В статье приводится информация об особенностях загрязнений системы питания дизельных двигателей, а также о количестве накоплений этих загрязнений в полостях и баках топливной аппаратуры в условиях эксплуатации.
Ключевые слова: водные примеси, обезвоживание, дизельное топливо, гигроскопичность, топливная аппаратура, плунжерные пары.
Наличие в дизельном топливе механических примесей и воды оказывает пагубное влияние на работу системы питания и особенно узлов, имеющих прецизионные детали.
В обычных, стабильных условиях эксплуатации загрязнённость топлива в системе питания автомобилей достигает своего предельного значения через 2...3 заправки после промывки бака. В результате этого промывка топливных баков в нормальных условиях эксплуатации практически не влияет на загрязнённость топлива в них.
Количество загрязняющих примесей в баках автомобилей находится в прямой зависимости от запыленности района и сезона эксплуатации и составляет от 2...9 г до 200...400 г на 1 т топлива. Для автомобилей самосвалов, работающих в особо пыльных условиях, содержание загрязняющих примесей в топливе примерно в 1,5 раза больше, чем для бортовых автомобилей. Уровень загрязнённости топлива тракторов примерно в 2 раза выше, чем в баках автомобилей [1,2].
Дисперсный состав загрязняющих примесей примерно такой же, как и дорожной пыли. Размеры частиц в дизельном топливе и бензине обычно не превышают 50 мкм, а основное количество частиц имеет размеры около 5 мкм.
Дисперсный состав пылей характеризуется также удельной поверхностью S, которая изменяется в широких пределах (90...700 м2/кг). Наиболее распространен в пыли кварц, содержание которого составляет от 50 до 90 %. Твёрдость кварца, как правило, больше твёрдости конструкционных материалов, и поэтому он вызывает их абразивное изнашивание [2,3].
С целью оценки влияния воды и механических примесей, находящихся в топливе на техническое состояние плунжерных пар ТНВД были проведены экспериментальные исследования.
В исследовании были использованы 48 новых плунжерных пар УТН-5–1111410-А5.
Техническое состояние плунжерных пар оценивали по их гидравлической плотности, которую определяли на приборе КП-1640А (КИ-759).
При испытаниях в четыре насосные секции насоса устанавливались плунжерные пары, с условием, чтобы между ними была разница не более ± 5 секунд.
При нормальной работе системы фильтрации и содержании механических примесей в топливе до 200 г/т, в насос проходит механических примесей до 32 г/т, что составляет около 0,003 % по массе. Эту концентрацию механических примесей в топливе приняли за верхний уровень соответствующего фактора, а за нижний — приняли их отсутствие.
Для появления заметного изнашивания, связанного с наличием воды в топливе, за верхний уровень этого фактора мы приняли содержание эмульсионной воды в топливе 5 %, а за нижний — её отсутствие [2,4,5].
При непрерывной работе ТНВД дизеля, как уже говорилось, увеличение содержания эмульсионной воды в топливе свыше 3 % приводит к заметному ухудшению работоспособности плунжерных пар. В процессе же циклической работы — увеличение воды свыше 0,5 % уже приводит к заметному ухудшению. Это связано с появлением коррозионного изнашивания во время остановок, наряду со снижением смазывающих свойств топлива.
Замеры изменения гидравлических плотностей пар в 1-м и 2-м опытах (при их работе на чистом и обводнённом топливе) производились через 120 часов наработки, а в 3-м и 4-м опытах (при их работе на загрязнённом абразивом и абразивом и водой топливе) — через 40 часов. Такая разница в интервалах продиктована большой разницей в интенсивности изменения их плотностей.
При обработке эксперимента количество опытов N = 4 (работа пар на чистом, обводнённом, загрязнённом абразивом и загрязнённом абразивом и обводнённом одновременно топливе). Количество дублирований опыта n = 12 (количество плунжерных пар, принимавших участие в одном опыте).
Предварительная обработка результатов показала, что интенсивность изменения гидравлической плотности пар, ΔР/Δt, (где ΔР — изменение гидравлической плотности плунжерных пар за период наработки Δt) не подчиняется нормальному закону распределения. Поэтому её заменили относительной интенсивностью изменения гидравлической плотности [6]:
,
где W — относительная интенсивность изменения гидравлической плотности пары, с-1;
Рн — начальное значение гидравлической плотности пары, с.
Так как величина W выражает относительную интенсивность изменения гидравлической плотности пар в безразмерных долях, то она будет характеризовать относительную интенсивность изменения её технического состояния или относительную величину её износа за данный период
Таблица
Результаты исследования влияния воды в топливе на техническое состояние плунжерных пар
|
Номер опыта |
1 |
2 |
3 |
4 |
|
Содержание воды в топливе, % по массе (Х1) |
0 |
5 |
0 |
5 |
|
Содержание абразива в топливе, % по массе (Х2) |
0 |
0 |
0,003 |
0,003 |
|
Среднее арифметическое значение относительной интенсивности износа, с-1 (W) |
0,0001 |
0,0007 |
0,0166 |
0,0236 |
Из таблицы видно, что при отсутствии свободной воды и абразива в топливе (X1 = 0 и Х2 = 0), всё-таки наблюдается незначительное изнашивание плунжерных пар даже при наработке за столь малое время. Это можно объяснить тем, что в первые часы работы плунжерных пар в сопряжении «плунжер-втулка» наблюдается перераспределение микродеформаций вследствие их затяжки и возникает так называемый ускоренный приработочный износ.
По результатам исследований можно сказать, что в указанных выше интервалах варьирования влияние абразива в топливе на износ плунжерных пар в 5,2 раза значительнее, нежели влияние воды. Но присутствие такого количества абразива в топливе (от 0 до 0,003 %) наблюдается практически всегда в пыльных условиях работы, несмотря даже на систему его фильтрации.
Присутствующая в топливе вода, учитывая эффект её взаимодействия, значительно усиливает износные свойства этого количества абразива: при её содержании в топливе около 2,5…3 % на 30...40 %. Полученные нами результаты подтверждают количественно, что содержание воды в топливе свыше 3 % приводит к значительному ухудшению смазывающих свойств топлива.
Таким образом, наличие 1 % воды в топливе усиливает изнашивание плунжерных пар примерно в 2,2 раза, что эквивалентно наличию абразива в топливе в количестве около 0,00002 %. При их совместном наличии — изнашивание усиливается примерно в 4,6 раза.
Литература:
1. Рылякин, Е. Г. Повышение работоспособности тракторных гидросистем терморегулированием рабочей жидкости: Автореф. дис. … канд. техн. наук / Е. Г. Рылякин. — Пенза, 2007. — 18 с.
2. Новичков, А. В. Улучшение очистки топлива в топливной системе сельскохозяйственных тракторов использованием фильтра-влагоотделителя Автореф. дис. … канд. техн. наук / А. В. Новичков. — Пенза, 2008. — 18 с.
3. Власов, П. А. Загрязненное топливо — причина износа / П. А. Власов, А. В. Новичков // Сельский механизатор. — № 5, 2007. — С. 40.
4. Новичков, A. B. Обезвоживаем топливо — повышаем ресурс / A. B. Новичков // Сельский механизатор. — № 11, 2007. — С. 46.
5. Рылякин, Е. Г. Влияние воды на свойства гидравлических рабочих жидкостей [Текст] / Е. Г. Рылякин // Модели, системы, сети в экономике, технике, природе и обществе. — 2014. — № 2 (10). — C. 195–198.
6. Исследование изнашивания прецизионных деталей дизельной топливной аппаратуры [Текст] / А. В. Новичков, Е. В. Новиков, Е. Г. Рылякин, А. В. Лахно, П. И. Аношкин // Международный научный журнал. — 2014. — № 3. — С. 108–111.
