Журнал "Тракторы и сельскохозяйственные машины", 2004 год, № 4
УДК 621.43-61
Канд. техн. наук А. В. КОЛЧИН (ГОСНИТИ)
Надежность и долговечность с.-х. техники в значительной мере зависит от качества нефтепродуктов. При небрежном транспортировании и хранении в них попадают вода и механические примеси, которые, соприкасаясь с трущимися поверхностями, приводят к преждевременному старению составных частей машин. Присутствие воды и механических примесей в дизельном топливе вызывает преждевременный износ и выход из строя прецизионных пар топливного насоса и форсунок, снижение подачи топлива, изменение момента начала подачи в сторону запаздывания, ухудшение качества распыливания топлива. Все это нарушает процесс смесеобразования, снижает мощность и топливную экономичность дизеля. При температуре топлива ниже 0 град.С находящиеся в нем частицы воды замерзают и в виде мелких кусочков льда забивают топливопроводы, затрудняя пуск дизеля в зимнее время.
Механические примеси, содержащиеся в маслах и консистентных смазках, абразивно действуют на трущиеся поверхности, вызывая усиленное их изнашивание и преждевременный выход из строя. При наличии воды в маслах и смазках трущиеся поверхности подвергаются коррозии. Согласно ГОСТ 6370, механических примесей в топливе не должно быть более 0,005 % (т. е. не более 50 г на 1 т). В действительности же в дизельном топливе, хранящемся на нефтебазах, их количество зачастую превышает 120 г/т, а в местах заправки оно доходит до 200—250 г/т. В топливных баках тракторов механических примесей содержится до 250—300 г/т. Основную массу механических примесей составляют кремнезем и глинозем, твердость которых вдвое-втрое выше твердости рабочих поверхностей прецизионных деталей топливной аппаратуры. Попадая в зазоры между прецизионными деталями, эти примеси царапают трущиеся поверхности, в результате они заклиниваются и выходят из строя. При попадании абразивов в распылитель происходит зависание иглы в корпусе, вызывая перебои в работе двигателя, закоксовывание распылителя и выход его из строя.
Не меньший вред топливной аппаратуре причиняет вода, попадающая в дизельное топливо при небрежном его хранении. Соприкасаясь с рабочей поверхностью прецизионных деталей, вода вызывает их коррозию, приводящую к заклиниванию трущихся деталей и выходу их из строя. Кроме того, вода понижает теплотворную способность топлива, а следовательно, и мощность двигателя.
Чтобы избежать отмеченных последствий, при поступлении топлив, масел и смазок в хозяйство необходимо проверить их качество (независимо от паспортных данных). От качества топливно-смазочных материалов (ТСМ) в значительной степени зависит экологическая безопасность самоходных с.-х. и дорожно-строительных машин.
Для обеспечения нормативной экологической безопасности и топливной экономичности самоходных машин в условиях эксплуатации необходимо не только регулярно измерять вредные выбросы в отработавших газах ДВС и своевременно устранять неисправности машины, но и тщательно контролировать заливаемые в нее ТСМ. Обеспечение эксплуатационной чистоты ТСМ становится актуальной задачей в сфере использования машин, поскольку прогрессирует насыщение техники чувствительными к загрязнениям механизмами гидравлики, пневматики и др., увеличивается выпуск топлива и масел с высокими эксплуатационными свойствами.
Для повышения надежности работы машин следует создать условия, гарантирующие чистоту их рабочих полостей и используемых жидкостей (топливо, масла и др.). Загрязненные масла в 2—5 раз ускоряют износ трущихся пар, а повышенная загрязненность рабочих полостей машин в 70—90 % случаев служит причиной отказов гидросистем и в 50 % случаев — топливных систем. Уровень загрязненности ТСМ в значительной степени зависит от комплекса применяемых организационно-технических мер. В процессе транспортирования и хранения нефтепродуктов, эксплуатации техники загрязненность неуклонно возрастает в результате поступления атмосферной пыли, накопления продуктов коррозии и износа технических средств. Нередко уже при заправке в системы машин загрязненность масел превышает последний (17-й) класс по ГОСТ 17216. В дальнейшем при эксплуатации машин по мере изнашивания двигателя, трансмиссии или гидравлической системы в работающем масле продолжают накапливаться продукты износа — металлические частицы. Кроме того, извне попадают различные примеси через воздухоочиститель, с продуктами неполного сгорания топлива и масла, с доливаемым на угар маслом, через сапуны, уплотнения и т. д.
Контроль чистоты ТСМ следует проводить при их приемке на нефтесклад, в процессе хранения, заправки, использования, при сборе и очистке отработанных масел, а также при обкатке и испытании отремонтированных двигателей. Применение несоответствующего сорта ТСМ в тракторных и комбайновых дизелях служит причиной ухудшения процесса сгорания топлива, увеличения дымности и токсичности отработавших газов. Это нарушение приводит к значительному перерасходу топлива и снижению ресурса двигателя в целом.
