Техническое обеспечение использования альтернативного биотоплива

чину незначительную. Можно также сделать вывод, что полный коэффициент сопротивления качению для движителя с резинокордными траками несколько ниже, чем с металлическими. Более равномерное распределение давления снижает глубину колеи и компенсирует этим отрицательное влияние повышенной высоты траков.

Список литературы

1. Воронин, В.А. Основы теории тракторов, автомобилей и самоходных сельскохозяйственных машин / В.А. Воронин. — Благовещенск, 1981.

2. Лапик, В.П. Совершенствование эксплуатационных качеств гусеничных движителей кормоуборочных комбайнов с резинокордными траками: дис. ... канд. техн. наук. — Брянская ГСХА, 1995.

УДК 631.3:662.756.3.004.55

В.П. Коваленко, доктор техн. наук, профессор Е.А. Улюкина, канд. хим. наук, доцент

ФГОУ ВПО «Московский государственный агроинженерный университет имени В.П. Горячкина»

ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ АЛЬТЕРНАТИВНОГО БИОТОПЛИВА

Потребность в использовании при эксплуатации двигателей внутреннего сгорания биотоплив из растительного сырья взамен продуктов нефтяного происхождения наряду с причинами техникоэкономического характера (наличие возобновляемых сырьевых ресурсов, более низкая стоимость и т. п.) диктуется также экологическими соображениями, поскольку применение биотоплив позволяет резко снизить содержание в выхлопных газах двигателя загрязняющих атмосферу токсичных веществ (оксида углерода, тяжелых углеводородов, оксидов азота, сажи, соединений серы и т. п.), а также исключить трудноустранимые загрязнения почвы и водных источников, возникающие при проливах нефтепродуктов, и уменьшить масштабы парникового эффекта, оказывающего отрицательное влияние на климат планеты.

Для российских условий к наиболее перспективным биотопливам из растительного сырья относятся продукты, получаемые из рапсового масла. Использование рапсового масла в чистом виде при эксплуатации существующих дизельных двигателей без их существенной конструктивной доработки невозможно из-за высокой вязкости этого продукта, поэтому его применяют в смеси с дизельным топливом. Смесевое биотопливо обладает лучшими экологическими показателями по сравнению с дизельным топливом, и хотя его применение не полностью решает все проблемы загрязнения окружающей среды, но экономически оправдано низкой стоимостью и простотой получения этого продукта. Более эффективным является использование в качестве моторного топлива продукта переработки рапсового масла — его метилового эфира, который по своим физико-химическим свойствам близок к нефтяному дизельному топливу.

62

Вопросы применения биотоплив на основе рапсового масла в качестве горючего для дизельных двигателей исследуются достаточно широко, однако использование указанных продуктов при эксплуатации мобильной техники затрудняется из-за отсутствия инфраструктуры для обеспечения этой техники биотопливами, учитывающей их специфические физико-химические свойства и основанной на научно обоснованных организационно-технических решениях по вопросам транспортирования, хранения биотоплив и заправки ими машин.

Для использования рапсового масла в качестве компонента смесевого биотоплива необходимо осуществить ряд технологических операций, к которым относятся очистка рапсового масла, его нагрев до необходимой температуры и смешение с дизельным топливом в заданных пропорциях.

Очистка рапсового масла необходима, так как при производстве из семян путем холодного отжима возможно его загрязнение частицами растительного происхождения, а также твердыми механическими примесями и эмульсионной водой. Используемые в настоящее время для удаления этих загрязняющих веществ фильтры намывного типа недостаточно эффективны, поэтому перспективным является использование в качестве фильтрующего материала для очистки рапсового масла новых высокопористых полимерных материалов, имеющих пространственно-глобулярную структуру (ПГС-полимеров) [1]. Для очистки рапсового масла целесообразно применение фильтра с двухступенчатым фильтроэлементом из ПГС-полимеров, первая ступень которого имеет цилиндрическую форму, а вторая выполнена в виде набора конических дисков чечевицеобразной формы (рис. 1). Большой ресурс работы таких фильтров достигается выбо-

ром соотношения тонкости очистки первой и второй ступеней на основании экспериментально полученных вероятностных зависимостей таким образом, что обе ступени работают в оптимальном режиме фильтрования — с постепенным закупориванием пор, а равноресурсность обеих ступеней обеспечивается соотношением площадей их рабочих поверхностей [2].

