УДК 62

МЕТОД ОЦЕНКИ КАЧЕСТВА ТОПЛИВ ПРИ ПОДГОТОВКЕ К СГОРАНИЮ НА МОБИЛЬНЫХ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ СРЕДСТВАХ

Кадушкин А.С.1, Кошкина А.О.1, Абрамов А.Е.1
1Ульяновская государственная сельскохозяйственная академия

Аннотация
Статья посвящена методу оценки качества топлив при подготовке к сгоранию на мобильных энергетических средствах.

Ключевые слова: аналогово-цифровое преобразованиения, датчик контроля качества топлива, единичные показатели качества топлива, интегрированный показатель качества топлива, Качество топлива, показатели, система контроля качества топлива, Физико-химические свойства, характеризующие загрязнённость топлива, характеризующие смесеобразующие свойства, характеризующие энергетические свойства, химмотологическая надёжность, эксплуатационные свойства топлива, электрическая проводимость топлива


METHOD OF ASSESSING THE QUALITY OF FUELS IN PREPARATION FOR COMBUSTION IN THE MOBILE POWER TOOLS

Kadushkin A.S.1, Koshkina A.O.1, Abramov A.E.1
1Ulyanovsk State Agricultural Academy

Abstract
The article is about method of assessing the quality of fuels in preparation for combustion in the mobile power tools.

Библиографическая ссылка на статью:
Кадушкин А.С., Кошкина А.О., Абрамов А.Е. Метод оценки качества топлив при подготовке к сгоранию на мобильных энергетических средствах // Современная техника и технологии. 2013. № 2 [Электронный ресурс]. URL: http://technology.snauka.ru/2013/02/1558 (дата обращения: 02.10.2017).

       В настоящее время всё большее значение приобретает проблема качества топлива, в том числе дизельного. Существует четыре группы требований, предъявляемых к автотракторным топливам, как основного продукта нефтеперерабатывающих заводов, это требования связанные с работой двигателя, требования эксплуатации, требования, обусловленные необходимостью и возможностью массового производства, а также экологические требования.

          Поступившие в хозяйство ТСМ обладают определенным уровнем качества, выраженные его физико-химическими и эксплуатационными свойствами [1], [4]. Эти свойства обеспечивают определённый уровень химмотологической надёжности эквивалентный определенному объему полезной работы (наработки), который можно получить только в случае использования высококачественного топлива.

      В настоящее время существует значительное количество качественных и количественных методов контроля определённых свойств топлив и иных ТСМ, но большинство из них трудоёмки и дорогостоящи и требуют организации специально оснащённых лабораторий, что требует значительных затрат на их содержание. Однако в сельскохозяйственном производстве такие методы неприменимы, вследствие их дороговизны и не универсальности, поэтому для повышения надёжности с/х техники и обеспечения её качественным топливом необходимо разрабатывать универсальные методы контроля качества топлив, как в полевых условиях, так и при формировании его физико-химических свойств непосредственно на двигателе АТС.

        Основными задачами оперативной оценки качественных показателей топлива являются [6]:

    – определение комплексного показателя для последующего воздействия на эксплуатируемый объект (АТС) с целью увеличения его ресурса и надёжности работы;

  – регулирование топливоподающей аппаратуры двигателя АТС для его оптимальной работы при использовании топлива определённой марки;

    –  повышение качества топлива, поступающего в двигатель АТС путём формирования оптимальных ФХС.

        В основу разрабатываемого метода положен комплексный метод оценки уровня качества продукции, основанный на применении средневзвешенного показателя.

        Итоговая оценка комплексного показателя качества характеризуется интегрированным показателем

    (1)

где k_{x} - комплексный групповой показатель, характеризующий соответствующую группу показателей качества, определяющих требуемые эксплуатационные свойства топлива; A_{x} - коэффициент весомости i-го группового показателя качества [1].

      Комплексный показатель (), характеризующий определенную группу показателей качества, в свою очередь определяется как сумма произведений показателей второго уровня качества на их коэффициенты весомости:

                                                                                         (2)

               Используя выражение (2), получаем

                           (3)

где:  k_{y} – комплексный показатель качества, характеризующий эксплуатационные свойства топлива;  k_{z} – единичные показатели качества (ФХС), получаемые при испытании топлив; B_{y} - коэффициент весомости i-го комплексного показателя качества; C_{z} - коэффициент весомости i-го единичного показателя качества; D – определенная область значений показателей качества топлива данного вида, регламентируемая стандартами.

