CC BY
18УДК 66.081.6
РЕЗУЛЬТАТЫИССЛЕДОВАНИЙФИЛЬТРУЮЩЕГОЭЛЕМЕНТАСМЕМБРАННЫМНАП
ЫЛЕНИЕМ
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) 371-33- 63, Е-mail: novopashin-leonid@ya.ru)
Р. Е. Лескин, ФГБОУ ВО Уральский государственный аграрный университет (620075 Свердловская область, г. Екатеринбург, ул. Карла Либкнехта, д. 42 тел. +7 904177-5509, Е-mail: roman11-95@mail.ru )
Рецензент: 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 )
Ключевые слова. Технология,дизельное топливо, ТНВД, мембранный фильтр, мембрана, водонепроницаемая мембрана, топливные фильтры тонкой очистки. Аннотация.
В представленной статье рассмотрены требования к чистоте дизельного топлива, используемого сельскохозяйственными транспортными средствами, оснащённых дизельными двигателями[1]. 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. Рассмотрены и проанализированы состояния, в которых вода может находиться в дизельном топливе Выявлено, что вода, находящаяся в дизельном топливе, приводит к преждевременному выходу из строя прецизионных деталей дизельной топливной аппаратуры. При этом при поставке дизельного топлива к потребителю значительно повышается его обводнённость вследствие воздействия на него различных факторов. Выявлено, что используемые в настоящее время при эксплуатации сельскохозяйственной техники средства очистки дизельного топлива не в полной мере обеспечивают чистоту дизельного топлива.[1] Для улучшения качества используемого дизельного топлива предложена новая схема питания дизеля с установкой дополнительного водоотводящего фильтра. Приведены результаты исследований по массовому содержанию воды и серы в топливе.
RESULTS OF STUDIES OF THE FILTER ELEMENT WITH MEMBRANE
SPUTTERING.
L. 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, Email: novopashin-leonid@ya.ru)
R. E. Leskin, the Urals state agrarian University
(Sverdlovsk region, 620075, g. Ekaterinburg, Karla Libknekhta, d. 42 phone: +7 904-177-5509, E-mail: roman11-95@mail.ru )
Reviewer: 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;, Email: ural.membrana@yandex.ru)
Key words. Diesel fuel, injection pump, membrane filter, membrane, waterproof membrane, fuel filters furnace cleaning.
Annotation.
The article describes the requirements for the purity of diesel fuel used by agricultural vehicles equipped with diesel engines[1]. Modern power systems of cars and tractors, do not allow the existence of water and small impurities in the fuel. The States in which water can be in diesel fuel are considered and analyzed. In this regard, this article deals with the problem of watered diesel fuel. It is revealed that water in diesel fuel leads to premature failure of precision parts of diesel fuel equipment. At the same time, the supply of diesel fuel to the consumer significantly increases its water content due to the impact of various factors on it. It is revealed that currently used in the operation of agricultural machinery means of cleaning diesel fuel does not fully ensure the purity of diesel fuel.[1] To improve the quality of the diesel fuel used, a new diesel power supply scheme with the installation of an additional drainage filter is proposed. The results of studies on the mass content of water and sulfur in the fuel are presented.
Актуальность и постановка задачи.
Основным потребителем дизельного топлива является сельское хозяйство. Это связано с тем, что основная часть мобильных машин сельскохозяйственного назначения оснащены дизельными двигателями. Основным условием бесперебойной работы техники с новыми дизельными двигателями является повышенная требовательность к качеству используемого дизельного топлива, от которого напрямую зависит их надёжность.[1] . Топливная аппаратура выполняет весьма точные настройки в обеспечении нормальной работы дизеля. Точность настройки топливных насосов высокого давления влияет на технико-экономические параметры
дизеля, надежность его работы.[6] Также 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.
