ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА РЫЖИКОВО-МИНЕРАЛЬНОГО ТОПЛИВА

Уханов А.П.¹, Хохлов А.А.², Хохлов А.Л.³, Голубев В.А.⁴, Хохлов Е.А.⁵

¹Доктор технических наук, профессор, ФГБОУ ВО Пензенский ГАУ, ²ORCID: 0000-0002-1927-4533, аспирант, ФГБОУ ВО Ульяновская ГСХА, ³ORCID: 0000-0001-5420-0487, кандидат технических наук, доцент, ФГБОУ ВО Ульяновская ГСХА, ⁴Кандидат технических наук, доцент, ФГБОУ ВО Ульяновская ГСХА, ⁵ ORCID: 0000-0003-2249-2415, инженер, ООО «КФХ Возрождение»

ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА РЫЖИКОВО-МИНЕРАЛЬНОГО ТОПЛИВА

Аннотация

С целью изучения возможности использования рыжикового масла в качестве биодобавки к минеральному дизельному топливу были проведены лабораторные исследования физических свойств дизельного смесевого топлива на основе рыжикового масла. Исследования включали в себя определение взаимосвязи кинематической вязкости и плотности рыжиково-минерального топлива от температуры. Результаты проведенных лабораторных исследований позволяют отобразить динамику изменения вязкостно-температурных и плотностных свойств минерального дизельного топлива, рыжикового масла и их композиций.

Ключевые слова: дизельное топливо, биотопливо, плотность, вязкость, рыжиковое масло

Ukhanov A.P.¹, Khokhlov A.A.², Khokhlov A.L.³, Golubev V.A.⁴, Khokhlov E.A.⁵

¹PhD in Engineering, Professor, FSBEI of Higher Education – Penza State Agriculture University, ²ORCID: 0000-0002-1927-4533, Post-graduate student, FSBEI of Higher Education – Ulyanovsk State Agricultural Academy, ³ORCID: 0000-0001-5420-0487, PhD in Engineering, Associate Professor, FSBEI of Higher Education – Ulyanovsk State Agricultural Academy, ⁴PhD in Engineering, Associate Professor, FSBEI of Higher Education – Ulyanovsk State Agricultural Academy, ⁵ORCID: 0000-0003-2249-2415, Engineer, KFH Vozrozhdenie LTD

PHYSICAL PROPERTIES OF CAMELINA-MINERAL FUEL

 Abstract

A laboratory study of the physical properties of diesel mixed fuel based on Camelina oil was undertaken in order to study the possibility of the use of Camelina oil as a biologically active additive to mineral diesel fuel. The study includes the determination of the relationship between the kinematic viscosity and density of the Camelina and mineral fuel from temperature. The results of the laboratory tests allow to display the dynamics of changes in the viscosity, temperature and density properties of mineral diesel fuel, Camelina oil and their compositions.

Keywords: diesel fuel, biofuel, density, viscosity, Camelina oil.

Одна из центральных задач XXI века – это постепенное изменение сырьевой базы первичных энергоресурсов, которая в настоящее время формируется преимущественно на основе трех не возобновляемых углеводородных источников энергии – это природный газ, нефть и уголь.

В связи с этим, остро встает вопрос замещения минерального дизельного топлива (частичного или полного) возобновляемыми альтернативными энергоносителями, из которых самым перспективным

является биотопливо на основе растительного рыжикового масла.

Вместе с тем высокие показатели плотности и вязкости растительных масел значительно превышают одноименные показатели минерального дизельного топлива. Плотность и вязкость дизельного топлива влияет на смесеобразование. Увеличение вязкости топлива приводит к укрупнению капель в факеле, ухудшению испарения топлива. Топливо с большой вязкостью и плотностью догорает в ходе такта расширения, снижая экономичность двигателя и повышая дымность отработанных газов. Причем значения этих показателей остаются высокими при температурах, характерных для топливной системы даже в летний период. Это обстоятельство затрудняет использование растительных масел в натуральном виде в качестве моторного топлива и предполагает применение дополнительных способов его подготовки [1-4].

Наиболее простой и доступный способ применения растительных масел в качестве моторных топлив – это использование биодобавки к минеральному дизельному топливу (дизельное смесевое топливо). Наиболее целесообразным, по технико-экономическим соображениям, является приго-товление дизельного смесевого топлива непосредственно в системе питания двигателя в процессе работы тракторного агрегата. Для этого в топливную систему низкого давления дизеля устанавливают смеситель топлива [5-7]. Соотношение компонентов рыжиково-минерального топлива, приготовлен-ного в смесителе, определяется дозирующими устройствами смесителя.

Проблемой, при таком варианте приготовления смесевого топлива,

является соблюдение заданного состава его компонентов при различных температурах окружающей среды. В конструкцию устройств, применяемых для дозирования компонентов смесевого топлива, поступающих в смеситель, должны быть заложены вязкостно-температурные и плотностные свойства растительных масел и минерального дизельного топлива, которые имеют различные характеристики [1,8].

С целью изучения возможности использования рыжикового масла в качестве биодобавки к минеральному ДТ необходимо провести лабораторные исследования по изучению вязкости, плотности и теплотворной способности дизельного смесевого топлива в различных пропорциях: минеральное дизельное топливо марки Л–0,2-40 (100%ДТ), рыжиковое масло (100%РыжМ), 10%РыжМ + 90%ДТ; 20%РыжМ + 80%ДТ; 30%РыжМ + 70%ДТ; 40%РыжМ + 60%ДТ; 50%РыжМ + 50%ДТ; 60%РыжМ + 40%ДТ; 70%РыжМ + 30%ДТ; 80%РыжМ + 20%ДТ; 90%РыжМ + 10%ДТ (рис. 1).

Рис. 1 - Композиции дизельного смесевого топлива

Исследования вязкости и плотности проводились на криотермостате вискозиметрическом LOIPLT-912 с поддержанием необходимой температуры с точностью до 0,01°С. Криотермостат выполнен в настольном варианте и состоит из модуля терморегулирования  LT-900 (1) и модуля охлаждения (2) рис. 2, 3.

Кинематическую вязкость ν (мм²/с) определяли в соответствии с ГОСТ 33-2000 (ИСО 3104-94)с помощью стеклянных вискозиметров ВПЖ-2, ВПЖ-4 с диаметром капилляра от 0,34 мм до 2,37 мм.

На отводную трубку 3 (рис. 3а) надевали резиновую трубку, далее зажав пальцем колено 2 и перевернув вискозиметр, опускали колено 1 в сосуд с композицией ДСТ и засасывали её (с помощью резиновой груши) до верхней метки М₁, следя за тем, что бы в испытуемом топливе не образовались пузырьки воздуха. В момент, когда уровень испытуемого

Рис. 2 – Криотермостат вискозиметрический LOIPLT-912: 1 - модуль терморегулирования LT-900; 2 - модуль охлаждения; 3 - мерный стакан с ареометром; 4 – вискозиметр ВПЖ-4; 5 – груша

Рис. 3 – Оборудование для измерения вязкости и плотности: а – вискозиметр Пинкевича (ВПЖ-4): 1 – колено 1; 2 – колено 2; 3 - отводная трубка; 4 -расширения; М₁ – верхняя метка; М₂ – нижняя метка; б – ареометр: 1 –шкала плотности; 2 – шкала термометра; 3 – груз

 

топлива достигал верхней метки М₁, вискозиметр вынимали из сосуда и быстро переворачивали в нормальное положение. Вискозиметр устанавливали в криотермостат так, что бы расширение 4 было ниже уровня рабочей жидкости. В качестве рабочей жидкости использовали технический спирт при температуре от минус 10 °С до плюс 10 °С, а от 20 °С до 80 °С водно-глицериновую смесь. После выдержки в криотермостате не менее двух минут, засасывали жидкость в колено 1 примерно до 1/3 высоты расширения 4. Соединяли колено 1 с атмосферой и определяли время перемещения мениска жидкости от верхней метки М₁ до нижней М₂. Опыт повторяли 3 раза.

Кинематическую вязкость ν (мм²/с)  рассчитывали по формуле

,

где С – калибровочная постоянная вискозиметра мм²/с²; t - среднее арифметическое значение времени истечения, с.

где С – калибровочная постоянная вискозиметра мм²/с²; t -  среднее арифметическое значение времени истечения, с.

Результаты исследований зависимости вязкости минерального дизельного топлива, рыжикового масла и дизельного смесевого топлива от температуры представлены в табл. 1.

Таблица 1 – Вязкость минерального дизельного топлива, рыжикового масла и дизельного смесевого топлива

Анализ приведенных данных показывает, что вязкость рыжиково-минерального топлива при температуре равной 60°С близка к стандартным значениям вязкости летнего дизельного топлива (3,0…6,0 мм²/с) и только у композиций ДСТ с содержанием рыжикового масла 80% и 90% вязкость превышает в 1,5 и 2 раза соответственно.

Плотность исследуемых топлив ρ (кг/м³) определяли в соответствии с ГОСТ 51069-97 с помощью ареометров АНТ-2 ГОСТ 18481-81 разных диапазонов измерения (рис. 3б).

Цилиндр с исследуемым топливом помещали в криотермостат, заполненный рабочей жидкостью, затем задавали необходимую температуру на блоке терморегулирования. Когда температура исследуемого топлива в цилиндре сравнивалась с заданной, аккуратно погружали ареометр, не допуская намокания стержня, считывали и записывали показания шкалы ареометра.

Результаты исследований плотности минерального дизельного топлива, рыжикового масла и дизельного смесевого топлива от температуры представлены в табл. 2.

 

Таблица 2 - Плотность минерального дизельного топлива, рыжикового масла и дизельного смесевого топлива

Анализ приведенных данных показывает, что плотность рыжиково-минерального топлива при нагреве до 60°С незначительно отличается от стандартных значений плотности летнего дизельного топлива (830…850 кг/м³) и только у композиций ДСТ с содержанием рыжикового масла 80% и 90% плотность превышает на 2% и 3% соответственно.

Результаты исследований, представленные в таблицах 1 и 2, позволяют отобразить динамику изменения вязкостно-температурных и плотностных свойств минерального дизельного топлива, рыжикового масла и их композиций.

Использование полученных зависимостей плотности и вязкости различных композиций рыжиково-минерального топлива от температуры позволит при разработке дозирующих устройств смесителей топлива, получать дизельные смесевые топлива с заданным содержанием компонентов.

Список литературы / References

1. Уханов, А.П. Опыт использования сурепно-минерального топлива в дизеле сельскохозяйственного трактора: монография / А.П. Уханов, Д.А. Уханов. – Пенза: РИО ПГСХА, 2016. – 179 с.
2. Хохлов, А.А. Биотопливо на основе рыжикового масла / А.А. Хохлов, А.А. Глущенко // II-я Всероссийская студенческая научная конференция «В мире научных открытий». – 2013.- С. 290-295.
3. Хохлов, А.А. Использование дизельного смесевого топлива и его влияние на экологические показатели дизеля / А.А. Хохлов, А.А. Гузяев, Г.В. Карпенко // Всероссийская студенческая НК (с международным участием) «В мире научных открытий». – Ульяновск: ГСХА им. П.А. Столыпина, 2014. - Т.2, Ч.3. - С. 166-170.
4. Уханов, А.П. Устройства для конструктивной адаптации дизелей автотракторной техники к работе на биоминеральном топливе/А.П. Уханов, Д.А. Уханов, Е.А. Хохлова, А.А. Хохлов // Известия Самарской государственной сельскохозяйственной академии. – 2016. -№2. – С. 34—39.
5. Уханов, А.П. Перспективы использования возобновляемых биологических источников энергии предприятиями АПК России / А.П. Уханов, Д.А. Уханов, Е.А. Хохлова, А.А. Хохлов, А.А. Гузяев //Материалы VII Международной научно-практической конференции. - 2016. - С. 238-244.
6. Патент № 2582535 РФ МПК F02M 43/00, F02D 19/06. Двухтопливная система питания дизеля / А.П. Уханов, Д.А. Уханов, А.А. Хохлов, Е.Г. Ротанов, А.Л. Хохлов – 2014152644/06; Заявл. 24.12.2014; Опубл. 27.04.2016 Бюл. № 12.
7. Патент № 2582700 РФ МПК B01F 5/06. Смеситель-дозатор растительного масла и минерального дизельного топлива / А.П. Уханов, Д.А. Уханов, А.А. Хохлов, Е.Г. Ротанов, А.Л. Хохлов - 2014152680/05; Заявл. 24.12.2014; Опубл. 27.04.2016 Бюл. № 12
8. Хохлова, Е.А.Эффективность использования рыжикового масла в качестве компонента смесевого дизельного топлива / Е.А.Хохлова, А.А.Хохлов, А.А. Гузяев// Материалы II Международной научно-практической конференции. - 2015. - С. 141-145.

Список литературы на английском языке / References in English

1. Ukhanov, A. P. Opyit ispolzovaniya surepno-mineralnogo topliva v dizele selskohozyaystvennogo traktora: monografiya [Experience in the use of rapeseed and mineral fuel diesel farm tractor: monograph] // A. P. Ukhanov, D. A. Ukhanov. – Penza: RIO PGSKHA, 2016. –. 179 P. [in Russian]
2. Khokhlov, A. A. Biotoplivo na osnove ryizhikovogo masla [Biofuels based on camelina oil] / A. A. Khokhlov, A. A. Glushchenko // II-ya Vserossiyskaya studencheskaya nauchnaya konferentsiya «V mire nauchnyih otkryitiy» [II Russian student scientific conference "The world of scientific discoveries"]. – 2013.- P. 290-295. [in Russian]
3. Khokhlov, A. A. Ispolzovanie dizelnogo smesevogo topliva i ego vliyanie na ekologicheskie pokazateli dizelya [The Use of diesel fuel blends and its influence on the environmental performance of diesel] / A. A. Khokhlov, A. A. Guzyaev, G. V. Karpenko // Vserossiyskaya studencheskaya NK (s mezhdunarodnyim uchastiem) «V mire nauchnyih otkryitiy» [Russian student scientific conference "The world of scientific discoveries"]. – Ulyanovsk: GSKHA im. P.A. Stolypina, 2014. - V. 2, P. 3.- P. 166-170. [in Russian]
4. Ukhanov A. P. Ustroystva dlya konstruktivnoy adaptatsii dizeley avtotraktornoy tehniki k rabote na biomineralnom toplive [The Device for the constructive adaptation of diesel engines of trucks and tractors to work on biomineral fuel]/A. P. Ukhanov, D. A. Ukhanov, E.A. Khokhlova and others // Izvestiya Samarskoy gosudarstvennoy selskohozyaystvennoy akademii. [Proceedings of the Samara state agricultural Academy]. – 2016. - №. 2. – P. 34-39. [in Russian]
5. Ukhanov A. P. Perspektivyi ispolzovaniya vozobnovlyaemyih biologicheskih istochnikov energii predpriyatiyami APK Rossii [Prospects of use of renewable sources of energy, agribusiness companies of Russia] / A. P. Ukhanov, D. A. Ukhanov, E. A. Khokhlova, and others // Materialyi VII Mezhdunarodnoy nauchno-prakticheskoy konferentsii [Materials of VII International scientific-practical conference]. - 2016. - P. 238-244. [in Russian]
6. Patent № 2582535 RF MPK F02M 43/00, F02D 19/06. Dvuhtoplivnaya sistema pitaniya dizelya [A dual fuel supply system diesel] / A. P. Ukhanov, D. A. Ukhanov, A. A. Khokhlov, E. G.Rotanov, A. L. Khokhlov – 2014152644/06; Zayavl. 24.12.2014; Opubl. 27.04.2016 Byul. №. 12. [in Russian]
7. Patent № 2582700 RF MPK B01F 5/06. Smesitel-dozator rastitelnogo masla i mineralnogo dizelnogo topliva [Mixer-dispenser of vegetable oil and mineral diesel fuel] / A. P. Ukhanov, D. A. Ukhanov, A. A. Khokhlov, E. G. Rotanov, A. L. Hohlov - 2014152680/05; Zayavl. 24.12.2014; Opubl. 27.04.2016 Byul. №. 12. [in Russian]
8. Khokhlova, E. A., Effektivnost ispolzovaniya ryizhikovogo masla v kachestve komponenta smesevogo dizelnogo topliva [The effectiveness of the use of camelina oil as a component of mixed diesel fuel] / E. A. Khokhlova, A. A. Khokhlov, A. A. Guzaev// Materialyi II Mezhdunarodnoy nauchno-prakticheskoy konferentsii [Materials of II International scientific-practical conference]. - 2015. - P. 141-145. [in Russian].