         Существует два способа обеспечения качества топлива [4], к первому относятся мероприятия направленные на предупреждение попадания в топливо посторонних загрязнений извне, ко второму способу относится его подготовка к сгоранию (очистка, обезвоживание, добавка всевозможных присадок и др.). Причём для их реализации необходим оперативный контроль за основными показателями качества топлива, обеспечивающими надёжную работу двигателей АТС и представленными в интегральной форме. Заключение о соответствии топлива стандартам качества даётся не по всем показателям, а лишь по нескольким из них. Аналогичный метод (комплексного определения физических параметров жидкостей) был разработан специалистами Ковровской государственной академии [5].

        Объединив физические свойства топлив по степени влияния на эксплуатационные свойства двигателей АТС, получили три группы:

- показатели, характеризующие энергетические свойства;

- показатели, характеризующие смесеобразующие свойства;

- показатели, характеризующие загрязнённость топлива.

        Данные показатели можно выразить косвенно и определяя их определять истинные. Анализируя косвенные методы определения качеств топлива, остановились на кондуктометрическом методе [3], основанном на измерении электропроводности анализируемой жидкости. Это позволяет определять выше приведённые показатели качества топлива путём измерения разницы величины сигнала Х (напряжения) для стандартного и измеряемого топлива при его наведении.

       Для описания процесса измерения используют уравнение, устанавливающее связь результата измерения с входным воздействием и выполняемыми преобразованиями, которые могут быть аналоговыми (обозначим символом R_{1}), аналого-цифровыми (S) и цифровыми (R_{2}).

      В нашем случае наиболее предпочтительно третье уравнение, которое характерно для аналого-цифрового преобразования (АЦП) измеряемой величины, тогда, или.

     АЦП измерительного сигнала обеспечивает оптимальную точность и позволяет использовать его в адаптивных системах управления двигателями АТС, в ходе которого осуществляются три операции: квантование, сравнение с мерой, дискретизация.

        Неидеальность аналого-цифрового преобразования обусловлена неидеальностью дискретизации, определяемой тем, что используется импульсная переходная характеристика дискретизатора h(t,ti), и неидеальностью реального интервала квантования (Delta _{K}^{H}phi). Тогда неидеальное АЦП может быть представлено следующим образом:

.

                     Учитывая рассмотренные особенности АЦП, запишем обобщённую модель процесса измерения в виде:

.

                 При условии, что процесс измерения имеет непрерывный характер, тогда целевая функция качества [1] примет следующий вид:

 (4)

где  K_{o}^{станд} – интегрированный показатель качества топлива, соответствующий стандартному топливу;  G_{o} – электрическая проводимость топлива, соответствующая стандартному топливу;  G(t) – зависимость электрической проводимости топлива за промежуток времени измерения ; L и Ψ – положительные весовые коэффициенты зависящие от марки используемого топлива.

          Более полно и наглядно измерительный процесс определения  можно представить в виде структурной модели системы контроля качества топлива (СККТ) АТС, представленную на рисунке 1.

           Рабочий процесс системы осуществляется следующим образом.

        Топливо, проходя по топливопроводу, поступает в фильтр грубой очистки – ФГО, откуда подается в датчик контроля качества топлива – ДККТ, выполняющий роль центробежного фильтра тонкой очистки, где подвергается воздействию электромагнитного поля, параметры которого задаются генератором прямоугольных импульсов – Г, его сигнал усиливается усилителем – У и подаётся на электроды ДККТ. Сигнал Х, снятый с электродов, поступает к контролёру СККТ, где он представляется в виде изменяющихся во времени или пространстве ФХС топлива и выражается соответствующими множествами М математических моделей, по которым может быть точно воспроизведено множество Э эталонов в виде физических моделей.

Рисунок 1. Структурная модель процесса контроля качества топлива.

 

          С помощью эталонов реализуются (напрямую или опосредовано) соответствующие известные объекты, без которых не возможен измерительный процесс. Если, например, Х – множество ФХС топлива, характеризуемых некоторыми константами, то М – система единиц, а Э – множество первичных эталонов этих единиц, определяемых стандартами. Если множества Х, М, Э полностью эквиваленты, то это будет соответствовать гипотетической цепочке Х-М-Э.

