Вода как топливо для дизельного двигателя

Вода как топливо для дизельного двигателя

Дизельное топливо всегда содержит определенный процент воды. Наша цель заключается в поддержании уровня воды в допустимых пределах значительно ниже точки насыщения. Удаление избыточной воды из топлива может быть затруднено, поэтому наиболее эффективным подходом является принятие всех разумных мер, направленных на предотвращение попадания воды в емкость и регулярный контроль состояния топлива. Таким образом можно свести к минимуму потребность в удалении воды. Чтобы разработать эффективную стратегию поддержания уровня воды в топливе в допустимых пределах, важно понимать, как измерить содержание воды и оценить результаты измерений. 

Проблема

Вода всегда приводила к образованию ржавчины и коррозии компонентов топливной системы и инфраструктуры. Современные топливные системы стали настолько чувствительнее к воде по сравнению с системами более низкого давления, что в требования производителей теперь входит запрет на поступление свободной воды в двигатель. 

Вода вызывает повреждение топливных баков и деталей двигателя. Ржавчина и коррозия в емкости для хранения приводят к образованию твердых частиц, которые переносятся топливом и вызывают износ двигателя. Срок службы компонентов сокращается из-за вызываемых водой травления, эрозии, кавитации и растрескивания.

Ржавчина: при контакте воды с железными и стальными поверхностями образуется оксид железа (ржавчина). Попадающие в топливо частицы ржавчины, как и другие твердые частицы, вызывают абразивный износ деталей. Преждевременный износ может привести к выходу деталей из строя. 

Вода как топливо для дизельного двигателя

Коррозия: одна из наиболее распространенных причин проблем, связанных с форсунками. Смешиваясь с кислотами в топливе, вода приводит к коррозии черных и цветных металлов.

Этот процесс усугубляется, если в результате истирания оголяются металлические поверхности, которые легко корродируют.

Показанная справа форсунка была установлена новой, однако вышла из строя менее чем через 300 часов работы из-за быстрой коррозии. 

Истирание: вода имеет более низкую вязкость, чем дизельное топливо, поэтому она увеличивает трение сопрягаемых поверхностей движущихся частей. Это приводит к повышенному абразивному износу. 

Травление: является результатом вызванной водой деградации топлива, при которой образуются сероводород и серная кислота, которые растворяют металлические поверхности. 

Вода как топливо для дизельного двигателя

Точечная коррозия и кавитация:точечная коррозия вызывается попаданием свободной воды на горячие металлические поверхности.

Образование пустот происходит из-за быстрого сжатия (схлопывания) пузырьков пара при резком воздействии высокого давления, что приводит к конденсации жидкости.

Образующиеся при этом капли воды воздействуют на небольшую площадь с большим усилием, вызывая поверхностную усталость и эрозию. 

Растрескивание:возникает из-за водородного охрупчивания и давления. Вода попадает в микроскопические трещины в металлических поверхностях. Затем при чрезвычайно высоком давлении вода разлагается с выделением водорода и образованием миниатюрных взрывов, которые расширяют трещины и создают частицы износа. 

Лед: свободная вода в топливе может замерзнуть с образованием кристаллов льда, которые ведут себя так же, как и любые другие твердые частицы. Они могут вызывать износ компонентов топливных систем, а при большом их количестве — засорение топливных фильтров.

Топливный фильтр защищает двигатель, задерживая содержащиеся в топливе твердые частицы. Грязь и лед одинаково опасны для двигателей и фильтров. Диагностика вызываемых льдом повреждений затруднена, так как лед тает задолго до проведения лабораторного исследования.

Вода также способствует возникновению или усугубляет ряд следующих дополнительных проблем. 

Полужидкие вещества: Вода полярна. Некоторые химические вещества в присадках также полярны. Углеводороды неполярны. Это означает, что вода и полярные химические вещества притягиваются друг к другу.

В присутствии свободной воды молекулы химических веществ иногда отделяются от углеводородной цепи присадки и объединяются с молекулами воды с образованием нового вещества.

Этот новый материал представляет собой густое вещество, которое осаждается из топлива и может быстро засорять фильтры или образовывать отложения в двигателе. Для получения дополнительной информации см. пункт «Стабильность присадки». 

Рост микробов: как и большинству живых организмов, для выживания бактериям и грибкам (плесени) требуется пища и вода. При наличии свободной воды микробы могут размножаться с образованием илистого осадка, который загрязняет топливо, и кислот, которые разъедают емкость для хранения и топливную систему.

Окисление топлива: свободная вода ускоряет процесс окисления и способствует образованию кислот, смол и отложений, называемых продуктами разложения топлива. 

В любом дизельном топливе содержится некоторый процент растворенной воды. Молекулы воды остаются в топливе до тех пор, пока их концентрация не превысит предельное значение. Точка, в которой топливо больше не может удерживать воду, называется точкой насыщения.

Количество воды в топливе измеряется в промилле (частей на миллион). Вода обычно не создает проблем, если концентрация растворенной в топливе воды не превышает точку насыщения.

Значительные проблемы возникают, когда вода отделяется от дизельного топлива и переходит в свободное или эмульгированное состояние. Эмульгированная вода — одна из форм свободной воды.

Капли воды при этом настолько малы и хорошо смешаны с топливом, что остаются во взвешенном состоянии, а не осаждаются на дне. При полном растворении воды в топливе капли отсутствуют. 

Вода может попадать в топливо из разных источников, контролировать которые бывает чрезвычайно сложно. 

  • При получении от поставщика 
  • Выпадение свободной воды (при концентрации выше точки насыщения) 
  • Конденсация в емкости 
  • Просачивание воды в емкость (дождь, мойка под давлением, грунтовые воды и т. д.) 
  • Проникновение из атмосферы (влажность) 
  • Ошибка персонала (незащищенные вентиляционные отверстия, заливные отверстия, уплотнения и т. д.) .

