. Heat-loss, Seal-Microcalorimeter. Vol. 132. Iss. 3. Pp. 1953-1960. Published: JUN 2018.