              В рассматриваемой структурной модели предполагается, что на процесс определения  оказывает воздействие не только объект измерения – топливо АТС, а точнее  Xin K_{o}=f(G)(электрическая проводимость G), а также влияние на результат измерения оказывают внешние неконтролируемые возмущения tin T,  qin Q (условия окружающей среды (температура и атмосферное давление) и скорость или расход топлива). С другой стороны влияние на результат измерения оказывают отклонения значений параметров cin C  участвующих в нем измерительных устройств (из-за технологического разброса, старения и т.д.), в том числе отклонения значений параметров рабочей меры, вызванные несовершенством системы передачи единиц от эталонов. Все эти воздействия имеют случайный характер, поэтому эффект их влияния на измерительный процесс определяется вероятностными механизмами BM_{x}, BM_{T},  BM_{c} и BM_{K}  соответственно.

          Процесс измерения, осуществляемый данной системой в соответствии с оператором Ар, характеризуется использованием меры Э и компаратора ρ, а также наличием влияющих факторов. Соответственно вступают в действие вероятностные механизмы BM_{K}, BM_{T}, BM_{C}. Кроме того, задействуется также вероятностный механизм  связанный с ограниченностью числа и длительностью доступных для наблюдения реализаций исследуемого процесса. Получаемый результат измерения yр будет не свободен от погрешности измерения, значение которой может быть установлено сравнением по алгоритму {rho }'  результатов измерения yр и yи в соответствии с целью (режимом) измерения. Показания реальной системы изменяются случайным образом из-за действия вероятностных механизмов. Поэтому погрешность измерения является случайной величиной, а реальная система является стохастической. Оператор Theta  ставит в соответствие закону распределения погрешности измерения некоторую числовую характеристику – погрешность системы r, которая затем сравнивается с предельно допустимой Deltaпд. По результату сравнения принимается решение о возможности дальнейшего использования топлива либо улучшения его качества с помощью удаления его загрязнённой его части при помощи клапана – КЛ в бак АТС.

             Для полноценного функционирования СККТ необходим измерительный сигнал (ИС), формируемый генератором Г. Наиболее распространенным среди аналогичных ИС и обеспечивающим оптимальную точность измерения K_{o}  является сигнал в виде периодической последовательности импульсов прямоугольной формы (меандр) [2], находящий широкое применение в информационных процессах. Периодический импульсный сигнал описывается функцией и определяется тремя параметрами: амплитудой Xm, периодом повторений T и длительностью импульса t, а также скважностью  Q=frac{T_{u}}{tau}  или коэффициентом заполнения  q=frac{tau}{T_{u}}.

         Любой из этих параметров может быть информативным. Математическая модель сигнала Х представлена следующим выражением:

,

где k=0,pm 1,pm 2.

                Используя закон Ома для полной цепи и (4), окончательно запишем выражение целевой функции

,      (5)

где Х – величина напряжения измерительного сигнала; I – ток, потребляемый ДККТ.

           Подводя итог к выше сказанному, следует отметить, что СККТ позволяет осуществлять процесс контроля качества топлива при формировании его ФХС, корректировать работу двигателя при использовании некачественного топлива путём регулировки топливной аппаратуры при помощи обратной связи системы и защитить двигатель и его детали и узлы от преждевременного износа.

              Таким образом, СККТ обеспечивает питание двигателя АТС топливом, соответствующим стандартам качества и тем самым повышает его надёжность.


Библиографический список
  1. Автомобильные топлива. Химмотология. Эксплуатационные свойства. Ассортимент./А.С.Сафронов, А.И.Ушаков, И.В.Чечкенёв. – СПб.: НПИКЦ, 2002. – 264 с.
  2. Ананченко В.Н., Л.А. Гофман Теория измерений: Учебное пособие. – Ростов н/Д: издательский центр ДГТУ, 2002. – 214 с.
  3. Арутюнов О.С. Датчики состава и свойств вещества – М-Л.: «Энергия», 1966. – 160 с.:ил.
  4. Коваленко В.П. Очистка нефтепродуктов от загрязнения. – М.: «Недра», 1990. – 160 с.:ил.
  5. Тетерин Е.П. Экспресс – анализ качества ГСМ.//Автомобильная промышленность, 2004, №3. – с.27-29.
  6. Варнаков В.В., Абрамов А.Е., Варнаков Д.В., Ботоногов Е.В. Совершенствование оперативного контроля качества топлива двигателей//Ремонт, восстановление, модернизация. 2007. № 6. С. 12-17.


Все статьи автора «Абрамов Александр Евгеньевич»


© Если вы обнаружили нарушение авторских или смежных прав, пожалуйста, незамедлительно сообщите нам об этом по электронной почте или через форму обратной связи.

Связь с автором (комментарии/рецензии к статье)

Оставить комментарий

Вы должны авторизоваться, чтобы оставить комментарий.

Если Вы еще не зарегистрированы на сайте, то Вам необходимо зарегистрироваться: