Анализ существующих методов и средств очистки двигателей от нагароотложений

ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ

НАУКА БЕЗ ГРАНИЦ • № 1(29) • 2019

УДК 621.4

АНАЛИЗ СУЩЕСТВУЮЩИХ МЕТОДОВ И СРЕДСТВ ОЧИСТКИ ДВИГАТЕЛЕЙ ОТ НАГАРООТЛОЖЕНИЙ

Ткаченко Николай Викторович, магистрант Российский государственный аграрный университет - МСХА имени К. А. Тимирязева,

Москва, РФ

В статье рассмотрены основные методы и способы очистки двигателей от нагароотложений. Нагароотложения на деталях цилиндро-поршневой группы, а также закоксовывание распылителей форсунок оказывает значительное отрицательное влияние на эффективность и надежность работы дизелей.

Ключевые слова: двигатель; нагароотложения; водотопливная эмульсия; присадка; форсунка.

ANALYSIS OF EXISTING METHODS AND MEANS OF CLEANING ENGINES

FROM CARBON DEPOSITS

Tkachenko Nikolai Victorovich, undergraduate, Russian Timiryazev State Agrarian University, Moscow, Russia

The article deals with the main methods and methods of cleaning engines from carbon deposits. Carbon deposits on the details of the cylinder group, and coking spray nozzles has a significant negative impact on the efficiency and reliability of diesel engines. Keywords: engine; carbon deposits; water-fuel emulsion; additive; injector.

Для цитирования: Ткаченко Н. В. Анализ существующих методов и средств очистки двигателей от нагароотложений // Наука без границ. 2019. № 1(29). С. 31-35.

Накопление нагароотложений является неотъемлемой частью процесса работы двигателя. Наличие нагароотложений на деталях оказывает отрицательное влияние на энергетические, топливно-экономиче-ские, экологические и ресурсные параметры работы двигателя, что предопределяет необходимость разработки наиболее эффективных методов и средств их удаления.

Традиционным методом очистки деталей двигателя от нагароотложений является механическое воздействие. Для этого требуется частичная разборка двигателя, т. е. снятие сборочных единиц и деталей. Так, например, очистка распылителей форсунок от коксовых отложений предусматривает вскрытие головки цилиндров, снятие форсунок с дизеля, разборку фор-

сунок и чистку распылителей с помощью специальных металлических щеток путем погружения их в специальный химический раствор. Наряду с большой трудоемкостью к недостаткам механического способа очистки следует отнести возможность повреждения очищаемых поверхностей и ухудшение качества сопряжения прецизионной пары (игла распылителя - корпус распылителя) после очистки. Кроме того, несвоевременное удаление нагара при ТО-3, хотя наработка дизеля до допустимого значения толщины слоя нагара на деталях цилиндро-пор-шневой группы в условиях реальной эксплуатации составляет менее 480 ч, часто требует замены закоксованных и покрытых лаковыми нагароотложениями порш-

НАУКА БЕЗ ГРАНИЦ • № 1 (29) • 2019

технические НАУКИ

невых колец, удаления нагара с клапанов и днищ поршней [1, 2].

Метод безраборного удаления на-гароотложения с деталей двигателя был разработан на кафедре двигателей и теплотехники Ленинградского СХИ. Он основан на кратковременной периодической работе дизеля на водотопливной эмульсии, которая приготавливается в механическом смесителе и подается в дизель из отдельной емкости.

Состав водотопливной эмульсии рекомендуется выбирать в зависимости от очищаемой поверхности:

• для очистки от нагара распылителей форсунок дизелей рекомендуется эмульсия, содержащая 90 % дизельного топлива «Л» (ГОСТ 305-82) и 10 % воды;

• для удаления нагароотложения днища поршня и огневой поверхности головки цилиндров рекомендуется эмульсия, содержащая 70 % дизельного топлива «Л» (ГОСТ 305-82) и 30 % воды.

Для повышения стабильности эмульсии и эффективности очистки в ее состав добавляют эмульгатор (мазут М-20, М-40) или олеат натрия (С18Н33О2) в количестве 0,5 % от объема топлива в составе эмульсии. Перед смешиванием с водой мазут должен быть разбавлен дизельным топливом в соотношении 1 : 10.

В процессе работы дизеля на водотопливной эмульсии происходит разрушение коксовых отложений в распылителе, на днище поршня и огневой поверхности головки цилиндров под воздействием локальных давлений, возникающих при испарении находящихся в эмульсии капелек воды. При приготовлении эмульсии в механическом смесителе последние распределяются равномерно по всему объему. При этом 75 % капель имеют размер 5-10

мкм. Повышенные локальные давления в сопловом аппарате распылителей форсунок и на поверхностях деталей цилиндра при впрыскивании водотопливной эмульсии обусловлены тем, что коэффициент теплопроводности воды выше, чем топливо [3, 4].

