CC BY
9
4. Баженов Ю.М., Король Е.А., Ерофеев В.Т., Митина Е.А. Ограждающие конструкции с использованием бетонов низкой теплопроводности (основы теории, методы расчета и технологическое проектирование), научное издание. Москва, 2008.
5. Башмаков И.А. Потенциал энергосбережения в России. Энергосбережение, 2009. № 1. С. 5-6.
6. Болотин С.А., Грабовый П.Г., Гусакова Е.А., Загидуллина Г.М., Каме нецкий М.И., Король Е.А., Кострикин П.Н., Кулаков К.Ю., Овсянникова Т.Ю., Орлов В.Я., Павлова В.И., Петрова С.Н., Погребной И.Я. и др. Сервейинг: организация, экспертиза, управление. Учебник: в 3-х частях / Москва, 2015. Том Часть I. Организационно-технологический модуль системы сервейинга.
7. Бондаренко В.М., Курзанов А.М., Римшин В.И. Механизм сейсмических разрушений зданий. Вестник Российской академии наук, 2000. №1. С. 1005.
8. Бондаренко В.М., Римшин В.И. Квазилинейные уравнения силового сопротивления и диаграмма с-е бетона. Строительная механика инженерных конструкций и сооружений, 2014. № 6. С. 40-44.
9. Бондаренко В.М., Римшин В.И. Остаточный ресурс силового сопротивления поврежденного железобетона. Вестник. Отделения строительных наук Российской академии архитектуры и строительных наук, 2005. № 9.
ПОКАЗАТЕЛИ ЭФФЕКТИВНОСТИ РАБОТЫ ДВИГАТЕЛЯ НА ДИЗЕЛЬНОМ ТОПЛИВЕ, ПОЛУЧЕННОМ ИЗ ОТРАБОТАННЫХ
МОТОРНЫХ МАСЕЛ Джабиев Я.А. Email: Jabiyev6121 @scientifictext.ru
Джабиев Ядигар Алихан оглы - адъюнкт, Военная Академия Вооруженных Сил Азербайджанской Республики, г. Баку, Азербайджанская Республика
Аннотация: статья посвящена моторным испытаниям дизельного топлива, полученного из отработанных моторных масел и добавленного в его состав нанокомпозитного раствора (присадки) на основе металлоорганического соединения ферросенилдиметилкарбинола, обеспечивающего тем самым полноту сгорания топлива в цилиндрах двигателя и повышение экономичности топлива, а также дымность выхлопных газов и снижение выбросов вредных веществ (окись углерода, сажу, оксиды азота, углеводороды). Испытания проводятся на двухцилиндровом четырехтактном дизельном двигателе марки 2Ч9,5/11 в соответствии с методикой испытаний и снимается нагрузочная характеристика. Полученные в ходе экспериментов результаты позволяют отметить снижение часового расхода топлива (G„) и удельного эффективного расхода топлива (ge) дизельного топлива, получаемого из отработавших моторных масел, улучшение топливной экономичности двигателя, а также снижение дымности выхлопных газов и содержания в них вредных веществ.
Ключевые слова: отработанное моторное масло, дизельное топливо, полученное из отработанных моторных масел, нанокомпозитный раствор (присадка), нагрузочная характеристика двигателя, выхлопные газы, дымность.
INDICATORS OF ENGINE EFFICIENCY ON DIESEL FUEL MADE FROM USED MOTOR OILS Jabiyev Yа.A.
Jabiyev Yadigar Alikhan - Adjunct, MILITARY ACADEMY OF THE ARMED FORCES OF THE REPUBLIC OF AZERBAIJAN, BAKU, REPUBLIC OF AZERBAIJAN
Abstract: the article is dedicated to motor experiments of diesel fuel that made from processed motor oils and metal-organic compound-based ferrosenyl dimethyl carbinol-containing nanocomposite solution added diesel fuel which help to raise the fuel combustion and fuel economy in the clyinder of the engine and reduce the emission of gas smoke and harmful substances (carbon oxide, soot, nitrogen oxides, hydrocarbons). The test experiments are conducted by the relevant methods of experiment on 2h 9,5/11 brand, two-cylinder, four-stroke diesel engine and as a result the load characteristics are fulfilled. For this reason nanocomposite solution added and non-additive standard diesel fuel both are used while experiments. The results has obtained during the test experiments allow us to notice the application of diesel fuel made from processed motor oils provides a reduction of fuel consumption in an hour (Gj) and special effective fuel consumption (ge), as well as an improvement in fuel economy of the engine and decrease in the amount of harmful substances and gas smoke. The prospects of the use of diesel fuel made from processed motor oils in military equipment are justified.
Keywords: used engine oil; diesel fuel made from processed motor oils, nanocomposite solution (additive), engine load characteristics, exhaust gases, smokiness.
Введение. В последние годы, в нашей стране как и во всех развитых странах, наблюдается ужесточение требований к направлению неэффективной утилизации отработанных моторных масел (сжигание, захоронение, сброс в почву и т.д.). В настоящее время использование этих масел в качестве вторичного сырья научно и экономически обосновано и считается актуальным за счет разработки прогрессивных методов и технологических процессов [1; 2, с. 1; 3, с. 1; 4, с. 1; 5, с. 187].
В ходе проведенных исследований из этих масел путем применения соответствующего технологического процесса было получено дизельное топливо. Физико-химические свойства, в том числе групповой состав углеводородов и низкой теплоты сгорания получаемого дизельного топлива в лабораторных условиях изучались путем исследования. Результаты проведенных лабораторных анализов показали, что дизельное топливо соответствует требованиям государственного стандарта ГОСТ 305-82.
В качестве продолжения исследовательской работы актуальным считалось проведение моторных испытаний и изучение влияния этого топлива на рабочий цикл двигателя. Моторные испытания проводились на экспериментальном стенде, где был установлен двухцилиндровый, четырехтактный, дизельный двигатель марки 2Ч 9,5/11.
Снятие нагрузочной характеристики. Перед снятием нагрузочной характеристики с использованием стандартного дизельного топлива (СДТ) техническое состояние двигателя марки 2Ч 9,5/11, в том числе аппаратура топливной системы были проверены соответствующим образом и приведены в соответствие с техническими условиями [6, с. 5-10].
Для проверки соответствия эффективной мощности двигателя (Ne), часового расхода топлива (g^) и удельного расхода топлива (G,) паспортным показателям, с использованием стандартного дизельного топлива (Л-0,2-40, ГОСТ 305-82) выполнены следующие работы: крутящий момент двигателя (N-m) измеряли и
проверяли медицинскими весами. Частота вращения коленчатого вала было проверено, измерено с помощью тахометра марки ТМ-ЗМ и соответствовало устойчивой работе двигателя при полной нагрузке. Параметры двигателя (\е, Gт, ge, Gh Д, Тог, а) установлено с частотой вращения коленчатого вала «=1500 мин-1 и проведены измерения. На каждом режиме работы двигателя температура в системе смазки поддерживалась в пределах нормы 90-100 °С, а в системе охлаждения в пределах 80-90 °С соответственно. Каждому измерению удалось добиться полной стойкости режима в течение 2-3 минут перед записью. Для получения полной точности измерения по величинам повторяли 2-3 раза.
Испытания проводились в боксах, которые имеют специальную систему вентиляции. Так как параметры двигателя зависят от показателей окружающей среды (температуры и барометрического давления), то показатели, выведенные при испытаниях, приведены в соответствие с нормальными атмосферными условиями. Температура воздуха была +20 0С, а давление 760 мм ртутного столба.
На испытаниях была снята нагрузочная характеристика двигателя и установлены его основные показатели при работе с частотой вращения коленчатого вала «=1500 мин-1, в режиме номинальной нагрузки \е=10,25 кВт и при среднем эффективном давлении Ре= 0...0,56.
Испытания проводились на СДТ без присадок и дизельном топливе, полученном из отработанных моторных масел (ДТОММ) и содержащем нанокомпозитный раствор (НКР).
При работе двигателя с каждым из этих видов топлива измерялись расход воздуха и топлива, температура масла и выхлопных газов, дымность, в том числе выбросы вредных веществ.
Для комплексной оценки погрешностей при моторных испытаниях использовалась расчетная методика [7, с. 81-84]. Эта методика также использовалась при определении погрешностей измерений в исследованиях, и были получены более точные результаты.
