Отправить статью по E-mail Сравнительные ускоренные испытания ТНВД на износплунжерных пар при работе на нефтяном и бионефтяном топливах
- Авторы: Уханов А.П.1, Володько О.С.2, Ротанов Е.Г.3
-
Учреждения:
- Пензенский государственный аграрный университет
- Самарский государственный аграрный университет
- Московский государственный университет технологий и управления имени К. Г. Разумовского (Первый казачий университет)
- Выпуск: Том 9, № 2 (2024)
- Страницы: 28-33
- Раздел: ТЕХНОЛОГИИ, СРЕДСТВА МЕХАНИЗАЦИИ И ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЕ ОБОРУДОВАНИЕ В СЕЛЬСКОМ ХОЗЯЙСТВЕ
- URL: https://bulletin.ssaa.ru/1997-3225/article/view/633475
- DOI: https://doi.org/10.55170/1997-3225-2024-9-2-28-33
- ID: 633475
Цитировать
Полный текст
Аннотация
Цель исследований – выполнить экспериментальную оценку износных показателей плунжерных пар рядного четырехсекционного топливного насоса высокого давления (ТНВД) по результатам безмоторных сравнительных ускоренных испытаний при одновременной работе двух насосных секций на нефтяном дизельном топливе и двух других – на бионефтяном топливе, растительным компонентом которого является рапсовое масло. На сегодняшний день одной из глобальных проблем человечества является декарбонизация энергетики. Важным вектором развития по достижению углеродной нейтральности является снижение вредных выбросов автотранспортными средствами, образующихся при сгорании моторных топлив в двигателях внутреннего сгорания, за счет применения альтернативных топлив из возобновляемых источников сырья с малым «углеродным следом». Перспективным направлением в производстве альтернативных дизельных топлив из возобновляемой биомассы считается бионефтяное топливо (БНТ), компонентами которого являются натуральное растительное масло и товарное нефтяное дизельное топливо (НДТ) в определенном соотношении. В современных условиях перехода работы дизелей автотранспортных средств с традиционных видов моторного топлива на альтернативные топлива возникает необходимость проведения экспериментальных исследований по оценке влияния БНТ на износ плунжерных пар топливных насосов высокого давления (ТНВД), как основного узла дизельной топливной аппаратуры. Полученные результаты ускоренных износных испытаний плунжерных пар четырехсекционного ТНВД на безмоторном стенде при одновременной работе двух его секций на НДТ и двух других – на рапсовом БНТ, свидетельствуют о том, что при работе ТНВД на БНТ износные показатели ниже по сравнению с работой на товарном НДТ.
Полный текст
В последние десятилетия динамика цен на нефтяное дизельное топливо (НДТ) очень неустойчива и направлена в сторону их повышения. Так, по данным Санкт-Петербургской товарно-сырьевой биржи в период с 2014 по 2019 годы стоимость НДТ всех марок существенно выросла в цене: летнего НДТ– с 30643 руб./т до 46203 руб./т, зимнего НДТ – с 33299 руб./т до 50026 руб./т. Данные цифры подкрепляют общемировую тенденцию, направленную на поиск новых и эффективное применение известных альтернативных моторных топлив из возобновляемых источников энергии. Это позволяет достичь определенного государственного суверенитета в сфере энергетической безопасности, снизить зависимость от рынка нефти и продуктов её переработки, существенно улучшить экологическую безопасность окружающей среды путем уменьшения выбросов парниковых газов [1, 2].
Собственное производство альтернативных моторных топлив и природных компонентов для добавки в НДТ позволяет дополнительно получить к вышеуказанным глобальным преимуществам и региональные социально-экономические преимущества: диверсификацию энергетики, ввод новых промышленных объектов, создание новых рабочих мест, увеличение налогооблагаемой базы, введение в оборот новых и заброшенных сельскохозяйственных земельных угодий, уменьшение оттока сельского населения в город [3, 4].
Перспективным направлением в производстве альтернативных дизельных топлив из возобновляемой биомассы считается биотопливо (растительные масла, эфиры растительных масел, биодит, биодизель, биокеросин и др.). В натуральном виде биотопливо из растительных масел (рапсового, рыжикового, редечного, сафлорового, соевого, сурепного, горчичного, крамбового и др.) практически не применяется в автотракторных дизелях по причине существенных отличий физико-химических и эксплуатационных свойств от аналогичных свойств товарного НДТ. Поэтому в абсолютном большинстве случаев растительные масла после переэтерификации (эфиры растительных масел) или в натуральном очищенном виде используют в качестве биологического компонента (желательно обладающего также свойствами биодобавки) дизельного смесевого бионефтяного топлива (БНТ), получая при их смешивании с НДТ соответственно биодизель или биодит. Следует отметить, что БНТ в дизеле эффективно выполняет две функции: моторного топлива и смазочного материала. Такое двухкомпонентное топливо, попадая в зазор прецизионных пар топливной аппаратуры, образует на поверхности сопрягаемых деталей демпферную пленку на основе поверхностно-активных веществ, содержащихся в растительном масле, снижает трение между сопрягаемыми деталями и обеспечивает высокоэффективную смазку сопряжений «плунжер-втулка» топливных насосов высокого давления (ТНВД) и «запорная игла-корпус распылителя» форсунок [5-8].
