Топливо и топливоподача автотракторных дизелей


Предисловие
Развитие дизелестроения определяется значительными пре­имуществами дизеля по экономичности и токсичности отработав­ших газов. Поэтому вслед за использованием дизелей на железно­дорожном транспорте и в сельскохозяйственном машиностроении расширяется их применение в автостроении. Это ставит перед конструкторами и эксплуатационниками дизелей проблемы, свя­занные, с одной стороны, с совершенствованием рабочего процесса дизеля с целью достижения более высоких динамических, экономи­ческих и эксплуатационных показателей, а с другой — с обеспе­чением рациональным по составу топливом с точек зрения топливо-подачи, сгорания, эксплуатации, экономики и топливного баланса страны.
Оба направления — совершенствование рабочего цикла дизеля и создание рационального топлива — сливаются в одну проблему «дизель и топливо», решение которой позволит выработать систему рекомендаций, способствующих улучшению конструкций дизелей и составу топлива как цельного экономического комплекса.
Прогресс в дизелестроении неоднозначно определял совершен­ствование параметров, технологии производства и снабжения перспективным дизельным топливом, поэтому, несмотря на корен­ные преобразования конструкций дизелей, сложившаяся много десятилетий назад структура дизельного топлива в основном сохранилась. В настоящее время она уже не соответствует быстро­ходным, высокофорсированным дизелям, работающим в широком диапазоне скоростных и нагрузочных режимов.
В данной книге впервые сделана попытка рассмотреть проблему «дизель—топливо», охватывающую совершенствование рабочих процессов дизелей (топливоподачу, смесеобразование и сгорание) и структуру и особенности производства дизельного топлива с целью формирования состава перспективного дизельного топлива для прогрессивных конструкций двигателей и его топливной аппаратуры.
Проведенные обширные исследования позволили авторам сформулировать и обосновать предложения по улучшению органи­зации топливоснабжения в стране путем реконструкции топливо­заправочных станций, совершенствованию топливоподачи трак­торов и автомобилей и конструкций ее отдельных элементов (баков, фильтров, насосов, форсунок), расчету процессов смесе­образования и сгорания распыленного топлива с целью построения линии сгорания индикаторной диаграммы; созданию перспектив­ного дизельного топлива, обеспечивающего высокоэкономичный рабочий процесс и надежную работу топливной аппаратуры с уве­личенным выходом его из нефти на том же технологическом обору­довании нефтеперерабатывающих заводов. В целом годовой эконо­мический эффект этих народнохозяйственных мероприятий соста­вит несколько сот миллионов рублей. Рассмотрен также вопрос
Поршневой двигатель внутреннего сгорания (ДВС) длительное время будет оставаться основной наземной энергетической уста­новкой, несмотря на бурное развитие атомной энергетики, турбо­строения и реактивной техники, ибо этот тип двигателя выраба­тывает более 85 % энергии. Массовое производство поршневых двигателей во многих странах, однозначное использование их в автостроении, в сельскохозяйственном и дорожно-строительном машиностроении обеспечит это превосходство еще несколько десятилетий, что обусловлено следующими факторами.
Во-первых, термодинамическими свойствами ДВС, обеспечи­вающими наиболее высокую экономичность, базирующуюся на циклической работе, что позволяет при относительно невысокой средней температуре цикла срабатывать большой температурный перепад, допуская высокие мгновенные температуры сгорания.
Во-вторых, физико-химическими особенностями сгорания в поршневом двигателе, обеспечивающими высокие скорости и полноту смесеобразования и сгорания топлива, вследствие интен­сивной турбулентности воздушного заряда вблизи в. м. т., вызы­ваемой изменением направленности перемещения воздуха при переходе поршня через в. м. т., когда кинетическая энергия направленного движения воздушного заряда переходит в энергию беспорядочного движения отдельных молей в камере сгорания [32 ]. Опыты показывают, что в поршневом ДВС процессы смесеобразо­вания и сгорания развиваются много быстрее, чем в спокойной среде, при ламинарном или «трубном» (без препятствий) турбулент­ном потоке. Кроме того, турбулентная пульсационная скорость, определяющая скорость сгорания, пропорционально увеличива­ется с ростом частоты вращения. Это качество, свойственное горению в крупномасштабном турбулентном потоке, и обеспечи­вает поршневому двигателю в широком диапазоне изменения частоты вращения своевременность и полноту процесса сгорания, несмотря на соответствующее уменьшение времени.
В-третьих, относительно низкими механическими потерями, вследствие невысоких удельных расходов воздуха. Последнее особенно проявляется на частичных нагрузках, так как макси­мальные коэффициенты избытка воздуха не столь велики, как в газовых турбинах. Все это обеспечивает достижение на полных нагрузках значения эффективного к. п. д. 0,35-0,43, поэтому поршневой двигатель является наиболее экономичной тепловой машиной для наземных условий работы.
В-четвертых, возможностью осуществить в поршневых двига­телях два различных рабочих цикла с воспламенением от искры (с внешним смесеобразованием) и от сжатия (с внутренним смесеобразованием), что позволяет иметь огромный диапазон мощностей в одном агрегате — от долей киловатт до десятков тысяч.
В-пятых, использованием в качестве горючего широкого диапа­зона топлив — от газового (метан, пропан, водород, их смеси) до тяжелого дизельного.
Однако поршневой двигатель имеет ряд серьезных недостатков, устранение или преодоление которых предопределяет прогресс двигателестроения. Две глобальные проблемы выдвигает бурно развивающееся двигателестроение (если опустить технологические
трудности в производстве
Таблица. Динамика уменьшения токсичных компонентов в отработавших газах американских автомобилей [28] и эксплуатации и требова­ния по надежности, долго­ вечности и металлоемкости);
содержание Год выпуска автомобиля углеводо­родов, чнм окиси уг­лерода, % мировой дефицит топлива и загазованность окружа­ющей среды. Эти проблемы связаны между собой, так как обе определяются не­совершенством сгорания топ­лива. Действительно, еже­ 1966 1968 1970 1973 «Крайслер» 357 317 244 206 1,83 1,42 1,18 0,76 1966 1968 1970 1973 «Форд» 382 330 225 131 1,80 1,43 1,00 0,77 1966 1968 1970 1973 «Дженерал моторе» 316 342 221 132 1,61 1,69 1,19 0,50 Европейские годное сжигание двух мил­лиардов тонн горючего в ДВС делает эти проблемы одними из наиболее актуальных для человечества. Это означает, что повышение на 1 % к. п. д. двигателя может дать колос­сальный эффект и по эконо­мии топлива, и по чистоте окружающей среды. Проблема охраны окру­жающей среды особенно обо­стрилась в США, где еже­годно выбрасывается более 300 млн. т токсичных веще­ств, и больше половины из них — от транспортных средств. При этом по окиси углерода (СО) эта доля до­стигает почти 75%. В от­дельных городах на долю СО, выбрасываемой ДВС, прихо­дится 99%, соединений свинца — 96%, окислов азота и углеро-дов — 50%. В целом доля автотракторного парка по всем токсич­ным компонентам (кроме окислов серы) достигает 86%. Интенсив­ное загрязнение атмосферы привело к тому, что в некоторых условиях возникают атмосферные процессы, в результате которых образуются новые агрессивные вещества, например озон (г. Лос-Анжелос, США). Такое положение сохранится еще многие годы, так как увели­чение числа автомобилей компенсируется заметным снижением их токсичности. В таблице приведены данные Агентства по охране окружающей среды (ЕРА) США по измерению содержания угле­водородов и окиси углерода в отработавших газах автомобилей трех основных фирм США в сравнении с данными по импортируе­мым автомобилям из других стран [28j. Проблема снижения токсичности ДВС стала решаться в Европе и в Советском Союзе. Были введены соответствующие нормативные ограничения на токсичность выхлопных газов ДВС по трем компонентам: окиси углерода (СО), углеводородов (СН)Х и окислов азота (NO)x. Эти ограничения потребовали введения различных мероприятий, среди которых решающее значение имеет совершенствование рабочего процесса, в первую очередь смесеобразования и сгорания. На первом этапе большое значение имеет также нейтрализация отра­ботавших газов. Однако применение нейтрализаторов ухудшает экономичность двигателя. Поэтому основными направлениями следует считать массовое применение дизелей, перспективных топлив, в том числе синтетических и широкофракционных, и совершенствование рабочего процесса двигателя с внешним смесе­образованием. Совершенствование рабочего процесса двигателей с внешним смесеобразованием составляет особую задачу (в данной работе не рассматривается). Разработка же новых видов топлива тесно связана с прогрессом всего двигателестроения. Она ведется по двумя направлениям: для дизелей и для двигателей с искровым зажиганием. Хотя оба направления самостоятельны, они должны рассматриваться совместно, ибо как для дизелей, так и для лег­ких двигателей общий источник получения горючего — нефть. Поэтому топливный кризис семидесятых годов и скачкообразное подорожание топлива равнозначно сказалось на топливоснабже­нии и дизелей, и бензиновых двигателей. Все же вследствие лучшей экономичности и меньшей токсичности дизелей их помимо железно­дорожного и водного транспорта, тракторного и дорожно-строи­тельного машиностроения начинают все шире применять в авто­мобилестроении. Все возрастающее применение дизелей на грузо­вых автомобилях всех весовых категорий стало одной из основных тенденций развития автомобильного транспорта в промышленных развитых странах как средство экономии топлива, оздоровления воздушного бассейна городов, введения единого моторного горючего для всей транспортной техники. Эта тенденция получила свое развитие сначала в странах Западной Европы (в первую очередь в Англии, ФРГ и Франции), а затем в США [4 ]. При этом в послед­ние годы дизели стали устанавливаться и на легковых автомоби­лях: в Англии — дизели фирм «Перкинс» и «Ровер», в ФРГ — «Мерседес», «Фольксваген», во Франции — «Пежо», в США «Ольдсмобиль», «Форд». Сложившаяся тенденция широкого применения дизелей на автотранспорте базируется на опыте тракторостроения, подтвер­дившего преимущества дизеля как транспортной установки,
грубой очистки, элементы фильтров тонкой очистки и вызывать прекращение подачи топлива.
Прокачиваемость топлив при низких температурах оценива­ется по ГОСТ 22254—76. Метод заключается в постепенном охлаждении испытуемого топлива, просасывании его при каждом понижении температуры на 1°С через фильтр из металлической сетки с квадратными ячейками нормальной точности (№ 004 по ГОСТ 6613—73) в пипетку при постоянном вакууме 200 мм вод. ст. и фиксировании конечной температуры, при которой топливо перестает проходить через фильтр, или времени проса­сывании и заполнения пипетки испы­туемым топливом до метки. Записы­
>40
вается конечная температура, при ко-
+20 0 -20 -40 ^60 -60 торой топливо фильтровалось и подни­малось до контрольной метки менее чем за 60 с. Низкотемпературная фильтруемость через бумажные фильтры оценивается на специальной установке, разработан­ной ВНИИ НП, при фильтрации по­ Of, Cr C-fQ С12 Ci4 C-fs O-ig С л степенно охлаждаемого топлива через бумажный фильтр тонкой очистки ТФ-2 с замером перепада давлений на фильт­ре. Опыт прекращается при достиже­ нии перепада в 1,0 кгс/см2. Рис. 1.4. Зависимость тем­пературы застывания t3 па­р афиновых углеводородов от длины их цепи Сп и ЦЧ Показатели низкотемпературных прокачиваемое™ и фильтруемости яв­ляются более важными эксплуатацион­ ными по каз ател ями, чем темпер ату р а помутнения топлива, которая не опреде­ляет предельной низкой температуры применения топлива. Темпе­ратуры застывания и помутнения топлив определяются их груп­повым углеродным составом. В ряду нормальных парафинов с повышением молекулярной массы возрастает температура засты­вания, но одновременно повышается также ЦЧ. Влияние длины цепи нормальных парафиновых углеводородов на температуру застывания и ЦЧ показано на рис. 1.4. Как следует из представленных данных, несмотря на то что нормальные пара­финовые углеводороды имеют высокие ЦЧ, их использование для зимних и арктических топлив неприемлемо. Непредельные углеводороды имеют более низкие температуры застывания по сравнению с близкими к ним по молекулярной массе нормальными парафиновыми углеводородами. Однако их включение в состав дизельных топлив нецелесообразно из-за их низкой стабильности и образования повышенных нагаров в двигателе. Температура застывания изопарафиновых углеводо­родов значительно ниже, чем температура застывания соответ­ствующих им по молекулярной массе нормальных парафиновых углеводородов. При этом в зависимости от степени изомеризации наблюдается большее или меньшее понижение температуры застывания. Так, я-додекан С12Н26 имеет температуру застыва­ния —12° С, а 2, 2, 4, 6, 6-пентаметилгептан С12Н26 —70° С; цетан С16Н34 20° С, и 7, 8-диметилтетрадекан С16Н34 —70° С. Низкотемпературные свойства дизельных топлив, полученных прямой перегонкой, определяются исключительно химической природой нефтей, из которых они получены. Из нефтей нафтенового основания могут получаться зимние и арктические топлива с пределами кипения от 200 до 330—340° С &р, кгс/см2 Рис. 1.5. Сопротивление фильтров Др для дизель­ных топлив с различными температурами помутне­ния и застывания: / — Л (1-я партия); 2 — Л (2-я парти5и); 3 смесь Л и А (80 + 20%); 4 - микробиологической депарафиннзации (МВД); 5 - опытный образец Л; 6 карбамидной депа­рафиннзации (КД); 7 — смесь Л н А (50 + 50%); 8 — смесь.Л и А (30 -J- 70%); 9 — смесь Л и А (15+ 85%); Ю — по МРТУ-38-Ы73- 65; // — 3 с температурой застывания —60 и —45° С соответственно. Из парафинистых нефтей зимние и арктические топлива получают за счет облегчения фракционного состава или путем депарафиннза­ции дизельных топлив различными технологическими процессами, из которых наиболее распространенными являются карбамидная и микробиологическая. Последнее время для получения зимних топлив начали применять депрессорные присадки, из которых наибольшее распространение получили присадки на базе сополи­мера этилена с винилацетатом. Такого типа присадки в количестве до 0,2% позволяют понизить температуру застывания топлива на 35—40° С. Однако они практически не влияют на температуру помутнения топлива. Как было сказано выше, большое значение имеет фильтруе­мость дизельных топлив при низкой температуре через бумажные фильтры тонкой очистки. Результаты испытаний различных топлив по методике ВНИИ МП при использовании фильтров типа ТФ-2 показаны на рис. 1.5. Топлива, полученные методом карбамидной депарафиннзации, из которых удалены значительные количества нормальных комплексообразующих парафинов при относительно высоком значении температуры помутнения, обеспечивают хорошую фильтруемость при низкой температуре. Низкотемпера­турные характеристики образцов испытанных дизельных топлив представлены в табл, 1.5. Таблица 1.5. Низкотемпературные характеристики различных образцов дизельных топлив Дизельные топлива Температура, °С Разность темпер атур застывания и помутне­ния, СС Температу-ра фильтруе­мости, °С застывания помутнения Л (1-я партия) —5 Л (2-я партия) —7 Смесь Л и А (80+20%) —9 Смесь Л и А (50+50%) —15 Смесь Л и А (30+70%) —18 Смесь Л и А (15+85%) —22 Опытный образец Л —12 Дизельное топливо кар- —11 бамидной депарафиннза­ции То же, микробиологи- —11 ческой депарафиннзации 3 —27 Дизельное топливо по —27 МРТУ-38-1-173—65 —10 5 —8,3 —12 5 —9,7 —18 9 —12,8 —26 11 —19,5 —35 17 —23,0 —40 18 —28,5 —22 10 —16,0 —37 26 —20,0 —19 8 —15,0 —38 11 —35,0 —38 11 —31,5 Антинагарные и антиизносные свойства. Моторесурс дизелей в значительной мере определяется антинагарными и антиизнос-ными свойствами топлива. В зависимости от фракционного состава, содержания смол и непредельных углеводородов антинагарные свойства топлива изменяются. В связи с тем, что непредельные углеводороды повышают нагарообразоваиие, их содержание в топливе строго регламентировано. Йодное число, характери­зующее количество непредельных углеводородов, не должно быть больше 6 г иода на 100 мл топлива. Легкие дизельные топлива обладают лучшими антинагарными свойствами, чем тяжелые, что связано в значительной степени с повышением дымности отрабо­тавших газов и увеличением в них частиц сажи. Ухудшение аитинагариых свойств с утяжелением топлива также обусловлено увеличением содержания смол в тяжелых фракциях топлива. В табл. 1.6 приведены данные по изменению содержания серы и смол в отдельных фракциях дизельного топ­лива, полученного из смесей нефтей татарских месторождений. Из данных табл. 1.6 следует, что смолы и сера концентрируются в концевых фракциях дизельного топлива. Антиизносные свойства топлив зависят главным образом от содержания сернистых соединений. Содержащаяся в топливе сера, неактивная сама по себе, при сгорании вызывает коррозию деталей цилиндро-поршневой группы и, как следствие, их повы- шенные износы. В зависимости от содержания серы износ гильз цилиндров и поршневых колец изменяется. На рис. 1.6 приведен износ поршневых колец (по опытам ВНИИ НП) при испытании на топливах с различным содержанием серы. С повышением содержания последней износ увеличивается по экспоненте. При снижении содержания серы с 1,0 до 0,5% износ первых поршневых колец снижается на 70%, а при после­дующем ее снижении до 0,1% только на 18%. Исходя из этого в отечественных ГОСТах содержание серы в дизельных топливах регламентируется в пределах 0,2—0,5%. При работе на топливах, содержащих смолистые вещества и непредельные угле­водороды, наблюдаются повышенные на-гарообразования на распылителях форсу­нок и закоксовывание отверстий распы­ лителей, в связи с чем предусматривается
Рис. 1.6. Влияние содер­жания серы в топливе на относительный износ пор­шневых колец И (100% износа при 1% S) ограничение содержания в дизельных топливах смол и непредельных углево­дородов. На количество отложений также влияет коксуемость и зольность дизельных топлив. Кроме того, зола может увеличи­вать износ деталей цилиндро-поршневой группы. Поэтому эти показатели при выработке топлив строго регламентируются. В товарных дизельных топливах содержание смол не должно превышать 30—40 мг на 100 мл топлива, зольность допускается не более 0,01%, а коксуемость 10% остатка не должна быть выше 0,3%. Коррозия деталей двигателя и его топливной аппаратуры повышается при наличии в топливе водорастворимых кислот, щелочей и органических кислот, в связи с чем стандартом устанав­ливается их отсутствие или незначительное содержание. Таблица 1.7. Групповой Таблица 1.6. Содержание серы состав (%) фракции (200—300° С) и смол во фракциях дизельного топлива нефтей различных месторождений
Рис. 2.1. Зависимость коэффициента фильтруемости Кф дизельного топлива от различных факторов: а—-содержания смол Л; б—-содержания мыл нафте­новых кислот В; в — диаметра кварцевых частиц d различной концентрации; г —■ концентрации механических примесей С в топливе; д —■ содержания воды в топливе; £—-влажности у фильтровальной бумаги   (по опытам ЦНИТА):
/ — 45 мг/100 мл; 2 — 13 мг/100 мл; 3 — 0,004%; 4 — 0,008%; 5 — 0,1%; 6 — 0,5%5 7 — 1%;  8 — осмоленное;  9 — обессмоленное;  10 — стандартное; 11 — обессмоленное
12 — предварительно несмоченная топливом
стеклянной посуде для ускорения процесса под действием солнеч­ного света.
На рис. 2.1, а показана зависимость коэффициента фильтруе­мости /Сф от изменения содержания в топливе смол для двух случаев: начального содержания смол 13 мг/100 мл, что соответ­ствует коэффициенту фильтруемости Кф = 1,56 (кривая 2)у и 45 мг/100 мл (кривая /), когда смолосодержание увеличивается до 5 мг/100 мл в сутки.
Ряд нефтеперерабатывающих заводов (НПЗ) перерабатывают сернистые нефти, поэтому представляет также интерес вопрос о влиянии сернистых соединений на фильтруемость топлив, которые даже в сравнительно небольших количествах ухудшают
эксплуатационные качества топлива. По химическому строению сернистые соединения очень многообразны, большинство из них коррозионно-активны и инициируют образование смол и осадков. Содержание серы в товарном топливе Л допускается по ГОСТ 305—73 не более 0,5%, а в ДЛ по ГОСТ 4749—73 —не более 0,2%. В ЦНИТА исследовано влияние сернистых соединений на фильтруемость топлива путем присадки нафтилмеркаптана, ди-и-октилсульфида и дибензилдисульфида в количестве 0,02% при ускоряющем облучении солнечным светом. Результаты испы­таний, приведенные в табл. 2.2, показывают, что в начале коэффи­циент фильтруемости топлива при добавке сернистых соединений практически не изменился, но через 7 сут ухудшился в 1,5—2 раза. Таким образом, сернистые соединения оказывают косвенное влия­ние на фильтруемость топлива, способствуя процессу его осмо-ления.
Таблица 2.2. Влияние присадки сернистых соединений на коэффициент фильтруемости дизельного топлива (начальный Кф = 1)
Топливо + присадка
Коэффициент фильтруемости
после ввода присадки
через 7 сут
ДЛ + 0,02% нафтилмеркаптана
ДЛ ~г 0,02% дибензилдисульфида
ДЛ + 0,02% ди-н-октилсульфида
В осадках на поверхности фильтрующих элементов обнаружи­вается, как правило, натрий, наличие которого свидетельствует о присутствии в топливе мыл нафтеновых кислот. В ЦНИТА было изучено влияние присутствия мыл нафтеновых кислот в топ­ливе на фильтруемость его путем исследования двух идентичных образцов топлива; одного — до защелачивания, другого — после защелачивания неотстоявшегося топлива. В первом образце обнаружена большая кислотность (13,5 мг КОН на 100 мл), а во втором — мыла нафтеновых кислот, Кф первого образца равен 2,5, второго — 4,6, т. е. Кф второго образца больше почти в два раза. Были проведены также опыты с присадкой к топливу собранных с фильтров мыл нафтеновых кислот. На рис. 2.1,6 показана экспериментальная зависимость Кф от содержания мыл нафтеновых кислот, из которой видно, что наличие указанного компонента резко ухудшает фильтруемость топлив.
Во всех нефтепродуктах присутствуют в тех или иных коли­чествах коррозионно-активные органические кислоты, перешед­шие из нефти при переработке. Органические кислоты образуются
также при хранении нефтепродуктов в результате процессов окис­ления. Например, сульфиды, полисульфиды, тиофены и другие сложные сероорганические соединения могут окисляться с образо­ванием сульфоокисей, сульфонов, сульфиновых и сульфоновых кислот, а иногда серной и сернистой кислот и сероводорода, обладающих высокой коррозионной активностью. Коррозии емко­стей способствуют также микроорганизмы, находящиеся в топливе. Таким образом, даже в товарном дизельном топливе коэффициент фильтруемости может быть большим. Нефтеперерабатывающие заводы выпускают топливо с коэффициентом фильтруемости Кф менее 2, но на заводах с устаревшим оборудованием или пере­рабатывающих специфическое сырье выпускается топливо с коэф­фициентом фильтруемости до 3 и даже до 4.
Систематизация показателей фильтруемости по отдельным НПЗ также подтверждает возможность разброса значений Кф, хотя по всем другим показателям топливо удовлетворяет требова­ниям ГОСТа. Это может быть связано с различным содержанием (в предельно допустимых по ГОСТу) смол, меркаптановой серы и непредельных углеводородов. Возможность поступления в экс­плуатацию топлива с повышенным коэффициентом фильтруемости требует принятия мер по очистке топлива на всех этапах транспор­тировки, хранения и заправки машин. Таким образом, нефте­перерабатывающая промышленность большую часть топлива вы­пускает с малым количеством загрязнителей, хотя бывают случаи выпуска топлива с большими значениями Кф- Ввод в ближайшие годы на ряде заводов дополнительной очистки топлива электро-дегидраторами может обеспечить поставку топлив с загрязнен­ностью на уровне Кф = 2-ьЗ.
б. ТРАНСПОРТИРОВКА, ХРАНЕНИЕ ТОПЛИВ И ЗАПРАВКА БАКОВ
При транспортировке и хранении топлива возможно накапли­вание влаги и пыли из атмосферы, продуктов коррозии, нераство­римых веществ, образующихся в результате окисления. Поэтому для сохранения свойств топлив необходимо производить их очистку на всех этапах транспортировки и хранения от эксплуата­ционных загрязнителей, которыми являются вода, продукты коррозии резервуаров и трубопроводов, механические примеси и продукты окисления углеводородов топлива, образующие не­растворимые вещества. Особенностью этих веществ является способность образовывать при наличии воды весьма стойкие эмульсии примерно следующего состава: 50% воды, 40% топлива, 8% ржавчины и 2% смолистых продуктов. Так, например, по данным, приведенным в работе [21 ], при хранении 235 т топлива в течение четырех месяцев образовалось 458 кг осадка, попадание которого в систему питания машины неизбежно приведет к засо­рению фильтров. Механические примеси и вода попадают в топ-
либо из воздуха при «дыхании» резервуаров, или вносятся при перекачках топлива.
Основную массу механических примесей составляют окислы кремния и алюминия: частицы размером более 20 мкм быстро выпадают в осадок, а частицы меньшего размера длительное время «витают» в топливе и играют роль центров коагуляции соединений органического происхождения. Наличие механических примесей вызывает необходимость длительного отстоя дизельного топлива перед заправкой баков или его предварительной фильтрации.
Для проверки влияния механических примесей на фильтруе­мость топлива ЦНИТА были проведены опыты путем присадки в стандартное дизельное топливо Л кварцевого песка различных фракций с размерами частиц до 5,5—10, 10—15, 15—20, 20—30 и 30 мкм и выше, которые добавлялись в следующих концентра­циях: 0,004; 0,008; 0,1; 0,5 и 1%. На рис. 2.1, в представлены результаты испытаний: суспензии топлива с фракциями кварцевой пыли всех размеров при концентрации 0,004% незначительно изменили фильтруемость первоначального топлива. При увеличе­нии концентрации загрязнителя наблюдается заметный рост коэф­фициента фильтруемости. Наибольшее влияние на /Сф оказывает загрязнитель до 5 мкм. Фракции 5—10 мкм влияют на /Сф только при концентрации более 0,5%, а крупные частицы слабо влияют на /Сф. Такая закономерность объясняется тем, что слой осадка на поверхности фильтрующих элементов не препятствует проникно­вению топлива.
На рис. 2.1, г приведены зависимости /Сф от доли механических примесей (кварцевая пыль) в топливе Л по ГОСТ 305—73 (кривая 8) и в топливе, обессмоленном на селикагеле (кривая 9). Видно, что в обессмоленном топливе механические примеси менее существенно изменяют фильтруемость, что связано с тем, что твердые частицы обволакиваются смолами и в результате поры микроэлемента забиваются более полно. Действительно, показатель /Сф = 4 в обессмоленном топливе достигается при содержании 1% кварце­вой пыли, а в стандартном топливе при 0,01%, т. е. при концен­трации пыли в 100 раз меньшей.
В топливе вода присутствует в растворенном состоянии (гигро­скопическая), в виде эмульсии (свободная) или в виде отстоя, так называемая подтоварная вода, скапливающаяся на дне емкостей при отстаивании. Наличие подтоварной воды указывает на полное насыщение топлива растворенной водой. Содержание растворенной воды зависит от рода топлива и метеорологических условий (тем­пературы, давления, влажности и др.) и может достигать сотых долей процента. Растворенная в топливе вода находится в динами­ческом равновесии с окружающей средой, так что при изменении атмосферных условий при дальнейшем насыщении водой может перейти в свободную, образовав мелкодисперсную эмульсию.
Свободная вода находится в топливе в виде эмульсии с разме­ром глобул от долей до десятков мкм. Образующиеся топливодные
эмульсии условно подразделяются на грубо- и тонкодисперсные (неустойчивые и устойчивые). Неустойчивые эмульсии — это относительно крупные капли воды, которые под влияние массы и взаимодействия между собой укрупняются и осаждаются на дно резервуара. В устойчивых эмульсиях размер капель воды до 1 мкм. Топливо с тонкодисперсной эмульсией имеет белый цвет и непрозрачно вследствие значительной разницы коэффициентов преломления воды и топлива. Основной причиной устойчивости эмульсии являются защитные пленки эмульгаторов, обволакиваю­щие капли воды и механические примеси. Эмульгаторами являются поверхностно-активные вещества, обладающие способностью кон­центрироваться на границе между поверхностью капель воды и топлива. К ним относятся гидрофобные вещества: смолы, мыла органических кислот, твердые частицы, образовавшиеся при окислении топлива или попавшие извне. Удерживаясь на грани­цах раздела фазы вода—топливо, они как бы бронируют капли воды, повышая механическую прочность, эмульсии отличаются повышенной стойкостью.
