CC BY
57
УДК 665.753.4
Способ повышения чистоты дизельного
топлива при хранении
Э.И. УДЛЕР, д.т. н., профессор, зав. кафедрой,
В.Д. ИСАЕНКО, к.т.н., с.н.с., профессор,
П.В. ИСАЕНКО, к.т.н., доцент, Т.А. ГОТОВЦЕВА, доцент
Кафедра «Автомобилей и тракторов механико-технологического факультета»
Томский государственный архитектурно-строительный университет
E-mail: [email protected]
Представлены результаты разработки средства защиты дизельного топлива от механических примесей в теоретическом изложении и практическом их использовании на реальных машинах в условиях эксплуатации.
Ключевые слова: топливная система, механические примеси, фильтрующий элемент.
Results of the calculation of the meanses of protection diesel oil are presented in article from mechanical admixtures in theoretical interpretation and practical their use on real machine in condition of the usages.
Keywords: fuel system, impurities, filter element.
mechanical
дизельное топливо, поступающее в топливные системы машин на разных этапах его транспортирования, хранения и применения, подвержено постоянному загрязнению механическими примесями и водой. В условиях автопредприятий, имеющих собственные нефтехозяйства, в топливо, хранимое в резервуарах, загрязнения поступают при заполнении резервуаров автозаправщиками, а также с воздухом при «дыхании» резервуаров. Аналогичные явления имеют место и в топливных баках машин.
Теорией и практикой защиты топлива от загрязнений предложено достаточно конструктивных мероприятий, снижающих загрязнение топлива и других нефтепродуктов при эксплуатации машин [1,2]. Все они имеют свои преимущества и недостатки.
Топливные складские резервуары и топливные баки машин рекомендуется оснащать «дыхательными» топливными фильтрами, газгольдерами (мягкие внутренние ёмкости), длинными дыхательными трубками, пылеуловителями разных конструкций. Большинство из указанных средств дороги, малоэффективны или малонадежны.
На кафедре автомобилей и тракторов ТГАСУ разработана схема защиты топливных систем машин от атмосферных загрязнений (рис. 1), основанная на применении новых, конструктивно простых и эффективных средств.
Эта схема предусматривает применение для резервуаров и топливных баков специальных масляных пылеуловителей (МПУ) спирального типа. В качестве фильтров предварительной очистки (ФП), как заправочных, а также фильтров грубой (ФГО) и тонкой очистки (ФТО) в топливных системах машин применяются фильтроэлементы объемного типа из деформируемых пенополиуретанов (ППУ), обладающих повышенным ресурсом и качеством очистки топлива.
Предлагаемая схема обеспечения чистоты дизельного топлива в системе нефтеснабжения транспортных предприятий предусматривает защиту топлива от атмосферной пыли в герметизированных топливных резервуарах и герметизированных баков машин, когда «дыхание» резервуаров и баков осуществляется через масляные пылеуловители (МПУ) [3].
Идея лабиринтного МПУ (рис. 2) заключается в том, что в герметизированные топливные емкости воздух поступает через входной патрубок 6, проходит из перфорированной центральной трубки 7 по металлической спиральной ленте к выходному патрубку 2 соединенному с резервуаром или баком машины. За время движения запыленного воздуха по спирали частицы пыли за счет гравитации осаждаются в масляной ванне 3. Условием полного осаждения частиц пыли dч в спиральном канале является равенство времени нахождения (движения) частиц пыли и времени их полного осаждения.
Из этого условия определено соотношение основных конструктивных параметров МПУ (см. рис. 2), обеспечивающих полное осаждение частиц пыли размером d:
h
D
1
18 v q
в ¿в
gD (pr / Рв) d2 t
2 f D d > 2
- П -— -
41 D
V У
(1)
где qe — расход воздуха через резервуар (бак), равный расходу топлива; ve — кинематическая вязкость воздуха; pr, pe — плотность частиц пыли и воздуха соответственно; g = 9,81 м2/с.
Расчёт по формуле (1) и лабораторные эксперименты показывают, что для МПУ, установленного, например, на топливном баке автомобиля КамАЗ-5320 полное осаждение частиц пыли размером 8-10 мкм и более достигается при h/D = 1,0; D = 9210-3 м; d = 20103 м; t = 8-10"3 м.
В табл. 1 представлены параметры и показатели МПУ, которые прошли эксплуатационные испытания в автобазе, удаленной от основного автопредприятия, где снабжение автомобилей топливом осуществлялось по схеме на рис. 1.
Рис. 1. Схема комплексной защиты топливных систем машин от атмосферных загрязнений:
1 — герметичный топливный резервуар нефтесклада; 2 — масляный пылеуловитель резервуара; 3 — заправочный фильтр предварительной очистки топлива; 4 — герметичный топливный бак машины; 5 — масляный пылеуловитель топливного бака; 6 — двигатель; 7 — фильтры грубой и тонкой очистки топлива; 8 — топливный насос; 9 — форсунка; МПУ — масляный пылеуловитель; ФП — фильтр предварительной очистки; ФГО — фильтр грубой очистки; ФТО — фильтр тонкой очистки
Рис. 2. Схема устройства МПУ для топливных резервуаров и баков машин:
1 —корпус; 2 — выходной патрубок; 3 — масляная ванна; 4 — сливная пробка; 5 — крышка; 6 — входной патрубок; 7 — центральная трубка; 8 — сквозные отверстия; 9 — металлическая лента-спираль.
— высота канала; d — диаметр центральной трубки; t — шаг спирали; D — внешний диаметр спирали
Таблица 1
Эффективность масляных пылеуловителей
Рис. 3. Схема наборного секционного фильтроэлемента для топливных фильтров:
а) общий вид фильтроэлемента; б) схема исходного сектора до и после формования; dн — наружный диаметр фильтроэлемента; dв — внутренний диаметр фильтроэлемента; гн — наружный радиус фильтроэлемента; гв — внутренний радиус фильтроэлемента; Ьн — наружная толщина сектора фильтроэлемента; Ьв — внутренняя толщина сектора фильтроэлемента; — исходный параметр наружной толщины сектора фильтроэлемента; — исходный параметр внутренней толщины сектора фильтроэлемента
Статистические результаты по загрязненности топлива механическими примесями показывают достаточную эффективность МПУ.
В настоящее время фильтрационная очистка топлива заправочными фильтрами и фильтрами топливных систем машин, в основном, осуществляется фильтроэлементами на основе гофрированных специальных бумаг и картонов, имеющих ограниченный ресурс до замены и высокую стоимость.
Разрабатываются более эффективные конструкции топливных фильтроэлементов объёмного типа, основанные на применении эластичных открытопо-ристых ППУ с управляемой структурой за счёт целенаправленного обжатия [5].
На рис. 3 показана конструкция цилиндрического топливного фильтроэлемента секционного типа, набранного из секторов, обжатых так, что образуется цилиндрическая поровая структура с пористостью, уменьшающеюся по направлению потока топлива (от периферии к центру). Секторы склеены между собой. Это обеспечивает использование всего объёма фильтроэлемента, что повышает его ресурс, превышающий ресурс бумажных фильтроэлемен-тов с «поверхностным» фильтрованием [4].
Место установки МПУ Конструктивные параметры МПУ, мм Загрязненность топлива, % мас.
h D d t До установки После установки Снижение, %
Резервуар нефтесклада емкостью 2,5 м3 118 118 36 12 0,0063 0,0045 72
Топливный бак автомобиля КамАЗ-5320 92 92 20 8 0,0092 0,0077 84
Таблица 2
Эффективность топливных фильтроэлементов на основе ППУ-ЭО-130
Назначение Конструктивные параметры Эффективность
ан> мм H, мм мм z Пн Пв d0,95' мкм Ресурс, м3 Повышение ресурса, %
Заправочный фильтр ФДГ-30ТМ 200 200 100 8 1,3 2,15 30 210 230
ФГО КамАЗ-5320* 80 60 40 8 1,3 2,15 30 8,6 -
*ФГО встроен в штатный гравитационный отстойник. Таблица 3
Объём и распределение отказов деталей топливной системы дорожных машин Кожевниковского ДРСУ Томской области [6]
Наименование отказавших деталей по причине загрязнения топлива Топливная система Кратность снижения отказов
штатная модернизированная
Количество, шт. Доля от общего количества, % Количество, шт. Доля от общего количества, %
Плунжер в сборе 43 18,6 21 18,4 2,04
Нагнетательная пара 53 23,0 28 24,5 1,89
Распылитель в сборе 39 16,9 18 15,8 2,16
Толкатель 30 13,0 14 12,3 2,14
Детали ТПН 36 15,5 20 17,5 2,06
ФТО топлива 30 13,0 13 11,5 2,31
Итого 231 100 114 100 2,10
В табл. 2 содержатся результаты усеченных испытаний машин, свидетельствующие о независимости тонкости очистки топлива фильтрами на основе ППУ от их конструктивных параметров. Тонкость очистки закладывается степенью обжатия эластичного фильтроматериала при изготовлении фильтро-элемента.
Фильтры тонкой очистки (ФТО) из ППУ, устанавливаемые в топливную магистраль машины, способны обеспечить чистоту топлива на входе в ТНВД до 4 мкм [4,6] и повысить надёжность деталей топливной системы 1,7-2,2 раза (табл. 3).
Таким образом, комплексная защита дизельного топлива от механических примесей с применением фильтров на основе ППУ и масляных пылеуловителей значительно повышает его чистоту и, соответственно, снижает износы плунжерных пар дизельного двигателя.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Григорьев МА. Очистка масла и топлива в автотракторных двигателях. — М.: Машиностроение, 1970. — 272 с.
2. Глыбин А.И. Автотракторные фильтры. — Л.: Машиностроение, 1980. — 182 с.
3. Пат. 2257487 РФ. Масляный пылеуловитель для топливных резервуаров. Опубл. 27.07.2005, Бюл. № 21.
4. Удлер Э.И. Фильтрация нефтепродуктов. — Томск : Изд-во Том. ун-та, 1988. — 215 с.
5. Пат. 2458727 РФ. Фильтрующий элемент. Опубл. 20.08.2012, Бюл. № 23.
6. Исаенко А.В. Повышение надежности топливных систем дорожных и строительных машин: Дис. канд. техн. наук. — Томск, 2006. — 177 с.
По патенту [5] (см. рис. 3) разработаны и испытаны конструкции фильтроэлементов на основе ППУ-20-130 (ТУ-6-55-91) для заправочных складских ФП и ФГО топлива дизельных двигателей.
Гидравлическая характеристика секционных фильтроэлементов на основе закона Дарси рассчитывается по формуле:
V v р
, т т г,
А po =
2 п HK 0
(1 - n )
1 - -
d -1
ln (d ) + (1 - n U, (2)
где Дp0, Vт — перепад давления и расход топлива с кинематической вязкостью V и плотностью р ; K„ —
т г т' 0
коэффициент проницаемости ППУ в свободном состоянии; пв — степень обжатия ППУ на выходе из филь-троэлемента (внутреннего слоя); п — относительная степень обжатия, равная отношению пн/пв (пн — степень обжатия наружного слоя), d — относительный диаметр, равный отношению dн/dв.
Степени обжатия секторов количеством z при изготовлении фильтроэлементов определяются так (см. рис. 3):
Ъ' Ъ'
Н в
п = —; п„ = — , (3)
н Ъ в Ъ ()
н в
которые зависят от максимального & ) и минимального ^^^ размера частиц загрязнений, поступающих на фильтр.
1,976 1,972
0,682 ' в 0,682
X X .
max min
Минимальный размер принимается равным требуемой номинальной 95%-й тонкости очистки фильтром по назначению xmin = d0 95.
n =
н