Технико-экономические показатели, полученные из сравнения значения основных параметров двигателя при его работе на обоих видах топлива, приведены в таблице 1.
Таблица 1. Технико-экономические показатели, полученные из сравнения значения основных параметров двигателя при его работе на обоих видах топлива
№ п./п Измеряемые параметры Значение
ДТОММ СДТ
1. Крутящий момент двигателя, (\т) 65,3 65,3
2. Частота вращения коленчатого вала, мин.-1 1500 1500
3. Температура системы охлаждения, °С 95 95
4. Номинальная мощность (\у, кВт 11 11
5. Часовой расход топлива ^т), кг/ч 2,210 2,282
6. Удельный эффективный расход топлива ^(), ^(кВтч) 0,216 0,223
7. Часовой расход воздуха (Gh), кг/м3 58,2 57,4
8. Коэффициент избытка воздуха (а) 1,27 1,44
9. Температура выхлопных газов (Тог), °С 340 334
10. Дымность выхлопных газов (Д), % 15-25 30-40
11. Выбросы вредных веществ, ррт:
- оксид углерода (СО) 452 702
- углеводороды (СН) 14 32
- оксиды азота ^Ох) 1115 1310
- сажа 16 31
При сравнении результатов, полученных в ходе испытаний, видно, что эффективная мощность двигателя (Ые), крутящий момент (Ыт) и частота вращения коленчатого вала (мин.'1) практически не изменился.
В режиме номинальной мощности (Ые=10,25 кВт) температура отработавших газов (Тог) возрастает при работе двигателя с ДТОММ до 340 °С, с СДТ до 334 °С, а коэффициент избытка воздуха (а) соответственно 1,82 и 1,73.
При работе двигателя с ДТОММ превышение коэффициента избытка воздуха (а) относительно СДТ позволяет увеличить количество циклического топлива на 5%, что, в свою очередь, приводит к увеличению мощности двигателя на 5% и КПД.
В ходе проведенных исследований было установлено, что при работе двигателя с ДТОММ часовой расход топлива ^т) составил 2,210 кг/ч, удельный эффективный расход топлива ^ 0,216 г/(кВтч), а при работе с СДТ соответственно (Gт) 2,282 кг/ч, (?е) 0,223 г/(кВтч). Таким образом, топливная экономичность двигателя с ДТОММ улучшилась на 3,2%.
Экономичность топлива объясняется в основном каталитическим действием на процесс горения НКР, добавленного в состав ДТОММ (0,006 моль/л), что, в свою очередь, приводит к интенсификации и увеличению скорости горения топлива. Объясняется это также тем, что при добавлении в топливо НКР скорость роста индикаторной температуры в камере сгорания цилиндров двигателя высока, а количество тепловой энергии, превращающейся в полезную работу при каталитическом действии раствора, увеличивается. Рассматриваемый НКР приводит к повышению качества горючей смеси и улучшению процесса полного сгорания.
С другой стороны, ДТОММ обусловлен тем, что физико-химические свойства и групповой состав углеводородов отличаются от СДТ. Так, парафиновые углеводороды имеют самую высокую температуру горения по весу и способны сравнительно быстро воспламеняться. Также высокие показатели воспламеняемости в цилиндрах наблюдаются при большом содержании в топливе парафиновых углеводородов. В исследуемом ДТОММ углеводороды парафина составляют большинство (44,7%), что объясняется высокой воспламеняемостью топлива в цилиндре и полнотой сгорания топлива.
Другим фактором является фракционный состав топлива. Фракционный состав ДТОММ легче, чем СДТ, и, поскольку легкие углеводородные фракции (кластеризуются) имеется в множественном количестве, для образования топливной смеси требуется гораздо меньше кислорода. Соответственно, топливо быстрее воспламеняется и процесс горения идет полнее.
Основным источником вредных веществ двигателей внутреннего сгорания считаются выхлопные газы. Это газообразные смеси с различными физико-химическими свойствами, состоящие из полностью сгоревших и негорючих веществ топлива, подаваемого в выхлопную систему из цилиндров двигателя. Основными нормализованными компонентами выхлопных газов двигателя являются оксиды азота, оксиды углерода и углеводороды. Кроме того, с выхлопными газами в атмосферу выбрасываются также насыщенные и ненасыщенные углеводороды, альдегиды, канцерогенные вещества, сажа и другие компоненты [8, с. 81; 9, с. 113; 10, с. 168].
