аспирант
Екатеринбург, Россия
Екатеринбург, Россия
Екатеринбург, Россия
ГРНТИ 68.85 Механизация и электрификация сельского хозяйства
ОКСО 35.02.07 Механизация сельского хозяйства
Цель исследований – теоретическое обоснование применения дизельного смесевого топлива на основе рицинового масла. Предпочтительным видом биотоплива, применяемого в сельском и лесном хозяйстве, является многокомпонентное дизельное смесевое топливо, производимое смешиванием нефтяного дизельного топлива (ДТ) и растительного масла. В качестве сырья для получения дизель-ных смесевых топлив привлекательны масленичные культуры, не используемые в пищевой промышлен-ности, такие как сафлор, рыжик, рапс, сурепица, крамбе абиссинская и клещевина. В качестве дизельно-го смесевого топлива исследована смесь рицинового масла (РицМ), и летнего дизельного топлива (ГОСТ 305-2013) трех составов. На основании теплового расчета определены показатели рабочего цикла двигателя и представлены зависимости показателей рабочего цикла двигателя от состава смеси. Проведено сравнение полученных показателей с показателями традиционного дизельного топ-лива. Теплота сгорания смесей снижается с увеличением доли биологического компонента (РицМ), тепловая характеристика горючей смеси практически не изменяется, что объясняется увеличением доли кислорода в элементарном составе рицинового масла. С увеличением концентрации рицинового масла в смесевом топливе отмечено снижение мощности двигателя Д-240 на 1,8-1,9 % по сравнению с дизельным топливом, расход смеси возрастает на 6-8 % или на 2,3 г/кВтч в среднем на каждые 5 % уве-личения концентрации рицинового масла в смеси. 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.
масло, дизель, смесь, расчет, биотопливо
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. Уханов, А. П. Исследование свойств биологических компонентов дизельного смесевого топлива / А. П. Уханов, Д. А. Уханов, И. Ф. Адгамов // Нива Поволжья. - 2014. - №1 (30). - С. 91-147.
2. Уханов А. П. Биотопливо для автотракторных дизелей из сафлорового масла / А. П. Уханов, Д. А. Уханов, И. Ф. Адгамов // Нива Поволжья. - 2016. - №4 (41). - С. 120-126.
3. Марков, В. А. Оптимизация состава смесей нефтяного дизельного топлива с растительными маслами / В. А. Марков, С. Н. Девянин, С. И. Каськов // Известия вузов. Машиностроение. - 2016. - №7 (676). - С. 28-44.
4. Уханов, А. П. Дизельное смесевое топливо: проблемы и инновационные разработки / А. П. Уханов, Д. А. Уханов, И. Ф. Адгамов // Известия Самарской государственной сельскохозяйственной академии. - 2016. - Т. 1, № 2. - С. 46-51.
5. Панков, Ю. В. Количественные соотношения и свойства смесевых систем углеводородного состава для дизельного двигателя / Ю. В. Панков, Л. А. Новопашин, Л. В. Денежко, А. А. Садов // Аграрный вестник Урала. - 2016. - № 12 (154). - С. 72-76.
6. Уханов, Д. А. Результаты моторных исследований дизеля д-243-648 при работе на сафлоро-минеральном топливе / Д. А. Уханов, И. Ф. Адгамов // Образование, наука, практика: инновационный аспект : сборник материалов Международной научно-практической конференции. - 2015. - С. 76-80.
7. Денежко, Л. В. Исследование рапсовых смесей различного состава в тракторном дизеле / Л. В. Денежко, Л. А. Новопашин, К. А. Асанбеков // Аграрный вестник Урала. - 2015. - № 1 (131). - С. 53-54.
8. Володько, О. С. Адаптация атотракторного дизеля к работе на соево-минеральном топливе / О. С. Володько, А. П. Быченин, М. П. Ерзамаев, Ю. В. Уханова // Известия Самарской ГСХА. - 2018. - №4. - С. 36-43
