авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:   || 2 | 3 |

технология ПРИГОТОВЛЕНИЯ и использования БИОТОПЛИВНОЙ КОМПОЗИЦИИ на сельскохозяйственных

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

Доржеев Александр Александрович

технология ПРИГОТОВЛЕНИЯ и использования БИОТОПЛИВНОЙ КОМПОЗИЦИИ на сельскохозяйственных тракторах




Специальность 05.20.01 – Технологии и средства

механизации сельского хозяйства

автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Красноярск – 2011

Работа выполнена в ФГОУ ВПО «Красноярский государственный

аграрный университет»

Научный руководитель доктор технических наук, профессор Селиванов Николай Иванович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Матюшев Василий Викторович кандидат технических наук, с.н.с. Горло Василий Васильевич
Ведущая организация ФГАОУ ВПО «Сибирский федеральный университет»

Защита состоится «21» апреля 2011 г. в 1400 на заседании объединенного диссертационного совета ДМ 220.037.01 при ФГОУ ВПО «Красноярский государственный аграрный университет» по адресу: 660049, г. Красноярск, пр. Мира, 90.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГОУ ВПО «Красноярский государственный аграрный университет».

Автореферат разослан « 19 » марта 2011 г.

Автореферат размещен « 18 » марта 2011 г. на сайте http://kgau.ru

Ученый секретарь диссертационного совета Бастрон А.В.

введение

Актуальность проблемы. Ограниченность запасов нефти с одновременным повышением цен на дизельное топливо, неблагоприятная экологическая обстановка при возрастающем энергопотреблении в аграрном производстве повысила актуальность работ, направленных на поиск и обоснование применения альтернативных топлив из возобновляемых источников.

Удовлетворение возрастающей потребности в дизельном топливе на современном этапе развития автотракторной техники может быть достигнуто вовлечением в баланс альтернативных топлив, полученных на основе растительных масел. Их применение в дизелях сельскохозяйственных тракторов позволяет: снизить потребление дизельного топлива при значительном уменьшении негативного влияния на окружающую среду; использовать существующий и перспективный парк машин без существенных конструктивных изменений; заложить основу создания энергоавтономного сельскохозяйственного производства.

Однако ограниченный объём и противоречивые результаты исследований в этой области не позволяют однозначно судить о влиянии биотопливной композиции (70% рапсового масла и 30% дизельного топлива) на энергетические, топливно-экономические, экологические и др. показатели, формирующие технический уровень с.-х. тракторов. Поэтому разработка научно обоснованной технологии обработки и применения рапсового масла в качестве основы биотопливной композиции для повышения технического уровня с.-х. тракторов представляет перспективное направление экономии топливно-энергетических ресурсов и приобретает в настоящее время особую актуальность.

Работа выполнена в соответствии с программой научного обеспечения АПК РФ и планом НИР КрасГАУ (проблема IX, задания 01 и 03 на 2006–2010 гг.)

Цель работы. Разработка технологии приготовления и использования биотопливной композиции на основе рапсового масла для улучшения энергетических, топливно-экономических, экологических и общетехнических показателей с.-х. тракторов.

Задачи исследования:

1. Обосновать структурную схему системы оценки эффективности технологии обработки и использования биотопливной композиции на основе рапсового масла в качестве альтернативного топлива на с.-х. тракторах.

2. Разработать математические модели и алгоритм обоснования технологических процессов приготовления и применения в тракторных дизелях биотопливной композиции на основе рапсового масла.

3. Обосновать по результатам моделирования эффективность и целесообразность предлагаемой технологии приготовления и использования моторного топлива на основе рапсового масла.

4. Разработать методику и провести экспериментальные исследования закономерностей процесса нейтрализации рапсового масла и взаимосвязей показателей технического уровня универсально-пропашных тракторов с характеристиками моторного топлива на его основе.

5. Дать экономическую оценку эффективности технологии производства и использования моторного топлива на основе рапсового масла при работе мобильных сельскохозяйственных агрегатов.

Объект исследования. Технология нейтрализации рапсового масла и процессы формирования показателей технического уровня с.-х. тракторов при использовании его в качестве основы моторного топлива.

Предмет исследования. Закономерности формирования и взаимосвязи энергетических, топливно-экономических, общетехнических и экологических показателей с.-х. тракторов с характеристиками и условиями применения моторного топлива на основе рапсового масла.

Методы исследования включали определение способов эффективного приготовления и использования моторного топлива на основе рапсового масла при работе с.-х. тракторов путём многоуровнего системного анализа, моделирования процессов и оптимизации оценочных показателей.

Научную новизну работы составляют:

– система оценки эффективности приготовления и использования биотопливных композиций на основе рапсового масла при работе с.-х. тракторов;

– способ производства моторного топлива на основе рапсового масла для тракторных дизелей (патент РФ № 2393209);

– результативные признаки эффективности технологии производства моторного топлива на основе рапсового масла в условиях АПК;

– результаты экспериментальной оценки технического уровня с.-х. тракторов при использовании биотопливных композиций на основе рапсового масла.

Практическую значимость диссертации представляют:

– технология обработки и использования рапсового масла в качестве основы моторного топлива на с.-х. тракторах;

– оценка технического уровня с.-х. тракторов при использовании биотопливных композиций на основе рапсового масла;

– методы адаптации серийных с.-х. тракторов для использования биотопливных композиций на основе рапсового масла.

Реализация результатов:

– рекомендации по обоснованию технологической линии производства смесевого топлива на основе рапсового масла приняты КРОЗ ГОСНИТИ для разработки опытных образцов оборудования;

– технология производства смесевого топлива на основе рапсового масла используется инженерно-технической службой АПК в ряде с.-х. предприятий Красноярского края;

– результаты исследований и рекомендации по обработке и использованию рапсового масла в качестве моторного топлива внедрены в учебный процесс КрасГАУ.

На защиту выносятся:

– технология приготовления и использования биотопливной композиции на основе рапсового масла на с.-х. тракторах;

– модели и методики формирования ресурсосберегающей технологии приготовления и использования моторного топлива на основе рапсового масла;

– оценки показателей технического уровня с.-х. тракторов при использовании биотопливных композиций на основе рапсового масла.

Апробация работы.

Основные положения и результаты работы доложены, обсуждены и одобрены в 2006–2010 гг. на международных (СибИМЭ, г. Новосибирск), всероссийских (МГАУ, г. Москва) и региональных (КрасГАУ, г. Красноярск) научно-практических конференциях, а также на III Красноярской общегородской научно-практической ассамблее в 2010 г.

Публикации.

По результатам исследований опубликовано 19 работ, в том числе 5 – в изданиях, рекомендованных ВАК.

Структура и объём диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка литературы и приложения. Работа изложена на 155 страницах основного текста, включающего 44 рисунка, 35 таблиц, список литературы из 110 наименований. Приложения составляют 12 страниц.

Личный вклад. Результаты лабораторных и полевых исследований, представленные в диссертации, получены автором лично. Вклад автора в работы, выполненные в соавторстве, заключается в обсуждениях и постановке задач на этапах научной работы, в получении, анализе, оформлении и внедрении полученных результатов.


Содержание работы


Во введении обоснована актуальность темы диссертации, изложена научная новизна и практическая значимость работы, приведены основные положения и результаты исследований, выносимые на защиту.

В первом разделе «Состояние вопроса и задачи исследования» проведён анализ использования с.-х. тракторов, рассмотрены перспективные виды и способы получения альтернативных моторных топлив, их влияние на энергетические, экономические, экологические и общетехнические показатели автотракторных дизелей. Большой вклад в разработку технологий производства и использования биотопливных композиций на основе растительных масел в качестве моторного топлива для автотракторных дизелей внесли отечественные учёные А.Р. Аблаев, О.И. Жегалин, А.А. Школьный, Д.В. Бубнов, Н.В. Краснощёков, В.А. Марков, Р.М. Баширов, А.Ю. Измайлов, В.Ф. Федоренко Г.С. Савельев, Е.А. и др. В работах этих авторов преимущественно рассматривается производство и использование метиловых эфиров рапсового масла – биодизеля.

Однако отсутствует фактический материал по оценке комплексного показателя технического уровня с.-х. тракторов при использовании рапсового масла в качестве основы моторного топлива. Разработка технологий производства моторного топлива из растительных масел направлена на промышленное получение биодизеля и не отражает внутрихозяйственную применимость в АПК.

На основании выполненного анализа состояния вопроса и цели работы были сформулированы задачи исследования.

Во втором разделе «Моделирование технологии обработки и использования рапсового масла в качестве основы моторного топлива на сельскохозяйственных тракторах» обоснована структурная схема ресурсосберегающей технологии обработки и использования рапсового масла (РМ) в качестве моторного топлива на с.-х. тракторах.

Технологию производства и использования смесевого топлива (СТн) на основе рапсового масла по существу можно разделить на три взаимосвязанные и последовательно выполняемые процесса:

1) производство из семян растительного масла-сырца;

2) обработка масла-сырца для получения моторного топлива;

3) использование (сжигание) моторного топлива в цилиндрах тракторного дизеля при его работе.

Совершенство и эффективность указанных процессов с позиций ресурсосбережения определяют, в конечном итоге, энергетический потенциал, экологичность и стоимость моторного топлива, которые формируют потенциальные возможности трактора в составе МТА через показатели производительности и надёжности, затрат на выполнение технологического процесса и содержания вредных выбросов в отработавших газах (ОГ). Совокупность указанных показателей определяет технический уровень трактора.

Исходя из поставленной задачи по оценке эффективности технологии обработки рапсового масла, процесс формирования и взаимосвязь технологических показателей производства с характеристиками моторного топлива из семян рапса следует рассматривать как систему последовательных приёмов и совокупность технических средств, функционирующую в реальных производственных условиях и направленную на получение продуктов (рапсового масла и смесевого топлива) с наперёд заданными свойствами (рис. 1).

.

.

Рисунок 1 – Структурная схема технологии производства моторного топлива

на основе рапсового масла

Обоснование выбора биотопливной композиции и вариантов её использования производится по показателям ресурсосбережения, взаимозаменяемости с основным топливом, безотказности, экологичности и безопасности. Управляющие воздействия У04 по оценочным параметрам потенциальных возможностей топлива ПВСТ (Qн6, – теплотворная способность и С6 – цена биотоплива) принимаются на основе анализа информации и управляющих воздействий на предыдущих этапах У01, У02, У03. Первостепенной задачей в структурной схеме технологии производства моторного топлива на основе рапсового масла выступает обоснование потенциальных возможностей семян рапса (ПВСР), характеризующихся их изначальной массой М1, ценой С1 и качеством К1.

Процесс отжима на первом этапе характеризуется эффективностью прессования пр мах, т.е. энергоёмкостью и выходом масла М2, после чего ПВСР раскладываются на составляющие – потенциальные возможности РМ (ПВРМ) и потенциальные возможности жмыха (ПВЖ) с соответствующими показателями качества К2 и К3.

Повышению ПВРМ и смесевого топлива на его основе (ПВСТ) способствует улучшение качественных показателей К2 и К4 на стадии обработки и смешивания, зависящих от соответствующих КПД процессов н и cм. Весь цикл производства моторного топлива из семян рапса зависит от параметров окружающей среды В0, эффективности технологического оборудования Коб и управляющих воздействий на всех стадиях У01, У02, У03.

В конечную стоимость моторного топлива С6 входит энергоёмкость процессов прессования, нейтрализации и смешивания, а также цена семян С1 и дизельного топлива С7.

Эффективность технологии производства рапсового масла характеризуют внутреннее энергосодержание е и удельные затраты всех видов энергии на его получение Э. Их соотношение определяет энергетический доход Е и энергетическую эффективность Ээ, показатели которых являются критериями оптимизации технологии

(1)

Параметр оптимизации представляет выход М2 масла и побочных продуктов из семян рапса.

Показателями эффективности технологии обработки рапсового масла, включающей его нейтрализацию и смешивание с дизельным топливом, при соответствующих им критериях н мах и см мах, являются низшая теплотворная способность QнСТн и стоимость СТн смесевого топлива, которые выступают в качестве параметров оптимизации

(2)

где Хм, ХДТ=1-Хм – массовые доли в смесевом топливе нейтрализованного рапсового масла и дизельного топлива; СРМн и СДТ – стоимость нейтрализованного рапсового масла и дизельного топлива с учетом затрат на их смешивание.

Для технологии получения моторного топлива из семян рапса коэффициент энергетической эффективности ээ, определится из выражения

. (3)

Для снижения затрат и повышения качества оценки адаптации эксплуатационных параметров трактора к использованию альтернативного топлива предложена структура системы поэтапного формирования оценочных показателей режима рабочего хода с установленными критериями ресурсосбережения (рис. 2).

Входные воздействия системы представлены низшей теплотворной способностью Qн и стоимостью СТ выбранного топлива, характеристикой окружающей среды и конструктивными параметрами двигателя КДВ.

На первом этапе проводится оценка эффективности теплоиспользования в рабочем цикле двигателя.

  Структурная схема системной-3

Рисунок 2 – Структурная схема системной адаптации трактора к использованию альтернативного топлива

При работе на различных видах топлива с разными Qн подобная оценка возможна только на основе отношения индикаторного КПД к коэффициенту избытка воздуха i/, максимальное значение которого следует принять в качестве критерия энергосбережения. Сопряженные задачи этапа определяют значения вспомогательных величин, характеризующих в дальнейших расчетах индикаторную работу цикла.

. (4)

Параметром оптимизации (выходной величиной) этапа является среднее индикаторное давление , которое следует выбирать из условия

. (5)

На втором этапе оценивается топливная экономичность, экологичность и ресурс резиновых уплотнений (РТИ) топливной системы двигателя при изменении цикловой подачи qц, давления впрыскивания Рвпр и температуры топлива tТ. Оценка проводится на основании показателей удельного расхода топлива gе, дымности отработавших газов (К) и состояния уплотнений, экстремальные значения которых выступают критериями оптимизации.

Сопряженные задачи включают определение взаимосвязей . Параметрами оптимизации являются указанные качественные и количественные характеристики подачи топлива при ограничении qц.

. (6)

Третий этап предусматривает оценку энергетических Neэ и динамических Км показателей работы двигателя на альтернативном (смесевом) топливе с учетом оптимальной адаптации его скоростной характеристики. Критерий оптимизации определяется из условия .

Сопряженные задачи обеспечивают определение взаимосвязей режима работы двигателя с параметрами внешней нагрузки и регуляторной характеристики КМ и К.

Четвертый этап предусматривает обоснование скоростного режима работы трактора при адаптированном уровне мощности N*eэ, коэффициенте её использования и установленных ограничениях. Критерием оптимизации следует принять максимум тягового КПД трактора .

Пятый этап завершает решение задачи оптимизации эксплуатационных параметров трактора и оценку технического уровня при использовании смесевого топлива. Параметрами оптимизации являются обобщенный показатель технического уровня ПТ трактора и техническая производительность агрегата П. Критерий оптимальности соответствует минимуму удельных эксплуатационных затрат СП min. Математические модели представляют уравнения взаимосвязей показателей оптимизации с эксплуатационными параметрами, характеристиками, условиями и режимами работы трактора

(7)

Промежуточные задачи рассматривают модели взаимосвязи чистой производительности W, удельных энергетических Еп и топливных затрат с характеристикой К0 к сопротивления рабочей машины и скорости движения V* .

Значение средней скорости движения трактора с установленными массоэнергетическими параметрами (эффективной мощностью Nеэ, эксплуатационной массой mэ) при известных КПД трансмиссии тр, буксования и сопротивления качению f определится из выражения

(8)



Pages:   || 2 | 3 |
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.