В ходе испытательных экспериментов дымность выхлопных газов была оценена в соответствии с требованиями государственного стандарта ГОСТ Р 51250-99. Настоящий стандарт распространяется на судовые, тепловозные и промышленные двигатели внутреннего сгорания и устанавливает нормы дымности отработавших газов, измеряемые оптическим или фильтрационным методом при стендовых испытаниях новых, а также капитально отремонтированных дизельных двигателей. По стандарту дымность двигателя не должна превышать 55% [11, с. 2].
Для измерения и оценки дымности двигателя, работающего на исследуемом ДТОММ, использовалось прибор типа ИД-1. Дымность определяют методом
фильтрации. Суть метода заключается в измерении степени его потемнения после выхода определенного количества отработавших газов из фильтра. Поверхность фильтра темнеет, окрашиваясь всеми компонентами разложившейся фазы выхлопных газов. Затемнение фильтра оценивают по степени изменения показателя отражения по сравнению с чистым фильтром и измеряют оптико-электрическим рефлектометром. Для направления отработавших газов установка подключают к выпускному коллектору. Замеры производились с помощью бумажных фильтров диаметром 110 мм.
Для измерения выбросов вредных веществ, выбрасываемых выхлопными газами, использовался портативный газоанализатор "Мета Автотест". Прибор предназначен для контроля значений концентраций NOx, СО, СН и дымности отработавших газов дизелей автотракторной техники с целью оценки качества работы их систем выпуска, питания топливом и смазки.
Токсические характеристики выхлопных газов исследуемых ДТОММ изучалось при работе двигателя 2Ч 9,5/11 с частотой вращения коленчатого вала «=1500 мин-1 и при среднем эффективном давлении Ре=0...0,56 МПа. Для этого двигатель работала как с ДТОММ нанокомпозитного раствора (присадки), так и с СДТ без присадок.
Согласно полученным результатам, количество выбросов вредных веществ в выхлопных газах при работе двигателя с ДТОММ составляет: СО - 452 ррт, NOx -1115 ррт, СН - 14 ррт, сажа - 16%, а при работе с СДТ: СО - 702 ррт, Шх - 1310 ррт, СН - 32 ррт, сажа - 31%. По сравнению с СДТ при работе двигателя с ДТОММ снижен на: СО - 250 ррт, NOx - 195 ррт, СН - 18 ррт, сажа - 15%.
Что касается дымности выхлопных газов, то при работе двигателя с ДТОММ количество дымности составило: 15-25%, при работе с СДТ 30-40%. Сравнительный анализ показывает, что при работе двигателя с ДТОММ дымность снизилась на 15% по сравнению с нормой и на 30% (то есть два раза) по сравнению с СДТ.
Снижение дымности выхлопных газов и выбросов вредных веществ (окись углерода, оксиды азота, общие углеводороды, сажа) при работе двигателя с ДТОММ объясняется в основном влиянием следующих факторов. Так, при добавлении в топливо НКР обеспечивается полное сгорание дисперсных (распыленных) жидких частиц топлива. При разложении структуры ферросенилдиметилкарбонола, являющейся основой НКР, процесс горения регулируется за счет образования каталитически активных частиц, что приводит к дополнительному разветвлению цепных реакций горения и окислению молекул топлива атомарным кислородом. Также НКР увеличивает скорость дожигания частиц углерода, образующихся при неполном сгорании топлива в диффузном пламени, действуя как катализатор их окисления, понижая температуру их вспышки. При этом он значительно уменьшает высоту некоптящего пламени топлив. В результате уменьшается количество сажи или размер твердых частиц, что облегчает горение.
