Биотопливо в лесных машинах

ЛЕСОИНЖЕНЕРНОЕ ДЕЛО

мендаций по совершенствованию их эксплуатационных характеристик.

Указанное выполнение средств для проведения испытаний турбокомпрессора обеспечивает быстрый монтаж различных видов турбокомпрессоров в положение для испытаний, удобство эксплуатации и результативность использования стенда. Оснащение стенда набором указанных датчиков обеспечивает максимальный объем исходной и текущей информации о состоянии систем стенда и турбокомпрессора. При этом повышается эффективность предложенного устройства, в том числе за счет использования современной техники преобразования полезных сигналов. Это позволяет решить задачу автоматизации испытаний и совершенствования характеристик турбокомпрессоров двигателей внутреннего сгорания. В таблице представлены показатели, которые можно снимать при проведении испытаний турбокомпрессоров.

Разработанный стенд позволяет определить параметры и характеристики турбокомпрессоров дизельных двигателей в различные периоды эксплуатации, обкатки и регулировки. В результате проведенных исследований были выработаны необходимые рекомендации по технике испытаний турбокомпрессоров и снятия основных показателей. Данный стенд дополняет и развивает возможности системы дефектации и эталонирования в части повышения эффективности и удобства эксплуатации стендового оборудования при ремонте и техническом обслуживании турбокомпрессоров.

Библиографический список

1. Патент на полезную модель изобретения №89617 «Стенд для испытаний турбокомпрессоров двигателей внутреннего сгорания».

2. Комбалов, В.С. Методы и средства испытаний на трение и износ конструкционных материалов, справочник / В.С. Комбалов. - М.: Машиностроение. 2008. - 384 с.

БИОТОПЛИВО В ЛЕСНЫХ МАШИНАХ

Д.В. АКИНИН, доц. каф. колесных и гусеничных машин МГУЛ, канд. техн. наук,

В.Ю. ПРОХОРОВ, доц. каф. технологии машиностроения и ремонта МГУЛ, канд. техн. наук

prohorovv@yandex. ru; lada555@itkm. ru

Ежегодно предприятия России потребляют около 5,5 млн т дизельного топлива и 2 млн т автомобильных бензинов, получаемых из нефти. Потребление энергии к 2030 г. возрастет на 60 %, что потребует увеличения производства различных видов энергоносителей. При этом повышаются требования к их экологической безопасности. Наряду с другими возобновляемыми источниками энергии (ВИЭ) все большее внимание в мире уделяется использованию биомассы. Российская Федерация располагает огромными запасами биоресурсов, включая не только сельскохозяйственные, но и лесные ресурсы. Количество органических отходов разных отраслей народного хозяйства Российской Федерации составляет более 390 млн т в год.

Причиной необходимости использования альтернативных источников является также постоянное повышение цен на топли-

во, что отрицательно сказывается на экономике отечественных нефтепользователей, к которым относятся лесозаготовки. На сегодняшний день в биоэнергетике все большее значение приобретает использование различных отходов для производства биотоплива (биотопливо второго поколения). Оно будет постепенно замещать биотопливо первого поколения, что связано с большей степенью его экологичности (по данным Всемирного энергетического союза, использование биогорючего второго поколения позволит снизить выбросы парниковых газов на 90 %), производительности, а также с тем, что оно производится из непищевых продуктов. Эффективное использование и переработка в качественное биотопливо растительных и древесных отходов сократят зависимость предприятий от централизованного энергоснабжения. Целесообразно сосредоточить

106

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 5/2010

ЛЕСОИНЖЕНЕРНОЕ ДЕЛО

внимание на перспективных видах растительного сырья для получения биотоплива, основные из которых, по мнению ученых отделения растениеводства, древесина и отходы от ее переработки (опилки), специальные посадки быстрорастущих пород деревьев, в том числе ивы и тополя, а также солома зерновых культур и растительные масла из семян рапса и других культур. Отделения мелиорации и лесного хозяйства подготавливают рекомендации по созданию и использованию энергетических плантаций быстрорастущих деревьев: тополя, ивы, эвкалипта.

Приоритетность применения альтернативного топлива определяется ценой топлива и возможностью использования на дизелях. Исходя из этого наиболее перспективными альтернативными топливами являются природный газ и биотопливо на основе растительных масел.

Использование в дизелях биотоплива осложняется его высокой вязкостью и образованием отложений и нагара на соплах топливных форсунок и в цилиндрах. Поскольку температура поршня при низкой нагрузке дизеля (включая холостой ход) снижается, то растительные масла (имеющие высокую температуру кипения), находящиеся на стенках охлажденного поршня, не способны к испарению и воспламенению при смешивании с воздухом: они полностью не сгорают. При перемещении поршневыми кольцами несгоревшего топлива вниз (в такте расширения), растительное масло, проникая в картер, смешивается с маслом, ухудшая его качество, что в конечном итоге приведет к выходу двигателя из строя. Этим обуславливается потребность в преждевременной замене дизельного масла при работе на растительных маслах.

Таким образом, в дизелях с непосредственным впрыском растительные масла не могут быть использованы длительное время, поскольку они не сгорают полностью, ухудшают качество дизельных масел за счет смешивания, способствуют образованию продуктов коксования, которые вызывают отложения на форсунках, поршнях и поршневых кольцах. В предкамерных и вихрекамерных дизелях длительное использование растительных масел на первый взгляд кажется возможным,

поскольку масло дополнительно подогревается перед воспламенением, обуславливающем лучшее смешивание с воздухом и более полное сгорание.

Вместе с тем, в дизеле с непосредственным впрыском возможно некоторое изменение конструкции поршней, головок цилиндров и форсунок с целью более длительного использования растительных масел в качестве топлива.

Существует вариант адаптации топливной системы дизеля Д-243 для работы на биотопливе, который включает увеличенный до 10 мм внутренний диаметр магистрали низкого давления, теплообменник для подогрева биотоплива до температуры 70-80 °С с площадью поверхности нагрева 0,02 мм2 (вязкость биотоплива 5-10 мм2/с), трехходовой клапан, пятидырочную форсунку с площадью сопловых отверстий 0,353 мм2 вместо четырехдырочной площадью 0,283 мм2. Кроме указанных изменений необходимо корректировать угол опережения впрыска топлива в пределах 24-26° поворота коленчатого вала. Сравнительные показатели работы приведены в табл. 1.

В МГАУ предложены конструктивные решения, представленные на рис. 1.

Данные конструктивные разработки с применением рапсового масла в качестве добавок к основному топливу прошли испытания на двигателях СМД, Д-21, Д-243 и показали положительные результаты (рис. 2 - 4 и табл. 2).

Ряд 1 - дизельное топливо;

Ряд 2 - 25 % метилового эфира растительных масел + 75 % дизельного топлива;

Ряд 3 - 50 % метилового эфира растительных масел + 50 % дизельного топлива;

Ряд 4 - 75 % метилового эфира растительных масел + 25 % дизельного топлива.

На лесных машинах преобладают следующие двигатели:

- на тракторах ТДТ-55А, ЛТ-157, МЛ-72, МЛ-74, ТЛК-4,6 - дизель СМД;

- на ТТ-4М - А-03МЛ,

- на ТЛК - ЯМЗ-236,

- на МЛ-30, МЛ-56 - ЯМЗ-238

На лесовозах установлены дизели ЯМЗ-236 и ЯМЗ-238.

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 5/2010

107

ЛЕСОИНЖЕНЕРНОЕ ДЕЛО

Рис. 1. Конструктивные изменения дизеля для работы на дизельном топливе с биодобавками: а - раздельная подача на две форсунки; б - раздельная подача на одну форсунку; 1, 2 - форсунки; 3, 4 - топливная магистраль высокого давления; 5,6 - насосы высокого давления; 7, 8 - впускной и выпускной коллектор; 9 - тройник

3

(D

-а

н

о

о

и

a

о

и

«

S

й

(D

е

е

Частота вращения коленчатого вала, мин-1 ----Ряд 1 —|о— Ряд 2 —о— Ряд 3 —д— Ряд 4

у

й

СЗ

«

а

о

н

ч

°

сЗ

а

«

о

«

о

о

СЗ

V

Частота вращения коленчатого вала, мин'1 ---Ряд 1 -о— Ряд 2 —о— Ряд 3 -а— Ряд 4

Рис. 2. Эффективная мощность при различных частотах вращения коленчатого вала

Частота вращения коленчатого вала, мин-1 ----Ряд 1 —|о— Ряд 2 —о— Ряд 3 —д— Ряд 4

Рис. 4. Содержание оксида углерода при различных частотах вращения коленчатого вала

Рис. 3. Часовой расход топлива при различных частотах вращения коленчатого вала

1400 1600 1800 2000 2200

Частота вращения коленчатого вала, мин-1

---Ряд 1 —|о— Ряд 2 —о— Ряд 3 —д— Ряд 4

Рис. 5. Дымность при различных частотах вращения коленчатого вала

108

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 5/2010

ЛЕСОИНЖЕНЕРНОЕ ДЕЛО

Таблица 1

Мощностные и экономические показатели двигателя Д-243 при работе на биотопливе в сравнении с дизельным топливом

Показатели Вид топлива

дизельное Л биотопливо БДГ-1

Мощность эксплуатационная, кВт 58,53 56,52

Частота вращения коленчатого вала, мин-1 2230 2230

Расход топлива, кг/г 13,75 14,85

Удельный расход топлива, г/кВт-ч 234,92 262,7

Максимальная частота вращения, мин-1 2362 2368

Оценочный удельный расход топлива, г/кВт-ч 247,66 276,35

Температура выхлопных газов, °С 530 510

Условия испытаний - температура, °С:

окружающей среды 25 25

охлаждающей жидкости 85 86

смазочного масла 95 96

топлива в головке насоса 52 54

Таблица 2

Экологические показатели двигателя д-243 при работе на дизельном топливе и биотопливных композиций

Вид топлива

ДТ Биодит №1 Биодит №2 Биодит №3

n = 1400 мин-1

СО, % 0,22 0,18 0,13 0,25

СН, % 0,0012 0,0011 0,001 0,0015

Д, % 29,3 26,3 23,3 32,2

n = 1600 мин-1

СО, % 0,41 0,35 0,32 0,44

СН, % 0,0013 0,0012 0,001 0,0015

Д, % 53,7 48,2 43,5 56,3

n = 1800 мин-1

СО, % 0,52 0,47 0,42 0,55

СН, % 0,0014 0,0013 0,001 0,0016

Д, % 67,5 63,3 56,3 70,5

n = 2000 мин-1

СО, % 0,57 0,51 0,44 0,6

СН, % 0,0015 0,0014 0,0011 0,0018

Д, % 73,5 70,5 63,3 76,4

n = 2200 мин-1

СО, % 0,62 0,53 0,46 0,63

СН, % 0,0017 0,0015 0,0011 0,002

Д, % 76,0 73,0 65,1 79,1

Все эти дизели имеют топливный насос высокого давления и, следовательно, конструктивные изменения в двигателе Д-243 могут быть адаптированы к ним.

Ограниченность и невозобновляемость ресурсов нефти, обострение экологических проблем при использовании нефтяного моторного топлива, рост цен и затрат на него в себестоимости продукции приводят к

необходимости перевода лесных машин на альтернативные виды топлива.

Из биотоплив для лесного комплекса, где весь тракторный и автомобильный парк оснащен дизелями, приоритет должен принадлежать биотопливу как на основе растительных масел - биодизельному топливу (биодизель), так и биотопливу второго поколения, получаемому из отходов

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 5/2010

109