Содержание к диссертации
Введение
Глава I. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА, ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ 8
1.1. Общая характеристика загрязненности дизельного топлива 11
1.2. Причины и источники загрязненности и обводненности дизельных топлив 15
1.3. Состав загрязнений 20
1.4. Влияние загрязнений топлива и воды на надежность систем топливоподачи и средств заправки 22
1.5. Способы очистки дизельного топлива средствами заправки в нефтехозяйствах колхозов и совхозов 25
1.5.1. Фильтры топливораздаточных колонок 27
1.5.2. Классификация и требования к фильтрационным материалам для очистки дизельного топлива 33
1.6. Выводы. Цель и задачи исследования 38
Глава 2. ИССЛЕДОВАНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ СОВРЕМЕННЫХ ФИЛЬТРА
ЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ ПО ОТДЕЛЕНИЮ ВОДОЙ 42
2.1. Выбор метода обезвоживания дизельного топлива 42
2.2. Экспериментальная установка и методика проведения исследования фильтрационных материалов 48
2.2.1. Выбор фильтрационных материалов 48
2.2.2. Экспериментальная установка 50
2.2.3. Методика проведения экспериментов 53
2.2.4. Определение содержания воды в топливе
и эффективности водоотделения 54
2.3. Результаты экспериментального исследования
гидравлических свойств и эффективности отделения
воды фильтрационными материалами 59
2.4. Обобщение экспериментальных данных по водоотделению 66
2.5. Выводы „ 72
Глава 3. ИССЛЕДОВАНИЕ ГИДРАВЛИЧЕСКИХ СВОЙСТВ И ЭФФЕКТИВНОСТИ ФИЛЬТРАЦИОННЫХ ЭЛЖЕНТОВ НА МОДЕЛЯХ 74
3.1. Теоретические предпосылки моделирования работы фильтроэлементов 74
3.2. Экспериментальная установка и методика
исследования 80
3.2.1. Объекты исследования 80
3.2.2. Методика экспериментального исследования 82
3.2.3. Определение эффективности обезвоживания топлива фильтроэлементами 87
3.3. Результаты экспериментального исследования фильтроэлементов 89
3.4. Обобщение результатов испытаний фильтроэлементов
с гофрированной шторой в критериальной форме 102
3.5. Выводы 108
Глава 4. РАЗРАБОТКА КОНСТРУКЦИИ П0ЛН0РАШЕРН0Г0 ФИЛЬТРО-
ЭЛЕМЕНТА ДЛЯ СРВДСТВ ЗАПРАВКИ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ
МАШИН 110
4.1. Теоретический анализ процесса осаждения загрязнений в корпусе фильтра ПО
4.2. Конструкция фильтроэлемента и его работа 115
4.3. Обоснование конструкции фильтроэлемента 121
4.3.1. Выбор основных размеров фильтрационной
и водоотделяющей ступени 121
4.3.2. Определение количества гофр шторы 122
4.4. Экспериментальная установка и методика стендовых испытаний опытного образца фильтроэлемента 123
4.5. Результаты стендовых испытаний опытных фильтроэлементов 124
4.6. Выводы 128
Глава 5. ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ ИСПЫТАНИЯ ФИЛЬТРА-ВОДООТДЕЛИТЕЛЯ
ДЛЯ СРВДСТВ ЗАПРАВКИ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ МАШИН
132
5.1. Объекты и методика эксплуатационных испытаний 132
5.2. Результаты эксплуатационных испытаний 136
5.3. Рекомендации по внедрению комплексного фильтро-элемента для использования в средствах заправки сельскохозяйственной техники 140
5.4. Оценка экономической эффективности от внедрения разработанного фильтра в сельское хозяйство 141
5.5. Выводы 145
ОБЩЕ БЫВОДЦ 147
ЛИТЕРАТУРА 150
ПРИЛОЖЕНИЯ 159
- Общая характеристика загрязненности дизельного топлива
- Выбор метода обезвоживания дизельного топлива
- Теоретические предпосылки моделирования работы фильтроэлементов
- Теоретический анализ процесса осаждения загрязнений в корпусе фильтра
- Объекты и методика эксплуатационных испытаний
Введение к работе
ХХУІ съезд КПСС и последующие Пленумы Центрального Комитета КПСС, выдвигая широкую программу социального развития и повышения народного благосостояния на первый план, выдвинули задачу улучшить снабжение населения продуктами питания Д, 2/. "Продовольственной программой СССР на период до 1990 года" предусмотрено довести к 1990 году урожайность зерновых культур до 21...22 центнеров с гектара, среднегодовое производство мяса до 20...20,5 млн.тонн, молока - 104...106 млн.тонн и яиц - 75... 79 млрд.штук. Для выполнения этих задач сельскому хозяйству будет поставлено 3,74...3,78 млн.тракторов, 215 тыс.бульдозеров, 3,0...3,06 млн.грузовых автомобилей, 1,17 млн.зерноуборочных комбайнов и другой сельскохозяйственной техники /3/. Одновременно с этим намечено увеличение единичных мощностей тракторов, повышение их технического уровня, надежности и долговечности.
