Пылеуловитель для топливных систем дизелей строительных и дорожных машин

Вестник ТГАСУ №1, 2006

СТРОИТЕЛЬНЫЕ, ДОРОЖНЫЕ МАШИНЫ И АВТОМОБИЛЬНЫЙ ТРАНСПОРТ

УДК 628.511:629.113.5

Э.И. УДЛЕР, докт. техн. наук, профессор,

С.А. ЗЫКОВ, канд. техн. наук,

В.Д. ИСАЕНКО, канд. техн. наук, доцент,

А. В. ИСАЕНКО, аспирант

ПЫЛЕУЛОВИТЕЛЬ ДЛЯ ТОПЛИВНЫХ СИСТЕМ ДИЗЕЛЕЙ СТРОИТЕЛЬНЫХ И ДОРОЖНЫХ МАШИН

В статье изложены результаты лабораторных испытаний разработанного авторами масляного пылеуловителя для задержания атмосферной пыли при «дыхании» топливных баков дорожных и строительных машин.

Существенное влияние на надежность дизельных двигателей машин дорожно-строительного комплекса оказывает работоспособность элементов системы питания топливом. В реальных условиях эксплуатации около 50 % машин выходят из строя по причине отказов топливоподающей аппаратуры. При этом более половины этих отказов обусловлено высокой загрязненностью дизельного топлива, циркулирующего по системе питания [1, 2].

Одним из основных условий обеспечения надежности и заданного ресурса работы топливной аппаратуры дизелей в реальной эксплуатации является эффективная очистка топлива от поступающих в него механических загрязнений путем применения различных фильтров.

Классическое решение этой проблемы, дающее определенный эффект, направлено на разработку новых и совершенствование существующих штатных фильтров, задерживающих механические примеси, поступающие с топливом из бака в топливонагнетающую аппаратуру (ТНА). При этом установлено, что топливо до заправки его в бак машины уже содержит продукты загрязнения, состоящие, как правило, из абразивных частиц дорожно-атмосферной пыли. Накапливаясь, они создают весьма высокую концентрацию (до нескольких десятков тысяч частиц в 1 т топлива) размером от 3 до 50 мкм и выше [1, 2], что абсолютно недопустимо стандартами (ГОСТ 6370-83, ГОСТ 305-82).

Известно, что в топливные баки машин частицы загрязнения попадают не только с топливом. Значительно больше их поступает в бак непосредственно с воздухом в составе атмосферной пыли в виде кремнезема как в момент заправки, так и в процессе работы двигателей при «дыхании» системы. Конструкция же

топливных баков машин автотранспортного и дорожно-строительного комплексов, кроме металлической сетки с ячейкой 0,5 мм в заливной горловине и дыхательных клапанов, зачастую даже не имеющих фильтрующей набивки, других, более эффективных средств очистки воздуха, не предусматривает.

Типовой представитель современных топливных баков машин представлен на рис. 1.

Рис. 1. Типовой топливный бак автотранспортного средства:

1 - датчик указателя уровня топлива; 2 - прокладка; 3 - пробка; 4 - крышка фильтра; 5 - корпус фильтра; 6 - фильтрующий элемент; 7 - бак; 8 - заливная горловина; 9 - пробка; 10 - поплавок датчика; 11 - сливное отверстие; 12 - сетка

Разработанный авторами масляный пылеуловитель МПУ-2 для топливных резервуаров [3] может быть с успехом применен в системах питания машин любого класса, работающих на дизельном топливе (рис. 2).

Пылеуловитель состоит из цилиндрического корпуса 1 с герметичной крышкой 5, в центре которой имеется сквозное окно с герметично вставленными в него центральной трубкой 7 с отверстиями 8. В нижней части корпуса пылеуловителя организована масляная ванна 3 со сливной пробкой 4. Выходной патрубок 2 установлен выше масляной ванны. Центральная трубка 7 своим нижним открытым концом притоплена в масляной ванне. Внутри корпуса установлена металлическая лента 9 в виде архимедовой спирали, которая одним концом прикреплена к центральной трубке 7, а другим (наружным) -к внутренней стенке корпуса 1.

Для жесткого удержания ее в пазах опорных шайб 10 предусмотрено стопорное кольцо 11. При этом нижняя опорная шайба имеет сквозные прорези, омываемые маслом.

