graduate student
Ekaterinburg, Russian Federation
Ekaterinburg, Russian Federation
Ekaterinburg, Russian Federation
GRNTI 68.85 Механизация и электрификация сельского хозяйства
OKSO 35.02.07 Механизация сельского хозяйства
The purpose of the research is the theoretical justification for the use of diesel fuel mixture based on castor oil. The preferred type of biofuel used in agriculture and forestry is multi-component diesel fuel produced by mixing petrole-um diesel fuel (DF) and fuel oil. As raw materials to produce diesel fuel blends-entertainment oil crops that are not used in the food industry, such as safflower, camelina, canola, rape, crambe Abyssinian and castor. As diesel fuel blends investigated mixture ricinic oil (RicM) and summer diesel fuel (GOST 305-2013) three compositions. On the basis of the thermal calculation, the parameters of the engine operating cycle are determined and the dependences of the engine operating cycle indicators on the composition of the mixture are presented. The comparison of the ob-tained parameters with the indicators of traditional diesel fuel was made. Calorific value of mixing substance de-creases with increase in the proportion of the biological component (RicM), thermal characteristics of the gas mix-ture is practically unchanged, due to gain-eat proportion of oxygen in the elemental composition ricinic oil. With an increase in the concentration of ricinic oil in the mixed fuel, a decrease in the power of the D-240 engine by 1.8-1.9% compared to diesel fuel was noted, the consumption of the mixture increased by 6-8 % or by 2.3 g/kWh on average for every 5 % increase in the concentration of ricinic mass in the mixture. According to the calculations and comparisons with studies on other crops, DMF produced from ricinic oil has similar characteristics with mixtures based on rapeseed, mustard, soybean oils. These studies are aimed at diversifying fuel resources and increasing the energy independence of agricultural enterprises.
oil, diesel, mixture, calculation, biofuel
Предпочтительным видом биотоплива, применяемого в сельском и лесном хозяйстве, является многокомпонентное дизельное смесевое топливо, производимое смешиванием нефтяного дизельного топлива (ДТ) и растительного масла [1].
Наиболее исследованным источником растительного сырья является рапс. Однако заслуживает внимания применение масел и других масленичных культур [2, 8]. На данный момент в Российской Федерации растет потребность в рициновом масле в военной, химической, машиностроительной, радиоэлектронной, полиграфической, лакокрасочной, медицинской, косметической и других отраслях промышленности. Основная доля рицинового масла, представленного на рынке, производится в Индии. В связи с проводимой политикой импортозамещения можно считать, что техническое рициновое масло – перспективный конкурент другим растительным маслам, исследованным в качестве компонентов дизельного смесевого топлива (ДСТ) [3].
В результате переработки плодов клещевины путем холодного отжима в остаточном шроте остается порядка 10% масла, которое возможно выделить путем переработки шрота по технологии экстракции или переработки плодов путем горячего отжима с получением технического рицинового масла с возможностью применения его как сырья для получения лакокрасочных материалов и дизельного смесевого топлива [4].
Цель исследования – теоретическое обоснование применения дизельного смесевого топлива на основе рицинового масла.
Задача исследований – изучить влияние составляющих компонентов топлива на экономические, мощностные показатели рабочего цикла распространённого тракторного дизельного двигателя при работе на смесях с добавлениям рицинового масла.
Материалы и методы исследования. Теоретический расчет рабочего цикла дизельного двигателя был проведен по известным методикам, представленным в трудах Р. М. Прокопенко,
А. И. Хорош, Р. М. Баширова [5]. Тепловой расчет двигателя Д-240 проведен с использованием
3 смесей дизельного топлива с рициновым маслом (ДТ + РицМ) с различной концентрацией компонентов: 15%РицМ + 85%ДТ; 20%РицМ + 80%ДТ; 25%РицМ + 75%ДТ [5].
Результаты исследований. Расчёт элементарного состава смеси показал, что добавка к дизельному топливу рицинового масла повышает количество кислорода в элементарном составе смеси (табл. 1). Предварительно проведенное исследование вязкости смеси выявило, что при небольшой добавке биокомпонента (до 25%) вязкость конечного продукта остается в пределах допустимого [6, 7].
Таблица 1
Элементарный состав смесей
|
№ |
Показатели |
ДТ |
15%РицМ + 85%ДТ |
20%РицМ + 80%ДТ |
25% РицМ + 75%ДТ |
|
Углерод С |
0,870 |
0,8495151 |
0,8426868 |
0,8358585 |
|
Водород H |
0,126 |
0,1239453 |
0,1232604 |
0,1225755 |
|
Кислород O |
0,004 |
0,0265396 |
0,0340528 |
0,041566 |
Полученные данные позволяют выделить первостепенную особенность ДСТ на основе рицинового масла – способность увеличивать содержание кислорода, что благоприятно влияет на полноту сгорания смеси.
Анализ расчетов исследуемых смесей показал заметное снижение теплоты сгорания
(в среднем 0,93%) при изменении доли масла на 5% (табл. 2).
Требуемое количество воздуха для сгорания смеси согласно расчетам снижается на 2,86%. Это обусловлено большим содержанием кислорода (согласно элементному составу рицинового масла) по сравнению с дизельным топливом.
При этом было выявлено, что теплота сгорания горючей смеси сравнительно мало изменяется, что связано с уменьшением количества молей продуктов сгорания [5, 8].
Таблица 2
Показатели рабочего цикла дизельного двигателя при использовании смесей
различной концентрации
|
№ |
Показатели |
ДТ |
15%РицМ+ |
20%РицМ+ |
25% РицМ+ |
|
Теплота сгорания топлива, МДж/кг |
42,5 |
41,37065 |
40,986 |
40,6013 |
|
Теоретическое количество воздуха, кг/кг топлива |
14,35 |
13,94 |
13,80 |
13,67 |
|
Теплота сгорания горючей смеси, МДж/кг |
1,8874 |
1,8882 |
1,88876 |
1,8880 |
|
Коэффициент молекулярного изменения |
1,041 |
1,04283771 |
1,04334192 |
1,043856 |
|
5 |
Температура сгорания, 0К |
2158,0 |
2168,5 |
2168,0 |
2167,5 |
|
Среднее эффективное давление, МПа |
0,7233 |
0,709635 |
0,71 |
0,71035 |
|
Эффективный КПД |
0,363 |
0,351645 |
0,3517 |
0,35174 |
|
8 |
Эффективный удельный расход топлива, г/кВт |
233,3 |
247,46 |
249,74 |
252,08 |
|
Эффективная мощность, кВт |
63,0 |
61,80 |
61,83 |
61,86 |
|
Изменение мощности, % |
- |
-1,91 |
-1,86 |
-1,81 |
|
Изменение удельного расхода топлива, % |
- |
+6,07 |
+7,048 |
+ 8,05 |
Удельный расход смесевого топлива значительно увеличивается (на 6,07%) в сравнении с дизельным топливом. Выявлена закономерность: при увеличении концентрации масла на каждые 5% расход возрастает на 2,3 г/кВт×ч.
Имеет место незначительное уменьшение мощности по сравнению с работой двигателя на дизельном топливе: в среднем на 1,86-1,91% в зависимости от концентраций используемых компонентов.
Заключение. Проведенные теоретические исследования применения рицинового масла в качестве биокомпонента дизельного смесевого топлива показали следующее: снижение требуемого количество воздуха для сгорания смеси по мере увеличении концентрации масла в смеси; незначительное снижение мощности двигателя Д-240 на 1,86-1,91% по сравнению дизельным топливом; увеличение расхода смеси на 6,07% или в среднем на 2,3 г/кВт×ч при увеличении доли масла в смеси на 5%. Согласно проведенным расчетам и сопоставлениям с имеющими исследованиями по другим культурам ДСТ, производимое из рицинового масла, имеет схожие показатели со смесями на основе рапсовых, горчичных, соевых масел. Данные исследования направлены на диверсификацию топливных ресурсов и повышение энергонезависимости сельскохозяйственных предприятий.
1. Ukhanov, A. P. Research of properties of biological components of diesel mixed fuel /A. P. Ukhanov, D. A. Ukhanov, I. F. Adamov // Niva Povolzhya. - 2014. - №1 (30). - P. 91-147.
2. Ukhanov A. P. Biofuels for automotive diesel engines from safflower oil / A. P. Ukhanov, D. A. Ear-new, I. F. Adamov // Niva Povolzhya. - 2016. - №4 (41). - P. 120-126.
3. Markov, V. A. Optimization of composition of mixtures of oil diesel fuel with vegetable oils /V. A. Markov, S. N. Devyanin, S. I. Kaskov // Izvestiya vuzov. Engineering. - 2016. - №7 (676). - S. 28 to 44.
4. Ukhanov, A. P. Diesel mixed fuel: problems and innovative developments / A. P. Ukhanov,D. A. Ukhanov, I. F. Adamov // proceedings of the Samara state agricultural Academy. -2016. - Vol. 1, № 2. - P. 46-51.
5. Pankov, Yu. V. Quantitative relations and properties of mixed systems of hydrocarbon composition for diesel engine / Yu. V. Pankov, L. A. Novopashin, L. V. Denezhko, A. A. Sadov // Agrarian BulletinUrals's. - 2016. - № 12 (154). - P. 72-76.
6. Ukhanov, D. A. Results of engine research diesel engine d-243-648 when working on saflora-mineral fuels / D. A. Ukhanov, I. F. Adamov // Education, science, practice: innovative aspects : proceedings of the International scientific-practical conference. - 2015. - Pp. 76-80.
7. Denico, L. V. a Study of rapeseed mixtures of different composition in diesel tractor / LV Contrac-Ko, L. A. Novopashin, A. K. Asanbekov // Agrarian Bulletin of the Urals. - 2015. - № 1 (131). - P. 53-54.
8. Volodko, O. S. Adaptation attracting diesel to work on soybean-mineral fuel / O. S. In-lodico, A. P. Bicanin, M. P. Artemiev, Yu. V. Congress // proceedings of the Samara state agricultural Academy. - 2018. - №4. - P. 36-43.