Дальнейшее повышение надежности и долговечности дизельной сельскохозяйственной техники, связанное с повышением безотказности системы тошшвоподачи дизелей, возможно на основании комплекса мер, направленных на повышение чистоты дизельного топлива на различных этапах его использования в сельскохозяйственном производстве. Одним из путей решения этой проблемы является совершенствование фильтров, применяемых в топливораздаточных колонках и заправочных агрегатах.
Применяемые в настоящее время заправочные фильтры не обеспечивают необходимую очистку дизельных топлив от загрязнений и, главным образом, от эмульсионной воды, что связано с недостаточной проработкой вопросов фильтрации и процессов отделения дисперсной воды в современных фильтрационных материалах.
В этой связи настоящая работа посвящена исследованию и разработке фильтра-водоотделителя, обладающего повышенной эффективностью очистки топлив от загрязнений и в том числе от эмульсионной воды, который рекомендуется для применения в технических средствах заправки сельскохозяйственной техники дизельным топливом.
В настоящей работе цель достигается путем решения комплекса вопросов, связанных с обоснованием общей схемы двухступенчатой очистки топлива, выбора соответствующих фильтрационных материалов и обоснованием оптимальных конструктивных параметров сменного фильтроэлемента в связи с размерами корпуса фильтра.
Научная новизна работы заключается в обосновании двухступенчатой схемы очистки топлива, обеспечивающей повышение эффективности задержки комплексных загрязнений, включающих механические примеси и воду; в теоретическом анализе процесса отделения дисперсной воды в фильтрационных бумагах и картонах и в обобщении результатов экспериментального исследования в виде критериальных зависимостей, полученных с применением теории подобия; в создании методики испытания малоразмерных фильтроэлементов на комплексном загрязнителе, включающем дисперсную воду и механические примеси; в методе определения оптимальных геометрических параметров фильтрующей шторы звездообразного типа, путем переноса результатов испытаний малоразмерных фильтроэлементов на полноразмерные, с применением моделирования; в обосновании общей компоновочной схемы фильтра с обратным потоком топлива.
Практическое применение разработанного на основании исследований фильтра-водоотделителя для технических средств заправки сельскохозяйственной техники дизельным топливом позволяет повысить чистоту топлива, поступающего в баки тракторов и комбайнов, что повышает надежность систем топливоподачи дизелей. Одновременно повышается надежность топливораздаточного оборудования. В отличие от серийных заправочных фильтров разработанный фильтр-водоотделитель обладает улучшенной тонкостью фильтрации и повышенной эффективностью водоотделения, что исключает попадание воды в топливные баки и далее в систему топливоподачи дизелей.
Эксплуатационные испытания заправочных фильтров новой конструкции, разработанных по результатам настоящего исследования, проводились в совхозах Краснодарского края. Результаты проведённых испытаний показали, что предлагаемый заправочный фильтр обладает повышенной эффективностью комплексной очистки от механических примесей и воды, отвечает требованиям ГОСТ и рекомендован к широкому внедрению в сельскохозяйственное производство.
На защиту выносится: результаты экспериментального исследования эффективности современных фильтрационных материалов по отделению эмульсионной воды и комплексных загрязнений; метод обобщения экспериментальных данных по водоотделению современными бумагами и картонами с математическим описанием процесса, полученным методом подобия; результаты экспериментального исследования гидравлических свойств и эффективности на уменьшенных моделях, а также метод определения оптимальных параметров фильтроэлементов путем перехода от уменьшенных моделей к полноразмерным элементам с применением теории подобия; теоретическое обоснование конструкции фильтра-водоотделителя для топливораздаточных колонок с обратным потоком топлива; конструкция нового фильтроэлемента, предназначенного для фильтров топливораздаточных колонок, обладающего повышенной эффективностью отделения механических примесей и воды с определением экономического эффекта от внедрения.