По ГОСТ 305-2013 массовая доля серы не должна превышать 0.2%, Содержание воды не более 0,02%[2]. Следовательно, разработка мероприятий по предотвращению попадания загрязнений в топливный бак и создание высокоэффективного средства очистки топлива в системе питания дизеля являются научными и практическими задачами, весьма актуальными для сельского хозяйства и других отраслей, в которых эксплуатируются дизельные двигатели[3].
Обводненное топливо способствует образованию шламов, что приводит к засорению топливопроводов и фильтров, ухудшая запуск двигателя, затрудняют подачу в него топлива и заклинивают плунжеры ТНВД и иглу в распылителе форсунки. Наличие воды резко снижает смазывающие свойства топлива по отношению к прецизионным парам, что повышает их износ.[8]
Растворённая (гигроскопическая) вода находится в топливе в молекулярном состоянии и визуально не обнаруживается. Содержание её в топливе зависит от атмосферных условий. Растворённая вода обладает большой поверхностной энергией и вследствие этого собирает мелкодисперсные механические примеси, находящиеся в топливе, в более крупные частицы (конгломераты), что способствует улучшению очистки дизельного топлива от механических примесей. При этом присутствие даже незначительного количества растворённой воды в топливе приводит к разрушению топливной плёнки на сопрягаемых поверхностях прецизионных пар топливной аппаратуры дизелей, что приводит к задирам на поверхностях деталей, зависанию плунжеров и заклиниванию иглы распылителя.
Эмульсионная вода представляет собой микрокапли размером до 30 мкм, находящиеся в топливе во взвешенном состоянии и вызывающие видимое глазом его помутнение, образует с нефтепродуктом водотопливную эмульсию. При отрицательных температурах из эмульсионной воды образуются кристаллы льда.
При выпадении свободной воды в отстой она образует слой, имеющий четкую границу с нефтепродуктом и называние «подтоварная вода». Часть воды из топлива испаряется в над топливное пространство баков. От конденсации паров воды, находящихся в над топливном пространстве, на холодных стенках баков образуется конденсат. При отрицательных температурах на стенках баков появляется иней. При этом свободная вода может частично переходить в растворённую и эмульсионную воду. Также накопившаяся в баке свободная вода может замерзать в трубопроводах и препятствовать поступлению топлива к топливному насосу.
Таким образом, при изменении условий окружающей среды в процессе эксплуатации вода переходит из одного состояния в другое и происходит её накопление в баках транспортных средств[1].
Для исключения воды из топлива применяются микрофильтрационные фторопластовые композиционные мембраны ВЛАДИПОР. Представляет собой пористый полимерный пленочный материал на основе фторопласта Ф42Л на подложке из нетканых материалов (полипропилен, лавсан] с размером пор 0,05; 0,15; 0,25; 0,45; 0,65 мкм и общей пористостью 80 - 85%.
Технические особенности:
• поддаются гофрированию;
• устойчивы к действию сильных и слабых кислот;
• выдерживают стерилизацию автоклавированием и у-облучением;
• при фильтрации водных растворов необходимо обрабатывать алифатическими спиртами или их водными растворами;
• выпускаются на подложках различного типа, в виде ленты шириной до 600 мм или в виде дисков различного диаметра(22, 35, 47, 90, 142, 293 мм), в виде пластин различных размеров;
Условия эксплуатации: максимальная температура - 80°С, диапазон рН - от 1 до 13[4].
Чтобы минимизировать попадание обводненного топлива в двигатель, предложена конструкция дополнительного встраиваемого устройства, обезвоживающего дизельное топливо и смесевое топливо, размещённого в топливной системе тракторов после фильтров грубой и тонкой очистки, перед ТНВД. При этом в корпусе устройства установлены два фильтрующих элемента, причем основной фильтрующий элемент выполнен в виде вертикального пористого керамического картриджа с нанесенной на поверхность гидрофобной мембраной (сложно-композиционным нанонапылением) и топливосборным каналом в центре, переходящим в выпускной патрубок, а второй - горизонтальный фильтрующий элемент, выполнен в виде плоского диска из нетканых материалов с нанесенной гидрофильной мембраной и установлен под основным картриджем, а корпус ниже гидрофильной мембраны закрыт съемным полимерным прозрачным колпаком, служащим для сбора отделенной влаги[5].
Проводились испытания мембранного слоя, результаты таковы:
1. В процессе испытаний топливо пропускали через мембранный слой, нанесенный на нетканый материал. 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.;
!- длина поверхности, мм.;
5 = 3.14 * 3 * 4.5 = 42.4 см2 = 0,00424м2
Пропускная способность.
10*10-3 10-2 100 л
X —тт—= ——т^-г = — = 13-
42,4 * 10-4 * 0,178 7,6 * 10-4 7,6 м2 * ч
Пропускная способность мембранного слоя составила 13 ——
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 обнаружено. Проводились испытания с внедрением фильтрующего слоя в топливную аппаратуру
трактора Беларус 82.1(Рисунок 1)
1) Проба до фильтрации. 2) Проба после фильтрации. Рисунок 1 - Новая схема питания дизеля.
Топливо из емкости, помпой перекачивалось в фильтр тонкой очистки. Из фильтра тонкой очистки топливо попадало в разработанный нами мембранный фильтр. Мы брали пробы топлива из емкости до фильтрации (проба 1) и пробу топлива прошедшее через мембранный фильтр (проба 2).
Испытания на содержание воды в топливе дали следующие результаты. Анализ на массовое содержание воды проводился в лаборатории, имеется официальное заключение. Рисунок 2,3.
• В пробе топлива до фильтрации массовое содержание воды было 9.9% из 3.5 л.
топлива.
Рисунок 2 - Результат по воде до фильтрации.
В пробе топлива после фильтрации массовое содержание воды составило 0.1%
99%.
Рисунок 3 - Результат по воде после фильтрации.
Вывод: Вода и мельчайшие частицы примесей были задержаны мембранным слоем на
Испытания на содержание серы дали следующие результаты. Рисунок 4,5. По данным ГОСТ 305-2013 массовая доля серы не должна превышать 0,2%[2] • В пробе топлива до фильтрации массовая доля серы 0,115%
Рисунок4 - Результат по сере до фильтрации.
• В пробе топлива после фильтрации массовое доля серы 0.113%
Рисунок3 - Результат по сере после фильтрации.
Вывод.
Проводя испытания фильтра с мембранным напылением можно сделать следующие выводы. Результаты испытаний по сере. До фильтрации массовая доля серы была 0,115% от всего объёма, после фильтрации 0,113% от объёма. Показатели серы изменились на 0,002%. Изменения не значительны, значения в пределах допуска по ГОСТ 305-2013. Результаты испытаний по воде. До фильтрации массовая доля воды составила 9,9% от всего объёма, после фильтрации 0,1% от объёма. Показатели изменились на 9,8%. Вода была задержана мембранным слоем на 99%. Для трактора Беларус 82.1 с двигателем Д - 243, для обеспечения бесперебойной подачи топлива в камеру сгорания в конструкции предусматриваем 2 фильтрующих элемента. Получено положительное решение на выдачу патента на полезную модель (Заявка № 2018103526/05(005149) и дата 26,02,2019. Авторы: Новопашин Л. А., Котлюба Ю. Б, Тимкин В. А. Лескин Р. Е.)
Заключение.
Загрязнения в дизельном топливе негативно влияют на работу топливной аппаратуры и двигателя тем самым снижая ее надежность и ресурс работы. Представленный нами фильтр и система питания предлагается для использования на автомобилях, тракторах и спецтехнике. Использование предлагаемой установки для обезвоживания дизельного топлива позволит предотвратить преждевременный выход из строя агрегатов дизельной топливной аппаратуры, вследствие повышенной обводнённости дизельного топлива. При этом даже вследствие увеличения обводнённости дизельного топлива при его хранении, хозяйства смогут своими силами обеспечить требуемое качество используемого дизельного топлива[1]. Использование дополнительного мембранного фильтра позволит продлить работоспособность топливной аппаратуры, тем самым позволит сэкономить на ремонте техники
Литература.
1. Загородских Б.П., Абрамов С.В., Маяков Д.С. Снижение обводнённости дизельного топлива при эксплуатации автотракторной техники // Известия НВ АУК. 2016. №3 (43). URL: https://cyberleninka.ru/article/n/snizhenie-obvodnyonnosti-dizelnogo-topliva-pri-ekspluatatsii-avtotraktomoy-tehniki (дата обращения: 18.04.2019).
2. ГОСТ 305-2013 Топливо дизельное. Технические условия [Электронный ресурс] -URL: http://docs.cntd.ru/document/1200107826(дата обращения: 18.04.2019).
3. Диссертационная работа: Воробьев А. Н. Совершенствование очистки дизельного топлива в процессе эксплуатации двигателей сельскохозяйственных и транспортных машин: автореферат дис. ... кандидата технических наук: 05.20.03 / Воробьев Андрей Николаевич;[Место защиты: ФГБОУ ВПО «Московский государственный агроинженерный университет имени В.П. Горячкина»].- Москва, 2012.- 20 с.http://www.lib.ua-ru.net/diss/cont/502969.html(дата обращения: 20.04.2019).
4. Мембраны, фильтрующие элементы, мембранные технологии. [Электронный ресурс] - URL: http://xn-- 80aajzhcnfck0a.xn--p1ai/PublicDocuments/0713514.pdf (дата обращения: 20.04.2019).
5. 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
6. Мальков В.Н., Каратаев А.А., Садов А.А., Новопашин Л.А. Cовершенствование организации ремонта автотракторной топливной аппаратуры. // Молодежь и наука. Номер: 3 Год: 2017 Страниц: 121
7. Новопашин Л.А., Котлюба Ю.Б., Тимкин В.А., Лескин Р.Е.Устройство для обезвоживания дизельного топливапатент на полезную модель RUS 188824 30.01.2018
Literature.
1. Zagorodsky B. P., Abramov S. V., D. S. Reduction of water content of diesel fuel when operating automotive vehicles // proceedings of the HB AUC. 2016. №3 (43). URL: https://cyberleninka.ru/article/n/snizhenie-obvodnyonnosti-dizelnogo-topliva-pri-ekspluatatsii-avtotraktornoy-tehniki (date accessed: 18.04.2019).
2. GOST 305-2013 diesel Fuel. Specifications [Electronic resource] - URL: http://docs.cntd.ru/document/1200107826 (date accessed: 18.04.2019).
3. Thesis: Vorobiev A. N. Improvement of diesel fuel cleaning in the process of operation of engines of agricultural and transport vehicles: autoreferat dis. ... candidate of technical Sciences: 05.20.03 / Vorobyov, Andrey Nikolaevich;[a protection Place: FGBOU VPO "Moscow state Agroengineering University named after V. P. Goryachkin"].- Moscow, 2012.- 20 C. http://www.lib.ua-ru.net/diss/cont/502969.html (date accessed: 20.04.2019).
4. Membranes, filter elements, membrane technologies. [Electronic resource] - URL: http://xn-- 80aajzhcnfck0a.xn--p1ai/PublicDocuments/0713514.pdf (accessed 20.04.2009).
5. Novopashin L. A., Matluba Y. B., Sadov A. A. a device for dewatering diesel fuel and diesel mixed fuel supply system of diesel engines. // Journal of biotechnology. Number: 2 (16) Year: 2018 Page: 9
6. Malkov V. N., Karataev A. A., Sedov A. A., Novopashin L. A. improving the organization of repair of automotive fuel systems. // Youth and science. Issue: 3 Year: 2017 Pages: 121
7. Novopashin LA, Kotlyuba Yu.B., Timkin VA, Leskin R.E.Device for diesel fuel dehydration patent for utility model RUS 188824 01/30/2018
