Dyzelinio variklio degalų aparatūros darbo, naudojant rapsų aliejų ir jo mišinius su mineraliniu dyzelinu, ypatumai

Įvadas Dyzelinis variklis, rapsų aliejus, dyzeliniai degalai, degalų mišiniai, darbo efektyvumas, emisija, deginių dūmingumas. Optimalus dyzelinių degalų ir rapsų aliejaus mišinio santykis priklauso nuo variklio maitinimo sistemos ypatumų ir įpurškimo slėgio, degimo kameros formos ir degiojo mišinio ruošimo būdo bei kitų veiksnių, kurių įtaką konkrečiu atveju galima nustatyti eksperimentiniais tyrimais. Tyrimų tikslas ir uždaviniai Tyrimų tikslas - nustatyti dyzelinio variklio degalų aparatūros darbo, naudojant rapsų aliejų ir jo mišinius su mineraliniu dyzelinu, ypatumus. Tyrimų tikslui pasiekti buvo sprendžiami šie uždaviniai: 1. Nustatyti ciklinio degalų kiekio pokyčius įpurškiant mineralinį dyzeliną, rapsų aliejų ir jų mišinius; 2. Nustatyti slėgio bangos sklidimo greitį įpurškiant mineralinį dyzeliną, rapsų aliejų ir jų mišinius; 3. Ištirti, kaip keičiasi maksimalus įpurškimo slėgis prie siurblio ir purkštuvo, tiekiant įvairius degalus. Atliekant tyrimus buvo sprendžiami tokie uždaviniai: sumontuoti variklio hidraulinės apkrovos bandymo stendą; parinkti reikiamą variklio darbo parametrų matavimo įrangą; atlikti eksperimentinius tyrimus, išanalizuoti gautus rezultatus ir nustatyti biodegalų įtaką variklio efektyvumo rodikliams. Tyrimų objektas ir metodika Tyrimai atlikti Transporto ir jėgos mašinų katedros Degalų aparatūros laboratorijoje degalų įpurškimo siurblių bandymo stendu. Tyrimams naudotas variklio D-243 UTN-5 degalų įpurškimo siurblys ir daugiasrautis 5 skylučių purkštukas. Bandymai atlikti su dyzeliniais degalais (DD), rapsų aliejumi (RA) bei 75 %DD ir 25 %RA, 50 %DD ir 50 %RA, 75 %DD ir 25 %RA mišiniais. Ciklinis degalų kiekis matuotas siurblio slankiklį užfiksavus vardinio tiekimo padėtyje. Matavimai atlikti keičiant sūkių dažnį nuo 100 iki 1000 min"1. Slėgio bangos sklidimo vamzdelyje greitis matuotas registruojant bangos judėjimo nuo vieno slėgio jutiklio iki kito trukmę. Atstumas tarp slėgio jutiklių 1 = 2871 mm. Slėgis matuotas didelio slėgio pjezovaržiniais jutikliais „Kistler 4067", kurių matavimo ribos 0-200 MPa, matavimo tikslumas ±0,5 %. Jutiklių signalams sustiprinti naudotas stiprintuvas „Kistler 4665", o jiems užrašyti skaitmeninis analoginis keitiklis „Pico ADC-212". Užrašytiems signalams apdoroti buvo naudojama programa „PicoScope". 1.Rapsų aliejaus ir dyzelinių degalų mišiniais veikiančio dyzelinio variklio darbo teoriniai aspektai 1.1.Rapsų aliejaus ir dyzelinių degalų mišiniais veikiančio dyzelinio variklio samprata ES Komisija numato, kad transporto priemonių skleidžiamas anglies dvideginio kiekis iki 2010 metų gali padidėti iki apytikriai 1113 milijonų tonų ir 84 % CO2 emisijos teks kelių transportui. Taigi, vienas iš būdų mažinti aplinkos oro taršą kenksmingais CO2, CO, NOx, HC, ir kitais komponentais, naudoti atsinaujinančią biodegalų energiją kelių transporte, miestų autobusuose, miško ir žemės ūkio gamybos sektoriuose. [1] Literatūroje plačiai aprašomi variklių tyrimai atlikti naudojant biodegalus, tiriamos deginių, CO2, CO, NOx, HC, ir kitų komponentų emisijos. Tačiau variklio veikimo rodikliai labai priklauso nuo degiojo mišinio paruošimo kokybės. Todėl būtina žinoti, kaip pasikeis įpurškimo proceso rodikliai, naudojant biodegalus. Pateikiami dyzelinio variklio D-243, veikiančio grynu rapsų aliejumi (RA) ir jo mišiniais su dyzeliniais degalais (DD), palyginamieji stendinių bandymų rezultatai. Tyrimų tikslas yra ištirti rapsų aliejaus kiekio dyzeliniuose degaluose įtaką mišinio kinematinei klampai ir filtravimosi savybėms, o taip pat dyzelinio variklio darbo rodikliams. Minimaliosios efektyviosios degalų sąnaudos, alkūniniam velenui sukantis 1400, 1800 ir 2200 min"' dažniu, padidėja vidutiniškai 0,104%, 0,134% ir 0,156% sulig kiekvienu įpiltu į dyzelinius degalus 1% rapsų aliejaus tūrio vienetu, o varikliui dirbant nedideliu sukimosi dažniu ir maža apkrova, degalų sąnaudos padidėja 0,222%, 0,199% ir 0135%, atitinkamai. Nustatyta, kad degalų energijos konversijos lygis nepriklauso nuo rapsų aliejaus turinio kiekio dyzelinių degalų mišinyje ir sukimosi dažnio, todėl maksimalus efektyviojo naudingumo koeficientas išlieka 0,37-0,39 ribose. Bendroji azoto oksidų NO emisija didėja beveik proporcingai deguonies masės procentui degalų mišinyje ir, varikliui veikiant vardiniu 2200 min. režimu, grynu RA ir jo mišiniais RA75 ir RA50 su dyzeliniais degalais yra atitinkamai 92%, 20,7% ir 5,1% didesnė. Tačiau mažiausios koncentracijos rapsų aliejaus (25 %) ir dyzelinių degalų (75 %) mišinys RA25 generuoja minėtuose variklio darbo režimuose palyginti su dyzeliniais degalais maksimalią NO, emisiją 37,4%, 26,7% ir 11,7% mažesne. Didėjant tūriniam RA kiekiui dyzelinių degalų mišinyje, azoto dvideginio NO, emisija turi aiškią tendenciją mažėti. Dyzelinius degalus pakeitus grynu RA, maksimali anglies viendeginio CO emisija duotame sukimosi dažnio diapazone mažėja 40,5% - 52,9%. Varikliui dirbant biodegalais RA75 ir RA50 maksimalaus sukimo momento ir vardinės galios režimu, CO emisija gauta 72-15,0% mažesnė, o dirbant degalų mišiniu RA25, CO emisija beveik prilygsta CO emisijai, gaunamai varikliui dirbant dyzeliniais degalais. Maksimalus deginių dūmingumas, dirbant grynu RA yra 27,1% - 34,6% mažesnis, tačiau, esant mažai variklio apkrovai, balzgani garai truputį mažina optinį deginių skaidrumą Tirtų biodegalų deginių dūmingumas palyginti su dyzeliniais degalais yra 41,7% - 51,0% mažesnis. Nesudegusių angliavandenilių CH emisija, variklį maitinant biodegalų mišiniais, yra labai maža ir, kintant apkrovai bei sukimosi dažniui, svyruoja apytikriai nuo 8 iki 16 ppm, o CH emisija, varikliui