Необходимость нагрева рапсового масла при получении смесевого биотоплива вызывается его высокой вязкостью, которая затрудняет, а при низких температурах делает невозможной его перекачку и препятствует проведению операции по его смешению с дизельным топливом. При этом для повышения эффективности нагрева и уменьшения его продолжительности целесообразно использовать локальные устройства с ограниченным рабочим пространством. Для локального нагрева рапсового масла могут служить размещенные в резервуаре местные паровые подогреватели трубчатого типа, снабженные пористым экраном из материала с высокой теплопроводностью, который отделяет область интенсивного нагрева жидкости от остального объема резервуара. Для равномерного распределения температуры на поверхности экрана предложе-

3 13

Рис. 1. Двухступенчатый фильтр с фильтроэлементом из ПГС-полимера:

I — корпус; 2 — входной патрубок; 3 — крышка; 4 — выходной патрубок; 5 — первая ступень;

6 — вторая ступень; 7 — чечевицеобразный диск; 8 — внутренний опорный выступ; 9 — внешний опорный выступ; 10 — центральное отверстие;

II — нажимная пружина; 12 — глухая заглушка;

13 — проходная заглушка

но разместить трубчатые нагревательные элементы в фиксированных фокусах поперечного сечения экрана, которое выполнено в виде эллипсообразного полуовала Кассини (рис. 2).

Тепло, передаваемое от нагревательных элементов путем кондукции к высоковязкому рапсовому маслу, находящемуся в подэкранном пространстве, удерживается в этом пространстве за счет геометрической формы экрана, обеспечивающего изотермический характер теплового потока. По мере прогревания продукта он приобретает подвижность, и в под-экранном пространстве возникают конвекционные токи, интенсифицирующие процесс теплопередачи к экрану. Затем процесс естественной конвенции распространяется на пористую структуру экрана, и масло, проходящее сквозь поры экрана, а также масло над экраном, нагреваемое за счет теплопереноса через экран кондукцией, образуют на наружной поверхности экрана маловязкий слой. После разогрева рапсового масла в подэкранном пространстве до температуры, достаточной для его выкачки из резервуара с помощью насоса, процесс нагрева сопровождается вынужденной конвекцией, при которой происходит перемещение маловязкого слоя масла, расположенного над экраном, через зазоры между нижней кромкой экрана и обечайкой резервуара в подэкранное пространство, а поверхность экрана будет заполняться рапсовым маслом из расположенных выше слоев. Этот процесс продолжается до опорожнения резервуара или до остановки перекачки.

Процесс приготовления смесевого биотоплива путем смешивания рапсового масла и дизельного топлива должен обеспечивать образование мелкодисперсной эмульсии, равномерной по составу,

Рис. 2. Схема работы подогревательного устройства при выдаче рапсового масла из резервуара:

1 — резервуар; 2 — приемная труба; 3 — экран;

4 — нагревательный элемент; 5 — подвижное (разогретое) масло; 6 — пограничный слой;

7 — малоподвижное (холодное) масло

Рис. 3. Схема установки якорной мешалки в горизонтальном цилиндрическом резервуаре:

Dрез — диаметр резервуара; Dн — наружный диаметр мешалки; h — высота мешалки; Ь — зазор между лопастью и стенкой резервуара; l — ширина лопасти

с заданным соотношением компонентов. Приготовление смесевого биотоплива может производиться заблаговременно в расходном резервуаре или непосредственно при его выдаче потребителю. Экспериментально установлено, что после смешения компонентов полученное биотопливо обладает высокой стабильностью. Это позволяет приготавливать смесевое биотопливо наиболее экономичным способом — путем механического перемешивания его исходных компонентов в горизонтальном цилиндрическом резервуаре с помощью мешалки якорного типа (рис. 3), имеющей оптимальные размеры, полученные на основании экспериментальных данных:

^ = 0,адрез; ь = 0,005^ез; h = м5^; l=0,°^Рез.