Анализ процесса впрыскивания форсункой водотопливной эмульсии в камеру сгорания дизельного двигателя показал, что за период впрыскивания давление эмульсии в форсунке изменяется в широких пределах, причем при истечении эмульсии наблюдается падение давления в каждом дросселирующем сечении форсунки. Установлено, что вследствие перепадов давлений при впрыскивании топлива в цилиндр дизеля испарение капель воды происходит в конечной фазе процесса при давлении 2 МПа и ниже. Оно также наблюдается при более высоком давлении у торца соплового аппарата за счет подвода теплоты из камеры сгорания. Повышение температуры эмульсии в зоне распылителя до полного прекращения его подачи форсункой происходит также в результате массообмена продуктов сгорания топлива с эмульсией1 [5].

При прекращении процесса впрыскивания топлива форсункой его давление падает. Это приводит к испарению капель воды в эмульсии до входа ее в сопловой аппарат за счет теплоты, подводимой от корпуса распылителя. Так, при давлении эмульсии ниже 12 МПа температура испарения воды будет меньше 185°С, т.е. ниже температуры поверхности распылителя. В этом случае происходит перенос теплоты от распылителя к эмульсии теплопроводностью.

Таким образом, при впрыскивании форсункой водотопливной эмульсии в

1 Пат. 153176 Российская Федерация, МПК F02B77/04. Установка для безразборной очистки камеры сгорания дизельного двигателя паром / А.С. Дорохов, В.М. Корнеев, К.А. Краснящих, Ю.В. Катаев, заявитель и патентообладатель ФГБОУ ВО РГАУ-МСХА имени К.А. Тимирязева. - № 2014108847/06; заявл. 07.03.2014; опубл. 10.07.2015, Бюл. № 19. - 2 с.

цилиндр дизеля создаются температурные условия, при которых происходит испарение капелек воды. Это приводит к возникновению повышенных локальных давлений в зоне соплового канала распылителя и, как следствие, к разрушению коксовых отложений. При испарении капелек воды в сопловом канале распылителя также происходит вытеснение остатков топлива из объема между корпусом рас-

пылителя и иглой после его посадки в седло (штифтовых форсунок). В результате улучшаются условия смесеобразования в конечной фазе впрыскивания и предотвращается коксообразование [8].

Предложенный способ был реализован в стендах КИ-15705, ОР-15720 и установке для восстановления мощности дизеля ОЗ-13584. Основные технические характеристики оборудования приведены в табл. 1.

Таблица 1

Основные технические характеристики существующего оборудования для безразборного удаления нагароотложений

Наименование показателя Единица измерения Марка оборудования

КИ-15705 ОР-15720 ОЗ-13854

Тип - стационарный передвижной

Количество эмульсии л 7 16 20

Время приготовления эмульсии мин 30 30 5

Напряжение питания В 380 380 380

Габаритные размеры мм 1225х650х1000 650 х 850 х 890 710 х 460 х 770

Масса кг 300 160 55

В развитых странах (США, Япония, Германия) проблема образования на-гароотложений в двигателях вызвала появление различных технологий очистки отложений, но наиболее радикальным способом остается профилактика, т. е. производство дизельного топлива, содержащего специальные моющие присадки, замедляющие образование нагара и отложений. В стандартах нормируется ряд показателей качества, которые влияют на образование высокотемпературных отложений (содержание фактических смол, коксуемость, зольность, содержание соды, наличие механических примесей), тем не менее статистические данные свидетельствуют о том, что полностью разрешить обозначенную проблему не удается [9, 10].

Поступающие на Российский рынок установки для очистки систем то-пливоподачи и камер сгорания зарубежного производства базируются на принципе химического растворения отложений. Принцип действия установок основан на подаче очищающего сольвента во впускной коллектор работающего на холостом ходу двигателя, который попадая в камеру сгорания, постепенно растворяет накопившиеся отложения [11].

Таким образом, можно утверждать, что:

• наиболее перспективным способом очистки деталей и сопряжений дизелей при их техническом обслуживании является безразборное удаление нагароотло-жений;

• ранее выпускающееся оборудование

НАУКА БЕЗ ГРАНИЦ • № 1 (29) • 2019

тЕхНИЧЕСКИЕ НАУКИ

(стенды КИ-15705, ОР-15720, установки 03-13854) не может быть эффективно использовано из-за высокой стоимости комплектующих изделий, больших габаритных размеров и массы, высокой трудоемкости и продолжительности выполнения технологического процесса;

• применение водотопливных эмульсий представляет значительный научно-практический интерес при условии полного предотвращения коррозионной опасности для прецизионных деталей топливной аппаратуры высокого давления.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Ресурсосберегающие технологии ремонта сельскохозяйственной техники: учебное пособие / И. Н. Кравченко, В. М. Корнеев, Д. И. Петровский, Ю. В. Катаев. - М.: ФГБНУ «Росин-формагротех». 2018, 184 с.