Существует несколько способов измерения содержания воды в топливе. Некоторые из них выполняются в лаборатории, другие можно использовать на объекте. Важно понимать, какую информацию можно получить при выполнении разных тестов.

Наиболее распространенным способом проверки воды в емкости с топливом является погружение в бак длинного щупа со специальной индикаторной пастой. Это простой и быстрый способ проверить, имеется ли свободная вода на дне емкости.

Его можно использовать на месте эксплуатации оборудования. 

В линию можно установить датчики воды, которые дают надежные результаты в режиме реального времени.

Они измеряют содержание растворенной воды в топливе и возвращают относительную влажность дизельного топлива в процентах.

Максимальный результат, равный 100%, означает, что топливо достигло точки насыщения и больше не может удерживать растворенную воду. Этот способ проверки не позволит определить количество свободной воды в емкости. 

Для определения содержания воды в образце жидкости в лабораторных условиях с 1935 года используется метод титрования Карла Фишера. Для этой высокоточной проверки требуется проба небольшого объема. Метод позволяет обнаружить даже небольшое количество растворенной воды в дизельном топливе, начиная приблизительно от 50 промилле.

Поддерживается измерение содержания воды как ниже, так и выше уровня насыщения (для растворенной и свободной воды). В лабораторной практике этот метод можно использовать для определения уровня насыщения топлива водой в различных условиях. Как правило, точность лабораторных испытаний гораздо выше, чем точность испытаний в рабочих условиях.

Тем не менее, результаты лабораторных испытаний могут в меньшей степени отражать реальное положение дел.

Почему это так? Причина, по которой лабораторные испытания могут быть менее точными, заключается в том, что свойства пробы могли измениться за то время, которое прошло между моментом отбора пробы из емкости, и фактическим проведением испытания в лаборатории.

Теплое дизельное топливо способно удерживать больше воды в состоянии насыщения, чем холодное. Если в емкости содержится холодное дизельное топливо, его точка насыщения может быть превышена. В этом случае в оборудование будет поступать свободная вода, вызывающая серьезные проблемы.

Если пробу такого топлива отправить в лабораторию, температура проверяемого топлива, скорее всего, будет выше, чем в емкости. В лаборатории топливо нагреется, свободная вода вернется в состояние растворенной и может показаться, что проблемы отсутствуют.

Аналогичные затруднения при диагностике могут возникать и при наличии проблем с кристаллами льда. «Улики» исчезают при комнатной температуре.

Вода как топливо для дизельного двигателя

Самый простой ответ на этот вопрос — «нулевое». Однако достижение такого результата практически невозможно. В любом дизельном топливе содержится некоторый процент воды. Самое главное — удерживать концентрацию воды ниже точки насыщения, чтобы она оставалась в растворенном состоянии и не попадало в оборудование в виде свободной воды.

Производители оборудования указывают на недопустимость попадания свободной воды в двигатель. В зависимости от температуры и соотношения нефтяного и биодизельного топлива точка насыщения меняется в диапазоне приблизительно от 50 до 1800 промилле.

Как показано на диаграмме, биодизельное топливо может удерживать значительно больше воды в насыщенном состоянии, чем нефтяное дизельное топливо. Однако содержание влаги в смеси биодизельного и нефтяного дизельного топлива не меняется согласно математической пропорции.

Смесь топлива может удерживать меньше растворенной воды, чем ее составляющие. Это означает, что при смешивании двух компонентов топлива может произойти осаждение свободной воды. 

Чтобы понять, как избежать попадания воды в топливо, необходимо сначала изучить пути ее проникновения в емкость. Вода может попадать в топливо из разных источников, контролировать которые бывает чрезвычайно сложно. 

При получении от поставщика: Нефтеперерабатывающие заводы производят достаточно чистое дизельное топливо с низким содержанием влаги, однако в доставленном дизельном топливе все-таки будет присутствовать вода.

Количество воды в доставленном топливе в значительной степени зависит от обстоятельств и соблюдения правил обращения с топливом.

Как можно повлиять на ситуацию? Кроме смены поставщика или переговоров по контракту для перекладывания ответственности на дистрибьютора можно прибегнуть к следующим вариантам. 

  • Попросите доставлять топливо из верхней части емкости, чтобы оно не содержало воды и загрязнений, которые оседают на дне. 
  • Установите систему удаления воды на входе в емкость наливного хранения. 

Проникновение из атмосферы: как и воздух, дизельное топливо имеет относительную влажность, и эти два значения стремятся к выравниванию.

Если содержание влаги в воздухе превышает содержание влаги в топливе, топливо будет поглощать влагу из воздуха.

Если влажность воздуха ниже влажности топлива, влага из топлива будет испаряться в воздух, пока относительная влажность двух сред не сравняется. 

Выпадение свободной воды: дизельное топливо содержит определенное количество растворенной воды. Если содержание воды превысит точку насыщения, избыток воды перейдет в состояние свободной воды.

Это происходит, если увеличивается общее содержание воды или дизельное топливо охлаждается. Теплое дизельное топливо может содержать 90 промилле растворенной воды и только 60 промилле, когда оно остывает в холодную погоду.

Разница в 30 промилле выпадает в виде свободной воды и оседает на дне емкости. 

Конденсация в емкости: если температура воздуха снаружи емкости выше, чем температура ее содержимого, на стенках емкости образуется конденсат, который попадает в топливо. Этот процесс может происходить изо дня в день, каждый раз увеличивая объем свободной воды. 

