Volume № 36 (2020)

УДК

in process

DOI

in process

Используйте это описание для цитирования: 

Cite this article as:

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/

ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ЗЫКОВ С.А.

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

S. A. ZYKOV

TECHNICAL SOLUTIONS TO REDUCE WATER ACCUMULATION IN FUEL TANKS OF DIESEL ENGINEERING

Zykov Sergey Anatolyevich - Candidate of Technical Sciences, Associate Professor of the Department of Tractors and Cars, Institute of Mechanics and Power Engineering named after V.P. Goryachkin, Russian State Agrarian University-Moscow Agricultural Academy named after K.A. Timiryazeva, Moscow, Russia.
Email: sabi@timacad.ru

Annotation

The problematics and information on the sources of diesel fuel water cut during the operation of equipment are presented. The schematic diagrams of operations with fuel tanks are visualized in the focus of impact on the water cut processes. Based on the research results, technical solutions were proposed to reduce the accumulation of water in the tanks of diesel vehicles.

Keywords

Diesel fuel, fuel tanks, temperature and humidity of atmospheric air, heating, technical solutions, water cut

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.


press to zoom
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.

press to zoom

press to zoom
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.

press to zoom
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.

press to zoom

press to zoom
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.

References:

1. Zykov S.A., Markov V.A., Trifonov V.L. Zagryaznennost' i obvodnennost' dizel'nogo topliva. M.: AvtoGazoZapravochnyy kompleks + Al'ternativnoye toplivo. 2017. T.16. № 4. S. 154-165.
2. Zykov S.A., Markov V.A., Krylov V.I. Issledovaniya zagryaznennosti i obvodnenosti dizel'nogo topliva. Chast' 2. M.: AvtoGazoZapravochnyy kompleks + Al'ternativnoye toplivo. 2017. T.16. № 5. S. 203-220.
3. Zykov S.A. Kompleksnaya ochistka topliva v sisteme pitaniya avtotraktornykh dizeley. Dissertatsiya na soiskaniye uchenoy stepeni kandidata tekhnicheskikh nauk. M., 2003. S. 157.
4. Zykov S.A., Rybakov K.V. Ustroystvo dlya obrabotki topliva. M.: Byull. izobreteniy № 7. Patent 5146901 po kl. F02M33/02. 1997. S. 6.
5. Rybakov K.V., Zhuldybin Ye.N., Kovalenko V.P. Obezvozhivaniye aviatsionnykh goryuchesmazochnykh materialov / L.: Transport, 1979. S. 182.

Все иллюстрации статьи | All visuals of paper

press to zoom
Схема топливной системы дизельного двигателя с устройством для обработки двигателя
Схема топливной системы дизельного двигателя с устройством для обработки двигателя

press to zoom

press to zoom
1/6