Диссертация содержит 5 глав, представлена на 158стр. машинописного текста, содержит 35 рисунков, 21 таблиц и приложения.
Общая характеристика загрязненности дизельного топлива
Под загрязнениями понимают твердые, жидкие, газообразные и микробиологические вещества, оказывающие неблагоприятные действия на надежность и ресурс работы. Обычно в практике приходится встречаться с совокупностью различных по характеру и свойствам загрязнений, которые состоят из частиц неорганического и органического происхождения.
Наиболее существенными свойствами загрязнений являются следующие: физическое состояние и вид связи загрязнений с очищаемой поверхностью; склонность компонентов загрязнения к полимеризации; наличие в загрязнениях продуктов окисления и коррозии металлов в смеси с твердыми частицами; гранулометрический состав загрязнений, присутствие в смеси загрязнений атмосферной пыли.
По своему физическому состоянию частицы загрязнений могут находиться в твердом, жидком или газообразном состоянии. К твердым загрязнениям относятся металлические частицы, продукты износа, продукты коррозии (химической, электрохимической и биологической), атмосферная пыль и др. По данным /7/ в дизельное топливо попадают частицы почвы, которые относятся к микропыли (меньше I мкм), к мелкой пыли (от I до 5 мкм) , к средней пыли (от 5 до 10 мкм) и к крупной пыли (от 10 до 50 мкм).
По данным /8/ дизельное топливо, выдаваемое нефтебазами, содержит 100...120 г/т твердых загрязнений. Установлено, что в неотстоявшемся топливе, перевозимом в бочках, содержится более 0,03$ твердых загрязнений.
По мнению ряда авторов /9,10/ дизельное топливо, поставляемое нефтеперерабатывающими заводами, уже содержит некоторое количество загрязнений, которые попадают в него в процессе производства. На пути следования топлива от нефтебаз до топливных баков содержание механических примесей в нем возрастает от 0,006% (в резервуарах нефтеперевалочной базы) до 0,025% (в топливных баках) /12/.
Исследования загрязненности дизельных топлив в условиях сельского хозяйства, проведенные А.И.Руденко и К.В.Рыбаковым /II/, указывают на наличие в топливе загрязнений с размером частиц I...500 мкм. Содержание механических примесей в дизельном топливе составляет 0,005...0,063%. Исследуя загрязнения дизельных топлив при транспортировании, Л.А.Емельянов /7/ пришел к выводу, что концентрация загрязнений в дизельном топливе после его транспортирования достигает 0,02...0,03%.
class2 ИССЛЕДОВАНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ СОВРЕМЕННЫХ ФИЛЬТРА
ЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ ПО ОТДЕЛЕНИЮ ВОДОЙ class2
Выбор метода обезвоживания дизельного топлива
Для удаления воды из нефтепродуктов используются разнообразные методы, в основе которых лежат различные процессы химического, физико-химического и физического характера. Отсюда известные методы обезвоживания подразделяются на химические, физико-химические и физические (рис. 2.1).
Химические методы основаны на химических реакциях, в результате которых образуются легко удаляющиеся из топлива вещества.
Физико-химические методы построены на использовании явления адсорбции, которая заключается в способности поглощать эмульсионную воду.
Наиболее широко представлены физические методы обезвоживания. Их можно разделить на три большие группы: обезвоживание под воздействием силовых полей, обезвоживание пористыми перегородками, обезвоживание путем использования теплофизических и массооб-меняых явлений.
Теоретические предпосылки моделирования
Как показано выше (разд.2), наиболее перспективными материалами для топливных фильтроэлементов являются современные фильтрационные бумаги и картоны, обладающие задерживающими свойствами, как для механических примесей, так и для воды. Конструктивно фильтроэлементы на основе бумаг и картонов включают фильтрационную штору, одетую на перфорированную трубку, обечайку и крышки (рис. 3.1).
Основой конструкции элемента является бумажная фильтрационная штора. Обычно штора выполняется гофрированной в виде многолучевой звезды, что позволяет получить развитую поверхность фильтрации /68,69/. Известно, что увеличение поверхности фильтрации приводит к увеличению ресурса фильтроэлементов в эксплуатации. Однако для каждой шторы существует предел тесноты гофрирования, после которого возрастает начальное гидравлическое сопротивление шторы, снижающее ресурс.
Существование оптимального гофрирования показано в работах /68,79/. Отмечено, что в зависимости от конструктивных параметров фильтрационной шторы, характеристик бумаги, а также от целого ряда физико-химических факторов, определяющих характер забивки пор, имеет место определенная оптимальная теснота гофрирования, обеспечивающая максимальный ресурс фильтроэлемента.
Для аналитической оценки оптимальной тесноты гофрирования шторы необходимо решить задачу оценки ресурса фильтроэлемента в зависимости от большого количества факторов. При этом главную трудность составляет оценка закономерностей забивки пор загрязнениями, а теоретическое описание этих закономерностей в настоящее время составляет определенные трудности /15,68/.
class4 РАЗРАБОТКА КОНСТРУКЦИИ П0ЛН0РАШЕРН0Г0 ФИЛЬТРО-
ЭЛЕМЕНТА ДЛЯ СРВДСТВ ЗАПРАВКИ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ
МАШИН class4
Теоретический анализ процесса осаждения загрязнений в корпусе фильтра
При выборе основных параметров фильтроэлемента необходимо учитывать цроцессы осаждения загрязнений в корпусе фильтра. Это особенно важно для принятой схемы движения топлива (от центра фильтроэлемента к его периферии).
Поскольку разрабатываемый фильтроэлемент планируется устанавливать в корпусе стандартного фильтра ФДТ-30 ТМ, то и процесс осаждения глобул воды, выходящих из водоотделяющей ступени, следует рассматривать применительно к схеме фильтра ФДГ-30 Ш, показанной на рис. 4.1.
Характерной особенностью рассматриваемой схемы движения топлива в корпусе фильтра является то, что нижнее расположение выпускного патрубка создает направленный поток топлива сверху вниз. При этом глобула воды, выдавленная из фильтроэлемента, сначала оказывается в поле действия двух сил: гидродинамической силы потока топлива в зазоре между фильтроэлементом гг и гравитационной силы /у , которые имеют одинаковое направление (рис. 4.1).
title5 ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ ИСПЫТАНИЯ ФИЛЬТРА-ВОДООТДЕЛИТЕЛЯ
ДЛЯ СРВДСТВ ЗАПРАВКИ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ МАШИН
title5
Объекты и методика эксплуатационных испытаний
Эксплуатационные испытания проводились на серийных образцах фильтров типа ФДГ-ЗОТМ, оснащенных фильтрационными элементами, разработанными по результатам настоящего исследования, а также серийными фильтропакетами. Была изготовлена партия фильтроэлементов, основные характеристики которых показаны в табл. 4.1.
Фильтроэлементы (рис. 5.1) устанавливались в штатные корпуса фильтров топливораздаточных колонок КЭР-40-1,0, работающих на выдаче топлива, при заправке сельскохозяйственных машин в нефтехозяйствах совхозов Краснодарского края (на основании договора о творческом сотрудничестве). Все колонки работали на выдаче топлива из стандартных резервуаров емкостью 25 м . При установке испытуемых фильтроэлементов в корпуса фильтров производилась перестановка всасывающего и выпускного патрубков фильтра ФДТ-ЗОШ, смонтированных на колонках.
В задачу эксплуатационных испытаний входило:
- определение работоспособности фильтроэлементов по ресурсу эксплуатации;
- периодическая оценка качества очистки по полноте фильтрации, тонкости фильтрации и эффективности водоотделения;
- визуальная оценка состояния фильтроэлементов после доработки эксплуатационного ресурса.
Эксплуатационный ресурс фильтроэлемента оценивался количеством топлива, пропущенного фильтром, при работе до перепада давления, равного 120 кПа /94/.
Объем топлива, прошедшего через фильтры, определялся штатными топливными счетчиками ПИУ-25-6. Перепад давления на фильт-роэлементе определялся штатным дифманометром топливо-раздаточной колонки.
Отбор проб топлива /86/, используемых для оценки качества очистки, производился из крана пробоотборника, установленного до фильтра, а также из раздаточного пистолета. Пробы топлива отбирались периодически после наработки,соответствующей 100... 150 м3 отфильтрованного топлива. При этом фиксировался перепад давления на фильтре, при производительности ТИС, соответствующей 40 і 1,5 д/мин.