Складывающаяся ситуация в РФ с качеством ТСМ усложняется также тем, что в настоящее время бурную активность на товарном рынке, помимо крупных, развили средние и мелкие товаропроизводители, качество выпускаемой продукции которых из-за ограничения технологических возможностей в ряде случаев оставляет желать лучшего. Одновременно отмечен большой приток на российскую таможенную территорию зарубежных (не всегда качественных) нефтепродуктов. При этом достаточная простота оформления сертификатов открывает широкие возможности для импортеров по реализации некондиционной продукции в РФ.
Указанные обстоятельства, характеризуемые отсутствием достаточного контроля со стороны государства за качеством поступающих на российский рынок отечественных и зарубежных нефтепродуктов, приводят к необходимости восстановления государственной (межведомственной) системы контроля качества нефтепродуктов, более адаптированной к рыночным условиям.
Анализ существа проблемы обеспечения качества ТСМ, поступающих в сельское хозяйство, подтверждает актуальность создания системы экспресс-контроля, обеспечивающей возможность оперативной проверки ТСМ не только на нефтебазах, но и в хозяйствах. В результате исследований специалистами ГОСНИТИ обоснован, разработан и поставлен на производство комплекс новых средств экспресс-контроля качества ТСМ.
Комплект КИ-28105-ГОСНИТИ средств экспресс-контроля качества ТСМ
- Прибор контроля сортности бензина (октанометр) ОБ-1
- Прибор контроля сортности дизельного топлива АБД-1
- Прибор контроля сортности автотракторных масел АК-3
- Прибор оценки процентного содержания воды в масле АК-4
- Прибор для определения загрязненности масел и топлива КИ-28067
- Цифровой термометр ТЦМ-9210
- Комплект индикаторных трубок для определения тетраэтилсвинца в бензине
- Вискозиметр капиллярный ВПЖ ГОСТ 10028-81
- Ареометр АНТ-2 ГОСТ 18481-81
Основные контролируемые показатели:
- относительная чистота дизельного топлива, моторных и трансмиссионных масел;
- сортность бензина, дизельного топлива, моторных, трансмиссионных и гидравлических масел;
- процентное содержание воды в ТСМ;
- температура и плотность ТСМ;
- вязкость моторных и трансмиссионных масел;
- содержание тетраэтилсвинца в бензине.
Новизна комплекта заключается в разработке (в ряде случаев — модернизации) новых приборов и методик выполнения измерений: сортности моторных и трансмиссионных масел, сортности дизтоплива, процентного содержания воды в ТСМ. Число контролируемых показателей 11. Габаритные размеры 500 х 400 х 300 мм. Масса не более 15 кг. Применение комплекта позволит уменьшить потери ТСМ в 1,5—2 раза и снизить выбросы вредных веществ в атмосферу в 2,5—3 раза.
Передвижная лаборатория КИ-28099 контроля качества ТСМ
Обеспечивает проверку нефтепродуктов по следующим параметрам:
- бензины — октановое число, фракционный состав, механические примеси, вода, ВКЩ, плотность, тетраэтилсвинец;
- дизельное топливо — фракционный состав, механические примеси, вода, ВКЩ, плотность, кинематическая вязкость, температура вспышки в закрытом тигле, сера, температура замерзания;
- моторные масла — механические примеси, вода, кинематическая вязкость, температура вспышки в закрытом тигле.
Также в эксплуатации лаборатория позволяет определять относительную чистоту моторных масел и дизельного топлива (для принятия решения о замене моторного масла в дизеле или дизельного топлива).
Краткая техническая характеристика
Энергообеспечение ................................................. Автономное (инвертор)
Напряжение питания электропотребителей, В............ 220; +12
Потребляемая мощность, кВт. ................................. Не более 0,3
Скорость движения (км/ч) по дорогам:
с асфальтовым покрытием .................................. Не более 60
грунтовым .......................................................... Не более 40
Комплектация лаборатории:
- прибор контроля сортности бензина (октанометр);
- прибор контроля сортности дизельного топлива;
- прибор контроля сортности автотракторных масел;
- прибор оценки процентного содержания воды в масле;
- комплект индикаторных трубок (полосок) для определения тетраэтилсвинца в бензине;
- прибор для определения загрязненности масел и топлив;
- лаборатория анализа нефтепродуктов;
- прибор контроля серы в дизельном топливе;
- комплект пробоотборных устройств, мерников, химической посуды;
- цифровой термометр, секундомер;
- капиллярный вискозиметр, ареометр;
- комплект оргоснастки, электрооборудования, инструмента и принадлежностей.
Анализатор КИ-28067.01 сортности бензина и дизельного топлива (АБД-1) (Разработан совместно с Институтом химии нефти)
Предназначен для оперативного контроля качества моторных топлив в полевых и лабораторных условиях. Дополнительно предусмотрено определение температуры анализируемой жидкости и температуры застывания дизельного топлива. Результаты измерения выводятся на жидкокристаллический дисплей. Одинаково хорошо измеряет параметры этилированных и неэтилированных бензинов и бензинов с различными присадками. Весь процесс измерения автоматизирован — оператору достаточно заполнить бензином датчик, включить прибор и записать результат, отображаемый на индикаторе. Выполнен в переносном малогабаритном исполнении. Рабочие условия применения анализатора: температура окружающего воздуха от —5 "С до +40 °С; относительная влажность 80 % при 25 °С; атмосферное давление 84—106 кПа.
Анализатор прост в эксплуатации, не требует допол- нительной настройки и ухода, а его применение исключает субъективность в оценке качества нефтепродуктов. Прибор рекомендован для использования на нефтебазах, автозаправочных станциях, таможнях, а также для контроля технологических процессов при изготовлении бензина. Затраты времени на определение марки бензина в наихудших условиях, при холодном включении, не превышают 10 с.
Принцип расчета октанового и цетанового чисел основан на сравнительном анализе измеряемых параметров исследуемого бензина (или дизтоплива) и параметров эталонных бензинов (дизтоплив), хранящихся в памяти микропроцессора. Конструкция прибора и алгоритм измерения обеспечивают высокую помехозащищенность и, как следствие, стабильность результатов измерения. Возможна настройка прибора на измерение параметров нестандартных видов топлива, например, газоконденсатного или прямогонного бензинов. Такая настройка может выполняться квалифицированным пользователем самостоятельно, без обращения к изготовителю.
Электронная схема изготовлена из комплектующих европейских и японских фирм. Корпус выполнен из ударопрочного полистирола.
Питание прибора осуществляется от элементов постоянного тока типа А-316 (6 В) или "Крона" (9 В). Предусмотрена возможность подключения внешнего источника с напряжением питания 6—9 В.
Техническая характеристика
Диапазон измерения октановых чисел, ед. ОЧ .................. 66-100
Предел допустимой основной погрешности
измерения октановых чисел, ед. ОЧ ................................. Не более ±1
Предел допустимого расхождения между
параллельными измерениями октановых чисел, ед. ОЧ..... Не более ±0,2
Диапазон измерения цетановых чисел, ед. ЦЧ .................. 40-60
Предел допустимой основной погрешности
измерения цетановых чисел, ед. ЦЧ ................................. Не более ±2
Предел допустимого расхождения между
параллельными измерениями цетановых чисел, ед. ЦЧ .... Не более ±0,5
Продолжительность измерения, с ..................................... 1-5
Порог срабатывания индикации недостаточного
питания, В, при питании от:
элементов постоянного тока ........................................ 5,2
внешнего источника .................................................... 5,8
Габаритные размеры, мм:
электронного блока .................................................... 100х210х40
датчика....................................................................... 60х100
Масса анализатора, кг ...................................................... Не более 0,9
Наработка на отказ, ч ........................................................ Не менее 1000
В результате проведенных исследований получен ряд новых научных, технических и технологических решений:
- выявлены корреляционные связи октанового числа бензинов с их диэлектрической проницаемостью, цетанового числа дизельного топлива с топливной экономичностью дизеля и октанового числа топлива с его цетановым числом;
- разработаны анализаторы дизельного топлива и бензина ОБ-1, АБД-1 (КИ-28067.01), анализатор загрязненности ТСМ КИ-28067, а также переносная и передвижная лаборатории КИ-28105 и КИ-28099 контроля качества ТСМ;
- обоснованы новые технологические приемы и периодичность экспресс-контроля качества, сортности и степени загрязненности ТСМ;
- новые методы, средства и методики обеспечивают оперативность проверки качества ТСМ перед заправкой в тракторы и самоходные машины, а также в условиях эксплуатации. Такая проверка качества бензина, дизельного топлива и моторного масла стала возможной если не для каждого владельца машины, то для каждого предприятия, благодаря имеющейся гамме методов и средств экспресс-контроля ТСМ;
- разработанные методы при необходимости могут быть распространены и на другие нефтепродукты при их соответствующей корректировке. Однако, к сожалению, в сельском хозяйстве эти методы пока не нашли должного применения. Еще хуже обстоит дело с дизельным топливом, которое зачастую поступает в сельское хозяйство разбавленным водой, а предприятия практически не используют экспресс-методы контроля его качества. Импортные масла за красочной этикеткой в рядовой продаже содержат низкопробные продукты, не соответствующие требуемым показателям по вязкости, фракционному составу, насыщенности присадками. Моторы на таких маслах заклинивают. В связи с этим в ГОСНИТИ разработан способ экспресс-контроля сортности ТСМ на основе простых и достаточно дешевых средств, которые довольно точно отслеживают и октановое число, и фракционный состав, и однородность ТСМ;
- результаты исследований, новые средства контроля качества ТСМ и разработанная технология экспресс- контроля качества ТСМ прошли широкую производственную проверку в ряде хозяйств и предприятий АПК и рекомендованы к внедрению в системе АПК.
Ориентировочный годовой экономический эффект от использование разработки — около 250 тыс. руб. на одну передвижную лабораторию КИ-28099 или 90 тыс. руб. на один переносной комплект КИ-28105