Исследовалась также возможность перемешивания компонентов смесевого биотоплива с помощью СВЧ-установки. Применение такого устройства позволяет значительно сократить продолжительность этой операции, но требует наличия соответствующего оборудования. Для получения смесевого биотоплива непосредственно при заправке машин разработан струйный смеситель, работающий на эжекционном принципе.

Использование метилового эфира рапсового масла при эксплуатации двигателей позволяет полностью заменить дизельное топливо этим продуктом, имеющим оптимальные эксплуатационные и экологические характеристики. Однако следует учитывать, что метиловый эфир рапсового масла обладает повышенной гигроскопичностью и при взаимодействии с водой подвергается гидролизу, в процессе которого образуются коррозионно-активные вещества — кислоты и спирты, оказывающие отрицательное воздействие на конструкционные материалы. Поэтому при очистке метилового эфира рапсового масла следует особое внимание уделять его обезвоживанию.

Для очистки продукта от всех видов загрязнений разработано устройство оригинальной конструкции, в котором использован принцип работы гидродинамического фильтра [3], а в качестве фильтрационного материала предложено использовать ПГС-полимеры. В гидродинамическом фильтре данной конструкции одновременно осуществляются процесс фильтрования очищаемой жидкости через пористую перегородку, где происходит задержка твердых частиц и укрупнение микрокапель эмульсионной воды, и процесс непрерывного удаления загрязнений с поверхности этой перегородки под гидродинамическим воздействием инерционных сил потока. Особенностью данной конструкции является наличие во внутренней полости фильтроэле-мента конической вставки, которая обеспечивает равномерную подачу очищаемого продукта к рабочей поверхности фильтроэлемента по всей его высоте. Поскольку при работе гидродинамического фильтра для создания вертикального потока продукта вдоль рабочей поверхности часть его поступает на сброс, для очистки этого продукта предусмотрена установка гидроциклона, а для возврата очищенного в гидроциклоне продукта во входной патрубок коническая вставка выполнена полой, и во входном патрубке размещен струйный аппарат. Для повышения эффективности обезвоживания метилэфира рапсового масла с наружной стороны фильтроэле-мента размещена водоотталкивающая перегородка из металлической сетки с гидрофобным фторопластовым покрытием [2].

При решении вопросов технического обеспечения транспортно-складских и заправочных операций с биотопливами на основе рапсового масла исследовалась их совместимость с конструкционными материалами, используемыми при изготовлении технологического оборудования, применяемого для этих операций. Установлено, что изделия из конструкционной стали обладают необходимой стойкостью к смесевому биотопливу и метиловому эфиру рапсового масла. Не претерпевают изменений при контакте с этими продуктами также детали, изготовленные из поливинилхлорида. Резинотехнические изделия из маслобензостойкой резины устойчивы к воздействию смесевого биотоплива и его компонентов, но склонны к набуханию и значительному ухудшению прочностных свойств при контактировании с метиловым эфиром рапсового масла. Аналогичная картина наблюдается при взаимодействии с указанными продуктами защитных покрытий на основе фенолоалкидной эмали, которые практически устойчивы к воздействию смесе-вого биотоплива и его компонентов, но разрушаются при контактировании с метиловым эфиром рапсового масла. Предложено при операциях с этим продуктом заменить в применяемом технологическом оборудовании уплотнительные резиновые про-

кладки на фторопластовые, а резинотканевые рукава — на металлорукава типа СРГС, и исключить использование для защиты этого оборудования бен-зостойких лакокрасочных покрытий. В остальном существующее нефтескладское и топливозаправочное оборудование в комплекте с разработанными устройствами способно обеспечить выполнение всех необходимых операций при использовании биотоплив на основе рапсового масла, широкое применение которых даст возможность существенно улучшить экологическую ситуацию.

Список литературы

1. Коваленко, В.П. Восстановление качества нефтепродуктов с помощью ПГС-полимеров / В.П. Коваленко, Е.А. Улюкина, С.С. Гусев, И.Н. Леонов // В кн. «Улучшение эксплуатационных показателей двигателей тракторов и автомобилей». — СПб.: СПбГАУ, 2004. — С. 74-82.

2. Пат. 2370303 РФ. Фильтр для очистки жидкостей / В.П. Коваленко, Е.Н. Пирогов, Е.А. Улюкина [и др.]. — Опубл. 20.10.2009. Бюл. № 29.

3. Финкельштейн, З.Л. Применение и очистка рабочих жидкостей для горных машин / З.Л. Финкельштейн. — М.: Недра, 1986. — 232 с.

УДК 631.173

Л.И. Кушнарёв, доктор техн. наук, профессор

ФГОУ ВПО «Московский государственный агроинженерный университет имени В.П. Горячкина»

НАПРАВЛЕНИЯ ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ МТС

Технологизация и индустриализация — важнейшие факторы интенсификации АПК, и регулирование технологического и технического уровней агропромышленного производства государством является необходимым условием нового этапа развития аграрного сектора. Типовые технологические решения в комплексе должны обеспечивать достижение поставленных перед машинно-технологическими станциями общенациональных задач по повышению продуктивности сельскохозяйственного производства России путем внедрения высоких, интенсивных и энергосберегающих технологий.

В настоящее время созданы прогрессивные технологии по производству основных сельскохозяйственных культур. Эти технологии разработаны с учетом зональных условий страны. Одновременно предусмотрено создание зональных механизированных комплексов по производству, хранению и переработке сельскохозяйственной продукции, применение нового поколения машин.

Разработанные базовые технологии производства сельскохозяйственной продукции и технического сервиса обеспечены технологическими отраслевыми и межотраслевыми адаптерами, с помощью которых эти технологии могут быть адаптированы к конкретным производственно-экономическим условиям и возможностям разнообразных типов сельхозтоваропроизводителей. Это позволяет осуществлять новую технологическую политику, содействовать товаропроизводителю в принятии самостоятельного хозяйственного решения на основе представляемых технологий, технологических адаптеров и набора технических средств с ориентацией системы государственного стимулирования

на приоритет использования новейших достижений научно-технического прогресса.

Однако на данном этапе до 90 % сельскохозяйственных товаропроизводителей России не могут реализовать новые технологические разработки по ряду известных причин, связанных с материально-техническим и экономическим их состоянием. Создание машинно-технологических станций (МТС) может оказать агропредприятиям действенную помощь по внедрению прогрессивных технологий по производству сельхозпродукции.

Машинно-технологические станции (см. рисунок) функционируют уже длительное время, однако они пока не оказали ощутимой помощи сельскому хозяйству. Причина в том, что большинство МТС до сих пор не вышли на проектную мощность, а само сельское хозяйство технически не подготовлено для реализации новых технологий, отсутствует организационно-экономический механизм функционирования производственно-технологического обслуживания селхозтоваропроизводителей.

Организационно-технологическая реструктуризация МТС должна охватывать весь комплекс мероприятий по повышению эффективности станций, начиная с обоснования направлений и цели деятельности и заканчивая обоснованием производственных параметров, с учетом реальных потребностей и потенциала сельхозтоваропроизводителей.

Экономическая результативность хозяйственной деятельности МТС определяется уровнем продуктивности использования пашни, величиной издержек производства и в конечном итоге уровнем рентабельности, достаточным для обеспечения экономической заинтересованности коллективов как

65