аспір. Шуляк. М.Л.

Харківський національний технічний университет сільського господарства імені Петра Василенка

Вплив зміни прохідного перерізу соплових отворів розпилювача форсунок на гакову потужність МТА

 

Вступ. Одним з засобів економії дизельного палива є використання сумішевих палив, де до дизельного палива в різних пропорціях додають метилові, або етилові ефіри рослинних олій (соняшникової, рапсової, соєвої ті інш.), також відомо що альтернативні види палива мають більш швидкий темп коксування соплових отворів розпилювача форсунки. Виникає питання, як це вплине на основні тягово-енергетичні показники МТА. Треба отримати залежності зміни: гакової потужності, швидкості руху та паливо-економічних показників МТА, за умови зміни ефективного прохідного перерізу, внаслідок закоксування соплових отворів розпилювача форсунки.

Основна частина. В роботі [1] була доведена залежність зміни прохідного перерізі соплових отворів розпилювача форсунки, від часу напрацювання в мотогодинах та вплив цього фактору на зменшення ефективної потужності дизельного двигуна і погіршення його паливно-економічних показників.

Ефективна потужність дизелем визначалась за формулою:

               ,             (1)

де Qpн – нижча теплота згоряння робочої суміші, ;

ρ – густина палива

Pв – тиск впорску палива, Па;

Pц – тиск газів в циліндрі, Па;

μ - коефіцієнті витрати;

d – діаметр соплових отворів, м;

z – кількість соплових отворів розпилювача;

φвп – тривалість впорскування, град. к.п.к.в.;

ω – кутова швидкість, рад/с;

n – кількість форсунок двигуна;

ηе – ефективний К.К.Д. двигуна.

Для визначення темпу схильності альтернативних палив до коксування соплових отворів, без погіршення результатів, розроблений метод прискорених безмоторних досліджень, використовуючи [2] «Пристрій для прискореного визначення схильності альтернативних палив до коксування розпилювачів дизельних форсунок». В попередній роботі були наведені результати для трьох видів палива [1]. Та виникає питання, як на процес коксування вплине змішування цих палив в різних пропорціях, тому що саме сумішеві палива рекомендують к використанню в дизельних двигунах. Для відповіді була проведена серія випробуванні на сумішевих паливах на основі дизельного палива та етилового ефіру рапсової олії (ЕЕРО) (рис. 1)  Бачимо що криві 5,6,7 – відповідно 10%, 20%, 30% ЕЕРО в сумішевому паливі, зберігають тенденцію к збільшенню темпу коксування та лінійності цього процесу. Можна стверджувати, що при збільшенні частки ЕЕРО в сумішевому паливі зменшується термін використання розпилювача форсунки без технічного обслуговування.

Рис. 1 Залежність зміні поперечного перерізу µF від часу τ експлуатації двигуна на різних видах палива: 1 - на дизельному паливі (згідно розрахунків), 2 - на дизельному паливі (результати моделювання), 3 - на ЕЕРО (результати моделювання), 4 - на МЕРО (результати моделювання), 5 - на суміші ЕЕРО 10% + дизельне паливо 90% (результати моделювання), 6 - на суміші ЕЕРО 20% + дизельне паливо 80% (результати моделювання), 7 - на суміші ЕЕРО 30% + дизельне паливо 70% (результати моделювання).

         Для оцінки зменшення ефективної потужності двигуна під час експлуатації на альтернативних видах палива, запропоновано використовувати коефіцієнт Δ, значення якого отримані на основі експериментів та розраховуються за формулою:

                                        ,                                               (2)

де μF – ефективний переріз сопл. отворів розпилювача (новий розпилювач), м2;

     μF' – ефективний переріз сопл. отворів розпилювача (після експлуатації), м2.

В рівняння (1) вводимо коефіцієнт Δ отримаємо:

   ,           (3)

Δ – коефіцієнт, що враховує зміну ефективного перерізу соплових отворів

  розпилювача форсунки в наслідок коксування.

Як бачимо коефіцієнт Δ безпосередньо впливає на ефективну потужність дизеля, його використання в подальших розрахунках надає можливість спрогнозувати тенденції зміни ефективної потужності двигуна в процесі експлуатації та скорегувати термін технічного обслуговування.

Ефективна потужність дизелем визначалась за формулою:

                                  ,                                          (4)

де Qpн – нижча теплота згоряння робочої суміші, ;

GT – часова витрата палива, кг/год;

ηе – ефективний К.К.Д. двигуна.

Δ – коефіцієнт, що враховує зміну ефективного перерізу соплових отворів

       розпилювача форсунки в наслідок коксування.

Гакова сила тяги трактора дорівнює:

        ,          (5)

Гакова потужність визначається за формулою:

                                 ,                                        (6)

де – буксування рушіїв, %;

Підставивши в рівняння (6) рівняння (5) отримаємо:

Використовуючи приведений розрахунок можна змоделювати, яким чином при збільшенні коксування соплових отворів розпилювача буде змінюватись гакова потужність та гакова сила тяги.

Рис. 3 Залежність зміни гакової потужності від часу експлуатації двигуна на різних видах палива: а – дизельне паливо, б – сумішеве паливо (80% дизельного палива + 20% ЕЕРО). - гакова потужность; - гакове зусилля, яке реалізоване трактором; - час експлуатації.

Як бачимо на (рис.2а,б) – в залежності від часу експлуатації гакова потужність зменшується внаслідок коксування соплових отворів, для дизельного палива період зниження крюкової потужності на 5% це 1000 мотогодин експлуатації (рис 2 а), для сумішевого палива (дизельне паливо 80% + ЕЕРО 20%), цей період зменшується до 865 годин експлуатації (рис.2 б). Для порівняння пунктирною лінією зображене початкове значення гакової потужності.

Висновки: При використанні альтернативних видів палива проводити технічне обслуговування треба раніше ніж для дизельного, бо подальша експлуатація може привести к суттєвому збільшенню витрати палива та зменшенню потужності, після досягнення границі вказаній в ГОСТ 18508-73 [3], процес коксування йде більш стрімкими темпами і не має лінійного характеру для всіх видів палива та призведе до повного виходу з ладу паливної системи двигуна.

Література:

1. Шуляк М.Л. Вплив зміни прохідного перерізу соплових отворів розпилювача форсунок на потужносні показники двигуна при роботі на різних видах палива // Механізація сільськогосподарського виробництва. – Х.: ХНТУСГ, 2011. –С. 126-134

2. Сандомирський М.Г., Мироненко Г.П., Шинкаренко В.О. Пристрій для прискореного визначення схильності альтернативних палив до коксування розпилювачів дизельних форсунок. Патент на корисну модель № 49126 України МПК (2009); заявл. 10.08.2009; опубл. 26.04.2010; Бюл. № 8

3. ГОСТ 18509-73. Дизели тракторные и комбайновые. Mетоды стендовых испытаний. Государственный Совет СССР по стандартам. – М., 1986. – 14 с