Масляный пылеуловитель жестко крепится к раме машины в непосредственной близости от топливного бака или на самом баке (с учетом технологичности) и соединяется с ним посредством металлической трубки или шланга со штуцерами.

Вход

а!

Рис. 2. Масляный пылеуловитель:

а) - сборочный чертеж; б) - вид устройства архимедовой спирали:

1 - корпус; 2 - выходной патрубок; 3 - масляная ванна; 4 - сливная горловина; 5 - крышка; 6 - поясок опорный; 7 - центральная трубка; 8 - отверстия; 9 - металлическая лента-спираль; 10 - шайба опорная; 11 - стопорное кольцо

Пылеуловитель работает следующим образом.

Во время эксплуатации дорожно-строительной или машины другого назначения воздух из атмосферы проходит в центральную трубку 7, при выходе из которой через сквозные отверстия 8 имеющиеся в нем частицы пыли проходят по винтообразному каналу спирали. Закручиваясь и ударяясь о гладкие металлические стенки ленты, частицы постепенно теряют кинетическую энергию и, как следствие, входную скорость, осаждаясь при этом на поверхности масла в масляной ванне. Очищенный таким образом воздух через выходной патрубок 2 попадает в топливный бак машины.

При проведении очередного технического осмотра масло в ванне меняется.

Для изготовления масляного пылеуловителя за основу был взят корпус штатного топливного фильтра с наружным диаметром Ъ = 92-10- м. Расчет остальных конструктивных параметров выполнен исходя из выражения, полученного на основе анализа процесса седиментационного осаждения частиц загрязнения в пылеуловителе:

ёБ 2 (р п 1 Р в V Ч2 *

- п 2

V

где к - высота канала (ширина металлической ленты), м; ув - вязкость воздуха, м2/с; ц - объемный расход очищаемого воздуха, м3/с; g = 9,8 м2/с; рп, рв -плотность материала пыли и воздуха, кг/м3; ^ - эквивалентный диаметр осаждаемых частиц загрязнения, м; / - шаг спирали, м.

Для очистки воздуха от частиц загрязнения диаметром ^ = 5 мкм и более при ц = 0,1 м3/с; у = 15-10-6 м2/с; рп = 2600 кг/м3; рь = 1,2 кг/м3 потребова-

лась стальная лента шириной И = 110 мм при длине Ь = 830 мм, уложенная в виде спирали с шагом * = 8 мм.

Лабораторные испытания МПУ-2 выполнены с целью оценки его работоспособности по улавливанию атмосферных загрязнений, поступающих в топливный бак. Для этого создана специальная установка (рис. 3), позволяющая имитировать режим «дыхания» топливного бака машины в условиях эксплуатации. В качестве загрязнителя воздуха принята кварцевая пыль с удельной поверхностью 8уд = 10500 см21г, которая подается дозатором 1 в пылераспылитель 3. За счет разрежения, создаваемого насосом 12, пылевоздушная смесь поступает в МПУ-2, где освобождается от частиц кварца. Очищенный воздух поступает в топливный бак 11. Подача загрязнителя, воздуха и смеси контролируется кранами 2, 4, 7, 14, 15. Расход загрязнителя в каждом цикле испытаний был одинаков, а расход воздуха уравнивается с объемным расходом топлива в пределах (5-50)-10"6м31с, что соответствует основному расходному режиму автотракторного двигателя внутреннего сгорания в реальных условиях.

Рис. 3. Схема безмоторной установки для испытания масляного пылеуловителя:

1 - дозатор пыли; 2, 4, 7, 14,15 - вентили; 3 - пылеобразователь

Работоспособность МПУ-2 оценена путем определения коэффициента полноты отсева ф и количества частиц загрязнения, осевших в его масляной ванне.

Коэффициент полноты отсева кварцевой пыли определен по выражению:

Ф

Ф =--------;----------------,

Чн  П -

где Оотс - масса слитого из МПУ-2 отстоя после п выполненных цикловых испытаний заданного режима; рм и бм - плотность и объем масла, залитого в масляную ванну МПУ-2; чн - масса разовой навески кварцевой пыли, вводимой в систему за один цикл; Чдп, Чпр, Чтп - массовые потери частиц пыли в дозаторе, пылераспылителе и трубопроводах, подходящих к МПУ-2 соответственно.

В результате испытаний было установлено, что при пропуске 15,0 г пыли в масляной отстойной ванне МПУ-2 оказалось 13,485 г, потери составили 0,365 г, а коэффициент отсева составил 92,14 %, то есть

= (238,555 - 225,070; -100 = 1348,5 = 92 14%

Ф 15,0 - (0,130 + 0,065 + 0,171) 14,635 , ^

И, как следует из баланса загрязнений, в топливный бак системы поступило 0,365 г пыли, что соответствует 36,5 г на 1 т топлива, если учесть, что в баке находилось 10 кг дизельного топлива.

Количество частиц загрязнителя определено с помощью автоматического анализатора механических примесей ФС-112/3, который позволяет производить подсчет взвешенных частиц и их классификации по размерным группам на основе критерия интенсификации светорассеяния регистрируемых частиц, а также суммарного количества частиц в интервале от 5 до 500 мкм.

Результаты счетной концентрации частиц загрязнителя приведены в таблице.

Распределение относительного содержания частиц загрязнителя по размерным фракциям в элементах системы

Место отбора пробы Количество частиц в 1 мл топлива по размерам, мкм

до 5 6-10 11-15 16-20 21-35 свыше 35

На входе в МПУ-2 34,4 17,3 23,6 15,3 7,5 1,9

Отстойная ванна МПУ-2 0,15 0,54 1,2 3,4 19,2 65,8

Топливный бак 61,4 20,5 11,7 4,6 1,7 -

Из таблицы следует, что масляный пылеуловитель в 3,5-4,0 раза снижает попадание в топливный бак наиболее опасных абразивных частиц размером свыше 15 мкм. Однако для окончательной и более объективной оценки эффективности МПУ-2 необходимо проведение эксплуатационных испытаний на реальных строительно-дорожных машинах по результатам исследования показателей надежности топливоподающей аппаратуры и дизелей в целом.

Вестник ТГАСУ №1, 2006

Библиографический список

1. Григорьев, М.А. Очистка топлива в двигателях внутреннего сгорания / М.А. Григорьев, Г.В. Борисова. - М. : Машиностроение, 1991. - 208 с.

2. Кадыров, С.М. Долговечность автотракторных дизелей в условиях Средней Азии / С.М. Кадыров. - Ташкент : Изд-во «Укитувчи», 1982. - 270 с.

3. Патент 2257487 РФ / Э.И. Удлер, С.А. Зыков, А.В. Исаенко; опубл. 27.07.2005, бюл. № 21, 6 с.

4. Хаппель, Д. Гидродинамика при малых числах Рейнольдса / Д. Хаппель, Г. Бреннер. - М. : Мир, 1976 - 630 с.

E.I. UDLER, S.A. ZYKOV, V.D. ISAENKO, A.V. ISAENKO

DUST DETECTOR FOR FUEL DIESEL SYSTEMS OF BUILDING AND ROAD MACHINES

The results of laboratory tests made by the inventors of oil dust detector for the detention of atmospheric dust under «breath» of fuel tanks of road and building machines are given in the article.

УДК 629.113:66.067-532.54/55

П.В. ИСАЕНКО, канд. техн. наук,

В.Д. ИСАЕНКО, канд. техн. наук, доцент

К РАСЧЕТУ ГИДРАВЛИЧЕСКОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ ОЧИСТИТЕЛЯ-НЕЙТРАЛИЗАТОРА ДЛЯ СИСТЕМ ВЫПУСКА ОТРАБОТАВШИХ ГАЗОВ МАШИН АВТОТРАНСПОРТНОГО КОМПЛЕКСА

В работе рассматривается задача определения гидравлических сопротивлений взаимосвязанных элементов модельной конструкции очистителя-нейтрализатора отработавших газов машин с бензиновыми двигателями, разработанной на базе стандартного глушителя шума и оснащенной СВС-фильтроэлементами. Установлено, что общее сопротивление очистителя-нейтрализатора не превышает сопротивления газов штатного глушителя шума автомобиля ЗИЛ-130.

С открытием и дальнейшим развитием самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС-технологии) появилась возможность изготовления достаточно дешевых нейтрализаторов отработавших газов (ОГ) двигателей внутреннего сгорания (ДВС), которые в отличие от известных каталитических нейтрализаторов не предполагают в составе фильтровального материала присутствия элементов платиновой группы [1, 2, 3].

В ТГАСУ методом электротеплового взрыва получен СВС-материал с регулируемой пористой структурой [4]. Как показали моторные испытания,