2. Безразборная очистка камеры сгорания двигателя / А. С. Дорохов, В. М. Корнеев, Ю. В. Катаев, К. А. Краснящих // Сельский механизатор. 2014. № 4. С. 36-37.

3. Корнеев В. М., Катаев Ю. В. Влияние нагароотложений на работу двигателя // Сельский механизатор. 2011. № 1. С. 36-37.

4. Катаев Ю. В. Безразборная очистка двигателя от нагара // Сельский механизатор. 2011. № 9. С. 34-35.

5. Катаев Ю. В., Корнеев В. М. Актуальность очистки деталей двигателя от нагароотложений // Международный технико-экономический журнал. 2010. № 1. С. 63-65.

6. Методика обоснования структурных элементов обслуживания мобильного парка сельскохозяйственных машин / И. Н. Кравченко, В. М. Корнеев, Ю. В. Катаев, М. С. Овчинникова // Труды ГОСНИТИ. 2017. Том 127. С. 41-46.

7. Катаев Ю. В., Малыха Е. Ф., Вялых Д. Г. Организация технического сервиса машинно-тракторного парка на региональном уровне // Наука без границ. 2017. № 11 (16). С. 60-64.

8. Малыха Е. Ф., Катаев Ю. В. Современные формы организации технического сервиса // Экономика сельского хозяйства России. 2018. № 3. С. 27-33.

9. Катаев Ю. В., Малыха Е. Ф., Вялых Д. Г. Организация технического сервиса машинно-тракторного парка на региональном уровне // Наука без границ. 2017. № 11 (16). С. 60-64.

REFERENCES

1. Kravchenko I. N., Korneev V. M., Petrovskii D. I., Kataev Yu. V. Resursosberegayushchie tekhnologii remonta sel'skohozyaistvennoi tekhniki: uchebnoe posobie [Resource-saving technologies of agricultural machinery repair: textbook]. Moscow, FGBNU «Rosinformagrotekh», 2018, 184 p.

2. Dorohov A. S., Korneev V. M., Kataev Yu. V., Krasnyashchih K. A. Bezrazbornaya ochistka kamery sgoraniya dvigatelya [CIP-free cleaning of the engine combustion chamber]. Sel'skij mekhanizator, 2014, no. 4, pp. 36-37.

3. Korneev V. M., Kataev Yu. V. Vliyanie nagarootlozhenii na rabotu dvigatelya [Influence of carbon deposition on engine operation]. Sel'skii mekhanizator, 2011, no. 1, pp. 36-37.

4. Kataev Yu. V. Bezrazbornaya ochistka dvigatelya ot nagara [CIP-free cleaning of the engine from carbon deposits]. Sel'skij mekhanizator, 2011, no. 9, pp. 34-35.

5. Kataev Yu. V., Korneev V. M. Aktual'nost' ochistki detalej dvigatelya ot nagarootlozhenij [The relevance of cleaning the engine parts from navarathiri]. Mezhdunarodnyj tekhniko-ekonomicheskij zhurnal, 2010, no. 1, pp. 63-65.

6. Kravchenko I. N., Korneev V. M., Kataev Yu. V., Ovchinnikova M. S. Metodika obosnovaniya strukturnyh elementov obsluzhivaniya mobil'nogo parka sel'skohozyajstvennyh mashin [Method of substantiation of structural elements of maintenance of mobile fleet of agricultural machines]. Trudy GOSNITI, 2017, vol. 127, pp. 41-46.

7. Kataev Yu. V., Malyha E. F., Vyalyh D. G. Organizatsiya tekhnicheskogo servisa mashinno-

traktornogo parka na regional'nom urovne [Organization of technical service of the machine and tractor fleet at the regional level]. Nauka bez granic, 2017, no. 11 (16), pp. 60-64.

8. Malyha E. F., Kataev Yu. V. Sovremennye formy organizatsii tekhnicheskogo servisa [Modern forms of technical service organization]. Ekonomika sel'skogo hozyaistva Rossii, 2018, no. 3, pp. 27-33.

9. Kataev Yu. V., Malyha E. F., Vyalyh D. G. Organizatsiya tekhnicheskogo servisa mashinno-traktornogo parka na regional'nom urovne [Organization of technical service of the machine and tractor fleet at the regional level]. Nauka bez granic, 2017, no. 11 (16), pp. 60-64.

Материал поступил в редакцию 15.01.2019

© Ткаченко Н. В., 2019