CC BY
167
УДК 665 75362103 С. В. КОРНЕЕВ
С. В. ПАШУКЕВИЧ Д. С. РЫБАЛЬСКИЙ В. Д. БАКУЛИНА Р. В. БУРАВКИН Н. Ю. МАЧЕХИН И. И. ШИРЛИН
Омский государственный технический университет, г. Омск
ОАО «Сургутнефтегаз», г. Сургут
Омский автобронетанковый инженерный институт, г. Омск
ВЛИЯНИЕ КАЧЕСТВА ДИЗЕЛЬНОГО ТОПЛИВА НА РАБОТУ ДВИГАТЕЛЯ
Представлен вариант анализа показателей качества дизельного топлива, которые влияют на работоспособность и долговечность двигателей, такие как содержание серы, зольность и некоторые другие. Проведен анализ топлива на хромато-масс-спектрометре, который выявил, что содержание серы в полученных пробах находится на недопустимо высоком уровне. Это приводит к нарушениям в работе дизельных двигателей, что отображено на реальных примерах. Проведенная работа позволила сделать выводы о необходимых требованиях к топливу и моторному маслу, что было реализовано за счет совершенствования их производства.
Ключевые слова: дизельное топливо, моторное масло, двигатель внутреннего сгорания, концентрация серы.
При освоении газовых и нефтяных месторождений используется большое количество мобильной подвижной техники, оснащённой дизельными двигателями внутреннего сгорания. Средний «возраст» машин и механизмов не превышает 6 лет, то есть двигатели соответствуют 2 — 5 экологическому классу. Столь высокие экологические классы предъявляют особые требования к используемому топливу и, в частности, по содержанию серы, воды и механических примесей, зольности и других показателей [1].
Исследование методом газовой хромато-масс-спектрометрии. Исследование качественного состава представленных образцов нефтепродукта проводили на хромато-масс-спектрометре марки Agilent Technologies 6890/5973N. Хроматографическое разделение провели в неполярной капиллярной хрома-тографической колонке HP 5ms. Диаметр колонки составляет 0,25 мм, длина — 30 м. Газ-носитель — гелий ОСЧ (99,99 %).
Метод ионизации — электронный удар. Масс-анализатором является высокотехнологичный квадрупольный фильтр масс. Масс-селективный детектор, входящий в состав ГХ/МС системы, имеет среднюю разрешающую способность (R = 800). Диапазон определяемых масс составляет 1,6-800 а.е.м. Управление прибором, проведение
анализа и обработка результатов осуществляется специализированной компьютерной программой MSD ChemStation c использованием библиотеки масс-спектров и структурных формул NIST-05 MS Search 05, содержащей спектры 750000 индивидуальных компонентов.
Температурный режим газового хроматографа подобран с учетом возможности наиболее полного и четкого разделения исследуемого образца. Температурный режим газового хроматографа в режиме TIC: начальная температура термостата составляет 40 °C, выдержка при этой температуре — 10 мин; далее нагрев до 100 °С со скоростью 1 °С/мин, выдержка при этой температуре — 1 мин, затем нагрев до 250 °С со скоростью 5 °С/мин, выдержка при этой температуре — 5 мин. Полное время анализа — 106 мин.
Температурный режим МСД:
— температура ионного источника составляет 230 °С;
— температура квадруполя — 150 °С.
Проведено исследование образцов в режиме
сканирования (TIC) для получения возможности идентифицировать неизвестные соединения, применяя библиотечный поиск, и исследование в режиме селективной регистрации отдельных ионов (SIM) для определения отдельных интересующих
о
го
соединений (серосодержащих) при чувствительности на уровне 10-15г.
Температурный режим газового хроматографа в режиме SIM: начальная температура термостата составляет 40 °C без выдержки; далее нагрев до 150 °С со скоростью 10 °С/мин, выдержка при этой температуре — 5 мин, затем нагрев до 250 °С со скоростью 5 °С/мин, выдержка при этой температуре — 10 мин.
Полное время анализа — 46 мин. Для сканирования выбраны ионы 184, 198 и 212 а.е.м., что соответствует молекулярным массам дибензотиофена, метилдибензотиофена и диметилдибензотиофена.
Исследование методом газовой хроматографии. Исследование проводили на хроматографе имитированной дистилляции (SIMIDIS) GC-2010 Shimadzu. Метод газовой хроматографии с имитированной дистилляцией позволяет определить групповой состав образца.