Читайте также:  Слабые стороны и недочеты фольксваген джетта

Просачивание воды в емкость: дождь, мойка под давлением, грунтовые воды могут приводить к проникновению воды в поврежденную или негерметичную емкость.

Впуск некоторых подземных емкостей (например, на заправочных станциях) может располагаться ниже уровня земли. Область вокруг крышки может легко заполниться дождевой водой.

Если уровень воды будет расположен выше снятой крышки емкости, вода под действием силы тяжести стечет в емкость. 

Вода как топливо для дизельного двигателя

Удалить воду из дизельного топлива с содержанием серы более 500 промилле легче, чем из дизельного топлива со сверхнизким содержанием серы (ULSD) (менее 15 промилле). Например, показанный на изображении блок фильтров был разработан для использования в Южной Африке, где он достаточно эффективен.

Для удаления воды из топлива с более высоким содержанием серы гораздо эффективнее использовать коалесцирующие фильтры и водоотделители.

Это связано с тем, что для дизельного топлива с высоким содержанием серы требуется меньше присадок, поэтому оно содержит гораздо меньше поверхностно-активного вещества. 

Напоминающее мыло поверхностно-активное вещество покрывает коалесцирующий/водоотделяющий материал, значительно снижая его эффективность. 

Повышенное содержание поверхностно-активного вещества в дизельном топливе со сверхнизким содержанием серы препятствует работе коалесцирующего материала, что в лучшем случае ставит под сомнение эффективность коалесцирующего фильтра. 

Производители публикуют данные эффективности фильтра на основе действующих отраслевых стандартов испытаний. Действующие стандарты были разработаны несколько лет назад и предназначены для лабораторных сравнительных испытаний с применением обработанного топлива.

Этот способ хорошо подходит для сравнительного тестирования, но может не отражать эффективность фильтра в реальных условиях.

 Для подготовки дизельного топлива со сверхнизким содержанием серы к лабораторным испытаниям в соответствии с требованиями стандартов из него необходимо удалить все поверхностно-активные вещества.

В реальности же дизельное топливо со сверхнизким содержанием серы и удаленными поверхностно-активными веществами (присадками) просто уничтожит двигатели. Все пригодное для использования в оборудовании дизельное топливо со сверхнизким содержанием серы содержит присадки и поверхностно-активные вещества, поэтому коалесцирующие фильтры не подходят для его обработки.

Вероятно, вы не увидите снижения публикуемых уровней эффективности коалесцирующих фильтров, но в литературе можно будет отметить увеличение упоминаний водопоглотителей.

Компании, которые до сих пор продают коалесцирующие фильтры в регионах, где используется дизельное топливо со сверхнизким содержанием серы, очень часто упоминают о необходимости установки водопоглотителей после коалесцирующего фильтра.

Другие способы гарантированно удалить свободную воду из топлива отсутствуют.

К сожалению, лучшим способом удалить большое количество осевшей воды является опустошение емкости. Этот очевидный способ сопряжен с высокими расходами и трудозатратами.

Чтобы предотвратить попадание конденсата и влаги из воздуха в дизельное топливо, можно использовать качественные сапуны с влагопоглотителем и создать защитную среду из сухого воздуха (или азота), подаваемого в свободное пространство емкости и выходящего через сапун.

Как было описано выше, относительная влажность дизельного топлива будет стремиться сравняться с относительной влажностью (или «сухостью») воздуха. Содержащаяся в дизельном топливе влага со временем возвращается в сухой воздух, пока относительная влажность этих двух сред не сравняется.

Чтобы эффективно удалить воду из топлива, необходимо свести к минимуму содержание растворенной воды и полностью удалить свободную воду. 

Вода как альтернативное топливо

23 января 2019

Многие пробовали использовать воду в качестве топлива. Эта идея до сих пор остается главенствующей среди домашних изобретателей. Чтобы удешевить топливо, предполагалось полностью заменить его водой или использовать ее в качестве примеси. Это оказалось возможным, но результаты получились неоднозначными.

Свойства воды как топлива

Формула воды известна практически каждому – H2O. В ней присутствуют два атома водорода (H2) и один кислорода (O2). Они соединены между собой ковалентной связью. Здесь стоит напомнить о сути любого топлива. Это вещества, способные к окислению под действием окислителя, которым является кислород.

Функцию окисла в составе воды может выполнять молекула кислорода (O2). Водород (H2) при этом становится своеобразным топливом. При его горении выделяется в 3 раза больше энергии, нежели при использовании обычного природного газа, и в 2 раза больше, чем при сжигании бензина. Именно эти свойства легли в основу идеи использовать воду вместо топлива.

Существует ли вечное полено

В реальности это не бревно, а обычный металлический бак (труба), заваренный с обеих сторон. Сверху по всей длине в нем сделаны отверстия, предназначенные для выхода пара. В самой трубе тоже есть отверстие, которое можно закрывать при помощи вентиля после того, как весь объем будет заполнен водой.

Можно использовать холодную, но с горячей нагрев будет быстрее. Как работает устройство:

  1. Бак кладут на самый низ печки. Слева, справа и сверху обкладывают его обычными поленьями. Печку растапливают.
  2. При разогреве до большой температуры из трубы начинает выходить водяной пар.
  3. Он поступает на горящие угли, смешиваясь при этом с воздухом. Удельная теплоемкость такой смеси в 2 раза больше, чем у обычного воздуха. Водяной пар имеет теплоемкость 2,14 кДж/кг·К, а воздух – 1 кДж/кг·К.

Результаты такого эксперимента по заявлениям тех, кто его проводил:

  • Из дыма уходит черная сажа. Это объясняется реакцией частичек углерода с кислородом.
  • Пламя становится более насыщенным, с длинными языками.
  • Дрова горят дольше: 1 час 40 мин. в сравнении с 1 часом 10 мин. при горении без вечного полена. Время увеличивается на 40%.

Почему же водой до сих пор не топят

Межмолекулярные связи воды возникают и разрываются гораздо легче, чем внутримолекулярные. Поэтому именно их и решили использовать в процессах теплообмена. Химиками экспериментально было установлено, что энергия межмолекулярных связей воды находится в пределах от 0,26 до 0,5 эВ (электронвольт).

Проблема заключается в том, что для получения топлива из воды ее необходимо разложить на составляющие. Простыми словами, ее нужно разложить на кислород и водород, затем сжечь водород и вновь получить воду. Расщепление достигается путем пропускания через жидкость электрического тока.

При кипении вода не разрывается на отдельные молекулы, а только испаряется. Нагревание от обычного горения не вызывает в жидкости никаких других реакций. Причем и на этот процесс требуется много энергии, которую можно было бы применить с пользой. К примеру:

  • сжигание 1 кг сухих дров с долей влажности не более 20% дает около 3,9 кВт;
  • если уровень влажности древесины повышается до 50%, то с 1 кг выделяется уже всего 2,2 кВт.

Разложение воды для получения реального горения требует значительных затрат энергии. Ее нужно намного больше, нежели выделится при использовании восстановленных элементов вновь в качестве горючего. Можно привести примерное соотношение:

  • 100% энергии – на расщепление;
  • 75% энергии – при сжигании восстановленных составляющих.

Именно тот факт, что при обратной реакции выделенных водорода и кислорода выделяется меньше энергии, и выступает причиной, почему вода как топливо для автомобилей и не только до сих пор не используется. Экономически такой метод оказался невыгоден. Более реально сделать топливо из мусора. Оно может быть жидким, газообразным и твердым.

Существует ли «водный» автомобиль

В 2008 году в Японии «водное» авто было представлено компанией Genepax на выставке в Осаке. В качестве топлива можно было использовать стакан воды из-под крана или из реки и даже обычную газировку.

Устройство расщепляло жидкость на молекулы водорода и кислорода, которые начинали гореть и давать автомобилю энергию для езды. На сегодня известно, что компания Genepax уже через год разорилась и закрылась.

Добавление воды в обычное топливо

Вода как топливо для вашего автомобиля может применяться в составе обычной солярки. Это еще одно предположение, которое было выдвинуто «домашними» изобретателями. Оказалось, что при добавлении в бутылку с водой небольшого количества солярки полученная смесь горит. Причем выделяется меньше копоти, а процесс горения становится более бурным.

Также в процессе горения бумажки, которую окунули в полученную смесь, появляется треск, но он всего лишь указывает на испарение жидкости. Кроме того, взбалтывание не растворяет солярку в воде. Однородной смеси здесь не получится. Со временем солярка, как и масло или бензин, собирается на поверхности.

Похожий эксперимент провели с трактором, в который залили солярку и воду, смешанные в определенных пропорциях. Агрегат завелся и стал тарахтеть, стоя на месте. Но только на это и хватает энергии подобного топлива. Да и высок риск, что двигатель выйдет из строя.

Перспективы развития

Сегодня еще пока не создали реальных разработок, которые бы позволили использовать воду как альтернативное топливо. Подтверждено лишь то, что добавление ее или водорода в горючую смесь способствует повышению КПД двигателя.

Так, если примесь будет составлять 25-35% объема дизельного топлива, выбросы окислов азота в атмосферу уменьшаются, а топливно-экономические показатели увеличиваются. Этот факт был подтвержден еще в 80-е годы прошлого века. Но реальные испытания также показали, что выпадение при горении осадка солей приводит к повышенному износу двигателя. В результате экономический эффект сводится на нет.

Если оценивать перспективы применения альтернативных источников энергии и топлива, то нужно отметить, что на это требуется время. В случае с водой остается только надеяться, что в процессе своих экспериментов изобретатели все же смогут дойти до того, что автомобиль можно будет заправить из-под крана.

Применение водно-топливных эмульсий (ВТЭ) в топливных технологиях

Постоянное увеличение стоимости топлив и ужесточение требований к экологической безопасности топлив вызвали повышенный интерес к водотопливным эмульсиям (ВТЭ).

  • Постоянное увеличение стоимости топлив и ужесточение требований к экологической безопасности топлив вызвали повышенный интерес к водотопливным эмульсиям (ВТЭ).
  • Эти работы начались в 20-х годах прошлого века и продолжаются до настоящего времени во многих странах мира.
  • Накоплен огромный опыт использования ВТЭ в двигателях внутреннего сгорания различного назначения и котельных установках.
  • Эксплуатационные испытания ВТЭ в дизельных судовых двигателях проводились в Новороссийском и Литовском морских пароходствах.
  • Проведенные испытания показали, что ВТЭ обеспечивает экономию топлива около 3% (обычно от 0 до 6% в зависимости от режима работы двигателя) при значительном улучшении экологических характеристик продуктов сгорания и снижении нагарообразования.
  • Износ и надежность работы основных систем и деталей дизеля находились на том же уровне, как при его работе без воды.
  • Многочисленными исследованиями установлено, что оптимальный размер частиц воды в ВТЗ составляет от 5 до 10 микрон.
Читайте также:  В чем различие двигателя 21126 от 21127

При увеличении размеров снижается стабильность ВТЭ, при уменьшении снижается эффективность. Количество воды в ВТЭ обычно не превышает 20%, что соответствует максимальному значению экономии топлива.

Увеличение количества воды до 40 % приводит к непрерывному снижению дымности и содержания окислов азота в уходящих газах, их температуры, а также уменьшению нагарообразования в дизеле.

Мощность двигателя до содержания в ВТЭ 30% воды не снижается, а при 40% воды уменьшается на 9-12%.

