CC BY
3
WWW^WVW ТРГНМП! nniFS MA ГШ NFS А МП РПШРМРМТ WWWW^^i^W VV^^WWV^^WV FnR THF АППП.1МПИЯТ1ИА I ГПМР1 rvW^^WWWWW
Научная статья УДК 62-637
Б01: 10.24412/2227-9407-2023-7-32-43
Улучшение низкотемпературных свойств топлив с добавкой рапсового масла для тракторных дизелей
Сергей Александрович Плотников18, Шамиль Викторович Бузиков2, Илья Сергеевич Козлов3, Евгений Георгиевич Зыков4, Николай Юрьевич Кутергин5
12 3 Вятский государственный университет, Киров, Россия 4' АО «АВДМоторс», Киров, Россия
5 Филиал АО «Газпром газораспределение Киров», Кирово-Чепецк, Россия 1 PlotnikovSA@bk.ru181' https://orcid.org/0000-0002-8887-4591 2Shamilvb@mail.ги https:orcid.о^/0000-0003-3769-3253 3vz-43@mail.rU' https://оrcid.org/0000-0003-1448-5144
4 Edgeki@mail. т
5 Nik03071983@yandex. ти
Аннотация
Введение. При использовании топлив с добавками рапсового масла (РМ) необходимо соблюдение условия обеспечения бесперебойной подачи топлива в соответствии с заданным законом топливоподачи. Нарушение этого закона приводит к нарушению процесса смесеобразования и сгорания. На подачу влияют конструкция системы питания, условия эксплуатации дизеля и физико-химические свойства применяемых топлив, в частности, прокачиваемость и фильтруемость, которые в большей мере относятся к низкотемпературным свойствам. Основной причиной нарушений в топливоподаче, особенно при прохождении топлива фильтров, является наличие в топливе твердой фазы различного происхождения. В случае использования дизельного топлива (ДТ) с добавками РМ фильтруемость и прокачиваемость значительно ухудшаются, так как РМ по сравнению с ДТ имеет большую вязкость.
Материалы и методы. Как показал анализ имеющихся данных, вязкость можно выразить полиномиальной зависимостью. Представляя значения эмпирических коэффициентов в виде матрицы, можно определить их зависимость от концентрации присадки при интервале варьирования доли РМ в топливе от 0 до 50 %. Далее можно получить уравнение вязкости в зависимости от доли РМ и концентрации присадки DIFRON Н372 в топливе. Взяв частную производную вязкости от температуры, можно определить скорость изменения вязкости в зависимости от температуры топлива с добавками РМ и присадки. Для определения максимальной скорости увеличения вязкости топлива с добавками РМ необходимо определить экстремум этой функции, взяв вторую производную. Приравняв правую часть полученного выражения к нулю, определить температуру помутнения. Результаты. В результате проведенных исследований удалось определить расхождение между экспериментальными и вычисленными по полиномам третьей степени значениями вязкости, которые не превышали 3 %. Представлена графическая интерпретация полученной зависимости вязкости от доли РМ и концентрации присадки DIFRON Н372 в топливе. Определены температуры помутнения смеси в зависимости от доли РМ и концентрации присадки в топливе. По полученным расчётным значениям построен трёхмерный график зависимости температур помутнения топлив от доли РМ и концентрации присадки DIFRON Н372.
Обсуждение. Для расширения пределов применения топлив с добавками РМ необходимо соблюдение ряда условий. Во-первых, обеспечение возможности прокачиваемости топлива по системе питания для осуществ-
© Плотников С. А., Бузиков Ш. В., Козлов И. С., Зыков Е. Г., Кутергин Н. Ю., 2023
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License. The content is available under Creative Commons Attribution 4.0 License.
XXXXXXXXXXX технологии, машины и оборудование XXXXXXXXXXX
VWWVWVW ППЯ ДГРППРПМЫШПРННПГП КПМППРКГД
ления бесперебойной работы в широком температурном диапазоне. Во-вторых, обеспечение фильтруемости топлива для возможности его механической очистки от всевозможных примесей в таком же температурном диапазоне работы, что и для чистого ДТ. Обеспечить эти условия для топлив с добавками РМ можно путём улучшения их низкотемпературных свойств. В настоящее время существует два основных способа улучшения низкотемпературных свойств с добавками РМ. Первый способ состоит в том, что перед добавкой РМ в ДТ задаются нужные показатели низкотемпературных свойств и только после этого происходит процесс его смешения. Второй способ сводится к добавлению различных присадок целенаправленного принципа действия, которые повышают прокачиваемость и, как следствие, текучесть и фильтруемость, тем самым улучшая низкотемпературные свойства. Однако эффективность действия данных присадок зависит от их концентрации в топливе с добавками РМ, его состава и наличия в нём поверхностно-активных веществ.
Заключение. Расчёты показывают, что значения температур помутнения топлив уменьшаются с 279К до 270К со снижением добавки РМ от 50 до 0 % и повышением концентрации присадки DIFRON H372 от 0 до 2 %. Для нормальной работы дизеля в условиях низких температур на топливе с добавками РМ целесообразно применение многофункциональной присадки DIFRON H372 в количестве до 2 % с целью улучшения низкотемпературных свойств.