Анализ проводили с использованием капиллярной колонки PETROCOL 2887 длиной 5,0 м и диаметром 0,53 мм, активная фаза — диметил-полисилоксан, предназначенной для определения углеводородов нефтяных фракций от пС6 до пС44 в диапазоне температур от —20 °С до 320 °С.
Детектор — пламенно-ионизационный.
Пример хроматограмм образцов нефтепродуктов в режиме TIC представлен на рис. 1.
Исследования, проведённые методом газовой хромато-масс-спектрометрии и методом газовой хроматографии, показали, что представленный образец дизельного топлива содержит аналогичные группы углеводородов, что и эталонное топливо, выпускаемое на крупных нефтеперерабатывающих заводах. Представленный образец содержит повышенные концентрации лёгких углеводородов, это
вызывает сомнение, что топливо имеет цетановое число более 50 [2].
Исследования качественного состава образца дизельного топлива методом газовой хромато-масс-спектрометрии показали, что представленный образец дизельного топлива содержит до 1,82 % серы по молекулярному объёму в свободном виде. Эта сера находится в октаэдрической форме (Б8).
Поскольку применяемое дизельное топливо имеет высокий процент содержания серы — более 10000 мг/кг {один процент равен 10000 мг/кг} (для сравнения по стандарту Евро-2 не более 500 мг/кг), это обусловливает высокую скорость снижения свойств моторного масла.
Сера при сгорании топлива в процессе цепочки химических реакций окисления и взаимодействия с водой превращается в сернистую и серную кислоты, которые нейтрализуются щелочными сульфона-тами детергентных (моющих) присадок моторных масел в картере двигателей, что ухудшает основные свойства масел [3].
Сернистый и серный газы попадают в картер двигателя через зазоры в цилиндро-поршневой группе и за счёт присутствия паров воды в картер-ных газах образуют кислоты.
Влияние серы на детали двигателей внутреннего сгорания представлено на нижеприведённых фотографиях, полученных при разборке двигателей. На рис. 2 — 4 ярко выражено влияние серы на отложения на горячих деталях двигателя.
Последствия применения топлива:
1. Высокое содержание серы вызывает значительные отложения на деталях камеры сгорания, зеркале цилиндра, клапанах, что приводит к изменению их теплового режима, забиванию технологических зазоров и увеличивает вероят-
Рис. 1. Хроматограммы нефтепродуктов
Рис. 2. Отложения на клапанах и на поверхности камеры сгорания
Рис. 4. Повреждение поршня при использовании высокосернистого топлива
Рис. 3. Закоксовывание поршневых колец двигателя
ность выхода из строя деталей цилиндро-поршне-вой группы [4, 5].
2. Попадание сернистых соединений в моторное масло приводит к нейтрализации моющих присадок и образованию шлама. Вследствие этого масло теряет свои свойства, а шлам приводит к повышенному износу подвижных деталей как цилиндро-поршне-вой и клапанной групп, так и шатунных и коренных вкладышей и самого коленчатого вала, что увеличивает затраты на запасные части.
За счёт этого ресурс вышеперечисленных деталей двигателя может сократиться в несколько раз. Также должна быть уменьшена периодичность замены моторного масла, а в целом это приведёт к значительному увеличению эксплуатационных затрат [6].
3. Вероятно, топливо имеет пониженное цетано-вое число, в сравнении с заявленным в документации, что приводит к жёсткой работе двигателя и повышенным нагрузкам на сопряженные детали. Это усиливает износ деталей, особенно в присутствии шлама и потери противоизносных свойств масла [7].
В конечном результате работ, проведённых технологической службой производственной установки, удалось выйти на производство фракций дизельного топлива с содержанием серы не более 0,2 %, а фактически на более низкое содержание. При смешении с топливом, соответствующим по качеству Евро-5 можно получить дизельное топливо, близкое по качеству к требованиям Евро-3, что делает возможным использование его в современных двигателях внутреннего сгорания мобильной техники. Но использование такого топлива требует применения моторного масла с повышенной концентрацией детергентно-диспергирующих присадок [8].
Библиографический список
1. Тимохова О. М., Тимохов Р. С. Влияние сернистых соединений топлива на коррозионный износ деталей машин // Воронежский научно-технический вестник. 2014. № 3. С. 122-126.
2. Корнеев С. В., Сорокина И. А., Яковлева Е. И. Возможность унификации моторных масел для дизельных двигателей // Ползуновский альманах. 2010. № 2. С. 308-311.
3. Рахимов Б. Р., Набиев А. А. Экологические и эксплуатационные свойства синтетических моторных топлив // Наука и образование сегодня. 2016. № 2. С. 39-41.