С целью разработки требований к системе подачи топлива, работающей на обводненном загрязненном топливе, в ЦНИТА были проведены опыты по оценке способности топлива и воды образовывать в топливе стойкие эмульсии, собирая на поверхности глобул механические и органические загрязнители, и влиянию эмульсионной воды на фильтруемость топлива. Опыты проводились путем введения в топливо дистиллированной воды и энергичного перемешивания. На рис. 2.1, д представлены результаты исследо­вания для стандартного (кривая 10) и обессмоленного (кривая //) топлив. Видно, что введение воды в обессмоленное топливо умень­шает рост /Сф почти в 40 раз по сравнению со стандартным топли­вом Л.
Таким образом, наличие воды в стандартном топливе, содержа­щем смолистые соединения в пределах требований ГОСТа, оказы­вает сильное влияние на фильтруемость. Это подтверждает соби­рательную способность капелек воды, стягивающих на свою поверхность органические загрязнители и объединяющих их в большие комплексы, способные закрывать поры фильтрующего материала. Так как в стандартных топливах находится различное количество органических соединений, то степень влияния воды может быть различной.
Были проведены опыты по одновременному введению в топливо органических загрязнителей и воды. Исследование проводилось на образцах топлив по ГОСТ 305—73 марок ДЛ, Л, 3 Киришского НПЗ, а также импортных образцах топлив фирм «Эссо» и «Шелл», основные физико-химические показатели свойств которых пока­заны в табл. 2.3.
В качестве органических загрязнителей использовались смолы, количество которых определялось по ГОСТ 8489—58. Образование эмульсий производилось путем интенсивного размешивания воды
Таблица 2.3. Физико-химические показатели образцов дизельных топлив
Показатели
ДЛ (ГОСТ 4749 — 73)
(ГОСТ 305—73)
(ГОСТ 305 — 73)
фирмы «Эссо»
фирмы «Шелл»
Кинематическая вязкость
при 20° С, сСт
Плотность при 20° С г/см3
Содержание фактических
смол, мг на 100 мл топлива
Содержание водораствори-
Отсутствуют
мых кислот и щелочей
6,0 9,0.................
9,0—12,0...........                                             . . . .
Как видно, нижний слой топлива содержит большее количество всех видов загрязнителей.
Особый интерес представляет чистота топлива в нефтехранили­щах, из которых непосредственно заправляются трактора. Хране­ние топлива на нефтескладах должно производиться в резервуарах по ГОСТ 17032—71 емкостью от 5 до 50 м3, устанавливаемых горизонтально; по согласованию с заказчиком в средней части резервуаров могут быть смонтированы водогрязеспускные пробки; для резервуаров емкостью 5 м3 выпускаются плавающие топливо-заборники. Период хранения топлива в совхозных нефтескладах
составляет 2—3 мес, поэтому отстаивание топлива может быть эффективным, если имеется технологическое оборудование для удаления загрязнителя. Результаты обследования показали, что не все совхозные нефтесклады выполнены по типовым проектам, а смонтированы кустарно и вообще не имеют необходимого обору­дования: нефтесклады не приспособлены для удаления отстоя. Так, обследование совхозных нефтескладов показало, что только часть резервуаров имеют водогрязеспускные пробки, оборудованы плавающими топливозаборниками, имеют полный комплект арма­туры и снабжены фильтрами ФДГ-ЗОТМ, проходят техническое обслуживание и зачистку. В результате на дне резервуаров могут находиться отстойная вода и грязь.
Проверка эффективности проведения технологических опера­ций по удалению отстоя показала, что из резервуаров, даже имеющих водогрязеспускные пробки, отстой удалить трудно — он вытекает одновременно с топливом, причем из крайних точек резервуара отстой не удаляется (скорости течения там практически равны нулю). Действительно, расчеты показывают, что по мере удаления от отверстия происходит резкое падение радиальной скорости, так что почти весь расход жидкости идет из верхних слоев, а в придонных слоях, особенно расположенных на значи­тельном расстоянии от оси отверстия, образуются застойные зоны. Все это справедливо для резервуаров, установленных горизон­тально, поэтому эффективным средством удаления отстоя является наклонная установка резервуаров, принятая в авиации, где уклон 1 : 40 признан достаточным для удаления отстоя, где к сожалению, наклонная установка резервуара (уклон 1 : 4), применявшаяся в отечественной практике в 50-х годах, типовыми проектами не предусмотрена.
В настоящее время имеются схемы соединения резервуаров трубопроводами, которые в сочетании с плавающими топливоза­борниками не допускают запрабки неотстоенным топливом, но они пока не предусмотрены в типовых проектах совхозных нефтескладов.
Для предотвращения попадания загрязнителей в систему по­дачи топлива тракторов в конструкциях нефтехранилищ преду­смотрена фильтрация его с помощью фильтров ФДГ-ЗОТМ, кото­рыми оснащаются колонки КЭР-40-19, стоянки 03-2462А и 03-9721, заправочные агрегаты МЗ-3904, МЗ-3905Т, агрегаты тех­обслуживания типа АТУ-4, АТУ-ПД-1500. Но эффективность их недостаточна, так как фильтры ФДГ-ЗОТМ задерживают частицы более 12 мкм, т. е. такие, которые сравнительно хорошо удаляются отстаиванием и не задерживают наиболее опасные для дизеля механические примеси размером до 5 мкм.
6. ОРГАНИЗАЦИЯ ВЕДЕНИЯ ТОПЛИВНОГО ХОЗЯЙСТВА
Потребителями дизельного топлива являются сельхозпред­приятия, автотранспорт, лесохозяйство, дорожные и строительные организации. В сельскохозяйственных энергоустановках исполь-
зуют тракторные и автомобильные дизели, так что требования к топливу и ведению нефтяного хозяйства для всех потребителей должны быть едины.
Качество топлив для транспортных дизелей, выпускаемых по ГОСТ 305—73 и 4749—73, регламентировано по 20 показателям, определение которых возможно только в лабораторных условиях. Но практика эксплуатации показала, что на местах потребления необходимо контролировать качество топлива в основном по показателям, характеризующим загрязненность. В связи с тем, что определение механических примесей и воды методами, преду­смотренными стандартами, трудоемко (одно определение 2—3 ч), то ими на местах потребления не всегда пользуются. А без опера­тивного контроля качества топлива невозможно обеспечить ресурс работы топливной аппаратуры.
Определение воды в топливе производится по ГОСТ 2477—65 и по ГОСТ 8287—57, однако содержание воды (более 0,03%) реги­стрируется визуально по методу, предусмотренному для реактив­ных топлив, керосина, бензина. Визуальный метод кроме воды позволяет оценивать содержание в топливе механических при­месей.
Метод определения качества дизельного топлива в емкостях, выполняемый по ГОСТ 2517—69, позволяет оценить средние зна­чения плотности, вязкости, химического состава, т. е. значения показателей, которые в светлых нефтепродуктах почти одинаковы по всей высоте резервуара, а для определения показателей, которые отражают загрязненность и обводненность, этот метод неприемлем. Если учесть, что в процессе отстаивания вода и загрязнители собираются на дне, а при заборе топлива через придонные топливозаборочные патрубки топливо поступает как из верхних, так и нижних слоев, то фактическое значение загрязнен­ности может быть оценено только при учете загрязненности топ­лива в нижних слоях.
Оперативным средством поддержания качества топлива в экс­плуатации является реконструкция всех существующих нефте­хранилищ, особенно в сельхозпредприятиях. В типовом проекте нефтесклада (емкостью 80 м3) предусмотрено хранение дизельного топлива в наземном резервуаре объемом 25 м3 и подземном 10 м3, хранение бензина в двух наземных резервуарах по 10 м3 и двух подземных объемом по 5 м3. Для хранения керосина используются резервуары по 5 м3. Для каждого нефтепродукта имеются сливные устройства, подземный резервуар для хранения дизельного топлива снабжен плавающим топливозаборником.
Эта схема имеет ряд недостатков: горизонтальная установка резервуаров не обеспечивает эффективного удаления отстоя; забор топлива с уровня —200 мм от дна емкостей способствует попаданию отстоя в раздаточный трубопровод; схема соединения резервуаров не предотвращает попадания неотстоенного топлива в систему раздачи.
Для устранения недостатков системы хранения и раздачи топлива в типовых нефтескладах ЦНИТА разработана усовершен­ствованная система хранения и раздачи топлива (рис. 2.2), в кото­рой предусмотрено следующее: резервуары для дизельного топлива устанавливаются наклонно, под углом 2° 30'; слив топлива может быть произведен только в приемный резервуар, а раздача топ­лива только из раздаточного резервуара; наличие в приемном и раздаточном резервуарах плавающих топливоприемников и соеди­нение топливораздаточной колонки только с раздаточным резер­вуаром обеспечивают двойное отстаивание топлива; превышение

Рис. 2.2 Схема ЦНИТА усовершенствованной системы хранения и
раздачи дизельного топлива
нижнего уровня установки приемного резервуара по отношению к нижнему уровню раздаточного обеспечивает минимальные остатки топлива в системе.
Построенные по этой схеме топливохранилища в ряде районов Ленинградской области подтвердили их эффективность: коэффи­циент фильтруемости удается постоянно поддерживать ниже 2.
ГЛАВА 3. ПЕРСПЕКТИВНАЯ СИСТЕМА ПИТАНИЯ ТОПЛИВОМ АВТОТРАКТОРНЫХ ДИЗЕЛЕЙ
7- ТРЕБОВАНИЯ К СИСТЕМЕ ПИТАНИЯ*
Во избежание попадания в прецизионные узлы топливной аппаратуры некондиционного топлива системы питания тракторов и автомобилей должны обеспечивать отстой загрязнителя и его своевременное удаление вплоть до прекращения подачи топлива, если оно загрязнено. Это определяет требования к системе пита­ния дизелей.
Фильтры грубой и тонкой очистки (ФГО и ФТО) тракторов и автомобилей работают достаточно надежно на топливах с содержа­нием загрязнителей и воды в пределах, устанавливаемых ГОСТом и преждевременно засоряются при работе на сильно обводненных и загрязненных топливах. Поэтому в случае заправки тракторов загрязненным топливом воду вместе с загрязнителем необходимо
удалять непосредственно из топливного бака. Если воду не уда­лить, то при перемешивании загрязнители, среди которых могут быть поверхностно-активные вещества, образуют стойкие мелко­дисперсные эмульсии, трудноотстаивающиеся и проникающие через фильтры. Наоборот при полном удалении воды удаляется основная масса загрязнителей. Таким образом, можно сформули­ровать требования к системе топливоподачи для обеспечения ее надежной работы на обводненном загрязненном топливе. Система топливоподачи трактора должна обеспечивать: удаление воды с загрязнителями сразу после заправки, для чего в конструкции бака должны быть предусмотрены устройства для сбора и слива отстоя; защиту всех элементов системы питания от воды, для чего конструкция бака должна исключать возможность образо­вания эмульсий, предотвращая интенсивное перемешивание топ­лива при движении машины; подачу в насос топлива, не содержа­щего механических примесей размером более 2 мкм, воды и про­дуктов разложения топлива; возможность удаления воздуха из системы и предотвращение чрезмерного нагревания топлива. В систему топливоподачи должны быть включены устройства, сигнализирующие о поступлении воды в фильтры.
8. ОСОБЕННОСТИ СИСТЕМ ПОДАЧИ ТОПЛИВА НИЗКОГО ДАВЛЕНИЯ ТРАКТОРОВ
В качестве примера систем подачи топлива рассмотрим как наиболее типичные и современные системы подачи топлива трак­торов Т-150 и МТЗ-80.
На рис. 3.1. приведена система подачи топлива трактора Т-150. Топливный бак 3 емкостью 300 л заправляется топливом через сетчатый фильтр 2, имеющий ячейки размером 0,9 мм и поверх­ность 200 см2. Топливный бак имеет небольшой сборник отстоя (40 см3), соединенный с основным баком отверстием диаметром 10 мм. Спуск отстоя производится через кран 4. В баке имеются две перегородки с отверстиями, доходящие до верха. Топливо из бака через выступающий в днище на 80 мм заборник 17 с сет­кой поступает по трубопроводу (0 8 мм) в фильтр грубой очистки ФГ-2 6, расположенный на блоке двигателя. Из фильтра грубой очистки топливо отсасывается подкачивающим насосом 8 и по­ступает в первую ступень фильтра тонкой очистки 10, состоящую из двух параллельно соединенных фильтров 2ТФ-3 с элементами ЭТФ-3, имеющих суммарную поверхность 9700 см2, а затем во вторую ступень — в так называемый фильтр-кронштейн 12 с од­ним элементом ЭТФ-3. Из фильтра второй ступени топливо по­ступает к верхнему штуцеру топливного насоса НД-22/6 14, а из нижнего штуцера отводится через редукционный клапан 17 с дросселем 16 в топливный бак. Насосом топливо нагнетается в форсунки и впрыскивается через распылитель в камеру сгора­ния.
Спуск отстоя производится из пяти элементов системы: топ­ливного бака, фильтра грубой очистки и из трех корпусов филь­тров тонкой очистки. Дренаж воздуха из системы подачи топлива производится через пробку фильтра грубой очистки и три пробки фильтров тонкой очистки. Все четыре корпуса фильтров, топлив­ный насос высокого давления и подкачивающий насос находятся в подкапотном пространстве в потоке воздуха нагретого радиа­тором, выпускными трубопроводами, турбонагнетателем. Топ­ливный насос высокого давления и фильтр-кронштейн присоеди­нены к задней крышке блока двигателя фланцами. Контроль со­стояния системы подачи производится по количеству топлива в баке.

Рис. 3.1. Схема системы питания топливом трактора Т-150:
/ — пробка заливной горловины; 2 — сетчатый фильтр; 3 — топливный бак; 4, 7 — сливные краны; 5 — расходный кран; 6 — фильтр грубой очистки ФГ-2; 8 — топлнвоподкачивающий иасос; 9, 13 — пробки для слива топли­ва; 10 — фильтр 2ТФ-3; кран для слива топлива; 12 — фильтр-крон­штейн; 14 — топливный насос НД-22/6; 15 — форсунка ФД-22; 16 — дрос­сель; 17 — перепускной клапан; 18 — помпа ручной прокачки
Система подачи топлива трактора МТЗ-80 с топливным насо­сом УТН-5 (рис. 3.2) имеет два соединенных топливопроводом топливных бака /, в которых установлены поперечные перегородки для снижения интенсивности перемешивания топлива при дви­жении машины. Постоянный невырабатываемый объем топлива конструкцией баков не предусмотрен, поэтому нет устройств для сбора в баках отстоя. Баки имеют пробки слива отстоя 2 и расход­ные краны 3. Топливо из баков проходит через фильтр-отстойник 4, подкачивающий насос 5, ФТО 8 в топливный насос УТН-5 10, которым оно нагнетается в форсунки ФД-22 9 и впрыскивается в камеры сгорания.