Ключевые слова: дизельное топливо, низкотемпературные свойства, прокачиваемость, рапсовое масло, система питания, температура помутнения, топливоподающая аппаратура, фильтруемость
Для цитирования: Плотников С. А., Бузиков Ш. В., Козлов И. С., Зыков Е. Г., Кутергин Н. Ю. Улучшение низкотемпературных свойств топлив с добавкой рапсового масла для тракторных дизелей // Вестник НГИЭИ. 2023. № 7 (146). С. 32-43. DOI: 10.24412/2227-9407-2023-7-32-43
Improving the low-temperature properties of fuels with the addition of rapeseed oil for tractor diesels
Sergej A.Plotnikov1, Shamil V. Buzikov2, Ilya S. Kozlov3, Evgeni G. Zykov4, Nikola] Yu. Kutergin5
12 3 Vyatka State University, Kirov, Russia 4AVD Motors Joint Stock Company, Kirov, Russia
5 Branch of Gazprom Gas Distribution Kirov JSC, Kirovo-Chepetsk, Russia 1 PlotnikovSA@bk.ru^, https://orcid.org/0000-0002-8887-4591 2Shamilvb@mail.ru, https:orcid.org/0000-0003-3769-3253 3vz-43@mail.ru, https://orcid.org/0000-0003-1448-5144
4 Edgeki@mail. ru
5 Nik03071983@yandex. ru
Abstract
Introduction. When using fuels with rapeseed oil (RSO) additives, it is necessary to comply with the conditions for ensuring uninterrupted fuel supply in accordance with the specified fuel supply law. Violation of this law leads to a violation of the process of mixing and combustion. The supply is influenced by the design of the power system, the operating conditions of the diesel engine and the physico-chemical properties of the fuels used, in particular, pumpa-bility and filterability, which are more related to low-temperature properties. The main reason for violations in the fuel supply, especially during the passage of fuel filters, is the presence of a solid phase in the fuel of various origins. In the case of diesel fuel (DF) with RSO additives, filterability and pumpability deteriorate significantly, since RSO has a higher viscosity compared to DF.
Materials and Methods. As the analysis of the available data has shown, the viscosity can be expressed by a polynomial dependence. By presenting the values of the empirical coefficients in the form of a matrix, it is possible to determine their dependence on the concentration of the additive with an interval of varying the proportion of RSO in the fuel from 0 to 50%. Then you can get the viscosity equation depending on the fraction of RSO and the concentration
XXXXXXXXXXXX technologies, machines and equipment XXXXXXXXXXXX XXXXXXXXXXXXXX for the agRo~industRial complex xxxxxxxxxxxxxx
of the additive DIFRON H372 in the fuel. Taking the partial derivative of viscosity from temperature, it is possible to determine the rate of change in viscosity depending on the temperature of the fuel with RSO additives and additives. To determine the maximum rate of increase in the viscosity of fuel with RSO additives, it is necessary to determine the extremum of this function by taking the second derivative. Equating the right part of the resulting expression to zero, determine the turbidity temperature.
Results. As a result of the conducted studies, it was possible to determine the discrepancy between the experimental and the calculated values of the viscosity of the third degree polynomials, which did not exceed 3 %. A graphical interpretation of the obtained dependence of viscosity on the fraction of RSO and the concentration of the additive DIFRON H372 in the fuel is presented. The turbidity temperatures of the mixture were determined depending on the fraction of RSO and the concentration of the additive in the fuel. Based on the calculated values obtained, a three-dimensional graph of the dependence of fuel turbidity temperatures on the fraction of RSO and the concentration of the DIFRON H372 additive is constructed.
Discussion. To expand the limits of the use of fuels with RSO additives, a number of conditions must be met. Firstly, ensuring the possibility of pumping fuel through the power supply system to ensure uninterrupted operation in a wide temperature range. Secondly, ensuring the filterability of the fuel for the possibility of its mechanical purification from all kinds of impurities in the same temperature range of operation as for pure diesel fuel. It is possible to provide these conditions for fuels with RSO additives by improving their low-temperature properties. Currently, there are two main ways to improve low-temperature properties with RSO additives. The first method consists in the fact that before adding RSO to DF, the necessary indicators of low-temperature properties are set and only after that the process of its mixing takes place. The second method boils down to the addition of various additives of a purposeful principle of action, which increase pumpability and, as a result, fluidity and filterability, thereby improving low-temperature properties. However, the effectiveness of these additives depends on their concentration in the fuel with RSO additives, its composition and the presence of surfactants in it.
Conclusion. Calculations show that the values of fuel turbidity temperatures decrease from 279 to 270 K with a decrease in the RSO additive from 50 to 0 % and an increase in the concentration of the DIFRON H372 additive from 0 to 2 %. For the normal operation of a diesel engine at low temperatures on fuel with RSO additives, it is advisable to use a multifunctional additive DIFRON H372 in an amount of up to 2 % in order to improve low-temperature properties.
Keywords: diesel fuel, rapeseed oil, low-temperature properties, filterability, pumpability, turbidity temperature, power supply system, fuel supply equipment
For citation: Plotnikov S. A., Buzikov Sh. V., Kozlov I. S., Zykov E. G., Kutergin N. Yu. Improving the low-temperature properties of fuels with the addition of rapeseed oil for tractor diesels // Bulletin NGIEI. 2023. № 7 (146). P. 32-43. DOI: 10.24412/2227-9407-2023-7-32-43
При использовании вместо чистого дизельного топлива (ДТ) топлив с добавками рапсового масла (РМ) необходимо соблюдение условия обеспечения бесперебойной подачи топлива [1], определяющее работоспособность системы питания, а именно непрерывное, надежное и полное поступление топлива в камеру сгорания дизеля в соответствии с заданным законом топливоподачи. Нарушение этого закона приводит к нарушению процесса смесеобразования и сгорания [2].
Введение
Конструкция систем питания влияет на величину гидравлических потерь через местные сопротивления, создаваемые элементами самой системы [1]. Условия эксплуатации выражаются параметрами внешней среды, а именно, температурой, давлением и влажностью. Также учитываются физико-химические свойства топлива, в частности, прока-чиваемость и фильтруемость, которые в большей мере относятся к низкотемпературным свойствам.
технологии, машины и оборудование для агропромышленного комплекса
Основной причиной нарушений в топливопо-даче, особенно при прохождении топлива фильтров, является наличие в топливе твердой фазы различного происхождения [1].
Основными характеристиками прокачиваемо-сти топлив являются текучесть и фильтруемость, определяемые через температуры замерзания, помутнения, кристаллизации, а также предельную температуру фильтруемости, определяемые как низкотемпературные свойства топлив. В случае использования ДТ с добавками РМ в значительной степени ухудшаются такие свойства, как фильтруе-мость и прокачиваемость, так как РМ по сравнению с ДТ имеет большую вязкость [4].
Обзор литературы В исследованиях [5; 6; 7; 8; 9; 10], проведенных ранее, было установлено значительное влияние температуры на вязкость РМ. В результате при добавлении РМ в ДТ в значительной степени увеличивается вязкость такого топлива с понижением температуры. Данное обстоятельство приводит к ухудшению низкотемпературных свойств такого топлива и накладывает определенные ограничения на концентрацию добавки самого РМ в ДТ и возможность его применения в качестве топлива в дизелях.
Из ранее проведенных исследований [11] известно, что температуру помутнения и замерзания ДТ можно определить по количеству кристаллов н-алканов. Так, при температуре, равной температуре помутнения, их объёмное количество составляет примерно 50 %, а при температуре замерзания при-
ближается к 80 %. В случае РМ температуру помутнения и замерзания можно оценить по процентному содержанию количества кристаллов воска [12].
Так же целый ряд исследователей [13] утверждает, что на образование достаточного количества кристаллов в топливах с добавкой РМ косвенно указывает резкое увеличение вязкости. Поэтому определить начало образования, а также зависимость роста этих кристаллов н-алканов для ДТ и восков для РМ, от количества последнего в топливе, можно по скорости изменения вязкости в зависимости от температуры. Следовательно, повышение скорости увеличения вязкости топлива с добавками РМ в зависимости от температуры и будет напрямую определять температуру помутнения и предельную температуру фильтруемости.
В работах, проведенных ранее [6; 10], был исследован ряд различных депрессорно-диспергирующих присадок. На основании проведенных исследований выбрана присадка DIFRON Н372, оказывающая наибольшее влияние на вязкость сме-севого топлива при её наименьшей концентрации.
Материалы и методы
Расчет свойств состава смесевого топлива с добавками РМ и присадки через взвешенное среднее текучести компонентов обычно приводит к результатам, в несколько раз отличающимся от экспериментальных данных [14]. Зависимость вязкости смесевого топлива от доли РМ и концентрации присадки DIFRON Н372 при нормальной температуре представлены в таблице 1.
Таблица 1. Зависимость свойств топлива от доли РМ и концентрации присадки
Table 1. The dependence of fuel properties on the fraction of PM and the concentration of the additive
Доля РМ, С, % / RSO share, C, % Вязкость топлива с добавками РМ, у , м2/с, при концентрации присадки Cd, % Viscosity of fuel with additives RSO, у m2/s, at the concentration of the additive Cd, %
0 0,5 1,0 2,0
0 10 20 30 40 50 4,524-10-6 6,008 10-6 7,885 10-6 10,264-10-6 13,899-10-6 17,894-10-6 4,492-10-6 5,945 10-6 7,739-10-6 10,096-10-6 13,468 10-6 17,692 10-6 4,455 10-6 5,873 10-6 7,633-10-6 9,984 10-6 13,270 10-6 17,400 10-6 4,405 10-6 4,81110-6 7,123 10-6 9,860 10-6 12,968 10-6 16,985 10-6
Источник: получено авторами
Данные концентрационных зависимостей (табл. 1) позволяют допустить зависимость между кинематической вязкостью и долей РМ в смесевом топливе при условии аппроксимации полиномом третьей степени с величиной достоверности аппроксимации Я2 = 0,99 (рис. 1).
Как показал анализ представленных зависимостей на рисунке 1, вязкость можно выразить следующей полиномиальной зависимостью:
= acC + ЪсС + dcС + ес,
где ac, Ъс, dc, ес - эмпирические коэффициенты.
d
Вестник НГИЭИ. 2023. № 7 (146). C. 32-43. ISSN2227-9407 (Print) Bulletin NGIEI. 2023. № 7 (146). P. 32-43. ISSN2227-9407 (Print)
ТРГНМП! ПП1РЯ MATHINFS AND F/IIIIPMFNT VWVWWWW
VV^^WWV^^WV FHP TUP ЛППП.1МПИЯТ1ИЛ I ГПМР1 rvw^^wwwww ¡¡/^¡/^¡/^¡/^ run. inn lwuujinirtl, ^итгьсл
Значения эмпирических коэффициентов для присадки DIFRON H372 в топливе представлены в различных долей РМ при различных концентрациях таблице 2.
V,
2,0E-05 1,8E-05 1,6E-05 1,4E-05 1,2E-05 1,0E-05 8,0E-06 6,0E-06 4,0E-06 2,0E-06 0,0E+00
м2/с
Значения, v, м2/с:
■ Cd=0% ♦ Cd=0,5% Д Cd=1,0% Cd=2,0%
РМ, %
10 20 30 40 50
Рис. 1. Зависимости вязкости топлива от доли РМ С, %, при различной концентрации присадки в топливе Cd, % Fig. 1. The dependence of the viscosity of the fuel on the fraction of RSO C, %, at different concentrations of the additive in the fuel Cd, % Источник: получено авторами
Таблица 2. Значения эмпирических коэффициентов зависимостей вязкостей топлив с добавками РМ от концентрации присадки
Table 2. Values of empirical coefficients of dependences of viscosities of fuels with RSO additives on the additive concentration
Концентрация присадки DIFRON H372, Cd, % / Additive concentration DIFRON H372, Cd, %
Значения эмпирических коэффициентов / Values of empirical coefficients
аС Ьс de ^С
2 10 1,6-10"у 1,060-10-9 4,920-10-6
4 10-11 10,0-10"10 1,080-10-7 4,020-10-6
3 10-11 9,7-10"10 1,104-10-7 4,037-10-6
-5 • 10-11 7,5 10-9 -0,350-10-7 3,850-10-6
0
0,5 1,0 2,0
Источник: получено авторами
Тогда, согласно выражению (1), с учётом значений, представленных в таблице 2, можно составить систему уравнений:
v0(1 = 2-10 С +1,6-10^ С +1,060-10^ С + 4,920-10 v0>5 = 4-10-11С3 +10,0-10-10 С2 + 1,080-10-7 С + 4,020-10"' v1(1 = 3-10-11С3 + 9,7-10"10 С2 +1,104-10-7 С + 4,037-10-6
v20 = -5-10-11С3 + 7,5-10 С
. (2)
-0,350-10-7С + 3,850-10-6
Представляя значения эмпирических коэффициентов в виде матрицы, можно определить их зависимость от концентрации присадки при интервале
варьирования доли РМ в топливе от 0 до 50 %. При этом их зависимости определятся полиномом третьей степени и могут быть представлены в виде системы уравнений:
'ас =-25,466 -10-12 С] - 0,997-Ю^С,2 - 1,973-К-'С + 1,664 1а1" Ьп = 33,638-10-9 С3 - 6,008-10-9С2 + 1,008- 1С-8С + 0,209-1С-8
dc = -25,466 • 10-9 С] - 78,559 • 10-9 Cj + 2,488- 1С-7 C + 0,08-107 ес = -7,276• 10-7 СС + 3,094• 10-6C] - 3,832 -10-6 С -10,26 -10-6
(3)
Подставляя систему уравнений (3) в систему (2), можно получить уравнение вязкости в зависи-
0
технологии, машины и оборудование для агропромышленного комплекса
мости от доли РМ и концентрации присадки DIFRON Н372 в топливе.
Также из данных концентрационных зависимостей (табл. 1) видно, что зависимость между кинематической вязкостью и концентрацией присадки DIFRON Н372 в топливе при различных долях РМ можно также выразить полиномом третьей степени с величиной достоверности аппроксимации
Я2 = 0,99 (рис. 2).
Как показал анализ представленных зависимостей на рисунке 2, вязкость можно выразить следующей полиномиальной зависимостью:
^с = аСаС1 + ЬсС2 + ¿С,Са + ес„ , (4) где ас , ^ , ^ , ес - эмпирические коэффициенты.
Значения эмпирических коэффициентов для различной концентрации присадки DIFRON Н372 в топливе при различных долях РМ представлены в таблице 3.
V, м2/с
2,0E-05
1,8E-05
1,6E-05
1,4E-05
1,2E-05
1,0E-05
8,0E-06 x-
6,0E-06
4,0E-06 !l_
2,0E-06
0,0E+00
0,0
0,5
1,0
Значения С, %:
:: 0, % • 10, % ■ 20, % A 30, % , ♦ 40, % ■ 50, %
-к
Cd, %
2,0
Рис. 2. Зависимости вязкости от концентрации присадки в топливе при различной доле РМ Fig. 2. Dependences of viscosity on the additive concentration in the fuel at different fractions of RSO
Источник: получено авторами
Таблица 3. Значения эмпирических коэффициентов зависимостей вязкости топлив от доли добавки РМ Table 3. Values of empirical coefficients of fuel viscosity dependences on the fraction of the RSO additive
Доля РМ, О, % / RM share, C, % Значения эмпирических коэффициентов / Values of empirical coefficients
a^ bC Cd eC Cd
0 -3,64110-9 6,002-10-9 -3,408 10-8 4,960 10"6
10 -7,282-10-7 0,728 10-6 -0,754 10-6 5,716-10-6
20 -25,487 10-8 6,095 10-7 -0,193 10-6 8,404 10-6
30 -3,64110-8 1,547-10-7 -3,21510-7 0,966 10-5
40 -21,846 10-9 -7,282^ 10-8 -2,26110-7 1,989 10-5
50 -21,846 10-8 6,91410-7 -0,13110-6 1,11110"5
сточник: получено авторами
Тогда, согласно выражению (4), с учётом значений, представленных в таблице 3, можно составить систему уравнений:
v0 = -3,641-10-9 Cj + 6,002-10-9 C - 3,408-10 Q + 4,960-10-6 vw = -7,282-10-7 CC + 0,728-10-6 Cj- 0,75410"6 Q + 5,716-10-i =-25,487-10-8 CC + 6,095-10-7 CC - 0,19310-6 Q + 8,40410
d
72
v3(1 = -3,6414-10-8 Cj +1,547-10" ' CC - 3,215-10- ' Q +0,96610-v4(1 =-21,846-10-8CC - 7,282-10-8C] - 2,26110 7 Q +1,98910-= -21,846-10-9 CC + 6,914-10-7 C\ - 0,131-10-6 Q +1,11110-5
\ technologies, machines and equipment
i for the agro-industrial complex
Представляя значения эмпирических коэффициентов в виде матрицы, можно определить их зависимость от доли РМ при интервале концентрации присадки в топливе от 0 до 2,0 %. При этом их зависимости определятся полиномом третьей степени и могут быть представлены в виде системы уравнений:
, =-0,006-10-8С3 + 0,088-10 7 С2 - 0,078-10 6 С - 0,24-10-61
Ъс = 0,001-10 7С3 -0,007-10-6C2 + 0,13-10-6C + 0,1-10-6 dc =-0,003-10- С3 + 0,031-10-7 C2 - 0,029-10-6 C + 0,33-10-е„ =-0,007-10-7 С3 + 0,091-10-6 C2 - 0,27-10-5 C + 6,3-10-6
(6)
Подставляя систему уравнений (6) в систему (5), можно получить уравнение вязкости в зависимости от доли РМ и концентрации присадки DIFRON Н372 в топливе.
На основании ранее проведенных исследований была предложена формула для расчёта вязкости высоковязких смесевых топлив [15], в которой температура, выраженная в градусах Цельсия, нами была замена на температуру, выраженную в градусах Кельвина:
У = У + (1,1у - 0,3)(1,3 - lg (T - 273,15))-
-(0,1172у- 0,5101) |ln|
'T - 273,15 , 20
(7)
где у0 - значение вязкости, полученное по выражениям (2.1.1) и (2.1.4), м2/с; Т - температура топлива с добавками РМ и присадки, К.
Определим скорость изменения вязкости в зависимости от температуры топлива с добавками РМ и присадки. Для этого нужно найти частную производную вязкости от температуры:
| = К); +(1,4>0 ^-(ип-^-Щ!5) 2'г-(0,39);+(0,31g(T-2^3,15) 2'г-
. (8)
После нахождения производных правой части уравнения (2.1.8) и некоторых преобразований получим:
д) )0 0,3 0,039)
д)~ , 1п10-()-273, 15) 1п10• ()-273,15)
n|ln2(—-273,15)-(T-273,15)
0,17
3 щ—-273,15)-(T - 273,15)
Для определения максимальной скорости увеличения вязкости топлива с добавками РМ для выражения (9) необходимо определить экстремумы этой функции, а именно, определить вторую производную. Для этого продифференцируем выражение (9) второй раз по переменной д) :
dv
= 1,1
V
0,3
dT ) \ ln 10 - (T - 273,15)) {ln10-(T - 273,15)
i Si
0,039v
- 273,15)-(T-273,15)
0,17
- 273,15)-(T-273,15)
(10)
После преобразований получим:
39v
17
ln| T-273,151 -fV— 273,15
20 ) i20
- (0,033T - 9,104)+ 3|ln21 T - 273,15 I
1000 ln31— - 273,15 |-(T - 273,15)2
ln|T—273,15 | - —T-273,15
20 I i20
■ (0,033T - 9,104) + 3jln21 —— - 273,15 I
100ln3I 5-273,15 |-(T-273,15))2
1,1V
0,3
1п(0 •()'-273,15)2 1п10 •()-273,15)' Для определения температуры помутнения, при которой достигается максимальная скорость изменения вязкости в зависимости от доли РМ и
концентрации присадки DIFRON Н372, необходи-
(
мо, чтобы вторая производная I I = 0 . Приравняв правую часть выражения (11) к нулю и совершив преобразования, можно определить температуру помутнения.
Результаты
Сопоставляя выражения (1) и (4) и приравнивая их между собой, удалось определить расхождение между экспериментальными и вычисленными по полиномам третьей степени значениями вязкости, которые не превышали 3 %. Графическая интерпретация полученной зависимости вязкости от доли РМ и концентрации присадки DIFRON Н372 в топливе представлена на рисунке 3.
технологии, машины и оборудование для агропромышленного комплекса
V, м2/с
2,0E-05 1,5E-05 1,0E-05 5,0E-06 0,0E+00
0 0,5
Cd, %
Значения v, м2/с:
■ 1,5E-05-2,0E-05
■ 1,0E-05-1,5E-05
■ 5,0E-06-1,0E-05
■ 0,0E+00-5,0E-06
10
20 30
РМ, %
40
50
Рис. 3. Зависимость вязкости топлива от доли РМ и концентрации присадки Fig. 3. Dependence of fuel viscosity on the fraction of RSO and the concentration of the additive
Источник: получено авторами
После подстановки в выражение (11) переменных из таблицы 1 были определены температуры помутнения ТП в зависимости от доли РМ и кон-
центрации присадки в топливе. Полученные расчётные значения представлены в таблице 4.
Таблица 4. Значения температур помутнения Тп топлива с добавками РМ и присадки DIFRON H372, выраженные в Кельвинах
Table 4. Values of turbidity temperatures Tt of fuel with RSO additives and DIFRON H372 additives, expressed in Kelvins
Доля РМ, С, %
Концентрация присадки Cd, % / Additive Concentration Cd, %
RM share, C, % 0 0,5 1,0 2,0
0 275,1 274,1 273,6 273,1
10 275,25 274,5 273,85 273,35
20 275,6 275,1 274,35 273,55
30 276,7 275,75 274,75 273,75
40 277,4 276,65 274,75 273,95
50 278,1 277,6 275,8 274,1
Источник: получено авторами
По полученным расчётным значениям, представленным в таблице 4, построен трёхмерный график зависимости температур помутнения топлив от
доли РМ и концентрации присадки DIFRON H372 (рис. 4).
1
2
0
XXXXXXXXXXXX technologies, machines and equipment XXXXXXXXXXXX XXXXXXXXXXXXXX for the agRo~industRial complex xxxxxxxxxxxxxx
Тп, К
280 278 276 274 272 270
0
10
20
30 40
С, %
50
Значения Тп, К:
■ 278-280
■ 276-278
■ 274-276 0 272-274
■ 270-272
0,5
Cd, %
Рис. 4. Зависимость температуры помутнения ТП топлива от доли добавки РМ С, % и концентрации присадки DIFRON H372 Cd, % Fig. 4. The dependence of the fuel turbidity temperature Tt on the proportion of the additive RSO C, %, and the concentration of the additive DIFRON H372 Cd, % Источник: разработано авторами
1
2
Обсуждение
Для расширения пределов применения топлив с добавками РМ необходимо соблюдение ряда условий, таких как:
Обеспечение возможности прокачиваемости топлива по системе питания для осуществления бесперебойной работы в широком температурном диапазоне [16].
Обеспечение фильтруемости топлива для возможности его механической очистки от всевозможных примесей в таком же температурном диапазоне работы, что и для чистого ДТ [17].
Обеспечить эти условия для топлив с добавками РМ можно путём улучшения их низкотемпературных свойств. В настоящее время существует два основных способа улучшения низкотемпературных свойств с добавками РМ.
Первый способ состоит в том, что перед добавкой РМ в ДТ задаются нужные показатели низкотемпературных свойств и только после этого проходит процесс его смешения [18].
Второй способ сводится к добавлению различных присадок целенаправленного принципа действия, которые повышают прокачиваемость и, как следствие, текучесть и фильтруемость, тем самым улучшая низкотемпературные свойства [19]. Однако эффективность действия данных присадок зависит от их концентрации в топливе с добавками РМ, его состава и наличия в нём поверхностно-активных веществ [20].
Заключение
1. Расчёты, представленные в таблице 4 и рисунке 4, показывают, что значения температур помутнения топлив уменьшаются с 279 до 270 К со снижением добавки РМ от 50 до 0 % и повышением концентрации присадки DIFRON Н372 от 0 до 2 %.
2. Для нормальной работы дизеля в условиях низких температур на топливе с добавками РМ целесообразно применение многофункциональной присадки DIFRON Н372 в количестве до 2 % с целью улучшения низкотемпературных свойств.
СПИСОК ИСТОЧНИКОВ
1. Аминов Л. А. Эксплуатационные свойства дизельных топлив, определяющие эффективность их применения при низких температурах // Научные проблемы материально-технического обеспечения Вооружённых сил Российской Федерации. 2019. № 3 (13). С. 55-65.
2. Черемисинов П. Н. Анализ возможности улучшения физико-химических свойств смеси дизельного топлива с рапсовым маслом // Общество. Наука. Инновации (НПК-2018). Киров, 02-28 апреля 2018 года. Киров : Вятский государственный университет, 2018. С. 1065-1072.
ХХХХХХХХХХХ технологии, машины и оборудование ХХХХХХХХХХХ
VWWVWVW ППЯ ЛГРППРПМЫШ ПРННПГП КПМППРКГА
3. Карташевич А. Н., Гордеенко А. В., Понталёв О. В. Определение пределов низкотемпературной про-качиваемости топлива в системе питания дизеля в условиях зимней эксплуатации // Вестник БарГУ. Серия Технические науки. 2015. Вып. 3. С. 74-79.
4. Грищенко С. В. Улучшение низкотемпературных свойств и фильтруемости биотоплива из рапса // Научно-образовательный потенциал молодежи в решении актуальных проблем XXI века. 2019. № 13. С. 244-247.
5. Дугин Г. С. Применение биоэтанольного топлива на автотранспорте // Транспорт на альтернативном топливе. 2010. № 5. С. 48-51.
6. Карташевич А. Н., Плотников С. А., Товстыка В. С. Применение топлив на основе рапсового масла в тракторных дизелях. Киров : Типография «Авангард», 2014. 144 с.
7. Марков В. А., Девянин С. Н., Неверова В. В., Быковская Л. И., Быков А. Е. Оптимизация состава смесе-вого биотоплива для дизельного двигателя // Автогазозаправочный комплекс + Альтернативное Топливо. 2021.Т. 20. № 1. С. 25-38.
8. Марков В. А., Девянин С. Н., Зыков С. А., Гайдар С. М. Биотоплива для двигателей внутреннего сгорания : монография. Москва : НИЦ «Инженер». 2016. 292 с.
9. Плотников С. А., Карташевич А. Н., Смольников М. В., Черемисинов П. Н. Расширение многотоп-ливности автотракторного дизеля при использовании альтернативных топлив // Известия МГТУ «МАМИ». 2019. № 3 (41). С. 66-72.
10. Плотников С. А., Кантор П. Я., Козлов И. С., Втюрина М. Н. Исследование моторных свойств смесей дизельного топлива с рапсовым маслом // Труды НГТУ им. Р. Е. Алексеева. Нижний Новгород. 2018. № 2 (121). С. 169-174.
11. Доржеев А. А. Фильтрация рапсового масла холодного отжима при получении биотопливных композиций // Эпоха науки. 2016. № 6. С. 37.
12. Доржеев А. А., Пенькова Е. Г. Модели очистки рапсового масла от восков для получения биотопливной композиции // Актуальные вопросы современной науки. Томск : Общество с ограниченной ответственностью «Дендра». 2018. С. 71-76.
13. Марков В. А., Козлов С. И. Топлива и топливоподача многотопливных и газодизельных двигателей. М. : Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2000. 296 с.
14. Камфер Г. М. Научные основы эффективного применения топлив различного состава в автотракторных дизелях : дисс. докт. техн. наук: 05.04.02. М. : РГБ, 2005. 369 с.
15. Кайзер О. А., Доржеев А. А. Кинематическая вязкость рапсового масла и биотопливных композиций на его основе // Инновационные тенденции развития российской науки. Красноярск : Красноярский государственный аграрный университет, 2018. С. 176-179.
16. Зельдович Я. Б. Избранные труды. Химическая физика и гидродинамика. М. : Наука, 1984. 374 с.
17. Доржеев А. А. Низкотемпературные свойства и фильтруемость биотопливных композиций на основе рапсового масла // Проблемы современной аграрной науки. Красноярск : Красноярский государственный аграрный университет, 2015. С. 62-64.
18. Евдокимов И. Н., Лосев А. П., Фесан А. А. Отсутствие аддитивности свойств нефтяных смесей // Бурение и нефть. 2012. № 1. С. 27-28.
19. Смаль Ф. В., Арсенов Е. Е. Перспективные топлива для автомобилей. Москва : Транспорт, 1979. 151 с.
20. Марков В. А., Камалтдинов В. Г., Денисов А. Д., Быковская Л. И. Эмульгированные биотоплива для транспортных дизелей // Грузовик. 2019. № 12. С. 16-22.
Статья поступила в редакцию 21.04.2023; одобрена после рецензирования 22.05.2023;
принята к публикации 24.05.2023.
Информация об авторах:
С. А. Плотников - д.т.н., доцент, профессор кафедры «Технология машиностроения», Spin-код: 4899-9362. Ш. В. Бузиков - к.т.н., доцент кафедры строительного производства, Spin-код: 3833-2048. И. С. Козлов - инженер, аспирант кафедры «Технология машиностроения». Е. Г. Зыков - инженер. Н. Ю. Кутергин - инженер.
ТРГНМП! ПП1РЯ MATHINFS AND F/IIIIPMFNT VWVWWWW
technologies, machines and equipment
VV^^WWV^^WV FHP TUP ЛПРП.1МПИЯТР1Л I ГПМР1 rvw^^wwwww
Заявленный вклад авторов:
Плотников С. А. - общее руководство проектом, концепция и инициация исследования, верстка и форматирование работы.
Бузиков Ш. В. - теоретическая разработка исследований.
Козлов И. С. - проведение критического анализа материалов и формулировка выводов. Зыков Е. Г. - проведение экспериментов, подготовка текста статьи, подготовка литературного обзора. Кутергин Н. Ю. - проведение экспериментов, оформление рисунков, оформление таблиц с результатами исследования, визуализация и представление данных в тексте.
Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов
REFERENCES
1. Aminov L. A. Ekspluatacionnye svojstva dizelnyx topliv, opredelyayushhie e'ffektivnost ix primeneniya pri nizkix temperaturax [Operational properties of diesel fuels that determine the effectiveness of their use at low temperatures], Nauchny'e problemy' materiaFno-texnicheskogo obespecheniya Vooruzhyonny'x Sil Rossijskoj Federacii [Scientific problems of material and technical support of the Armed Forces of the Russian Federation], 2019, No. 3 (13), pp. 55-65.
2. Cheremisinov P. N. Analiz vozmozhnosti uluchsheniya fiziko-hximicheskih svojstv smesi dizel'nogo topliva s rapsovy'm maslom [Analysis of the possibility of improving the physico-chemical properties of a mixture of diesel fuel with rapeseed oil], Obshhestvo. Nauka. Innovacii (NPK-2018) [Society. The science. Innovations (SPK-2018)], Kirov : Vyatskij gosudarstvenny'j universitet, 2018, pp. 1065-1072.
3. Kartashevich A. N., Gordeenko A. V., Pontalyov O. V. Opredelenie predelov nizkotemperaturnoj prokachivaemosti topliva v sisteme pitaniya dizelya v usloviyah zimnej e'kspluatacii [Determination of the limits of low-temperature pumpability of fuel in the diesel power system in winter operation], Vestnik BarGU. Seriya Tehnich-eskie nauki [Bulletin of the BarGU. Technical Sciences Series], 2015, Iss. 3, pp. 74-79.
4. Grishhenko S. V. Uluchshenie nizkotemperaturnyh svojstv i firtruemosti biotopliva iz rapsa [Improvement of low-temperature properties and filterability of biofuel from rapeseed], Nauchno-obrazovateTnyj potencial mo-lodezhi v reshenii aktual'ny h problem XXI veka [Scientific and educational potential of youth in solving urgent problems of the XXI century], 2019, No. 13, pp. 244-247.
5. Dugin G. S. Primenenie bioe tanol nogo topliva na avtotransporte [The use of bioethanol fuel in motor transport], Transport na aFternativnom toplive [Alternative fuel transport], 2010, No. 5, pp. 48-51.
6. Kartashevich A. N., Plotnikov S. A., Tovstyka V. S. Primenenie topliv na osnove rapsovogo masla v traktornyh dizelyah [The use of rapeseed oil-based fuels in tractor diesels], Kirov : Publ. «Avangard», 2014, 144 p.
7. Markov V. A., Devyanin S. N., Neverova V. V., Bykovskaya L. I., Bykov A. E. Optimizacia sostava smesevogo biotopliva dlja dizeljnogo dvigatelia [Optimization of the composition of blended biofuels for a diesel engine], Avtogazozapravochnyj kompleks + Al'ternativnoe Toplivo [Autogasueling complex + Alternative Fuel], 2021, No. 1, pp. 25-38.
8. Markov V. A., Devyanin S. N., Zykov S. A., Gajdar S. M. Biotopliva dlya dvigatelej vnutrennego sgoraniya [Biofuels for internal combustion engines], monograph, Moscow : NIC «Inzhener», 2016, 292 p.
9. Plotnikov S. A., Kartashevich A. N., Smol'nikov M. V., CHeremisinov P. N. Rasshirenie mnogotoplivnosti avtotraktornogo dizelya pri ispol'zovanii al'ternativnyh topliv [Expansion of multi-fuel capacity of tractor diesel when using alternative fuels], IzvestiyaMGTU«MAMI» [News of MSTU «MAMI»], 2019, No. 3 (41), pp. 66-72.
10. Plotnikov S. A., Kantor P. Ya., Kozlov I. S., Vtyurina M. N. Issledovanie motornyh svojstv smesej dizel'nogo topliva s rapsovy'm maslom [Investigation of motor properties of diesel fuel mixtures with rapeseed oil], Trudy' NGTU im. R. E. Alekseeva [Proceedings of the NSTU named after R. E. Alekseev], Nizhnij Novgorod, 2018, No. 2 (121), pp. 169-174.
11. Dorzheev A. A. Filtraciya rapsovogo masla holodnogo otzhima pri poluchenii biotoplivnyh kompozicij [Filtration of cold-pressed rapeseed oil in the production of biofuel compositions], E'poha nauki [The Age of Science], 2016, No. 6, pp. 37.
ХХХХХХХХХХХ технологии, машины и оборудование ХХХХХХХХХХХ
VWWVWVW ППЯ ЛГРППРПМЫШ ПРННПГП КПМППРКГА
12. Dorzheev A. A., Pen'kova E. G. Modeli ochistki rapsovogo masla ot voskov dlya polucheniya biotoplivnoj kompozicii [Models of rapeseed oil purification from waxes to obtain a biofuel composition], AktuaVny'e voprosyx sovremennoj nauki [Current issues of modern science], Tomsk : Obshhestvo s ogranichennoj otvetstvennosfyu «Den-dra», 2018, pp. 71-76.
13. Markov V. A., Kozlov S. I. Topliva i toplivopodacha mnogotoplivny'h i gazodizel'ny'h dvigatelej [Fuel and fuel supply of multi-fuel and gas-diesel engines] Moscow: Publ. MGTU im. N. E'. Baumana, 2000, 296 p.
14. Kamfer G. M. Nauchny'e osnovy' e'ffektivnogo primeneniya topliv razlichnogo sostava v avtotraktorny'h dizelyah [Scientific foundations of the effective use of fuels of various compositions in automotive diesel engines. Dr. Sci. (Engineering)] diss.], Moscow: RGB, 2005, 369 p.
15. Kajzer O. A., Dorzheev A. A. Kinematicheskaya vyazkost' rapsovogo masla i biotoplivny'h kompozicij na ego osnove [Kinematic viscosity of rapeseed oil and biofuel compositions based on it], Innovacionny'e tendencii razvitiya rossijskoj nauki [Innovative trends in the development of Russian science], Krasnoyarsk : Krasnoyarskij gosudarstvenny'j agrarny'j universitet, 2018, pp. 176-179.
16. Zel'dovich Ya. B. Izbranny'e trudy'. Himicheskaya fizika i gidrodinamika [Selected works. Chemical physics and hydrodynamics], Moscow: Nauka, 1984, 374 p.
17. Dorzheev A. A. Nizkotemperaturny'e svojstva i fil'truemost' biotoplivny'h kompozicij na osnove rapsovogo masla [Low-temperature properties and filterability of biofuel compositions based on rapeseed oil], Problemy' sovremennoj agrarnoj nauki [Problems of modern agricultural science], Krasnoyarsk: Krasnoyarskij gosudarstvenny'j agrarny'j universitet, 2015, pp. 62-64.
18. Evdokimov I. N., Losev A. P., Fesan A. A. Otsutstvie additivnosti svojstv neftyany'h smesej [Lack of addi-tivity of the properties of oil mixtures], Burenie i neft' [Drilling and oil], 2012, No. 1, pp. 27-28.
19. Smal' F. V., Arsenov E. E. Perspektivnye topliva dlya avtomobilej [Promising fuels for cars], Moscow: Transport, 1979, 151 p.
20. Markov V. A., Kamaltdinov V. G., Denisov A. D., Bykovskaja L. I. Emulgirovannye biotopliva dlja transportnyh dizelej [Emulsified biofuels for transport diesel engines], Gruzovik [Truck], 2019, No. 12, pp. 16-22.
The article was submitted 21.04.2023; approved after reviewing 22.05.2023; accepted for publication 24.05.2023.
Information about the authors: S. A. Plotnikov - Dr. Sci. (Engineering), Associate Professor, Professor of the Department of «Mechanical Engineering Technology», Spin-code: 4899-9362;
Sh. V. Buzikov - Ph. D. (Engineering), Associate Professor of the Department of Construction Production, Spin-code: 3833-2048;
I. S. Kozlov - Engineer, postgraduate student of the Department of Mechanical Engineering Technology; E. G. Zykov - Engineer; N. Ju. Kutergin - Engineer.
Contribution of the authors:
Plotnikov S. A. - managed the research project, developed the concept, initiated the research, made the layout and the formatting of the article.
Buzikov Sh. V. - theoretical development of research.
Kozlov I. S. - conducting a critical analysis of materials and formulating conclusions.
E. G. Zykov - conducting experiments, preparing the text of the article, preparing a literary review.
Kutergin N. Ju. - conducting experiments, drawing drawings, making tables with research results, visualization /
presentation of data in the text.
The authors declare no conflicts of interests.