4. Лапина Е. А., Лапина И. А. Основные показатели и требования к качеству бензиновых и дизельных топлив // Новая наука: От идеи к результатам. 2016. № 10. С. 63 — 64.
5. Кожемякин М. Ю., Черкасова Е. И. Гидроочистка дизельного топлива // Вестник Казанского технологического университета. 2015. № 23. С. 28-30.
6. Корнеев С. В., Серков А. П. Оценка достоверности прогнозирования периодичности смены моторного масла в двигателях // Омский научный вестник. Сер. Приборы, машины и технологии. 2014. № 1 (127). С. 62-65.
7. Халилов В., Менасанова С. Э., Абдулгазис У. А. Возможности адаптации современных дизельных двигателей к топливу с повышенным содержанием серы // Ученые записки Крымского инженерно-педагогического университета. 2013. № 38. С. 29-38.
8. Безюков О. И., Жуков В. А., Маад М. М. Современные присадки к дизельному топливу // Вестник Астраханского государственного технического университета. 2016. № 1. С. 28-33.
КОРНЕЕВ Сергей Васильевич, доктор технических наук, профессор (Россия), профессор кафедры «Химическая технология и биотехнология» Омского государственного технического университета (ОмГТУ).
ПАШУКЕВИЧ София Вячеславовна, студентка гр. ЭРС-141 нефтехимического института ОмГТУ. РУБАЛЬСКИЙ Дмитрий Сергеевич, магистрант гр. ЭРСм-152 факультета элитного образования и магистратуры ОмГТУ.
БАКУЛИНА Вера Дмитриевна, аспирантка кафедры «Химическая технология и биотехнология» ОмГТУ. БУРАВКИН Руслан Валерьевич, кандидат технических наук, начальник отдела Управления внешнеэкономических связей ОАО «Сургутнефтегаз». МАЧЕХИН Николай Юрьевич, доцент кафедры «Ремонт бронетанковой и автомобильной техники» Омского автобронетанкового инженерного института.
ШИРЛИН Иван Иванович, кандидат технических наук, доцент кафедры «Ремонт бронетанковой и автомобильной техники» Омского автобронетанкового инженерного института. Адрес для переписки: [email protected]
Статья поступила в редакцию 16.02.2017 г. © С. В. Корнеев, С. В. Пашукевич, Д. С. Рыбальский, В. Д. Бакулина, Р. В. Буравкин, Н. Ю. Мачехин, И. И. Ширлин
УДК 621.313.13:621.3.016.2 в. Н. ТАРАСОВ
Г. Н. БОЯРКИН
Сибирская государственная автомобильно-дорожная академия,
г. Омс к
Омский государственный технический университет, г. Омск
СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕОРИИ ВИБРОВОЗБУДИТЕЛЕЙ
Рассмотрена теория центробежных дебалансных вибровозбудителей, у которых инерционный элемент с неуравновешенной вращающейся массой снабжен опорами качения. Исследована зависимость мощности электродвигателя от вынуждающей силы дебаланса. Получено аналитическое выражение динамической вынуждающей силы, исследованы параметры вибровозбудителя. Получена новая формула центра масс дебаланса, массы дебаланса, вынуждающей силы и мощности.
Ключевые слова: дебаланс, вибровозбудитель, вынуждающая сила, мощность.
Многие отрасли промышленности используют механические центробежные вибровозбудители, которые сообщают вибрацию рабочим органам и элементам конструкций машин с целью интенсификации выполнения технологических процессов либо с целью повышения качества уплотнения, сортировки, разрыхления материалов и т.п. [1-7]. Параметры центробежных вибровозбудителей нормируются ГОСТ 24346-80 «Вибрация. Термины и определения».
При исследовании вибровозбудителей применяются математические методы решения нелинейных динамических эффектов и особенно методы поиска оптимальных параметров, обеспечивающих
устойчивость и безопасность вибрационных режимов [6, 7].
На рис. 1 приведены формы дебалансов и основные геометрические параметры, где Я, г — соответственно радиус внешнего и внутреннего контура дебаланса; гс — радиус (координата) центра масс дебаланса, гс = у. Наибольшее применение получили секторные вибровозбудители (рис. 1в) [3].
Проблема оптимизации формы площади деба-ланса подробно рассмотрена в работах И. И. Бы-ховского [2, 6].
Для вибровозбудителей широкого назначения сформулированы три условия оптимизации формы дебаланса.