С целью отработки конструктивных решений обе системы топливоподачи были испытаны в серийных вариантах и с опытными элементами *. Система топливоподачи трактора Т-150 испыты-валась в тринадцати вариантах, причем варианты VI—XIII имели дополнительный отстойник, вмонтированный в середину днища бака, верхний забор топлива и сплошную поперечную верти-
* Опыты проведены Р. М. Моховым (ЦНИТА).
кальную перегородку в середине бака с изменяемым зазором между нею и днищем бака. Результаты испытаний приведены в табл. 3.1. Опыты показали, что на чистом (стандартном) топ­ливе серийная система (вариант I) работоспособна. При заправке же обводненным топливом часть воды попадала в от­стойник бака, а часть от­брасывалась потоком топ­лива и разливалась по поверхности днища, так что полностью слить от­стоявшуюся воду из бака не удавалось даже при значительных кренах.
При раскачивании ба­ка, имитирующем движе­ние машины, часть воды, попавшей в отстойник при заправке, вымывалась из него топливом и смеши­валась, образуя эмуль­сию, которая проходила в фильтры. Большая часть попавшей в систему из бака воды задерживалась фильтром грубой очистки, но часть достигала филь­тров тонкой очистки.
В целях лучшей орга­низации сбора и удаления отстоя из бака было испы­тано несколько вариантов отстойников новой кон­струкции. Результаты ис­пытаний двух из них (ва­рианты II и III) приве­дены в табл. 3.1. Видно, что при установке отстой­ника в середине днища бака количество выведен­ной в отстой воды уве­личивается в 2,5 раза по сравнению с серийной си­стемой, однако при раскачивании бака из-за интенсивного пере­мешивания и образования водоэмульсионной смеси часть воды все же проходит в фильтры тонкой очистки топлива.
Для снижения интенсивности перемешивания топлива в баке при  движении  машины в конструкцию бака  были введены

Таблица 3.1. Результаты испытаний в ЦНИТА вариантов системы топливоподачи трактора Т-150 на обводненном топливе (присадка 500 см3 воды)
Особенности системы
Количество воды, выделенной в отстой,
в элементах системы, см8
фильтр, установленный, как выше было указано, в топливном баке, более 
60 От, кг/ч
тщательно удаляет из топлива воду
Рис. 3.10. Сравнительные ха­рактеристики фильтраг ЧТЗ и фильтров типа ФГ ЦНИТА (опыты ЦНИТА) и крупные частицы загрязнителя. Это связано с тем, что в фильтр ФГ попа­дает топливо с растворенной или тон- кодиспергированной водой после акти­вного перемешивания в баке, а при заправке топливо еще не перемешано с водой и поэтому легко расслаивается. Следовательно, целесообразнее иметь грубый фильтр не в магистрали, где топливо просасывается с большими скоростями и «взмучивается», а в нижней части бака между за­правочной и зяборной емкостями. При этом топливо, очищенное сразу после заправки, не будет ухудшать своих характеристик в процессе пребывания в баке или циркуляции в системе питания. Поэтому в системе питания, разработанной в ЦНИТА, фильтр-отстойник является основным элементом бака. Фильтры тонкой очистки топлива ранее выполнялись с филь­трующими элементами из хлопчатобумажной пряжи, войлока, текстиля, древесной муки, шлаковой массы и т. п. по принципу объемной адсорбции. Однако исследования ЦНИДИ показали, что в тонком наружном слое удерживается примерно 80% за­грязнителя, а остальная часть его распределяется по объему неравномерно. Поэтому грязеемкость или срок службы фильтро-элемента в основном определяется величиной его наружной по­верхности, так что большое практическое значение приобретает форма поверхности элемента — величина ее должна быть макси­мальной при минимальных габаритах. Такое требование привело к тому, что как в отечественном, так и зарубежном дизелестрое-нии стала в качестве фильтрирующего материала применяться бумага. Широкому применению бумаги способствовал тот факт, что фильтроэлементы из перечисленных выше материалов обеспе­чивали тонкость отсева от 5 до 20 мкм; исключение составляет получивший широкое распространение элемент из хлопчатобу­мажной пряжи (банкоброшные элементы), имеющие высокое ка­чество очистки (до 1—2 мкм). Однако в процессе работы они полу­чают усадку по высоте, что сокращает срок их работы до 200— 300 ч. В зарубежной практике в последнее время нашли широкое применение бумажные (картонные) фильтроэлементы, изготавли­ваемые из специальных сортов бумаги. Для этих целей исполь­зуются: чистый хлопковый линтер, древесная целлюлоза высших сортов, тропические растения (джут, кенаф), синтетические во­локна и т. п. Применяемые бумаги обрабатываются различными синтетическими смолами для защиты от набухания и разрушения листа. Фирма CAV использует специальную крепированную бумагу, импрегнированную веществом, препятствующим влагопоглоще-нию. Фирмы «Пьюэлейтор», «Делько» и «Фрам» выпускают фильтры из специальной термически обработанной фильтрующей бумаги, пропитанной бакелитовой смолой. Западногерманская фирма «Бош» и завод BVE (ГДР) используют фильтрующую бумагу, пропитан­ную фенольной смолой. Применение специально пропитанных и термообработанных бумаг позволяет получить тонкий и надежный фильтрующий материал с равномерной мелкопористой структурой проходных ячеек, что обеспечивает высокую степень очистки и небольшое гидравлическое сопротивление. Во многих странах (например, ЧССР) выпускается фильтрующая бумага различной тонкости отсева с тем, чтобы скомпоновать многоступенчатый фильтр с филь­трующими шторами одинаковой засоряемости: первая ступень с большими порами, вторая — с меньшими. В СССР первоначально бумажные фильтроэлементы разраба­тывались из серийной бумаги: Казахским сельхозинститутом был предложен фильтроэлемент радиального типа из мундштучной бумаги; Челябинским тракторным заводом — из спецкартона КФДТ; Энгельсским заводом топливных фильтров — из бумаги марки В (ГОСТ 7247—54), применяемой для упаковки и расфа­совки продуктов в автоматах. Но, как видно из табл. 3,3, где приведены характеристики фильтрующих бумаг, эти материалы уступают специальным фильтрующим материалам. На основании анализа выпускаемых фильтрующих бумаг и оценки различных вариантов ЦНИТА и ВНИИБ разработали бумагу БФДТ, изготавливающуюся из отечественного сырья, молинеино, наталкиваются на поверхность волокон и задержи­ваются. Инерционность зависит от скорости течения, поэтому изложенный механизм имеет, как правило, поверхностный харак­тер, но возможно задержание более мелких проскользнувших частиц и в глубине каналов вслед­ ствие неравномерной структуры волокон и непрямол и ней ности каналов. При эффекте уплотнения ча­стицы задерживаются при движе­нии в «канале» фильтроэлемента под действием сил Ван-дер-В аальса, электростатически х и капиллярных, прилипая к волок­нам или притягиваясь под их дистанционным воздействием. Частицы малых размеров (ме­нее 0,5 мкм) помимо направлен­ного движения совершают Броу­новское движение, интенсивность которого зависит от температуры. В результате при колебательном движении частицы оказываются на таком расстоянии от волокон, что они притягиваются молеку­лярными силами или непосред­ственно падают на волокно фильт­ра. Таков диффузионный меха­низм осаждения. Конечно, раз­ делить эти механизмы фильтрации
Рис. 3.11. Схемы различных форм бумажных фильтрующих элемен­тов: а — элементарная; б — кон­струкции завода «Русский дизель» (односторонний дисковый фильтро-элемент); е — типа звездочки, по­лучившая широкое применение за рубежом; г — схема двустороннего дискового фильтроэлемента Коло­менского завода им. Куйбышева; д — схема спирального фильтро­элемента (дизель Д-100); е — схема элемента конструкции НАТИ (БФДТ, ЭТФ) трудно, так что обычно улавли­вание частиц происходит ком­плексно по всем этим механизмам. При прохождении жидкости на поверхности фильтра осаждаются частицы, образующие слой по­стоянно увеличивающейся толщи­ны, — формируется так называ­емая фильтровальная лепешка, способствующая фильтрованию, и оптимальный режим фильт­ рации наступает после того, как она образовалась. Фильтрующие элементы из бумаги имеют подавляющее рас­пространение в дизелестроении. На рис. 3.11 приведены схемы различных форм фильтрующих элементов, обеспечивающие полу­чение очень развитых поверхностей фильтрации в минимальных объемах, а применение специальной фильтровальной бумаги позволяет разместить большую поверхность высокой тонкости отсева. В Англии широкое применение нашли фильтры фирм CAV, «Пьюэлейтор» и «Делько» (рис. 3.12). В фильтре фирмы CAV (рис. 3.12, а) используется бумажный фильтроэлемент в виде двухслойной спирали с 21 витком, диаметром 82 мм и высотой 65 мм. Бумажная спираль, поочередно склеенная снизу и сверху, Рис. 3.12. Схема фильтрации топлива в фильтрующих элементах зарубежных фирм: а—-CAV; б —* «Пьюэлейтор» Микроник MF-58; в —• «Фрам»; «Бош» и BVF: / — чистое топливо; 2 — линии склейки; 3 — бумажная спираль; 4 — грязное топливо заключена в металлическую коробку с перфорированными доныш­ками. Фирма «Пьюэлейтор» (рис. 3.12, б) выпускает топливный фильтр Микроник MF-58 с цилиндрическим фильтрующим эле­ментом, штора которого состоит из 70 складок и обернута вокруг центральной перфорированной трубки 2 диаметром 32 мм и высо­той 86 мм. Фильтр фирмы «Делько» FF-23 имеет бумажную штору в виде восьмигранной гармоники, надетой на квадратную перфо­рированную трубку. В США применяются фильтры с бумажным фильтропатроном фирмы «Фрам» (рис. 3.12, е), собранным из прокладок оригиналь- ной формы и помещенным в металлическую коробку с перфориро­ванной цилиндрической обечайкой. Принятая форма элемента позволяет обеспечить щелевую фильтрацию всей толщиной бу­мажной пластины. Фильтры интересной конструкции (рис. 3.12, в) выпускает фирма «Бош» (ФРГ) и завод BVF (ГДР). Элемент набран из 82 дис­ков, отштампованных из фильтровальной бумаги, пропитанной фенольной смолой. Нефильтрованное топливо через прорези в про­кладках заполняет три отсека и фильтруется при проникновении через дисковую пластину. Отфильтрованное топливо через вну­треннюю прорезь в другом слое попадает во внутреннюю по­лость. Применяется, как пра­вило, два последовательно / ": <s включенных фильтра, что • ' ' * л) л \ * ' обеспечивает двухступенчатую " / 7},^ / фильтрацию топлива. / »> /* £У В Советском Союзе для тракторных дизелей наиболь- i шее распространение получил фильтроэлемент БФДТ кон- ^ v , струкции ЦНИТА (из бумаги р- ЗЛЗ Ът^^»^^ такого же названия), выпус­каемый Чаплыгинским заво­дом агрегатов (ЧЗА), а также фильтроэлемент ЭТФ конструк­ции ЦНИДИ, выпускаемый Энгельсским заводом топливных фильтров. Штора этих элементов имеет форму спиральной гармоники. На рис. 3.13 представлен общий вид унифицирован­ного с банкаброшным бумажного фильтроэлемента БФДТ с ре­зиновым уплотнением, обеспечивающего тонкость отсева 2—3 мкм, имеющего коэффициент отсева 95% и гидравлическое сопротив­ление 0,024 кгс/см2 при расходе топлива до 25 кг/ч. На базе фильтроэлементов ЦНИТА был создан типоразмер-ный ряд фильтров типа ФТ для всех отечественных тракторных дизелей производительностью от 25 до 100 кг/ч. Широкие эксплуатационные и лабораторные испытания и большой производственный опыт позволили ЦНИТА разработать новую конструкцию фильтроэлемента и на его базе новый типо-размерный ряд фильтров. В основе конструкции лежит принцип более быстрого засорения первой ступени по сравнению со второй ступенью (в 2,5—3 раза). Поэтому было предложено совместить первую ступень со второй так, чтобы первая была наружной, вторая — внутренней, а элемент в целом двухступенчатым: топ­ливо проникает сначала через наружную штору, а затем через внутреннюю. Это позволяет отказаться от сложных отливок, многочисленных штуцеров и трубопроводов, упрощает конструк­цию всей системы фильтрации при достижении требуемого соот­ношения 3:1, т. е. равной засоряемости ступеней. Последнее достигается тем, что при одинаковой высоте фильтроэлементов соотношение их наружной Sa и внутренней 5ВН поверхностей приблизительно может быть выражено: В качестве внутренней ступени был взят серийный элемент БФДТ с диаметром dcp ^ 50 мм и внутренним dhU = 20 мм, про­изводимый Чаплыгинским заводом агрегатов, поэтому для полу­чения i = 3 диаметр наружного элемента принят dn = 90 мм. Этот размер оказался очень удобным, так как в качестве корпуса фильтра был использован корпус фильтра грубой очистки топ­лива ФГ, выпускаемый тем же заводом ЧЗА. На рис. 3.14 по­казан двухступенчатый фильтроэлемент ЦНИТА ЭТФ-75 (рис. 3.14, б), имеющий наиболее высокие технико-экономические показатели из всех известных фильтроэлементов. Для маломощ­ных дизелей Д-21 (ВТЗ) предложен двухступенчатый фильтро­элемент половинной высоты ЭТФ-35 (рис. 3.14, а). На базе эле­мента ЭТФ-75 разработан фильтр тонкой очистки ФТ-75 (рис. 3.14, <?), а два спаренных фильтра в одной крышке-корпусе применяются для дизелей повышенной мощности как фильтр ФТ-150. Разработка типоразмерного ряда фильтров тонкой очистки ФТ-35, ФТ-75, ФТ-150 показала, что они хорошо компонуются на всех тракторных и автомобильных дизелях при сокращении арматуры, улучшении удобства обслуживания и повышения технологичности изделия: колпак круглой формы изготовляется
<<< Предыдущая страница  1  2  3  4  5    Следующая страница >>>


1 A B C D E F G H I J K L M N O P Q R S T U V W X Y Z 
А Б В Г Д Е Ж З И К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Э Ю Я