Механизм действия воды на горение топлива изучен достаточно подробно. Капли воды оптимального размера начинают кипеть раньше топлива, вызывая «микровзрыв» капли ВТЭ улучшая распыление топлива. Кроме того, вода является катализатором горения, особенно для углерода (сажи), что также повышает полноту сгорания топлива.

ВТЭ, приготовленные из топлив повышенной и высокой вязкости (моторное топливо ДТ, флотские и топочные мазуты) и пресной воды, обладают достаточно высокой стабильностью за счет содержания в топливе природных поверхностно-активных веществ. При приготовлении ВТЭ из дизельного топлива ДЛ для придания стабильности необходимо дополнительно вводить поверхностно-активные вещества (стабилизатор).

В 1967 году институтом инженеров железнодорожного транспорта (Ростов на Дону) были проведены исследования в дизелях ЯАЗ-204 и 2Д-100 ВТЭ, содержащей дизельное топливо, 15% воды и 15% мазута М-20 в качестве стабилизатора.

В ходе испытаний были получены значения экономии топлива от 4 до 10%. Экологические показатели сгорания ВТЭ находились на уровне чистого дизельного топлива.

Использование мазута как добавки-стабилизатора и одновременно более дешевого топлива является одним из самых перспективных направлений развития ВТЭ.

Мазут, стабилизируя воду, образует вокруг частиц воды защитный слой из самых тяжелых фракций. В результате при «микровзрыве» капель ВТЭ эти тяжелые фракции хорошо распыляются и быстрее сгорают, обеспечивая нормальное сгорание топлива и стабильную работу двигателя.

Получение оптимальной структуры ВТЭ в первую очередь зависит от используемого диспергатора (гомогенизатора).

В настоящее время гомогенизаторы широко используются во всем мире не только для приготовления ВТЭ, но и для обработки тяжелого топлива с целью получения однородной (гомогенной) структуры.

Связано это с тем, что тяжелые топлива являются сильно неоднородными по составу и при хранении расслаиваются. Тяжелые фракции образуют сгустки, которые ухудшают горение топлива и, выпадая в осадок, образуют отложения в мазутных емкостях.

Это приводит к существенным потерям топлива (до 6%) и появлению опасных для экологии отходов. Обработка топлива в гомогенизаторах позволяет получить однородное топливо и практически избежать появления отходов (снизить их до уровня менее 0,5%).

Повышение однородности структуры топлива сильно улучшает его горение.

Например, как показали испытания гомогенизатора ВКИ-2В, обработка флотского мазута Ф-5 позволяет для двигателя ИТ9-3 при постоянной подаче топлива увеличить мощность двигателя (с 2,4 кВт до 2,8 кВт) и среднее индикаторное давление (с 4,42 кгс/см? до 5,11 кгс/см?).

  1. При этом дымность уходящих газов снизилась в два раза, что свидетельствует о повышении полноты сгорания топлива.
  2. Недавно был пределен оптимальный состав трехкомпонентной ВТЭ, отвечающей требованиям к топливам, используемым в судовых дизельных установках при условии соблюдения экологической безопасности выброса вредных веществ в окружающую среду.
  3. Испытания проводились в Центральном научно-исследовательском и проектно-конструкторском институте морского флота (ЦНИИМФ) на судовом двигателе 2Ч 8,5/11(5Д2) для которого используется дизельное топливо по ГОСТ 305
  4. Трехкомпонентные ВТЭ готовились в гомогенизаторе ВКИ-2В конструкции МГП «Импульс» на базе дизельного топлива ДЛ, мазута и пресной воды.
  5. В результате проведенных стендовых испытаний определен состав трехкомпонентной водотопливной эмульсии отвечающий требованиям, предъявляемым к эксплуатации дизеля и экологии выпускных газов:
  6. дизельное топливо — 37,5% мазут Ф-5 — 32,5%
  7. вода — 30%
  8. Испытания проводились при температуре топлива 18°С.
  9. При этой температуре дымность уходящих газов, а также содержание в них окиси углерода и углеводородов находилось на уровне чистого дизельного топлива.
  10. При предварительном подогреве ВТЭ до 50°С дымность и содержание углеводородов стали ниже чем для дизельного топлива, что свидетельствует о повышении полноты сгорания топлива.
  11. Приготовленная трехкомпонентная ВТЭ сохраняла стабильность в течение 5-6 часов, после чего начинала расслаиваться на концентрированную ВТЭ и дизельное топливо.
  12. После длительного хранения трехкомпонентной ВТЭ (в течение 10 месяцев) вода не выделялась и при перемешивании вручную восстанавливалась ее исходная структура.
  13. В связи с этим при использовании данной ВТЭ необходимо обеспечить ее циркуляцию, что для судов не составляет сложности.
  14. Пуск и остановку двигателей также как и при применении обычных ВТЭ следует производить на топливе без воды.
  15. Средний размер частиц воды в эмульсии составлял 5 микрон, условная вязкость ВТЭ при 18°С-1,26°ВУ ( дизельного топлива 0,85°ВУ), при 50°С-1,10°ВУ.

Динамическая вязкость ВТЭ при 18°С составляла 0.032 Па*с (при той же температуре вязкость дизельного топлива составляет 0.007 Па*с, мазута Ф-5 — 0,21 Па*с), при 50°С -0,026 Па*с (мазут Ф-5 при 50° — 0.035 Па*с).

