بررسی جریان روغن گیاهی در سیستم سوختی

خلاصه
این مقاله نتایج آزمایش bench تطبیق از یک موتور دیزلی تزریق مستقیم که دارای یک مکنده طبیعی ، چهار پیستون ، چهار سیلندر ، خنک کننده آب می باشد و با سوخت دیزلی و چگالش سرمایشی روغن گیاهی کار می کند ، را معرفی می نماید.
هدف این تحقیق مطالعه و بررسی جریان روغن گیاهی در سیستم سوختی ، تأثیر روغن گیاهی به عنوان سوخت قابل تجدید به روی بازده عملکرد یک موتور دیزلی سرعت بالا و تکلیس انژکتوری تحت شرایط گوناگون بارگیری می باشد. نتایج آزمایش نشان می دهد هنگامی که یک موتور با یک روغن گیاهی به صورت کامل پر می شود مصرف سوخت ویژه ترمز در بيشينه گشتاور و همان طور توان نرخی نسبت به سوخت دیزل ۱۲٫۲ و ۱۲٫۸% بیشتر می باشد.

به هر ترتیب ، بازده گرمایی ترمز هر دو سوخت ( دیزل ، روغن گیاهی ) زیاد با هم تفاوت ندارند و مقدار ماکزیمم آن برای سوخت دیزلی برابر ۰٫۳۷-۰٫۳۸ و برای روغن گیاهی ۰٫۳۸-۰٫۳۹ باقی می ماند . تیرگی دود در یک دریچه کنترل بخار- بنزین کاملاً باز ، برای روغن گیاهی کمتر از ۲۷-۳۵ % است . اگرچه در بارگیری های سبک مشخصاتش می تواند تحت تأثیر بخار است سفیدرنگ قرار گیرد.

حرارت دادن روغن تا دمای ۶۰ويسكوزيته اش رابه ۲-۱ ۱۹٫۵mms
کاهش می دهد و یک جریان روغن آرام در بین روغن فیلتر را تأمین می کند و مصرف انرژی ویژه ترمز را در بارگیری های سبک تا ۷٫۴- ۱۱٫۷% کاهش می دهد.
آزمایشات ویژه هدایت شده با پمپ تزریق سوخت اصلاح شده معلوم کرده است که تکلیس نازلهای انژکتوری بستگی به مدل و روش عملکرد موتور دارد.
اولین و دومین نازلهای انژکتوری که با روغن خالص کار می کردند بیشتر توسط رسوبات زغال دار پوشانده می شوند نسبت به نازلهای انژکتوری کنترلی که به صورت هم زمان با سوخت دیزلی کار می کردند.
صفحه ۸۵۰

مقدمه
در ارتباط با نقصان سریع منابع نفت خام زمین و افزایش قیمتهای بازار سوخت دیزل مصرفی، پی گیری ها در سالهای اخیر به منظور آزمایش خواص فنی روغنهای گیاهی متیل استری( VOME) [ 1,2] و روغنهای گیاهی [۳-۶] ، بانضمام روغن گیاهی برای ماشین [۷-۱۰] بیشتر شده است.
هدف اصلی از متداول شدن سوختهای قابل تجدید به خاطر رشد سریع آلودگی هوای محیط زیست ، به ویژه در محیطهای شهری می باشد.
آلودگی هوا یکی از دلایل تغییرات آب و هوایی می باشد که تندبادهای مکرر ، بارانها و سیلهای سنگین نتایج و آثار منفی بر روی محیط زیست به جا می گذارد و سلامتی مردم را تحریک می کند .

استفاده از سوختهای مشتق شده گیاهی برای موتور دیزلی تزریق مستقیم مونواکسیدکربن (CO) و هیدروکربنهای (HC) منتشر شده را تا حدود ۱۰% و کربنها سوخته (C) را تا بیش از ۲۵ % [۱۱] کاهش می دهد.
بنابراین سوختهای قابل تجدید پایه گیاهی در آلمان ، استرالیا ، فرانسه ، ایتالیا، جمهوری چک و دیگر کشورها رایج شدند ومورد استعمالشان بیشتر شد . افزایش رواج RME و RO در واقع به خاطر فواید ثبت شده زیر می باشد:
(۱ به عنوان نتیجه از مقدار نسبتاً زیاد اکسیژن ۱۰٫۸) % (در اسیدهای چرب ، می تواند یک احتراق کامل به همراه کاهش انتشار ترکیبات مضر اتفاق بیفتد.
(۲ تری – سولفور ۰٫۰۰۲)%(۰٫۰۴ – تقریباً سوخت تجدید پذیری محسوب می شود، بنابراین تحت بارگیری های سنگین و دمای بالایی گاز سیلندر هیچ سولفاتی تشکیل نمی شود و انتشار مواد ویژه می تواند تا بیش از ۲۵% کاهش پیدا کند.[۱۱]