В современных условиях перехода работы дизелей автотракторной техники с традиционных видов моторного топлива на альтернативные топлива возникает необходимость проведения экспериментальных исследований по оценке влияния БНТ на износ плунжерных пар ТНВД, как наиболее важного сопряжения в дизельной топливной аппаратуре.
Цель исследований – выполнить экспериментальную оценку износных показателей плунжерных пар рядного четырехсекционного ТНВД по результатам безмоторных сравнительных ускоренных испытаний при одновременной работе двух насосных секций на НДТ и двух других – на БНТ, растительным компонентом которого является натуральное рапсовое масло (РМ).
Задачи исследований – создать идентичные условия проведения безмоторных испытаний плунжерных пар четырехсекционного ТНВД при одновременной работе на двух видах моторного топлива и определить износные показатели плунжерных пар ТНВД при работе на рапсовом БНТ в сравнении с товарным НДТ.
Материал и методы исследований. Ускоренные испытания плунжерных пар марки У16с15 (УТНМ 1111410-01) ТНВД модели 4УТНМ проводились на безмоторном стенде КИ-2222А при работе на БНТ с процентным соотношением нефтяного и растительного компонентов 50:50 и 75:25 и летнего НДТ марки ДТ-Л-К5 с добавлением в них абразива с удельной поверхностью 10500 см2/г и размером частиц 3-6 мкм в количестве 0,15 мг на 1 кг топлива. Плунжерные пары подбирались из одной партии по одинаковой гидравлической плотности с использованием прибора КИ-975. Перед началом испытаний ТНВД был отрегулирован на номинальную цикловую подачу топлива 72-73 мм3/цикл при частоте вращения кулачкового вала насоса 1100 мин-1, а также он был модернизирован таким образом, что две его насосные секции работали на НДТ, две другие – на БНТ [9-12]. Испытания ТНВД проводились в течение 50 ч при жёстко закреплённой рейке управления топливоподачей на режиме номинальной цикловой подачи топлива.
При проведении испытаний оценивались следующие износные показатели плунжерных пар ТНВД: средний массовый износ (г) плунжерной пары в сборе, плунжера и втулки; зазор (мкм) в сопряжении плунжер-втулка; время (с) падения давления топлива при измерении гидроплотности плунжерных пар до и после испытаний.
Массовый износ определяли весовым способом используя весы WA-31 с точностью взвешивания 0,0001 г по среднему значению двух деталей (пар), и косвенно, по гидроплотности плунжерных пар, определяемой по времени падения давления топлива (по времени падения рукоятки на приборе КИ-975). Зазор в сопряжении плунжер-втулка измеряли микрометром МК-25 и нутромером 6-10 с точностью 0,0001 мм.
Результаты исследований. Результаты выполненных испытаний четырехсекционного ТНВД на износ плунжерных пар, при одновременной работе двух насосных секций на НДТ и двух других – на БН, показаны на рисунке 1 и приведены в таблице 1.
Рис.1. Детали плунжерных пар после испытаний: 1 – разрез втулки с отсечным отверстием; 2 – разрез втулки с впускным отверстием; 3 – плунжер
Таблица 1
Износные показатели плунжерных пар ТНВД при работе на нефтяном и бионефтяном топливах
Показатель | Численное значение показателя | ||
нефтяное ДТ | 75% ДТ:25%РМ | 50%ДТ:50%РМ | |
Средний массовый износ (г): плунжерной пары в сборе плунжера втулки |
0,0381 0,0204 0,0177 |
0,0167 0,0089 0,0078 |
0,0135 0,0071 0,0064 |
Зазор в сопряжении плунжер-втулка (мкм): до испытаний после испытаний |
1 4 |
1 3 |
1 2 |
Время падения давления топлива при измерении гидроплотности плунжерных пар (с): до испытаний после испытаний |
26,6 5 |
26,3 13,5 |
27 19 |
Визуальный осмотр под микроскопом поверхностей плунжеров и осевых разрезов втулок (рис. 1) показал, что плунжеры в наибольшей степени изношены в зоне напротив впускного отверстия. Поверхность этого участка износа представляет форму эллипса с длиной по большой оси 9,5 мм и шириной по малой оси 4,5 мм, причем поверхность имеет матовый оттенок, а от верхнего торца плунжера идут продольные бороздки. Втулки плунжерных пар подвержены наибольшему износу в зоне впускного отверстия с шириной изношенной поверхности 4,5 мм и имеют продольные бороздки на участке от верхнего торца втулки с постепенным увеличением глубины бороздок в сторону верхнего торца. У плунжерных пар, работавших на НДТ, изношенные участки поверхностей имеют более выраженный характер, чем у плунжерных пар, работавших на БНТ.
Из анализа данных таблицы 1 следует, что наибольший износ плунжерных пар в сборе по потере массы зафиксирован у пар, работавших на НДТ, что косвенно подтверждается временем падения давления топлива при измерении гидроплотности плунжерных пар до и после испытаний.
Заключение. При работе ТНВД на всех исследованных составах рапсового БНТ показатели износа плунжерных пар ниже аналогичных показателей по сравнению с работой на товарном НДТ. Лучшим составом, обеспечивающим наименьший износ плунжерных пар ТНВД, является БНТ с содержанием в нём 50% рапсового масла.
Об авторах
Александр Петрович Уханов
Пензенский государственный аграрный университет
Автор, ответственный за переписку.
Email: dispgau@mail.ru
ORCID iD: 0009-0006-2210-5294
доктор технических наук, профессор
Россия, ПензаОлег Станиславович Володько
Самарский государственный аграрный университет
Email: volodko-75@mail.ru
ORCID iD: 0000-0001-8478-1358
кандидат технических наук, доцент
Россия, СамараЕвгений Геннадьевич Ротанов
Московский государственный университет технологий и управления имени К. Г. Разумовского (Первый казачий университет)
Email: evgenij@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0003-4954-6111
кандидат технических наук, доцент
Россия, МоскваСписок литературы
- Сафина Д. Н., Хуснутдинов И. Ш., Сафиулина А. Г., Заббаров Р. Р., Шангаряева А. З. Перспективы производства моторных топлив из биомассы // Вестник технологического университета. 2021. Т.24, № 9. С.19-41.
- Гайворонский А. И., Гордин М. В., Марков В. А. Проблемы и перспективы использования безуглеродных и низкоуглеродных моторных топлив в условиях различных сценариев перехода к углеродно-нейтральной энергетике // Двигателестроение. 2022. № 2(288). С.4-28.
- Зленко М. А., Теренченко А. С. ДВС – конец эпохи? // Транспорт на альтернативном топливе. 2022. № 6(90). С.38-47.
- Азаров В. К., Зозулин Е. М., Кутенёв В. Ф. Экологический ущерб от двигателей автомобилей в зависимости от вида потребляемого топлива // Транспорт на альтернативном топливе. 2022. № 6(90). С.48-55.
- Чернышева А. В., Черепанова А. Д., Колобков Б. И. Физико-химические и эксплуатационные свойства биодизельных и смесевых топлив // Наука в центральной России. 2022. № 5(59). С.120-133.
- Быченин А. П., Володько О. С., Ерзамаев М. П., Сазонов Д. С. Влияние олеиновой кислоты на трибологические свойства топлив для автотракторных дизелей // Известия Самарской государственной академии. 2017. № 4. С. 44-50.
- Марков В. А., Лобода С.С., Инь М. Использование смесей нефтяного дизельного топлива и рыжикового масла в качестве моторного топлива // Транспорт на альтернативном топливе. 2017. №5 (59). С. 29-40.
- Нагорнов С. А., Романцова С. Е., Марков В. А. Улучшение эксплуатационных свойств дизельных топлив для сельскохозяйственных машин // Аграрный научный журнал. 2020. № 12. С. 90-92.
- Уханов Д. А., Уханов А. П., Ротанов Е. Г., Аверьянов А. С. Снижение износа плунжерных пар ТНВД применением смесевого рапсово-минерального топлива : монография. Пенза : РИО ПГАУ, 2017. – 212 с.
- Уханов Д. А., Уханов А. П., Ротанов Е. Г., Аверьянов А. С. Влияние дизельного смесевого топлива на износ плунжерных пар ТНВД // Известия Самарской государственной сельско-хозяйственной академии. 2011. № 3. С.105-108.
- Уханов А. П., Уханов А. П., Ротанов Е. Г. Снижение износа плунжерных пар ТНВД в результате применения рационального состава дизельного смесевого топлива // Технология колесных и гусеничных машин. 2015. № 2 (18). С.46-51.
- Пат. № 2453724 Российская Федерация. Топливный насос высокого давления для сравнительных испытаний плунжерных пар на двух видах моторного топлива / Уханов Д. А., Уханов А. П., Ротанов Е. Г., Аверьянов А. С. ; заявл. 08.12.2010; опубл. 20.06.2012.
Дополнительные файлы
