ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ДИЗЕЛЬНОГО ТОПЛИВА С ПРИСАДКОЙ ПТЛМ НА ПРИМЕРЕ РАБОТЫ ПРЕЦИЗИОННЫХ СОПРЯЖЕНИЙ РАСПЫЛИТЕЛЕЙ ФОРСУНОК Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

ПРОЦЕССЫ И МАШИНЫ АГРОИНЖЕНЕРНЫХ СИСТЕМ

УДК 621.43 Р.В. ДАМАНСКИЙ

Омский экспериментальный завод, Oмcк

ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ДИЗЕЛЬНОГО ТОПЛИВА С ПРИСАДКОЙ ПТЛМ НА ПРИМЕРЕ РАБОТЫ ПРЕЦИЗИОННЫХ СОПРЯЖЕНИЙ РАСПЫЛИТЕЛЕЙ ФОРСУНОК

Рассматривается вопрос возможности использования присадки на основе таллового и льняного масел (ПТЛМ), разработанной на кафедре агроинженерии Омского ГАУ, для повышения эффективности дизельного топлива, улучшения его смазочных свойств. Приведены причины, приводящие к снижению эффективности работы распылителя, потере мощности двигателя и увеличению расхода топлива. Описано снижение надежности работы топливной аппаратуры дизельного двигателя, причиной которого служат низкие эксплуатационные свойства дизельного топлива и загрязнение абразивными примесями. Обозначена важность проблемы повышения ресурса и поддержания в работоспособном состоянии распылителей форсунок. Изложен вопрос чувствительности прецизионных сопряжений распылителя форсунки к дизельному топливу в присутствии присадки на основе таллового и льняного масел (ПТЛМ). Приведены зависимости: определяющая влияние факторов, способствующих изменению расхода топлива через прецизионное сопряжение распылителя; позволяющая прогнозировать изменение гидравлической плотности сопряжения от наработки.

Цель работы - определение влияния присадки ПТЛМ в дизельном топливе на долговечность работы прецизионных сопряжений распылителей форсунок дизельного двигателя.

Научную новизну представляет изучение вопроса аналитического определения противоизносных свойств и повышения эффективности дизельного топлива с присадкой ПТЛМ. Получены зависимость, позволяющая определить количество частиц абразивных примесей в момент времени; уравнение, определяющее влияние факторов на изменение расхода через прецизионное сопряжение; критерии для экспериментального исследования изменения подачи топлива в зависимости от содержания в нем абразивных примесей.

Ключевые слова: распылитель, абразивные примеси, радиус частицы, скорость разрушения частиц.

Введение

У дизельного топлива важная роль в развитии сельского хозяйства, промышленности, транспорта; во многих других потребностях человека. Однако эксплуатация техники на предприятиях АПК в условиях повышенной запыленности при длительных нагрузках влияет на качество топлива, снижая его эксплуатационные свойства, что приводит к ускоренному износу плунжерных пар ТНВД (топливного насоса высокого давления) и прецизионных сопряжений распылителя форсунки, ухудшению технико-экономических показателей работы двигателя, повышенному расходу топлива и снижению долговечности работы топливной аппаратуры дизеля [5; 6].

© Даманский Р.В., 2020

Надежная работа распылителей форсунок обеспечивает поддержание эксплуатационных параметров дизельного двигателя в нормативных пределах. Износ, закоксовы-вание распылителей приводят к нарушению эффективности работы распылителя, снижению мощности и увеличению расхода топлива [5; 6]. По данным различных авторов, износ распылителей форсунок обусловлен низкими эксплуатационными свойствами дизельного топлива и загрязнением абразивными примесями [3; 4; 7].

В настоящее время для удовлетворения ужесточенных экологических и санитарных требований к дизельным топливам в них снижают содержание серы - смазывающего вещества этого топлива [10]. Для удаления серы используют гидроочистку, из топлива удаляют не только серу, но и другие поверхностно-активные вещества, способные образовывать защитную пленку на поверхностях деталей [8]. Это приводит к увеличению коррозионной агрессивности дизельных топлив и преждевременному износу плунжерных пар топливных насосов и прецизионных сопряжений форсунки. Кроме того, увеличивается уровень выбросов токсичных веществ, значительно ухудшая экологическую обстановку. Для повышения эффективности дизельных топлив в них добавляют присадки.

По показаниям многих исследований, направленных на использование жирных кислот растительных масел в качестве добавок к топливу: их использование возможно, но изучено мало. В основном используют дорогие импортные присадки, труднодоступные и малоэффективные. Практическое отсутствие отечественных присадок приводит к зависимости от импорта.

Несмотря на важность проблемы поиска отечественных присадок для повышения долговечности работы и поддержания технического состояния прецизионных сопряжений топливной аппаратуры, этому вопросу уделяется недостаточно внимания.

Цель работы - определить эффективность дизельного топлива в присутствии присадки ПТЛМ при работе прецизионных сопряжений распылителей форсунок дизельного двигателя.

Материалы и методы

Известно [1], что скорость ухудшения характеристик трущихся узлов пропорциональна скорости образования размельченных частиц изнашивания в результате механического взаимодействия и может быть определена по формуле

= Ч (1)

dt dt

л , ч ¿К

где А; (а) - чувствительность прецизионной пары к присадке ПТЛ М; -- скорость

dt

б ф ¿0(0

разрушения абразивных частиц в прецизионных сопряжениях форсунки; -- ско-

dt

рость изменения расхода через прецизионную пару.

Согласно работе [2] скорость разрушения абразивных частиц можно представить в виде зависимости от концентрации частиц N¡(0

^ = N,0). (2)

dt

С учетом (2) зависимость (1) приобретает вид

=А,(а >N¡(0. (3)

Зависимость (3) не учитывает влияния смазочных свойств топлива на ухудшение характеристик трущихся сопряжений.

Динамика изменения концентрации частиц загрязнений 1-й группы зависит от их исходного содержания в этой группе т.е. в момент времени ^ вязкости топлива V, температуры топлива, структуры и наличия дефектов в поверхностном слое деталей сопряжения, твердости материалов деталей, содержания дисперсионных и противоиз-носных присадок и т.д.

Согласно экспериментальным исследованиям зависимость концентрации абразивных частиц загрязнений от их исходного содержания в топливе и времени эксплуатации может быть выражена экспериментальной зависимостью [2]

t

N1(1) = ^е1* , (4)

где - постоянная времени разрушения, с.

Для учета влияния свойств топлива на износ мы предлагаем выразить постоянную времени разрушения в виде функциональной зависимости от вязкости, топлива, температуры, плотности, теплопроводности, диаметра иглы и процентного содержания присадки в топливе.

Для уменьшения числа переменных можно воспользоваться теорией подобия и размерностей, которая позволяет значительно сократить количество переменных, объединяя их в безразмерные комплексы [9]. Согласно теории подобия и размерностей зависимость между размерными величинами

у = ^хъх2,х3,...,хЪ...,хп-1,Хп^ (5)

где Х1, Х2, Х3,..., Хк,..., хп-1, хп - размерные переменные, влияющие на «у»,

и может быть представлена в виде [ 10]

у = :Г(ЛЬ Я2, Яз,..., Лк,..., ^т-1, лт) , (6)

где Я1, Я2, Яз,..., Як,..., ят-1, ят - безразмерные критерии, составленные из размерных параметров.

Основные размерные величины: время - 9, масса - М; длина - L, температура - Т.

В табл. 1 представлены основные величины, характеризующие влияние смазочных свойств топлива на износ прецизионных сопряжений деталей топливной аппаратуры.

Таблица 1

Параметры влияния смазочных свойств топлива на износ прецизионных деталей топливной аппаратуры

№ п/п Параметр Обозначение Натуральная размерность Размерность в основных размерных единицах

1 Вязкость Ц Па-с М ь • т

2 Плотность Р кг/м3 М/Ь3

3 Диаметр иглы Dи м ь

4 Температура топлива Ь °С 9

5 Теплопроводность * Вт/(м-К) М • ь т3 • ь

6 Процентное содержание присадки в масле а

7 Коэффициент температуропроводности а м2/с ь2/т

8 Постоянная времени разрушения 1* с Т

В результате обработки методами размерностей и подобия были получены критерии подобия:

П1 =

ц

р-а

По = а, П3 =

А' ^ -12 ц-Ои

Постоянная времени разрушения входит в безразмерный критерий П3, поэтому для ее определения экспериментальным путем использовали зависимость

П3 = Ь1П1Ь2П23, (7)

где Ь1, Ь2, Ь3 - экспериментальные коэффициенты.

Из уравнения (7) определяют постоянную времени разрушения

1А =

ц-DИ -Ь1 -П1Ь2 -П2

А- 1„

(8)

После подстановки уравнения (8) в уравнение (4)

N,(1) = ^ехр

1

ц- Ои- Ь1

•П^

П23

А-и

(9)

Полученная зависимость (9) позволяет определить количество частиц абразивных примесей ¡-й размерной группы в момент времени г. Тогда формула (1) принимает вид

( Л

¿0(1)

= А ,(а) - Nioехр

1

1

ц-би -Ь1 -ПЬ2 -П2

А-1„

(10)

Проинтегрировав выражение (8), получим

0(1) = А,(а) - N

ю-

ц-ои

• ПЬ2

ПЬ3 П2

А- 1т

ехр

1

ц-ои

- П1Ь2

- п23

А-1

(11)

Уравнение (11) позволяет качественно определить влияние различных факторов, входящих в критерии, на изменение расхода через прецизионное сопряжение.

Анализ формулы (11) показывает, что расход топлива через прецизионное сопряжение зависит от чувствительности прецизионной пары А, (а), содержания присадки в топливе, исходного содержания частиц ¡-й размерной группы, теплопроводности А сопряжения, температуры сопряжения, вязкости топлива, критерия П1, процентного содержания противоизносной присадки в топливе П2. Для оценки влияния чувствительности прецизионного сопряжения к износу по формуле (11) были проведены расчеты зависимости расхода топлива через сопряжение от времени работы сопряжения и процентного содержания присадки ПТЛМ в дизельном топливе.

В табл. 2 приведены результаты расчета влияния присадки ПТЛМ в дизельном топливе на чувствительность прецизионного сопряжения к износу.

Ь

1

1

Ь

1

Таблица 2

Результаты расчета чувствительности сопряжения

Т, ч Содержание присадки в дизельном топливе в процентах

1 2 3 4 5

500 1,83676Е-05 3,93576Е-06 2,62919Е-06 2,21Е-06 2,01Е-06

1000 3,67352Е-05 7,87152Е-06 5,25839Е-06 4,42Е-06 4,02Е-06

1500 5,51028Е-05 1,18073Е-05 7,88758Е-06 6,63Е-06 6,03Е-06

2000 7,34704Е-05 1,5743Е-05 1,05168Е-05 8,84Е-06 8,05Е-06

2500 9,1838Е-05 1,96788Е-05 1,3146Е-05 1,1Е-05 1,01Е-05

3000 0,000110206 2,36146Е-05 1,57752Е-05 1,33Е-05 1,21Е-05

По результатам данных табл. 2 построен график зависимости расхода топлива через прецизионное сопряжение, приведенный на рисунке.

м3/с 0.00012

0.0001 0.00008 0.00006 0.00004 0.00002 о

0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 Т, Ч

Влияние присадки ПТЛМ для дизельного топлива на чувствительность прецизионного сопряжения к износу: а - процентное содержание присадки в топливе; dQ - расход топлива через прецизионное сопряжение; т - наработка сопряжения

Заключение

Полученное уравнение (11), как показывают данные, представленные в табл. 2 и на рисунке, позволяет оценить влияние присадки ПТЛМ на противоизносные свойства дизельного топлива по изменению гидравлической плотности сопряжения при наработке от 500 до 3000 ч: при одной и той же наработке потери расхода снижаются при увеличении содержания присадки в дизельном топливе.

При наработке 3000 моточасов и содержании 1% присадки в дизельном топливе потери расхода составляют 9,1838Е-05 м3/с, а при содержании 5% присадки в топливе потери - 1,01Е-05 м3/с. Эти данные подтверждают эффективность присадки ПТЛМ для повышения долговечности деталей прецизионного сопряжения.

Особенно эффективна противоизносная присадка ПТЛМ при содержании 1% в дизельном топливе, в то же время ее эффективность снижается при содержании от 3 до 5%. Эффективность присадки при 4 и 5% отличается в пределах погрешности опыта.

R. V. Damanskii

Omsk Experimental Plant, Omsk

Evaluation of the efficiency of diesel fuel with TFO additives on the example of precision interfaces of injection spray nozzles

The article discusses the possibility of using tall and flax oil (TFO) additives developed at the Department of Agricultural Engineering of Omsk State Agrarian University in order to improve the efficiency of diesel fuels by improving its lubricating properties. The reasons leading to a decrease in the efficiency of the spray nozzle, a loss of engine power and an increase in fuel consumption are presented. A decrease in the reliability of the fuel equipment of a diesel engine is described, the cause of which are the low operational properties of diesel fuel and contamination with abrasive impurities. The importance of problems related to the increase of the resources and maintenance of the working condition of spray nozzles is outlined. The question of the sensitivity of precision interfaces of injection spray nozzles to diesel fuel in presence of tall and flax oil (TFO) additives is analyzed. The following dependences are determined: the determination of the impact of factors which contribute to a change in fuel consumption through the precision interfaces of the spray nozzle; the forecast of changes in the hydraulic density of interfaces due to operating time.

The purpose of this work is to determine the effect of TFO additives in diesel fuel on the durability of the precision interfaces of injection spray nozzles in diesel engines.

The scientific novelty is represented by the study of the issue of the analytical determination of antiwear properties and increase in the efficiency of diesel fuel with TFO additive. The following results were obtained: a dependence allowing for the determination of the number of particles of abrasive impurities at a precise time; an equation determining the influence of factors on changes in consumption through precision interfaces; criteria for an experimental study of changes in fuel supply depending on the content of abrasive impurities in the fuel.

Keywords: spray nozzle, abrasive particles, particle radius, particle destruction rate.

Список литературы

1. Fitch E.C. Investigations into contaminant Sensitivity. Eiqth. Annual Fluid Power Research Conference? / E.C. Fitch. - 1974. - 250 p.

2. Keruchenko L.S. Improvement of Antiwear Properties of Diesel Fuels by Compounding with Additive Based on tall and Linseed Oil / L.S. Keruchenko, R.V. Damanskiy // International Journal of Engineering and Advanced Technology, 07.2019. - Vol. 8. -Issul 5. - Pp. 2174-2177.

3. Керученко Л.С. Влияние качества дизельного топлива на износ прецизионных сопряжений топливной аппаратуры / Л.С. Керученко, С.П. Прокопов, А.В. Студеникин // Инновационные технологии в АПК как фактор развития науки в современных условиях : сборник Всерос. (национальной) науч.-практ. конф. - Омский ГАУ, 2019. -С. 165-169.

4. Кузькин В.Г. Динамика изнашивания и ресурс конических уплотнений распылителей форсунок дизелей / В.Г. Кузькин, А.В. Толмачев // Повышение эффективности эксплуатации и энергетических установок, машин и оборудования : сб. науч. трудов. - Калининград : КГТУ, 1998. - С. 58-68.

5. Макушев Ю.П. Химмотология : практикум (для специалистов, магистров, бакалавров направления подготовки «Энергетическое машиностроение») / Ю.П. Макушев, Л.Ю. Волкова ; СибАДИ, кафедра ТД и АГЭ. - Омск, 2018. - С. 24.

References

1. Fitch E.C. Investigations into contaminant Sensitivity. Eiqth. Annual Fluid Power Research Conference? / E.C. Fitch. - 1974. - 250 p.

2. Keruchenko L.S. Improvement of Antiwear Properties of Diesel Fuels by Compounding with Additive Based on tall and Linseed Oil / L.S. Keruchenko, R.V. Damanskiy // International Journal of Engineering and Advanced Technology, 07.2019. - Vol. 8. -Issul 5. - Pp. 2174-2177.

3. Keruchenko L.S. Vliyanie kachestva dizelno-go topliva na iznos pretsizionnyih sopryazheniy top-livnoy apparaturyi / L.S. Keruchenko, S.P. Prokopov, A.V. Studenikin // Innovatsionnyie tehnologii v APK kak faktor razvitiya nauki v sovre-mennyih usloviyah : sbornik Vseros. (natsionalnoy) nauch.-prakt. konf. -Omskiy GAU, 2019. - S. 165-169.

4. Kuzkin V.G. Dinamika iznashivaniya i resurs konicheskih uplotneniy raspyiliteley forsunok dizeley / V.G. Kuzkin, A.V. Tolmachyov // Povyishenie effek-tivnosti ekspluatatsii i energeticheskih ustanovok, mashin i oborudovaniya : sb. nauch. trudov. - Kaliningrad : KGTU, 1998. - S. 58-68.

5. Makushev Y.P. Himmotologiya: praktikum (dlya spetsialistov, magistrov, bakalavrov napravleniya podgotovki "Energeticheskoe mashinostroenie") / Y.P. Makushev, L.Yu. Volkova ; SibADI, kafedra TD i AGE. - Omsk, 2018. - S. 24.

6. Миронов Е.Б. Обеспечение надежности топливной аппаратуры дизельных двигателей внутреннего сгорания сельскохозяйственной техники / Е.Б. Миронов, Н.М. Пузров // Международный технико-экономический журнал. - М., 2017. -№ 2 - С. 131.

7. Митусова Т.Н. Стабильность дизельных топлив и антиокислительные присадки : сб. науч. трудов / Т.Н. Митусова, А.С. Недайборщ, М.А. Ти-таренко // Нефтегазопереработка. - 2016. - С. 72-74.

8. Седов Л.И. Методы подобия и размерностей в механике / Л.И. Седов. - 8-е изд., перераб. -М. : Наука, 1977. - 440 с.

9. Тимеркеев Р.Г. Промышленная чистота и тонкая фильтрация рабочих жидкостей летательных аппаратов / Р.Г. Тимеркеев, В.М. Сапожников. -М. : Машиностроение, 1986. - 151 с.

10. Шевченко Г.А. Сравнительный анализ способов повышения эффективности процесса гидроочистки дизельного топлива / Г.А. Шевченко, Н.И. Кривцова // Вестник Томского государственного университета. Химия. - Томск, 2015. - № 2. -С. 45-48.

Даманский Роман Викторович, Федеральное государственное унитарное предприятие «Омский экспериментальный завод», 79514085374@yandex.ru.

6. Mironov E.B. Obespechenie nadezhnosti top-livnoy apparaturyi dizelnyih dvigateley vnutrennego sgoraniya selskohozyaystvennoy tehniki / E.B. Mironov, N.M. Puzrov // Mezhdunarodnyiy tehniko-ekonomicheskiy zhurnal. - M., 2017. - № 2. - S. 131.

7. Mitusova T.N. Stabilnost dizelnyih topliv i antiokislitelnyie prisadki : sb. nauch. trudov / T.N. Mitusova, A.S. Nedayborsch, M.A. Titarenko // Neftegazopererabotka. - 2016. - S. 72-74.

8. Sedov L.I. Metodyi podobiya i razmernostey v mehanike / L.I. Sedov. - 8-e izd., pererab. - M. : Nauka, 1977. - 440 s.

9. Timerkeev R.G. Promyishlennaya chistota i tonkaya filtratsiya rabochih zhidkostey letatelnyih ap-paratov / R.G. Timerkeev, V.M. Sapozhnikov. - M. : Mashinostroenie, 1986. - 151 s.

10. Shevchenko G.A. Sravnitelnyiy analiz spo-sobov povyisheniya effektivnosti protsessa gidroo-chistki dizelnogo topliva / G.A. Shevchenko, N.I. Krivtsova // Vestnik Tomskogo gosudarstvennogo universiteta. Himiya. - Tomsk, 2015. - № 2. - S. 4548.

Damanskii Roman Viktorovich, Federal State Unitary Enterprise, Omsk experimental plant, 79514085374@yandex.ru.

УДК 631.3.004.67 С.Ю. ЖУРАВЛЕВ

Красноярский государственный аграрный университет, Красноярск

ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ ДИЗЕЛЯ ТРАКТОРА НА ОПЕРАЦИЯХ ПОЧВООБРАБОТКИ

Рассмотрены закономерности влияния переменной нагрузки на эксплуатационные показатели двигателей современных энергонасыщенных тракторов в технологиях растениеводства. Объектом исследования были показатели работы дизелей колесных 4К4 тракторов при выполнении технологических операций почвообработки. В ходе анализа результатов расчета по оценке влияния переменных внешних воздействий на параметры работы дизеля установлены следующие закономерности. Недоиспользование мощности у трех исследуемых дизелей различно и зависит от значения коэффициента приспособляемости по моменту Н-. Потери мощности у двигателя трактора К-744Р2 достаточно существенные - около 18%. Такие потери мощности обусловлены низким значением Кж = 1,21. Удельный расход топлива в области номинального режима дизеля ТМЗ-8481.10 по расчетным данным увеличится на 10%. Оптимальные нагрузочные режимы дизеля ТМЗ находятся в области 0,94-0,88 при увеличении коэффициента вариации крутящего момента vм от 0,05 до 0,2. Недоиспользование (снижение) мощности дизеля трактора К-424 в области номинального момента Мк.н достигает почти 8%, т.е. от 171 до 158 кВт. Одной из причин такого снижения мощности дизеля является невысокий по современным меркам запас крутящего момен-

© Журавлев С.Ю., 2020