(۳ استفاده از RME و RO خالص و آمیختن شان با سوخت دیزل ، درخاتمه گردش سیکل CO2 ، کاهش آلودگی هوا و نامگذاری (خانه- سبز) مؤثر می باشند.
(۴ نقطه فلش بالا ( ( ۲۲۰ – ۳۰۰ امنیت و سلامت سوخت را در طول حمل و نقل و نگهداری از لحاظ آتش سوزی و احتراق بهبود می بخشد.
(۵ سرانجام، RO برای خاک و محیط زیست بی ضرر و زیان است و هنگام روغن ریزی و بیرون ریزی روغن آسیب کمتری به محیط زیست وارد می شود.
به هر ترتیب ، گذشته از مزایا و فواید، تداول و استعمال ROبه عنوان سوخت بعضی مشکلات فنی را به همراه دارد:

(۱ انتظار می رود به دلیل مقدار پایین حرارت خالص RO ، خسارت وزیان کم توان بدون یک قوطی ، مصرف سوخت ویژه ترمز افزایش یابد.
(۲ به خاطر فقدان ویسکوزیته اتمیکی RO در بارگیری های سبک و دمای پایین گاز سیلندر ، مشکلات احتراق – خودکار روغن فراریت پایین ممکن به صورت عمده به کارائی غیر استوار موتور دیزلی منجر شود.

(۳ تعویض مکررتر سوخت و فیلترهای روغن (sump) لازم و ضروری می باشد و چک کردن روغن انژکتور حداقل بیشتر از ۲ بار به صورت همیشگی به خاطر تکلیس و (ageing) سریع توصیه شده است.
(۴ طبیعت و ذات آلی آن ممکن است قسمتهای کائوچوئی سیستم سوخت را مانند ۰il-sails و gashets از بین ببرد ، بنابراین باید elestromers ویژه به صورت جایگزین استفاده بشوند.

(۵ تعداد iodine بالا و فعالیت corrosion (خورندگی) RO ممکن است بر قسمتهای داخلی یک موتور، به ویژه اگر از مس ، قلع ، برنج و دیگر فلزات رنگی تولید شده باشند اثر بگذارد .
صفحه ۸۵۱
تقریباً در سال ۱۹۰۰ رادلف دیزل مخترع از روغن پسته برای سوخت یکی از موتورهایش در نمایشگاه پاریس استفاده کرد. او پیش بینی کرد که در آینده روغن گیاهی می تواند اهمیت و کاربرد بیشتر سوختهای فسیلی کسب کند. روغن گیاهی تجدید پذیر ، ایمن برای ذخیره سازی و راحت از لحاظ جابجایی و کنترل کردن می باشد . به این منظور برای کاهش ویسکوزیته روغنهای گیاهی ، سه روش متداول است، استفاده از تبادل استری [۱۱ و۱] ، حرارت دادن [۳ ,۶-۸] و اختلاط با سوخت دیزلی [۴ ,۵ -۹, ۱۳ – ۱۵] .

حرارت دادن تا دمایی در حدود ۹۰ ویسکوزیته روغن گیاهی را تا سطح سوخت دیزلی کاهش می دهد که این صافی جریان را در خطوط سوخت تضمین می کند.
آزمایشات هدایت شده روی یک موتور دیزلی تک سیلندر ، چهار پیستون ، خنک کننده – هوا به نام یاتمر ۶۰۰ A5 – DTM ثابت می کند که از حرارت دادن روغن خرمای خالص (Cpo) هیچ سودی در ترمهای عملکردی بدست نمی آید، اما برای فاز جامه نامحلول Cpo و به حداقل رساندن مقاومتش برای جریان یافتن ، حرارت دادن تا دمای ۶۰ لازم و ضروری می باشد.

علاوه بر مشکلات فنی درباره خواص جریان – سرد و قابل اعتماد بودن موتور ، یک مانع بزرگ در برابر متداول شدن استعمال RO قیمت بالایش برای سوخت موتور می باشد . بنابراین ، وظیفه اصلی ومهم تولید غیر متمرکز RO به حداقل رسانده هزینه های حمل ماده خام به منظور افزایش منطقی اش در بازار می باشد . بنابراین، مطالعه امکان استفاده از RO خالص و اختلاطش با سوخت دیزلی برای سوخت موتور عملی مناسب خواهد بود.
تولید روغن گیاهی کمتر وابسته به سیاست مالی است و بیشتر از لحاظ اقتصادی قابل توجه می باشد بخصوص هنگامی که همراه با تراکم و فشرده سازی تفاله روغن برای تخلیه (روغن) اجرا می شود.

هرچند RO حق انتخاب عالی و بالایی نسبت به دیگر سوختهای جایگزینی ندارد، می تواند به عنوان یک انتخاب کم خرج مطرح شود چون وسایل تراکم – سرمایشی آرام انرژی فیلتر کردن ، رسوب گذاری ، و decanting را می توان به صورت کم خرجی در بعضی مناطق روستایی تأمین کرد.
آزمایشات با یک موتور دیزلی تزریق مستقیم تک سیلندر ، چهار پیستونه که با ۹ سوخت مختلف گیاهی با دور موتور ۱۳۰۰ (rmp) کار می کند قدرت پایین ترمز نسبت به سوخت دیزلی را آشکار می سازد، به علاوه تیرگی دود بیشتر و انتشار مونواکسید کربن و PM بیشتر ، اما انتشارات NO2 کمتر بدست آمده است.
مجدداً بیشترین افت اندازه گیری شده تا۲۰) % ( در بازده توان موتور مربوط به زمانی است که با روغن آفتابگردان خام ، روغن sogbean خام و روغن دانه – خشخاش تریاک تقطیر شده کار می کند ، در صورتی که فقط روغن گیاهای قدرتی کمتر از ۳ % را تأمین می کند.

روغن گیهای سرد فشرده شده خروجی از کارخانه تولید Rapsoila , RME Lithuania که در سال ۲۰۰۴ با ظرفیت ۱۰۰۰۰ تن RME شروع به کار کرد. خواص سوخت آزمایش شده RO در مقایسه با سوخت غیر آلی در جدول ۱ آورده شده است. ترکیب ابتدائی RO عبارت است از ۷۷٫۳% کربن ، ۱۱٫۹ % هیدروژن و ۱۰٫۸% اکسیژن . تناسب واقعی در جرم بین کربن و هیدروژن در این قسم روغن ۶۰۵ می باشد، که ممکن است منجر به احتراق کاملتر و در نتیجه به یک مقدار بازده موتور بالاتر در این مورد نسبت به سوخت دیزلی شود (۶۰۹) . به هر ترتیب ، RO آزمایش شده شامل مقدار زیادی از زنجیرهای بلند جهت پیچیده از اسیدهای چرب و ۲۰۷ بار بزرگتر از آب می باشد که افزایش قابل توجه ویسکوزیته و دانسیته ، کاهش تعداد کتان، فعالیت اسیدی و خوردگی را به همراه دارد.
نمایش یک نقطه خالص بیشتر RO سرد فشرده شده و نقطه plugging فیلتر سرد مرتبط شده با سوخت دیزلی که بر جریان سوخت در سراسر سیستم سوختی تأثیر دارد.

بعلاوه ، آلودگی کلی RO خام ۹۸٫۶ برابر بیشتر از سوخت دیزلی می باشد. تفاوتهای ساختمانی در ترکیب RO ، ویسکوزیته بالایش، تنش سطحی و ناخالص کلی ممکن بر خواص ترشحی که مسبب اتمیزاسیون ضعیف و توزیع متغیر در سراسر اتاق احتراق بخشهای روغنی کوچک تزریق شده هر سیکل هستند اثر کنند.
صفحه ۸۵۲ [ Table 1 ]
فراریت و اشتغال زایی پایین همراه با نقطه فلش بالا در حدود دمای
۲۲۰-۳۰۰ ممکن است مشکلات احتراق خودکار ، خصوصاً تحت حالتهای بارگیری سبک را به وجود آورد. این ممکن منجر به جریان پیدا نکردن سیکلها و احتراق ناکام در دمای پایین گاز داخل سیلندر ، تشکیل lacquer و رسوبات کربنی بر روی سطح داخلی قسمتهای اتاق احتراق شود. از سوی دیگر، حجم بالای اکسیژن در ترکیب RO و مقدار ناچیز سولفور فوایدی از قبیل PM و دود اگزوز پایین به همراه کاهش انتشارات ltc و co را در بردارد.
نتایج مطالعات گوناگون بر روی موتورهای تک سیلندر [ ۳,۵,۱۰,۱۵] ، همیشه قابل مقایسه با نتایج بدست آورده شده با موتور دیزلی قوی چند سیلندر نمی باشد.

علاوه بر این ، مضرترین انتشارات NOx بیشتر بستگی به روغن feedstock که برای سوخت گیری دیزلی مورد استفاده قرار گرفت دارد و با تغییر تعداد يد از ۷٫۸۸ به ۱۲۹٫۵ به صورت خطی تا ۲۹٫۳% افزایش می یابد[۱۲] .

هدف این تحقیق به خاطر بررسی اثر روغن گیاهی فشرده شده به عنوان یک امتداد دهنده برای سوخت فسیلی در عملکرد موتورهای دیزلی چهار سیلندر ، تزریق مستقیم، و همچنین بازده تبدیل انرژی سوختی و تکلیس انژکتور می باشد. موضوعات این مطالعه ممکن است به صورت زیر بیان شود:
(۱ تعیین تأثیر حرارت دادن روغن به روی ویسکوزیته اش، افت فشار روغن در سراسر فیلتر سوخت و ظرفیت جریان روغن به علاوه مصرف سوخت ویژه ترمز و بازده تبدیل انرژی سوخت هنگامی که با RO خام بر روی یک بازده گسترده از بارگیری ها و سرعتها کار می کند.
(۲ آزمایش طرز عملکردهای موتور روی تکلیس انژکتور هنگامی که عملیات تحت حالتهای متشابه با روغن گیاهی خالص و سوخت دیزلی انجام می شود.
صفحه ۸۵۳

-۲ ابزارهای آزمایش و اصول تحقیق:
آزمایشات روی موتور کاملاً به کار انداخته شدۀ دیزلیِ تزریق مستقیم
D – ۲۴۳ و kw5 اتی با چهار سیلندر ، چهار پیستون ،مکنده طبیعی و خنک کننده آب، با حجم پخش۴٫۷۵۰m3 =V1 ، منفذ ۱۱۰ میلی متری(mm) ، پیستون ۱۲۵ mm و یا نسبت کمپرس انجام شده است. سوخت به وسیله یک پمپ تزریق سوخت داخلی در میان پنج منفذ واحدهای تزریق به داخل یک نوع محفظه احتراق مارپیچی شکل در یک سر پیستون رسانده می شود. پمپ تزریق سوخت با شروع سوخت رسانی اولیه در ۲۶ قبل از مرکز غیر متحرک فوقانی (BTDC) منطبق شده است. سوزن سوپاپ نگه دارنده فشار برای تمام انژکتورها تا ۰٫۵ Mpa 17.5 تعیین شده است . برای برقرار جریان روغن لازم ، سیستم سوخت موتور بوسیله نصب دو اتصال در فیلترهای سوختی ریز مشبک موازی، سوپاپ غیر برگشتی و یک ترمومتر الکتریکی اصلاح شده استو سوپاپ غیر برگشتی برای کاهش نوسانات سوختی ناشی از انبوه شده RO و بهبود دقت سنجش ها نصب شده است.

سوخت توسط یک پمپ انتقال rotor الکتریکی به پمپ تزریق خوراکانده می شود. سوخت برگشتی از لوله پمپ تزریق در صورتی که لوله برگشت از واحدهای تزریق به صورت مستقیم در داخل ظرفهای کنتور سوخت وارد شده باشد به پمپ انتقال وصل می شود. روغن حرارت داده شده در مبدلهای حرارتی به سیستم خنک کننده موتور وصل می شود. دمای حرارتی روغن به وسیله تغییر شدت جریان شیر آب در میان مبدل حرارتی تغییر می کند.
برای بدست آوردن پارامترهای خط شروع ، برای بار اول موتور با سوخت دیزلی درجه C کار کرد. مشخصات بارگیری در روشهای بارگیری معین و مقدار ثابت حرکتهای انتقالی میل لنگ از ۲۲۰۰ , ۲۰۰۰ , ۱۸۰۰ , ۱۶۰۰ , ۱۴۰۰ min-1
گرفته شده است.

بعد از مشخصات بارگیری گرفته شده از عملکرد موتور با سوخت دیزل ، آزمایشات متشابهی با روغن گیاهی خام بر بازده یکسانی از بارگیریها و بسامدهای حرکت انتقالی موتور انجام شده است.
گشتاور موتور با یک نیروسنج AC الکتریکی ۱۱۰ kw سه فازه Asynch ronous با درجه INM difintion اندازه گیری شده است . مشخصات بارگیری موتور با افزایش تدریجی از نقطه ای نزدیک به صفر تا مقدار ماکزیمم اش (۲۹۰-۳۱۰ NM) تعریف می شود.
این به این معنی می باشد که توان مؤثر موتور در سرعت نسبی ۲۲۰۰ min-1

از کمترین مقدارش تا ۱۱۰ % مقدار نسبی اش تغییر یافته است.
بازده حرکت انتقالی میل لنگ با تکومتر ایستائی فرودینامیکی جامع Tsfu -1 اندازه گیری می شود و سرعت سنج اش (ITE-1) به سنسور شماره اند از DTE-2 متصل می شود. این وسایل مربوط به هوانوردی سرعت موتور را با دقتی برابر ۰٫۲ اندازه گیری می کنند.
مصرف جرمی سوخت توسط وزن کردن آن با ترازو و الکترونیکی VLK-500 و مصرف حجمی هوا توسط کنتور نوع گازی RG -1400 rotor که برای کاهش نوسان فشار در تانک هوا نصب شده مشخص می شود.

به منظور مطالعۀ تأثیر روغن گیاهی برتشکیل رسوبات کربنی روی نازلهای انژکتور ، سیلندرهای اول و دوم موتور با RO خالص سوخت رسانی می شوند، در صورتی که سومین و چهارمین سیلندر به طور همزمان با سرعت دیزل کار می کردند. برای این هدف کانالهای سوخت رسانی پمپ تزریق توسط نصب تیغه های ویژه ای به دو قسمت تقسیم شده است. این چنین اصلاحی از پمپ تزریق ما را به برقراری حالتهای آزمایشی متشابه که اساساً برای مطالعۀ تأثیرات نسبی هر دو سوخت روی تکلیس انژکتور مهم می باشند ، قادر می سازد(شکل ۱).
صفحه ۸۵۴

بعد از هر مرحله آزمایش کامل شده ، انژکتورها از روی موتور پیاده شده به بازدید بیرونی شان کاملاض رسیدگی می شود و توسط دوربین عکاسی دیجیتالی ثبت می شود. بعد از آن ، عملکرد انژکتور چک شده و امکان تغییر در Sump سطح روغنی ارزیابی می شود.
تیرگی دود D (%) گازهای اگزوز با ابزار بوش RTT 110 / RTT 100 در
۱۰۰ %۱- با دقت ۱۰۰ % دازه گیری شده است . دمای گاز در manifold با ترموکوپل آلومینیوم – کُرم Tchk -400U متصل به گالوانومتر MKD -50M اندازه گیری شده است.

۳- نتایج آزمایشی سیستم سوخت رسانی
هنگام عملیات با روغن گیاهی خالص، یکی از مسائل اصلی مربوط می شود به افزایش ویسکوزیته روغن که ممکن است به تشدید جریان سوخت در سراسر سیستم منتج شود و بنابراین منجر به افت توان موتور شود. چون آزمایشات با سیستم سوخت عادی شروع شده است ، افزایش فشار جریان RO ویسکوز باعث صدمه به ظرف فیلتر می شود و باعث تخریب کاغذ لایه میکرو- فیبر ِ فیلترالمنتی ۷ شکل پرتوی می شود . (شکل۲b)
وقتی که آن دیر تمیز شود، چنین ساختمانی از طرف فیلتر به خاطر تعداد زیاد سوراخهای ساخته شده روی اطراف بدنه اش در معرض شکستن قرار دارد که به صورت ظاهری بر مقاومتش تأثیر می گذارد. (شکل ۲a)
به منظور برطرف سازی این مشکل ، تنها فیلترهای سوخت تقویت شده که در شکل ۲C نشان داده شده است برای پیشبرد آزمایشات ،مورد استفاده قرار می گیرند.

نمایش نتایج آزمایشی (شکل ۳) که توسط فشار سوخت ابتدائی p1 توسط پمپ انتقال سوختِ غوطه ور افزایش می یابد یک مقدار جزئی به همراه یک درجه حرارت و به ۰٫۱۴ MP می رسد و در حدود یک مقدار ثابت باقی می ماند تا اینکه سوپاپ کنترلی فشار باز شود.
صفحه ۸۵۵ [شکل ۱]
V حجم جریان روغن در سیستم سوخت همراه با افت فشار p در سراسر فیلتر سوخت به صورت آرام افزایش می یابد . باید توجه شود که افزایش جریان روغن در خط داخلی با افزایش دمایش همراه نیست.