Выпуск № 2 (36), 2020
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ЗЫКОВ С.А.
ТЕХНИЧЕСКИЕ РЕШЕНИЯ ДЛЯ СНИЖЕНИЯ НАКОПЛЕНИЯ ВОДЫ В ТОПЛИВНЫХ БАКАХ ДИЗЕЛЬНОЙ ТЕХНИКИ

ТЕХНИЧЕСКИЕ РЕШЕНИЯ ДЛЯ СНИЖЕНИЯ НАКОПЛЕНИЯ ВОДЫ В ТОПЛИВНЫХ БАКАХ ДИЗЕЛЬНОЙ ТЕХНИКИ

Зыков Сергей Анатольевич - кандидат технических наук, доцент кафедры «Тракторы и автомобили», Институт механики и энергетики имени В.П. Горячкина, РГАУ-МСХА имени К.А. Тимирязева, Москва, Россия.
Email: sabi@timacad.ru
SPIN-код: 1375-7968

Аннотация

Представлена проблематика и сведения по источникам обводненности дизельного топлива при работе техники. Визуализированы принципиальные схемы проведения операций с топливными баками в фокусе воздействия на процессы обводненности. По результатам исследований предложены технические решения для уменьшения накопления воды в баках дизельной техники

Ключевые слова

Дизельное топливо, топливные баки, температура и влажность атмосферного воздуха, нагрев, технические решения, обводненность

Для цитирования контента статьи, пожалуйста, используйте следующее описание

Зыков С.А. Технические решения для снижения накопления воды в топливных баках дизельной техники // Управление рисками в АПК. 2020. № 2. С. 10-16. URL: http://www.agrorisk.ru/

Текст статьи

Заявленная в Министерство сельского хозяйства Российской Федерации всеми сельскохозяйственными организациями потребность в дизельном топливе на 2020 год оценивается на уровне около 4200,0 тыс. тонн. Одной из проблем в топливообеспечении АПК является использование некондиционного дизельного топлива с несоответствующими ГОСТ или ТУ эксплуатационными показателями качества: фракционному составу, температуре вспышки топлива в закрытом тигле, массовой доле серы, загрязненности механическими примесями и обводненности [1; 2].

Известно что, гигроскопичность дизельных топлив согласно требованиям составляет порядка 0,0006 л/м3 при Т = +20°С и зависит от количественной смеси входящих в них различных углеводородов и их химического состава; давления, температуры и влажности атмосферного воздуха; давления, температуры и влажности воздуха в надтопливном пространстве, а также температуры топлива в баке.
По данным [3] обводненность дизельного топлива в топливном баке при эксплуатации сельскохозяйственной техники может достигать 0,022% масс летом и 0,036% масс зимой. Пути возможного обводнения дизельного топлива в баках техники показаны в таблице 1.


1/1

Присутствие свободной воды в дизельном топливе даже в небольших количествах ведет к неравномерному его распылению форсунками, изменяет поверхностное натяжение капель топлива, что вызывает значительное увеличение их размеров, уменьшает давление паров топлива и снижает температуру горения. Наличие воды в дизельном топливе резко снижает его смазывающие свойства, что ведет к износу и заклиниванию прецизионных пар топливной аппаратуры.

Содержащиеся в топливе активные в коррозионном отношении вещества (кислоты, щелочи, сернистые соединения, перекиси и т.п.), реагируя с водой вызывают электрохимическую коррозию деталей топливной аппаратуры. При отрицательных температурах окружающей среды использование обводненного дизельного топлива может привести к образованию кристаллов льда в топливопроводе и прекращению его подачи, а также к разрушению фильтрующих штор фильтров тонкой очистки дизельного топлива. Присутствие воды в дизельном топливе также способствует его микробиологическому загрязнению и образованию шламов [3].

Штатные фильтры грубой и тонкой очистки системы питания дизелей по своим рабочим характеристикам не в полной мере могут обеспечивать снижение обводнение дизельного топлива до уровня, обусловленном требованиями соответствующего ГОСТ/ТУ. Для уменьшения накопления воды в топливных баках дизелей, обусловленных проходящими термодинамическими и массообменными процессами, а также эксплуатационными факторами, возможно использование различных технических решений [1].

Первым техническим решением (рис. 1) является слив нагретого дизельного топлива по сливной магистрали 9 от топливного насоса высокого давления 7 и по по сливной магистрали 10 от форсунок 8 под слой холодного топлива в расходном баке 1.

Преимущество данного технического решения заключается в том, что это относительно простое и дешевое в исполнении техническое решение позволяет снизить накопление воды в топливном баке за счет термодинамических и массообменных процессов. Недостатком данного технического решения является постоянно снижающийся при работе дизельного двигателя уровень топлива в баке, а вследствие этого постоянно изменяющиеся во времени термодинамические и массообменные процессы.

Таким образом, данное техническое решение по снижению накопления воды в топливном баке наиболее эффективно в диапазоне от 100% до 50% уровня заполнения топливного бака, менее эффективно в диапазоне от 50% до 25% уровня заполнения, а ниже 25% уровня оно практически повторяет процессы накопления воды в штатном топливном баке.

Вторым техническим решением (рис. 2) является установка на баке 1 дополнительного смесителя 11, в котором смешиваются холодное топливо из бака и сливаемое по сливной магистрали 9 от топливного насоса высокого давления 7 и по сливной магистрали 10 от форсунок 8 нагретое дизельное топливо, далее смесь холодного и нагретого топлив поступает в магистраль низкого давления 6.

1/2

Преимуществом данного технического решения является то, что оно также относительно простое и дешевое в исполнении, позволяет практически полностью исключить нагрев имеющегося дизельного топлива в расходном баке (следовательно, исключить термодинамические и массообменные процессы), что снижает процессы накопления воды в топливном баке.

Недостатком данного технического решения является образование неизвлекаемого 5 % запаса топлива из-за уровня установки дополнительного смесителя на расходном баке.

1/1

Третьим техническим решением (рис. 3) для сельскохозяйственной техники с дизельными двигателями воздушного охлаждения больше подходит система топливоподачи, выполненная по схеме со сливом нагретого топлива по сливной магистрали 9 от форсунок 8 и сливной магистрали 10 от топливного насоса высокого давления 7 в герметичный бачок 11. От герметичного бачка 11 топливо частично идет на отопитель кабины, частично в дополнительный смеситель 12, установленный на баке 1.

Преимуществом данного технического решения является то, что накопление воды в топливном баке возможно только за счет суточных колебаний температуры атмосферного воздуха. Недостатком данного технического решения является более дорогое изготовление дополнительного смесителя, сложности его установки и работа отопителя кабины только в осеннее - зимний период.

1/1

Четвертым техническим решением (рис. 4) является установка внутри расходного бака устройства для обработки топлива, предназначенного для изоляции топлив с различной температурой в системе его циркуляции. Устройство для обработки топлива устанавливается внутри топливного бака 1 и состоит из сливного патрубка 4, соосно расположенных внешней канистры 5, внутренней канистры 7 и патрубка 9 для подачи топлива к ТНВД.



1/1

Устройство работает следующим образом: при работе дизеля нагретое топливо от ТНВД и форсунок (рис. 4), имеющее высокую температуру, поступает по сливному патрубку 4 в полость, образованную стенками внешней канистрой 5 и внутренней канистрой 7. В полости между канистрами топливо разделяется на два потока, один из которых через отверстия 7 попадает в полость 8. Другой поток, стекая вниз между стенками внешней 5 и внутренней 7 канистр, перемешивается с холодным топливом, поступающим из бака через соосные отверстия 7, также попадает в полость 8 внутренней топливной канистры. Во внутренней топливной канистре 8 эти два потока дополнительно перемешиваются и затем подаются через патрубок 9 в магистраль низкого давления.

Преимуществом данного технического решения является то, что оно исключает теплообмен между сливаемым в бак нагретым топливом и холодным топливом, находящимся в баке. В результате температура топлива в баке практически не изменяется, но при этом повышается температура топлива, подаваемого к ТНВД.

Теоретически и практически доказано, что с помощью данного устройства можно снизить обводнение топлива в баке в 2,8 раза и увеличить температуру топлива, подаваемого в цилиндры двигателя на +25...+26° [4], вследствие чего улучшаются условия смесеобразования в цилиндрах дизельного двигателя. Недостатком данного технического решения является временные и финансовые затраты, связанные с изготовлением и монтажем устройства для обработки топлива в топливный бак.

Эксплуатационные испытания техники, проведенные в условиях III и IV природно - климатических зон Российской Федерации с установленными дополнительными смесителями снаружи топливных баков и устройствами для обработки топлива внутри топливных баков показали, что содержание воды в дизельном топливе, находящемся в баках, такое же, как и на АЗС, то есть примерно в 3…4 раз меньше, чем в баках со штатной циркуляцией топлива [1].

Применение вышеперечисленных технических решений по предотвращению обводнения дизельного топлива в баках с учетом конкретных условий эксплуатации сельскохозяйственной техники даст значительный экономический эффект за счет повышения долговечности узлов топливоподающих систем и снижения простоев техники.

1/2

Источники:

1. Зыков С.А., Марков В.А., Трифонов В.Л. Загрязненность и обводненность дизельного топлива. М.: АвтоГазоЗаправочный комплекс + Альтернативное топливо. 2017. Т.16. № 4. С. 154-165.
2. Зыков С.А., Марков В.А., Крылов В.И. Исследования загрязненности и обводнености дизельного топлива. Часть 2. М.: АвтоГазоЗаправочный комплекс + Альтернативное топливо. 2017. Т.16. № 5. С. 203-220.
3. Зыков С.А. Комплексная очистка топлива в системе питания автотракторных дизелей. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. М., 2003. С. 157.
4. Зыков С.А., Рыбаков К.В. Устройство для обработки топлива. М.: Бюлл. изобретений № 7. Патент 5146901 по кл. F02M33/02. 1997. С. 6.
5. Рыбаков К.В., Жулдыбин Е.Н., Коваленко В.П. Обезвоживание авиационных горючесмазочных материалов. Л.: Транспорт, 1979. С. 182.

Все иллюстрации статьи:

Схема топливной системы дизельного двигателя с устройством для обработки двигателя
Схема топливной системы дизельного двигателя с устройством для обработки двигателя

Схема топливной системы дизельного двигателя с устройством для обработки двигателя
Схема топливной системы дизельного двигателя с устройством для обработки двигателя

1/6