С другой стороны, известно, что одной из важных характеристик дизельных топлив является содержание в них ароматических соединений. Уровень выбросов в атмосферу выхлопных газов при сгорании дизельного топлива в значительной степени определяется количеством ароматических углеводородов. Поскольку ароматические соединения в топливе обладают высокой токсичностью, они ухудшают экологические и технологические свойства топлива: повышается склонность к образованию сажи, увеличивается выброс твердых частиц в атмосферу и т.д. В то же время высокая массовая доля ароматических соединений также увеличивает дымность выхлопных газов. Количество ароматических соединений в дизельных фракциях зависит как от его происхождения, так и от состава исходной нефти, а оно может достигать 70-80%. Большинство из них содержится в легком газойле каталитического крекинга, который считается одним из основных компонентов при приготовлении дизельного топлива. Так как основа ДТОММ отработанные моторные масла, то и ароматических соединений в нем достаточно мало (в ОММ - 8,1%; в
ДТОММ - 14%). А это, в свою очередь, свидетельствует о низкой дымности выхлопных газов и содержании вредных веществ.
Кроме того, фракционный состав дизельного топлива также определяет полноту сгорания, дымность и вредность его выхлопных газов. Так, более легкий фракционный состав исследуемого ДТОММ и более высокое соотношение водорода (в легких фракциях) к углероду приводят к снижению дымности и вредности выхлопных газов.
Совместный эффект всех этих факторов заключается в понижении образования дымности и в более полном сгорании топлива.
Заключение. Таким образом, сравнительный анализ результатов, полученных при моторных испытаниях двигателя марки 2Ч 9,5/11, показал, что измеренные параметры двигателя, работающего на ДТОММ и СДТ, в основном совпадают. Но было обнаружено снижение часового расхода топлива (G.) и удельного эффективного расхода топлива (gj двигателя с ДТОММ, что улучшило экономичность топлива двигателя. Превышение коэффициента избытка воздуха (а) относительно СДТ позволяет увеличить количество циклического топлива на 5,2%, что, в свою очередь, приводит к увеличению мощности двигателя. Дымность выхлопных газов двигателя с ДТОММ и содержание в них вредных веществ снижены по сравнению с СДТ. Все это показало перспективность использования ДТОММ в военной технике с дизельными двигателями.
Список литературы /References
1. Джавадова Х.А., Ализаде A.A., Фарзалиев В.М. Способ регенерации отработанных моторных масел // Патент AZE №03M. Баку, 2016.
2. Джабиев Я.А. Алиева С.Г., Гасымова З.М. Определение физико-химических свойств отработанных моторных масел // Национальная безопасность и военные науки, 2021. № 1(7). С. 47-54.
3. Алиева Н.Т. Экологические проблемы отработанных смазочных материалов и сферы их применения // Сборник новостей, 2019. № 1(75). С. 39-43.
4. Гусейнова Э.А., Исмаилова В.А., Исмаилова K.M. Отработанные масла: причины старения, пути утилизации и регенерации // Сборник новостей, 2019. №1(75). С. 75-81.
5. Справочник наилучших доступных технологии по обращению с отходами. М.: Центр экологической сертификации - зеленые стандарты, 2011. 223 с.
6. Дизели 2Ч 9,5/11. Руководство по эксплуатации. М:. Внешторгиздат, 1985. 78 с.
7. Бабаев Г.М. Исследование влияния физико-химических свойств жидкого топлива на энергетические, экономические и экологические показатели судовых двигателей внутреннего сгорания: Дисс. ... канд. техн. наук. Баку, 2014. 162 с.
8. Байбарин В.А., Божко А.В. Влияние отработавших газов двигателей МЭС на экологию и их состав // Вестник аграрной науки Дона, 2014. № 4(28). С. 81-86.
9. Левтеров А.М., Левтерова Л.И., Гладкова Н.Ю. Образование монооксида азота и исследование влияния на его эмиссию регулируемых параметров двигателя и вида используемого топлива // Двигатели внутреннего сгорания, 2010. № 2. С. 113-117.
10. Стуканов В.А. Козлов А.Т., Томилов АА. Влияние автотранспорта на состояние окружающей среды крупного промышленного города // Вестник Воронежского государственного университета, 2012. № 1. С. 168-175.
11. ГОСТ Р 51250-99. Двигатели внутреннего сгорания поршневые. Дымность отработавших газов. Нормы и методы определения. М:. Госстандарт России, 1999. 19 с.
