ВВЕДЕНИЕ
Начиная с 90-х гг. XX века количество загрязняющих веществ, попадающих в окружающую среду от дизельных автотракторных двигателей, неумолимо растет. Загрязняются почвенные покровы, атмосфера, гидросфера, происходит аккумуляция загрязняющих элементов в биосфере. Научные разработки во многом способствуют снижению степени загрязнения среды. Использование рапсового масла в качестве альтернативного топлива помогает устранить ряд недостатков, связанных с составом топливно-воздушной смеси [1–4]. Первостепенной задачей является разработка средств и методов снижения загрязнения окружающей среды, а именно направленных исследований в области альтернативного топлива с минимальными вредными выбросами в окружающую среду, увеличение доступности данной технологии путем снижения стоимости адаптации топливной аппаратуры дизельного двигателя.
Одним из способов снижения себестоимости сельскохозяйственной продукции является снижение затрат на топливо путем замещения нефтяного топлива альтернативным [4–7]. Однако в связи с физическими свойствами рапсового масла его применение не позволяло адаптировать двигатель к работе по двухтопливному режиму с минимальными капиталовложениями. Коллектив авторов разработал и реализовал установку для перегонки рапсового масла способом гидротермальной деструкции и активации, которая обеспечивает дальнейшее использование рапсового масла в качестве моторного топлива, с исключением негативных факторов, таких как попадание рапса в систему смазки ДВС, обусловленных физико-химическими особенностями данного топлива.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ
Использование рапсового масла в качестве моторного топлива сдерживается его пониженной температурой самовоспламенения относительно дизельного топлива, что влияет на задержку воспламенения и время сгорания топливовоздушной смеси. При этом на режимах малой мощности и на холостом ходу часть рапсового масла попадает в картерное масло, что, в свою очередь, снижает межсервисный интервал, так как тяжелые углеводороды, содержащиеся в нем, не испаряются при работе двигателя, что также может приводить к снижению ресурса двигателя и его технических характеристик. Одним из решений вышеуказанных негативных воздействий на работу двигателя может быть использование рапсового масла со сниженной вязкостью [8–10].
Для достижения максимального эффекта снижения вязкости рапсового масла был применен активатор, благодаря которому после нагрева топлива в реакторе под высоким давлением рапс проходит через лезвия активатора, тем самым физически разрывая молекулярные связи.
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
С целью исключения отрицательного воздействия рапсового масла при работе дизеля на неблагоприятных режимах разработана установка, обеспечивающая снижение вязкости рапсового масла путем гидротермальной деструкции.
Установка гидротермальной деструкции представляет собой стенд, состоящий из электродвигателя трехфазного переменного тока мощностью 3 кВт с постоянными оборотами 2850 об/мин, масляного шестеренчатого насоса НШ10, двух гидравлических распределителей Р80-3/1-22, герметичного реактора объемом 6 л, состоящего из металлического корпуса с толщиной стенки 10 мм, нагревательного масляного тэна, термопары, манометра высокого давления, бака для растительного масла, активатора жидкости и гидравлических шлангов. Принципиальная схема показана на рисунке 1.
Рис. 1. Принципиальная схема установки гидротермальной деструкции
Принцип работы данной установки, следующий: электрический двигатель за счет клиноременной передачи приводит в движение масляный насос высокого давления. Далее насос качает растительное масло в гидравлический распределитель Р80-3/1-22, который позволяет регулировать подачу масла в реактор и стравливать излишки масла обратно в бак для растительного масла. При подаче масла в реактор манометр будет показывать создаваемое давление воздуха, после достижения необходимого давления подача масла в реактор прекращается и включается нагревательный масляный тэн. После достижения необходимой температуры происходит стравливание жидкости через активатор жидкости за счет второго гидравлического распределителя Р80-3/1-22.
Активатор жидкости работает следующим образом: поток растительного масла подается на острые кромки рассекателей, расположенные на пути движения потока. Такой процесс сопровождается появлением смеси газообразной жидкой, обладающей повышенной способностью к смешиванию и протеканию химических реакций. Механическая деструкция топлива, представляющего собой объемную смесь длинных углеводородных цепочек, сводится к их разрыву. При этом образуются свободные радикалы, которые способны более активно вступать в реакцию с другими элементами и, в частности, с кислородом. Этим достигается улучшение условий сгорания активированного масла (рис. 2).
Рис. 2. Активатор с каналом прямоугольного сечения и двумя рассекателями
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ
В ходе проведения испытаний на стендовом оборудовании получены результаты, подтверждающие актуальность предлагаемой технологии.
Экспериментальные исследования по определению вязкости проводились на вискозиметрической бане Tamson TV-200.
При проведении исследований гидротермальной деструкции рапсового масла было получено топливо, применение которого возможно в дизельных двигателях без значительных капиталовложений и адаптаций двигателя. Данное топливо обладает физико-химическими свойствами, схожими с дизельным топливом, а именно вязкость рапсового масла снизилась в 2 раза, при нормальных условиях данная величина составляет от 6 до 1,8 сст.
ОБСУЖДЕНИЕ И ЗАКЛЮЧЕНИЯ
В результате проведенных исследований коллективом авторов были получены результаты и выводы, подтверждающие, что данная установка при незначительных капиталовложениях позволяет получить возможность использования альтернативного топлива в качестве моторного в дизельных двигателях и исключить негативные режимы работы двигателя.