  • Увеличение содержания воды и мазута в эмульсии выше оптимального (при сохранении того же соотношения между мазутом и водой) приводит к нестабильной работе двигателя и ухудшению экологических характеристик выпускных газов и рабочего процесса дизеля.
  • Замена дизельного топлива на трехкомпонентную ВТЭ, содержащую мазут, позволит снизить эксплуатационные расходы на топливо.
  • Для двигателей использующих более тяжелое топливо (ДТ, ДМ) после проведения дополнительных испытаний возможно дальнейшее увеличение содержания мазута в эмульсии.
  • Для судов с двухтопливной системой (использующих мазут и дизельное топливо) целесообразно приготовление эмульсии с использованием смонтированной на судне установки ВКИ 2В (производительность установки 3 тонны в час).

Для небольших судов наиболее целесообразна бункеровка готовой ВТЭ без переделки топливной системы. Для приготовления ВТЭ в стационарных условиях можно использовать установки ВКИ-3Б и ВКИ 4Б с производительностью по смеси мазута с водой 8 и 10 тонн в час соответственно.

Данные установки в настоящее время используются для гомогенизации и эмульгирования мазута в котельных Санкт-Петербурга, Ленинградской, Псковской и республики Карелия.

Многолетняя эксплуатация установок ВКИ в непрерывном режиме показала их высокую надежность. Конструкция установок защищена патентом Российской Федерации № 2124935.

Предлагаемая трехкомпонентная ВТЭ может быть использована в дизельных двигателях и котельных агрегатах использующих дизельное топливо.

Источник: additive.spb.ru

Вода как топливо. Мифы и реальность

Дмитрий Михайлов [dmix1975]

Еще с самого зарождения автомобилестроения, многие конструкторы и инженеры старались создать движитель, способный использовать в качестве топлива обычную воду. Прогресс шел вперед и кое-какие подвижки в этом отношении имеются, однако они совершенно не те и не то, что представляли конструкторы.

Сегодня я не хочу предлагать вам, уважаемые читатели, ничего, что относится к ремонту автомобилей, а немного разобраться в вопросе: можно ли в ближайшем будущем надеяться на то, что автомобили будут использовать в качестве топлива самую простую воду. И что представляют собой заявления некоторых изобретателей, причем достаточно известных, том, что они изобрели новый, водяной, тип двигателя.

Сейчас патентными бюро зарегистрировано множество различных способов получения энергии химическим путем из воды.

И в первую очередь — это, конечно, получение водорода и кислорода из воды путем электролиза и последующее их сгорание в виде смеси с образованием, опять же, воды.

Кстати, именно таким образом приводилась в движение подводная лодка «Пионер» знаменитого советского писателя Григория Борисовича Адамова.

В своем произведении автор достаточно серьезно подошел к проблеме, основывающейся на законах термодинамики, которые говорят о том, что сила, потраченная на сгорание топлива не может быть меньше силы, полученной на его (топлива) получение.

А именно это мы и наблюдаем пока что в процессе разработки — для разрыва межмолекулярных связей требуется значительное количество электричества. Гораздо большее, нежели может дать генератор автомобиля, работающий на этом топливе.

И не стоит забывать о низком КПД двигателей внутреннего сгорания.

1935 год

Именно в это время впервые была попытка заявить о возможности эксплуатации автомобиля на воде, используя принцип, рассмотренный выше.

Д ля доказательства своей теории, Чарльз Гаррет представил на суд широкой публики устройство, напоминающее по принципу действия обычный карбюратор.

Принцип его действия заключался в следующем: поплавковая камера, как и в обычном, регулировала поступление определенного количества воды, которая попадала на систему электродов, расположенных в нижней части и разлагалась на составляющие. Затем, образовавшиеся газы смешиваются и в виде горючего газа поступают в камеры сгорания двигателя.

Патент, поданный для регистрации содержал чертеж самого устройства, но отсутствовали обоснованные выкладки о создании нового источника энергии.

80-е — 90-е года ХХ века

Именно в это время совершались множественные попытки создания двигателей и устройств, способных осуществить процесс электролиза тем или иным способом прямо на автомобиле для получения замкнутого цикла сгорания топлива.

В этот список можно внести множество фамилий, однако ни одно из них не было пока что реализовано на практике.

Так, Стенли Майер предложил использование оригинальных топливных ячеек и водяных сплиттеров для получения гремучей смеси и ее сжигания в двигателе внутреннего сгорания, однако его разработки не пошли далее громких заявлений, что позволило обвинить его в мошенничестве.

Стоит отметить, что он настолько убедил своих сторонников в правдивости изысканий, что даже после смерти от аневризмы, его последователи утверждали, что он был убит из-за возможного банкротства топливных компаний в свете изменения принципов работы ДВС.

2000-е годы

Начало нового тысячелетия ознаменовалось новыми попытками решить проблему использования воды в качестве топлива для двигателя автомобиля. Ничего нового не было придумано и усилия изобретателей были направлены на разработку новых способов получения водорода и кислорода.

Деннис Клейн и основанная им компания Hydrogen Technology получили патент на устройство «Аквиген», способное заменить стандартную газовую сварку, используя вместо ацетилена вещество, получаемое из воды.

В своей аннотации они утверждали, что смогли разработать прибор, способный переводить воду в промежуточное, неизвестное науке состояние.

Именно оно, якобы способно, сгорая, производить большое количество энергии.

Следом за ними, Genesis World Energy заявляет, что в недрах их компании разработано устройство, позволяющее получать гремучий газ из воды прямо на автомобиле. Были собраны значительные средства на окончание разработки, которые закончились пятью годами тюрьмы и значительным штрафом главе компании по статье мошенничество.

Единственным, реальным проектом в эти годы был автомобиль, представленный японкой компанией Genepax, который в качестве топливных элементов использовал гидриды различным металлов. Однако, как оказалось в дальнейшем, в качестве прототипа использовался индийский электромобиль, а сама компания объявила о своем закрытии уже через год.

Читайте также:  В чем разница двухтактного и четырехтактного двигателя лодочного

Рабочие разработки

Как видно, на сегодняшний день пока что не существует оригинальный и действительно рабочих разработок, способных использовать в качестве топлива чистую воду. Но вот добавление воды или водорода в горючую смесь способны значительно повысить КПД двигателей и экономию топлива.

Так, еще в 80-е годы прошлого века, некоторыми советскими НИИ были проведены исследования, подтвердившие, что при добавлении 25-35% воды в дизельное топливо, значительно снижается количество выбросов окислов азота и увеличивается топливно-экономический показатель.

Данная рекомендация была отправлена в некоторые АТП, однако реальные испытания показали, что содержащиеся в воде соли выпадают в результате сгорания в осадок и действуют в виде абразива на стенки цилиндров двигателя, что приводит к его повышенному износу, сводя на нет весь экономический эффект.

В настоящее время проводятся испытания устройств, которые известны как «ячейки майера», названные по имени изобретателя, о котором я упоминал выше.

Принцип заключается в получении небольшого количества водорода, поступающего в воздушный фильтр автомобиля и смешивающегося с топливно-воздушной эмульсией.

Образовавшаяся смесь, сгорая выделяет большее количество энергии, при меньшем расходе топлива.

В качестве заключения

Несмотря на относительную краткость статьи, можно понять, что пока что изобретателям не удалось воплотить в реальность принцип использования воды как топлива. Но, конечно, хочется надеяться на то, что это когда-нибудь произойдет, а мы еще сможем эксплуатировать автомобиль, заправив его водой из под крана…

Смешивание бензинов и дизельных топлив с водой. водотопливные эмульсии для автомобилей и промышленных котлов

полезная статья — ключевые моменты СЏ выделил…

Р° именно — никто РЅРµ РїСЂРѕРІРѕРґРёР» длительные испытания РЅР° безотказность двигателя, композиция может быть получена обычным насосм Рё расход топливы вырос РЅР° величину добавленой РІРѕРґС‹. Это военные испытания, Р° РЅРµ любительской лаборатории.

Федеральное агентство по промышленности

http://www.rosprom.gov.ru/ Раздел: Новости науки и техники URL исходной страницы: http://www.faprom.gov.ru/snews.php?id=117

Горючее, которое горит только в двигателе

Водно-топливная композиция стоит дорого, но не дороже жизни экипажа танка.

РћР± авторах: Валерий Степанович Азев — доктор технических наук, профессор, заслуженный деятель науки Р Р¤. Лебедев Святослав Романович — кандидат технических наук, ведущий научный сотрудник 25 ГосНР�Р� РњРћ Р Р¤.

Дорогостоящая и изнурительная дуэль брони и снаряда, развернувшаяся после первого крупного применения танков, в сражении при реке Сомме 15 сентября 1916 г.

, продолжается в конструкторских бюро, на полигонах и в войнах различного масштаба и по сей день.

Очень часто танк в этой борьбе терпит поражения, особенно в специфических условиях боевых действий: на городских улицах, в горной местности и т.п.

Особенно СЏСЂРєРѕ эта тема прозвучала РІ статье Рђ. Бабакина «РўР°РЅРєРё Рё БМП горели РІ горах Дагестана» («РќР’Рћ» # 9, 12-18 марта 2004 Рі.).

Р’ статье, РІ частности, отмечено: «Р•СЃР»Рё РІ моторно-трансмиссионное отделение или механизм заряжания (танк Рў-80) попадала кумулятивная граната, то мгновенно загоралось топливо, воспламенялись заряды Рё РІ конечном итоге взрывался боекомплект».

Основная причина недостаточной боевой живучести бронетанковой техники кроется в том, что танк является носителем двух очень пожаровзрывоопасных элементов: боезапаса и нефтяного горючего (как правило, это дизельное топливо), обеспечивающего автономность действия машины до 300-400 км. Вся мощь противотанковых средств направлена на преодоление брони танка и оказания огневого воздействия именно на эти два самых уязвимых его элемента. При этом нельзя не отметить, что если боезапас размещен только в боевом отделении танка под защитой боковой брони и бронированной башни, то для увеличения объема заправки танка горючим предусмотрены топливные баки по всему внутреннему объему танка и даже наружные баки, толщина металлических стенок которых составляет несколько миллиметров. Перед боем топливо из наружных баков переливается в основные баки или сливается, но вертолеты противника вооруженные ПТУР предпочитают уничтожать танки на подходе их к полю боя в маршевых колоннах.

Современные танковые автоматические системы пожаротушения не способны бороться с взрывом и горением большого количества легковоспламеняющего топлива на борту танка.

Как снизить пожаровзрывоопасность нефтяного горючего, сама природа и состав которого определяют его высокие огнетехнические характеристики, без которых невозможно быстрое воспламенение и сгорание топлива в цилиндрах двигателя? А если представить себе горючее, которое не горит, то на чем будет работать двигатель?

Несмотря на эти принципиальные и объективные противоречия, решение найдено.

Отечественными учеными создано пожаровзывобезопасное летнее дизельное топливо (ПБД-Р›), которое практически РЅРµ воспламеняется Рё РЅРµ РіРѕСЂРёС‚ РїСЂРё мощном огневом воздействии РЅРµ только РЅР° танк, РЅРѕ РЅР° любое транспортное средство или объект СЃ топливными баками Рё дизельным двигателем, которые надежно работают РЅР° таком «РЅРµРіРѕСЂСЋС‡РµРј» горючем.

Секрет состава уникальной топливной композиции прост. �звестно, что вода при испарении поглощает большое количество тепла. Поэтому исстари и до наших дней огонь в основном тушат водой.

Теплоемкость воды выше всех природных и технических газообразных, жидких и твердых веществ и поэтому принята за единицу (1 кал/гЧград). Для сравнения: теплоемкость стали составляет 0,12 кал/гЧград.

К тому же вода характеризуется наивысшей теплотой парообразования, то есть способностью поглощать тепло при испарении (539 кал/г).

Наиболее близкий к воде по данному показателю метиловый спирт имеет теплоту парообразования всего лишь 263 кал/г.

Образующийся при испарении воды водяной пар предотвращает доступ воздуха и, следовательно, кислорода к источнику пламени и тем самым прерывает процесс горения.

К тому же водяной пар очень теплопроводен, то есть способен быстро отводить тепло из нагретого объекта, объема или поверхности, и так же, как и вода, характеризуется высокой теплоемкостью (0,48 кал/гЧград) по сравнению с другими газообразными веществами.

Основываясь на этих факторах, разработана на базе стандартного дизельного топлива композиция высокостабильной водно-топливной микроэмульсии, показавшей на многочисленных огневых и баллистических испытаниях не только высокие пожаровзрывобезопасные свойства, но и хорошие эксплуатационные характеристики в условиях применения в двигателях, без каких-либо конструктивных изменений узлов топливной аппаратуры и систем питания машин. При баллистических испытаниях баков с топливом ПБД-Л отмечены факты гашения топливом очагов пламени на грунте.

Топливо ПБД-Л прошло с положительными результатами все этапы межведомственных приемочных испытаний (включая баллистические) и получило в 2001 г. допуск Межведомственной комиссии при Госстандарте России к производству и применению.

Состав ПБД-Р›: товарное летнее дизтопливо — 77%, РІРѕРґР° — 15%, специально синтезированное поверхностно-активное вещество (эмульгатор) — 8%.

Эмульгатор обеспечивает быстрое образование стабильной микроэмульсии типа «РІРѕРґР° РІ масле» СЃ размером микрокапель РІРѕРґС‹ РІ объеме топлива менее 1 РјРёРєСЂРѕРЅР°.

При приготовлении ПБД-Л может быть использована пресная вода любого происхождения.

Компонентный состав топлива разработан с учетом возможности приготовления его отдельных партий не только на заводах, но и на местах эксплуатации техники с использованием штатных средств перекачки, транспортирования и хранения горючего. При этом значительно повышается пожаровзрывобезопасность и живучесть самих средств нефтепродуктообеспечения, заполненных топливом ПБД-Л.

Разработка оптимального состава эмульгатора и самой топливной композиции была сложным процессом, в котором постоянно учитывались многочисленные требования, как к эксплуатационной надежности, так и высокой огнестойкости нового топлива.

Результаты испытаний ПБД-Л на двигателях и машинах показали надежную работу техники на столь экзотическом типе горючего при значительном снижении токсичности и дымности отработавших газов. В настоящее время испытывается опытный образец пожаровзрывобезопасного топлива зимнего вида (ПБД-З), которое можно надежно применять на технике в зимний период.

Борьба за живучесть и пожаровзрывобезопасность актуальна не только для военной техники, но и для специальной (пожарной, перевозящей опасные грузы и т.д.

), а также гражданских транспортных средств.

Достаточно отметить, что в странах с развитой дорожной системой и высоким техническим уровнем автомобильного парка (Великобритания, Германия), пожары автомобилей с человеческими жертвами составляют более 7% от общего количества дорожно-транспортных происшествий. Настоящим бедствием стали лесные пожары, количество которых ежегодно возрастает, и не только в России. Пожарная техника, ценой неимоверных усилий прибывающая по бездорожью в районы пожаров, не может подъехать к кромке огня из-за пожароопасных топливных баков.

Проблема низкой огнестойкости транспортных средств приобрела еще большую актуальность в последнее время в связи с активизацией терроризма.

РћРґРёРЅ выстрел РёР· гранатомета, подрыв РјРёРЅС‹ — Рё РіРѕСЂСЏС‚ вместе СЃ пассажирами многоместные автобусы, автомобили, топливные баки которых абсолютно РЅРµ защищены броней.

Но, как и любая медаль, имеющая оборотную сторону, пожаровзрывобезопасное топливо не лишено недостатков.

Цена его на порядок выше товарного дизтоплива, а эксплуатационный расход больше на 10-12%.

Последние цифры надо рассматривать с учетом содержания в топливе 15% воды, как бы негорючего балласта.

Относительно высокую цену ПБД-Л можно сопоставить с ценой танка или дорогостоящей спецтехники, которые могут сгореть при огневом воздействии, или, например, с колоссальными убытками из-за не потушенных месяцами лесных пожаров. А сколько человеческих жизней может быть спасено в боевых условиях, автокатастрофах при применении на технике пожаровзрывобезопасного топлива!

�так, пожаровзрывобезопасное топливо разработано, всесторонне испытано и допущено к применению.

Перед разработчиками и их руководителями стоят не менее сложные вопросы, в основном экономического и организационного характера: как профинансировать и организовать промышленное производство основного компонента топлива (эмульгатора), а также организовать производство самого топлива и применение его в войсках при ведении боевых действий, например, в антитеррористических операциях. При этом необходимо учесть, что Минобороны испытывает значительный дефицит финансовых средств для обеспечения войск обычными марками горюче-смазочных материалов.

Возможно, состоявшаяся реформа министерств и ведомств, в том числе отвечающих за вопросы обеспечения военной безопасности страны, модернизацию военной техники и обеспечение ее боеспособности поможет практически реализовать разработку пожаровзрывобезопасного топлива, столь необходимого не только для военной и специальной техники, но и для автотранспорта в целом в условиях неослабевающей угрозы терроризма.

�сточник: http://nvo.ng.ru, Валерий Азев, Святослав Лебедев [ 24.05.2004 ]

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector