УДК 62-729.3/.-732:621.78-97.013.7

Сельское  хозяйство/2.Механизация сельского хозяйства

Д.т.н. Удлер Э.И., к.т.н. Исаенко В.Д., Халтурин Д.В.,

Томский государственный архитектурно-строительный университет, Россия,

К.т.н., Зыков С.А.,

Московский государственный агроинженерный университет им. В.П. Горячкина, Россия

ФИЛЬТР ОЧИСТКИ ТОПЛИВА И ЕГО ПОДОГРЕВА ДЛЯ ТОПЛИВНЫХ СИСТЕМ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ МАШИН

В работе рассмотрена конструкция фильтра для очистки топлива и его подогрева в процессе эксплуатации сельскохозяйственной машины при отрицательных температурах. Предложен метод расчета нагревательного элемента.

Надежность эксплуатации сельскохозяйственных, транспортных и строительных машин в значительной степени определяется работой дизельного двигателя. Анализ отказов его систем свидетельствует, что от 30 до 50 % из них приходится на систему питания [1].

При эксплуатации сельскохозяйственной машины при положительных температурах это во многом связано с повышенной загрязненностью дизельного топлива и, как следствие, интенсивным износом прецизионных деталей топливной аппаратуры. При эксплуатации сельскохозяйственной машин в зимнее время распространенным видом отказов являются самопроизвольные остановки двигателя. Их причина в парафинизации топлива и образовании в нем кристаллов льда, которые забивают поровую структуру фильтра тонкой очистки.

Таким образом, одним из перспективных направлений повышения надежности эксплуатации сельскохозяйственных машин является повышение качества очистки топлива от загрязнений и его подогрев при эксплуатации м сельскохозяйственных машин в условиях низких температур.

Системы питания современных сельскохозяйственных машин предусматривают двух-, иногда трехступенчатую очистку топлива от загрязнений. Наибольшее распространение получила система очистки, состоящая из двух последовательно установленных фильтров грубой (ФГО) и тонкой (ФТО) очистки. В качестве ФГО, как правило, применяется фильтр-отстойник, который обеспечивает очистку топлива от крупнодисперсных загрязнений и воды. В качестве ФТО чаще используются фильтры, выполненные на основе фильтровальных бумаг или картонов, обеспечивающих очистку топлива с тонкостью 3 – 5 мкм.

Основными недостатками современных ФГО (фильтров-отстойников) является низкая эффективность очистки топлива от загрязнений; ФТО с бумажным фильтроэлементом – их малый ресурс.

Одним из перспективных направлений совершенствования средств очистки нефтепродуктов является применение синтетических деформируемых (сжимаемых) пористых материалов (например, пенополиуретанов) и создание на их основе фильтрующих элементов с переменной поровой структурой [2]. Качество очистки (тонкость фильтрации) жидкости в подобных конструкциях определяется пористостью Y_min в области наибольшего сжатия фильтрующего материала.

Исследования зависимости тонкости фильтраций d_0,95 от степени обжатия n пенополиуретана ППУ-ЭО-130 показали, что она удовлетворительно описывается эмпирической зависимостью вида:

d_0,95=79,43·n^-1,466·10⁴ , (1)

где d_0,95 – размер частиц загрязнений, 95 % которых задерживается фильтрующим элементом.

Связь между пористостью фильтрующего материала в свободном состоянии Y₀ и обжатого в n раз до Y_min определяется зависимостью

Y_min=1-(1-Y₀)·n. (2)

На рис. 1 представлена схема фильтрующего элемента объемного типа, изготовленного путем последовательной намотки фильтровальной ленты из пенополиуретана 1 вокруг перфорированного каркаса 2.

Рис. 1 – Схема навивки фильтрующего элемента

Намотка фильтровальной ленты с постепенным уменьшением уплотнения позволяет получить фильтрующий элемент с пористостью, увеличивающейся от Y_min (в областях прилегающих к каркасу) до Y₀ (на периферии элемента). В процессе очистки жидкость последовательно проходит от периферии к центру. При этом задержка частиц больших размеров осуществляется в областях, близких к периферии, меньших размеров – в слоях меньшей пористостью. Подобная структура фильтрующего материала позволяет обеспечить равномерную забивку частицами загрязнений, повысить ресурс его работы.

Длина фильтровальной ленты L при ее намотке по закону логарифмической спирали может быть определена по формуле

(3)

где r_н, r_в – соответственно, наружный и внутренний радиусы фильтроэлемента, м; p – отношение длины окружности к диаметру, величина постоянная и равна 3,14; Y₀ – пористость фильтроматериала, из которого изготовлена фильтровальная лента в необжатом состоянии; Y_min – минимальная требуемая пористость этого фильтровального материала на трубке, обеспечивающая требуемое качество очистки фильтруемой жидкости; d – толщина пластины фильтроматериала.

На рис. 2 приведена конструкция фильтра для очистки топлива с фильтрующим элементом, выполненным по схеме рис. 1. Для повышения надежности эксплуатации сельскохозяйственной машины в зимних условиях фильтрующий элемент дополнен встроенным нагревателем, который расположен между слоями фильтровальной ленты, изготовленный из нетканого синтетического иглопробивного материала и работает от бортовых источников питания машины.

Рис. 2. Фильтр-нагреватель:

1 – крышка корпуса фильтра; 2 – корпус фильтра; 3 – фильтроэлемент; 4 – нагревательный элемент; 5 – сливная пробка; 6 – успокоитель; 7 – отражатель

В процессе работы топливо поступает в корпус фильтра, последовательно проходит через слои фильтрующего материала и через выпускной канал удаляется по трубопроводу к ФТО.

Фильтроэлемент, установленный в корпусе фильтра, работает следующим образом. Диэлектрическая жидкость под напором проходит через наружную обечайку, равномерно распределяясь в объёме фильтроэлемента, и поступает в фильтровальную ленту. Лента одним концом соединена с перфорированной трубкой и намотана на нее по закону логарифмической спирали с уплотнением, увеличивающимся от обечайки к центру фильтроэлемента, что обеспечивает постепенную фильтрацию жидкости от крупных частиц загрязнений на периферии до мелких к центру фильтроэлемента. Фильтруемая жидкость омывает поверхность подложки, которая играет роль нагревательного элемента, расположенного во всём объёме фильтроэлемента, что обеспечивает равномерный и быстрый нагрев в условиях низких температур. Очищенная и нагретая жидкость выходит через внутреннюю перфорированную трубку и далее по топливопроводу поступает к остальным элементам системы питания дизеля.

Разработанный фильтроэлемент отвечает всем вышеизложенным требованиям по очистке, а также позволяет осуществить нагрев очищаемой жидкости в условиях низких температур и тем самым обеспечить заданное качество очистки независимо от температуры окружающей среды.

Так, представленная в данной работе конструкция разработана на основе ФГО, устанавливаемого на двигателе трактора Т-150К. Конструкция корпуса фильтра и его крышки при этом претерпевают незначительные изменения. Подложка, используемая в этой разработке, работает автономно от бортовых источников питания транспортного средства. Так, в режиме предварительного разогрева топлива питание нагревательного элемента осуществляется от бортовой аккумуляторной батареи, а после запуска двигателя – от генератора.

Литература:

1. Баширов Р.М. Надежность топливной аппаратуры тракторных и комбайновых дизелей. – М.: Машиностроение, 1978. – 184 с.

2. Удлер Э.И. Фильтрация нефтепродуктов. – Томск: Изд-во Том. ун-та, 1988.–216 с.