dirbant grynu RA, artėja prie nulinio lygio. Anglies dvideginio CO; emisija grynam RA ir mišiniui RA75 yra šiek tiek didesnė ir puikiai derinasi su didesnėmis biodegalų sąnaudomis. Apskaičiavus slėgio bangos sklidimo greitį, buvo nustatytas spūdumo koeficientas: čia p - degalų tankis, kg/m3; a - spūdumo koeficientas, m /N; a - slėgio bangos sklidimo greitis, m/s. Kadangi degalų tankis priklauso nuo temperatūros, buvo matuojama tiekiamų degalų temperatūra. 1.2.Ciklinio degalų kiekio priklausomybė nuo sūkių dažnio ir rapsų aliejaus kiekio Nesudegusių angliavandenilių CH emisija, variklį maitinant biodegalų mišiniais, yra labai maža ir, kintant apkrovai bei sukimosi dažniui, svyruoja apytikriai nuo 8 iki 16 ppm, o CH emisija, varikliui dirbant grynu RA, artėja prie nulinio lygio. Anglies dvideginio CO; emisija grynam RA ir mišiniui RA75 yra šiek tiek didesnė ir puikiai derinasi su didesnėmis biodegalų sąnaudomis. Apskaičiavus slėgio bangos sklidimo greitį, buvo nustatytas spūdumo koeficientas: čia p - degalų tankis, kg/m3; a - spūdumo koeficientas, m /N; a - slėgio bangos sklidimo greitis, m/s. Kadangi degalų tankis priklauso nuo temperatūros, buvo matuojama tiekiamų degalų temperatūra. 1 pav. pavaizduota, kaip kinta ciklinis įpurškiamų degalų kiekis, kintant sūkių dažniui ir rapsų aliejaus kiekiui degaluose. Kaip matyti iš diagramų, kai paleidimo sūkių dažnis 100 min', ciklinis degalų kiekis, didėjant rapsų aliejaus kiekiui mišinyje, padidėja 7,8-10 %. Įpurškiant gryną rapsų aliejų, ciklinis degalų kiekis padidėja =5,5 %. Tai galima paaiškinti tuo, kad pro tarpelį tarp plunžerio ir įvorės klampesnių degalų prateka mažiau. 1 pav. Ciklinio degalų kiekio priklausomybė nuo sūkių dažnio ir rapsų aliejaus kiekio degaluoseIšmatavus slėgio bangos sklidimo įpurškimo vamzdelyje nuo įpurškimo siurblio iki purkštuko trukmę ir apskaičiavus jos greitį, nustatyta, kad slėgio bangos greitis beveik nepriklauso nuo rapsų aliejaus kiekio degaluose ir lygus 1420 m/s. Didėjant rapsų aliejaus kiekiui degaluose, didėja degalų tankis, tačiau mažėja jų spūdumas (2 pav.), todėl slėgio bangos sklidimo greitis lieka beveik pastovus. 25 50 75 Rapsų aliejaus kiekis degaluose, % 2 pav. Degalų tankio ir spūdumo koeficiento priklausomybė nuo rapsų aliejaus kiekio degaluose 300 -prie siurblio -prie purkštuvo n= 100 min"1 100 25 50 75 Rapsų aliejaus kiekis degaluose, % 3 pav. Maksimalaus slėgio prie siurblio ir prie purkštuvo priklausomybė nuo degalų rūšies ir sūkių dažnio Kaip matyti iš 3 pav., maksimalus įpurškimo slėgis prie siurblio ir purkštuvo priklauso nuo sūkių dažnio ir degalų sudėties. Kai paleidimo sūkių dažnis n=100 min"1, slėgis prie siurblio yra didesnis nei slėgis prie purkštuvo. Didėjant aliejaus kiekiui iki 75 %, maksimalus slėgis padidėja tik 6 %. Kai sūkių dažnis yra 700 min"' ir 1000 min"1 , įpurškiant mineralinį dyzeliną, slėgis prie purkštuvo atitinkamai 13-16 % viršija slėgį prie siurblio. Šis skirtumas mažėja, didėjant rapsų aliejaus kiekiui degaluose. įpurškiant degalų mišinį, sudarytą iš 25 % mineralinio dyzelino ir 75 % rapsų aliejaus, išmatuoti maksimalūs slėgiai prie siurblio ir purkštuvo buvo beveik lygūs. Įpurškiant gryną rapsų aliejų, slėgis prie purkštuvo buvo 4 % mažesnis nei slėgis prie siurblio. Slėgio sumažėjimui įtakos turi dėl didesnės degalų klampos padidėję hidrauliniai nuostoliai didelio slėgio vamzdelyje. Šis slėgio sumažėjimas turi įtakos ir cikliniam degalų sumažėjimui. 1.3.Variklio darbo dyzelinių degalų ir rapsų aliejaus mišiniais efektyvumas Pastaruoju metu mokslininkai daug dėmesio skiria automobilių, traktorių ir savaeigių žemės ūkio mašinų naudojamų naftos kilmės degalų taupymui ir aplinkos oro taršos mažinimui. Vidaus degimo varikliuose naudoti biodegalus reikalauja Europos Parlamento ir Tarybos Direktyva 2003/30EC, kurioje nurodoma, jog iki 2010 m. gruodžio 31d. reikia pasiekti, kad ne mažiau kaip 5,75 % ES valstybių vidaus rinkos transporto sektoriuje naudojamų degalų sudarytų biodegalai ir kiti iš atsinaujinančių šaltinių gaminami degalai. LŽŪU Transporto ir jėgos mašinų katedroje atlikti tyrimai rodo, kad tiesioginio įpurškimo dyzelinis variklis gali efektyviai (0,38 - 0,39) dirbti iki 60 °C temperatūros pašildytu grynu rapsų aliejumi [1]. Šildymo apskritai galima išvengti, naudojant rapsų aliejaus (25 tūrio %) ir dyzelinių degalų (75 tūrio %) mišinį RA25, kuris užtikrina priimtiną klampą, gali laisvai tekėti maitinimo sistemos vamzdeliais ir valymo filtrais, garantuoja apytikriai tą patį, kaip ir gryni dyzeliniai degalai, energijos konversijos 0,37 - 0,39 efektyvumą ir vienodą anglies viendeginio CO kiekį, gali, tačiau bendrąsias azoto oksidų ištakas, varikliui sukantis 1400 - 2200 min" dažniu, sumažina atitinkamai 37,4 - 11,7% [2]. Kaip keičiasi įvairiais dyzelinių degalų ir rapsų aliejaus mišiniais maitinamo keturtakčio, vieno cilindro, oru aušinamo, tiesioginio įpurškimo dyzelinio variklio F1L511 efektyvioji galia ir lyginamosios efektyviosios degalų sąnaudos, ir nustatyti priimtiniausią biodegalų mišinį. Tyrimams buvo pasirinktas keturtaktis, vieno cilindro oru aušinamas, tiesioginio įpurškimo „Oruvos" dyzelinis variklis F1L511 kurio vardinis sukimosi dažnis 3000 min" \ o efektyvioji galia 12,8 kW Katedroje buvo pagamintas hidraulinis variklių bandymo stendas. Sumontuota valdymo ir matavimo įranga (1 pav.). Eksperimentinį bandymą stendą sudaro dyzelinis variklis, variklio apkrovos hidraulinis siurblys HIII-32 alyvos slėgio reguliavimo droselis, alyvos aušinimo bakas, degalų ir oro sąnaudų matavimo prietaisai ir kita valdymo įranga. 1 - dyzelinis variklis; 2 - hidraulinis siurblys; 3 - alyvos slėgio reguliavimo droselis; 4 - manometras; 5 - alyvos rezervuaras; 6 - degalų bakas; 7 - elektroninės svarstyklės- 8 – oro sąnaudų skaitiklis; 9 - oro pulsacijų mažinimo resiveris Hidraulinio siurblio sudaromas alyvos slėgis buvo matuojamas manometru MT OIU1-160 ±0,16 MPa tikslumu. Variklio alkūninio veleno sukimosi dažnis išmatuotas firmos „Mastech" tachometru DT - 2234A ±0 1 % sūkių tikslumu. Degalų masės sąnaudos išmatuotos elektroninėmis svarstyklėmis SK-1000, ±0,1 g tikslumu, o tūrinės oro sąnaudos išmatuotos firmos „Common" turbininiu dujų skaitikliu DN50 GB5, sumontuotu prieš oro pulsacijas slopinantį 200 1 talpos resiverį. Dujų skaitiklio rodyrnenys nustatyti 0,01 m tikslumu. Barometrinį oro slėgį rodė prietaisas MD-49-2> o oro temperatūrą- termometras. Tyrimų laikas, per kurį variklis sudegindavo 50 g degalų ,r sunaudodavo 0,5 m3 oro, buvo matuojamas elektroniniu sekundmaciu ±0,01 s tikslumu. Deginių temperatūra išmetimo kolektoriuje išmatuota chromelio - kopelio termopora, sujungta į elektrinę grandinę su milivoltmetru UNIT- UT20B. Variklio apkrovos charakteristikos registruotos, esant pastoviam alkūninio veleno sukimosi dažniui n = 2200 min'1 ir palaipsniui didinant nuo 0 iki 10, 20, 30, 40 ir 50 barų krumpliaratinio hidraulinio siurblio sudaromą alyvos slėgį. Buvo paruošti trys rapsų aliejaus (RA) ir dyzelinių degalų (DD) mišiniai tokiais tūrių santykiais: 5 % RA ir 95 % DD (B5), 10 % RA ir 90 % DD (B 10) ir 20 % RA ir 80 % DD (B20). Pradžioje bandymai buvo atliekami varikliui dirbant dyzeliniais degalais, vėliau trimis paruoštais biodegalų mišiniais, o pabaigoje rezultatai pakartoti varikliui dirbant dyzeliniais degalais. Dyzelinio variklio ir pirmieji hidraulinio apkrovos stendo bandymai, kuriuos atliekant paaiškėjo, kad droseliuojama alyva ir padėvėtas krumpliaratinis siurblys gerokai įkaista. Dėl aukštos temperatūros galėjo pasireikšti kavitaciniai reiškiniai ir sumažėti siurblio efektyvumas, todėl buvo įjungtas tarpinis alyvos aušinimas rezervuare cirkuliuojančiu vandeniu. Esant tokiai situacijai, rekomenduojama imti kiek galima mažesnį 0,60 - 0,75 siurblio naudingumo koeficientą [3]. Pagal nustatytus alyvos slėgio pokyčius ir nustatytą pastovų variklio sukimosi 2200 min"1 dažnį apskaičiuota efektyviosios galios Pe priklausomybė nuo vidutinio efektyviojo slėgio pe (2 pav.). Matyti, kad vieno cilindro variklio maksimali 7,8 kW galia yra šiek tiek mažesnė, negu nurodyta (8,8 kW) standartinėje charakteristikoje [5]. Siekiant tiksliau nustatyti variklio galią ateityje reikėtų patikrinti siurblio darbo efektyvumą ir patikslinti naudingumo koeficiento kitimą pagal variklio apkrovą ir sukimosi dažnį [3]. Dėl hidraulinio siurblio išsidėvėjimo apskaičiuota mažesnė 11,8 % variklio efektyvioji galia galėjo truputį padidinti masines lyginamąsias efektyviąsias degalų sąnaudas (3 pav.). Kaip matyti grafikuose, didėjant variklio apkrovai nuo tuščiosios veikos iki maksimalios pe = 0,512 MPa vertės, lyginamosios efektyviosios degalų sąnaudos palaipsniui mažėja iki tam tikros minimalios vertės, kuri tirtiems biodegalų mišiniams yra skirtinga. Esant maksimaliai apkrovai ir variklio velenui sukantis 2200 min"1 dažniu, minimalios lyginamosios degalų sąnaudos 295,5 g/kWh ir 296,8 g/kWh gautos atitinkamai biodegalų mišiniams B5 (7,3 %) ir B10 (6,9 %). Variklį maitinant didesnės koncentracijos mišiniu B20, minimalios lyginamosios biodegalų sąnaudos padidėjo iki 304,6 g/kWh (4,5 %) ir priartėjo prie dyzelinių degalų (318,8 g/kWh) sąnaudų vertės. Įdomu pažymėti, kad, varikliui veikiant minimaliame = 0,102 MPa apkrova, mažiausios lyginamosios degalų sąnaudos - 709,7 g/kWh (6,8 %) yra biodegalų mišinio B10, o mažesnės ir didesnės koncentracijos mišinių B5 ir B20 sąnaudos - atitinkamai 735,5 g/kWh (3,4 %) ir 716,1 g/kWh (5,9 %) priartėja prie standartinių dyzelinių degalų sąnaudų - 761,3 g/kWh. Taigi, tyrimų rezultatai rodo, kad tirtame sūkių 2200 min"1 diapazone, kai variklis mažai apkrautas, ekonomiškiau naudoti biodegalų mišinį B10, o kai variklis veikia maksimalia apkrova - abu biodegalų mišinius B5 ir B10. Didėjančiu atsinaujinančių degalų populiarumu siekiama sukurti geresnes perspektyvas savarankiško daugiafunkcinio žemės ūkio vystymui, nemaistinio augalinio aliejaus gamybai laisvos rinkos sąlygomis ir mažinti aplinkos oro taršą, kurią pastaraisiais dešimtmečiais ypač padidino augantis sunkiasvorių vilkikų, galingų traktorių, savaeigių žemės ūkio mašinų ir lengvųjų automobilių skaičius. ES Komisija numato, kad transporto priemonių skleidžiamas anglies dvideginio kiekis iki 2010 metų gali padidėti iki apytikriai 1113 milijonų tonų ir 84% C02 emisijos dalis teks kelių transportui. Taigi, plačiai naudojant atsinaujinančią biodegalų energiją kelių transporte, miestų autobusuose, miško ir žemės ūkio gamybos sektoriuose, yra vienas iš būdų mažinti aplinkos oro taršą kenksmingais C02, CO, NO*, HC, ir kitais komponentais. Naudoti gryną rapsų aliejų (RA) ir jo mišinius su dyzeliniais degalais (DD) yra pigiau palyginti su RME, nes mažėja transporto ir perdirbimo išlaidos. Gryno RA gamyba mažiau priklauso nuo fiskalinės šalies politikos, o nebrangią, mažai energijos naudojančią aliejaus šalto spaudimo (150 Garingumas, min 95%, esant "C 360 366 Užsidegamumas, °C 250 342 Šalto filtto užsikimšimo temperatūra °C -5 -16 Stingimo temperatūra, °C 0 -10 Cetaninis skaičius 51.6 51.0 Sieros kiekis, mg/kg 33

Daugiau informacijos...

★ Klientai rekomenduoja

Šį rašto darbą rekomenduoja mūsų klientai. Ką tai reiškia?

Mūsų svetainėje pateikiama dešimtys tūkstančių skirtingų rašto darbų, kuriuos įkėlė daugybė moksleivių ir studentų su skirtingais gabumais. Būtent šis rašto darbas yra patikrintas specialistų ir rekomenduojamas kitų klientų, kurie po atsisiuntimo įvertino šį mokslo darbą teigiamai. Todėl galite būti tikri, kad šis pasirinkimas geriausias!