Материал: Разработка конструкции лабораторной установки по влиянию магнитного поля на свойства газа в процессе его горения

1.4 Общие недостатки существующих устройств

Таким образом в настоящее время имеется множество вариантов устройств для магнитной обработки сред, что затрудняет их общую классификацию и сопоставление. В основу классификации аппаратов могут быть положены различные признаки, например, источник магнитного поля - постоянные магниты или переменные; какова форма потока жидкости - прямолинейная, спиральная, каков характер изменения магнитного поля - постоянное, пульсирующее. Известны устройства, например, такие как, «Powermag», «Союзинтеллект», устройства активации таких компаний, как КБ «Нитрон», ООО «Иннова-Орто», а также изобретения такие как, «ЭКОМАГ-10Г», «СТАТ-7», «Аппарат Помазкина», при этом все патенты на эти устройства утратили силу и не поддерживаются.

Главным недостатком аппаратов для магнитной обработки сред является точная настройка их параметров. Отсюда сильная зависимость эффективности магнитной активации от изменения параметров магистрали, на которой он установлен, в частности, от скорости среды в рабочих зазорах аппаратов. Это делает практически невозможным их эффективную работу на магистралях, где поток обрабатываемой среды не стационарен во времени.

В существующих аппаратах очень низок коэффициент использования рабочего объема аппарата. Он равен отношению рабочих зазоров (их длины), в которых и происходит процесс омагничивания, к общей длине рабочей части аппарата, по которой движется обрабатываемая среда. Отношение не превышает 60% общего рабочего объема аппарата магнитной активации.

Сделан вывод, что широкому внедрению магнитной обработки различных сред в значительной степени препятствует отсутствие простых и надежных методов контроля эффективности магнитной обработки. Критериями оценки достигаемого эффекта чаще всего служат изменение мощностно-тяговых характеристик двигателя, его экономичности, устойчивости работы, изменение процентного содержания токсичных компонентов в отработавших газах. Однако эти методики абсолютно непригодны для оперативного контроля и оптимизирования режима обработки топлива.

.5 Анализ нормативных документов

Из выполненного обзора магнитный активатор топлива АТ-1, как заявляет производитель КБ «Нитрон», соответствует требованиям ТУ 4573-002-5647765332-08, ГОСТ Р 52230-2004 «Электрооборудование автотракторное Общие технические условия», ГОСТ Р 50905-96 «Автотранспортные средства. Электронное оснащение. Общие технические требования», и признан годным к эксплуатации.

Магнитный активатор «ОРТО-модификатор ОМТ-5», представленный производителем ООО «Иннова-Орто», также прошел проверку и признан годным к эксплуатации в соответствии с ТУ 4591-005-90449293-2011.

При обзоре приведенных выше ГОСТ и ТУ, не были выявлены общие положения и стандарты для магнитного активатора. Это говорит о том, что в настоящее время нет существующих нормативных документов, стандартизирующих устройство и их работу. Таким образом, дальнейшее изучение и разработка подобных активаторов топлива должны быть направлены на составление общих технических условий.

2. АНАЛИЗ РЕЗУЛЬТАТОВ РАНЕЕ ПРОВОДИМЫХ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

.1 Обзор исследований по влиянию магнитного поля на свойства углеводородного топлива на автотранспорте

На базе научно-технической лаборатории кафедры «Судовых энергетических установок и общеинженерной подготовки» Одесского Национального Морского Университета были проведены исследования по влиянию магнитного поля на свойства углеводородного топлива. Научные сотрудники под руководством д.т.н. профессора Малыгина Б.В. провели испытания магнитных активаторов топлива на двигателе 6ЧН35/34.

При первоначальном опыте без активатора расход топлива за 3 минуты составил 250 мл дизельного топлива на один цилиндр. В дальнейшем при установке различных активаторов в различных местах топливной системы расход топлива начал снижаться и достиг минимального значения в 220 мл на один цилиндр двигателя при опыте с установкой 5 активаторов до топливного насоса высокого давления, что составляет уменьшение на 10% от первоначальных значений. Согласно этим исследованиям был разработан опытный образец накладного магнитного активатора топлива для автомобилей.

На рисунке 2.1 показан магнитный активатор для использования на автотранспорте.

Рисунок 2.1 - Магнитный активатор для использования на автотранспорте

Рисунок 2.2 - Установленный магнитный активатор на (Volkswagen Golf 1.9 TDI)

Согласно рисунку 2.2, активатор был установлен и проходил испытания на автомобилях марок: Volkswagen Golf 1,9 TDI; Renault Kangoo 1.5 dCi; Mazda 3 2.0. Автомобили находились в технически исправном состоянии. Условия и сроки эксплуатации для проведения испытаний были выбрана одинаковыми. После установки магнитного активатора топлива на автомобилях разница между средним расходом топлива с активатором и без него составила в процентах: Volkswagen Golf Variant1.9 TDI - 8%; Renault Kangoo 1.5 dCi - 8%; Mazda 3 2.0 - 8%. Данные результаты позволяют сделать вывод, что при использовании активатора топлива для автотранспорта, расход топлива на данных автомобилях максимально снизился и приблизился к заводским параметрам.

Так же известны исследования, проведенные Оренбургским государственным университетом. Автомобиль ВАЗ-2106 прошел стендовые испытания с целью оценки влияния разработанного магнитного активатора топлива на изменение топливно-экономических, мощностных и экологических показателей работы двигателя. Активатор устанавливался в разрез топливпровода между карбюратором и топливным насосом. В испытания активатора входило снятие внешней и частичной скоростных характеристик двигателя на обкаточно-тормозном стенде КИ-5543. По результатам проведенных испытаний выявлено, что при использовании магнитного активатора частота вращения коленчатого вала уменьшилась на 0,2 %, крутящий момент увеличился на 4,1 %, мощность двигателя увеличилась на 3,7 %, удельный расход топлива уменьшился на 6,1 %, содержание углекислого газа в выхлопных газах снизилось на 14,3 %, содержание углеводородов снизилось на 22,5 %.

Такие результаты объясняются тем, что топливо, проходя через камеру активатора, становится мелкодисперсным. Процесс сгорания топлива происходит с повышенной скоростью и более полно, в связи с чем, увеличивается его теплотворность и, соответственно, возрастает мощность. В камере активатора находится устройство, создающее электромагнитное поле, пульсирующее с большой частотой, которое резко увеличивает собственное колебание молекул топлива, вследствие чего уменьшается образование нагара и закоксовывание двигателя.

Так же известен результат опыта магнитоэлектрической обработки топлива на штатной Ниве Шевроле.

На рисунке 2.3 показаны магнитные сегменты, установленные на топливный шланг.

Рисунок 2.3 - Топливный шланг с установленным устройством

В качестве шланга использован гибкий топливопровод «обратки». Пробег с устройством составил 70000 км после чего были достигнуты следующие результаты:

. Средний расход бензина по трассе и по городу уменьшился и был равен 8-9 л на 100 км;

. Снижение оборотов «подхвата» двигателя до1800-1900 об/мин;

. Увеличился динамический диапазон работы двигателя - стабильно работает от холостых оборотов до 4-5 тыс. об/мин;

. Увеличение мощности двигателя около 15%.

Одним из последних устройств в области магнитной обработки топлива является ОРТО-модификатор ОМТ-5 компании ООО «Иннова-Орто». Автопарки таких компаний как ООО «Авторемонт» г. Череповец, МУП «Автоколонна-1456», г. Череповец, ООО «Барселона», г. Севастополь, ООО «СтройПуть», Вологодская область, ОАО «Белаз-Холдинг», провели испытания данного устройства. Результаты, зафиксированные различными актами и отзывами компаний, утверждают, что сократилось время запуска и прогрева двигателя в зимнее время, снизилась стартовая нагрузка на аккумулятор, улучшилась работа двигателя при пониженной температуре и повышенной влажности, снизился расход топлива на 15% и масла на 12%, уменьшилась дымность двигателя, увеличилась производительности труда на 7%.

На рисунке 2.4 показан ОРТО-модификатор ОМТ-5, установленный на топливный шланг автомобиля.

Рисунок 2.4 - Топливный шланг с установленным ОРТО-модификатор ОМТ-5

2.2 Обзор конструкции установки для исследования влияния на свойства природного газа импульсного магнитного поля в процессе его горения

Учебной лабораторией Херсонской государственной морской академии была разработана установка для исследования влияния импульсного магнитного поля на свойства природного газа.

На рисунке 2.5 показан установка для исследования влияния импульсного магнитного поля на свойства природного газа.

Рисунок 2.5 - Установка для исследования влияния импульсного магнитного поля на свойства природного газа

В качестве обрабатываемой среды был взят газ пропан-бутан, который обрабатывался импульсным магнитным полем. Выбор основан на простоте достижения стабильного химического состава газа и его давления.

Как известно газообразное топливо содержит целый ряд углеводородных органических соединений, где среднее количество атомов углерода в молекуле составляет 7-8, а водорода 10-11. При воздействии импульсного магнитного поля на молекулы углеводорода удается получить молекулярные комплексы с малым содержанием углерода и низким молекулярным весом, которые обладают более высокой теплотой сгорания. Таким образом, предполагается возможность экономии газа при совершении одной и той же работы.

На рисунке 2.6 показана схема установки для исследования влияния импульсного магнитного поля на свойства природного газа.

Рисунок 2.6 - Схема установки для исследования влияния импульсного магнитного поля на свойства природного газа:

-газовый баллон с краном; 2-газовый редуктор с регулятором давления; 3-шаровые газовые краны; 4-расходомер газа; 5-датчик температуры; 6-датчик СО; 7-газовая горелка;

-разёмное соединение; 9-магнитно-импульсный активатор

Согласно рисунку 2.6, установка снабжена газовым баллоном 1, газовым редуктором с регулятором давления 2 и двумя линиями топливопровода на которых установлены: шаровые краны 3, активатор обрабатываемой среды 9, служащий источником магнитного поля, который представляет собой соленоид, работающий по принципу дискретно-градиентной обработки. Линия топливопровода с активатором снабжена разъемным соединение 8, для монтажа активатора. Установка снабжена расходомером газа 4 модели РМ-ГС (основная допускаемая погрешность ротаметров составляет ± 4% от верхнего предела измерений), газовой горелкой 7 в которой происходит сжигание газа. На горелке закреплен датчик температуры (термопара типа медь-константан) 5 он позволяет проконтролировать температуру сгорания, не активированного газа, а также температуру сгорания активированного газа (при переключении шаровых кранов 3).При неизменности условий эксперимента физико-химического состава газа, давление газа, температуры воздуха, условий горения с помощью датчика (СО) 6, который подключён к газоанализатору (ИНФРАКАР-М) возможно измерить объемные доли оксида углерода (СО) и углеводородов (СН), оксида азота (NO), диоксида углерода (СО2), кислорода (О2) в продуктах горения газа.

3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ВЛИЯНИЯ МАГНИТНОЙ АКТИВАЦИИ ТОПЛИВА НА ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ УСТРОЙСТВ

.1 Разработка лабораторной установки для исследования эффективности сгорания газового топлива при воздействии на него магнитного поля

Для дальнейшего исследование влияния магнитного поля на свойства газа в процессе его горения была построена лабораторная установка. Она включает в себя газовый баллон, регуляторный клапан с фиксатором, ОРТО-модификатор ОМТ-5, газовую горелку. В качестве удерживающего устройства для всей установки служит штатив.

В качестве топлива для лабораторной установки был взят газовый баллон «Турист» для портативных газовых приборов. Один баллон для серии испытаний с использованием магнитных дисков из сплава неодим-железо-бор, другой для испытаний немагнитных дисков из сплава медно-никелевого.

Состав газа: Бутан, изобутан, пропан. Соответствует ГОСТ 20448-90 «Газы углеводородные сжиженные топливные для коммунально-бытового потребления», соответствует европейскому стандарту EN 417, отвечает требованиям ISO 9001, ISO 14001.

Технические характеристики газового баллона «Турист»

Тип баллона: клапанный, стальной.

Масса сжиженного газа: 220 г.

Масса: 315 г.

Габариты: 68,5 x 184 мм (диаметр x высота).

Объем баллона: 527 мл.

Газовая смесь: 527 мл.

Диапазон рабочих температур: от -20 до +35 С°.

Тип клапана: нажимной с цанговым зажимом.

Производство: Южная Корея.

На рисунке 3.1 показан газовый баллон «Турист»

Рисунок 3.1 - Газовый баллон «Турист»

Источником магнитного поля установки для исследования эффективности сгорания газового топлива при воздействии на него магнитного поля являются модули магнитов диаметром 20 мм, толщиной 2 мм, магнитной индукцией 1,2 Тл. Установлены последовательно в корпусе параллельно друг другу в ОРТО-модификаторе ОМТ-5.

На рисунке 3.2 показано устройство для магнитной обработки сред ОРТО модификатор ОМТ-5

Рисунок 3.2 - Устройство для магнитной обработки сред ОРТО модификатор ОМТ-5:

- корпус; 2 - крышка; 3,4 - штуцер; 5 - модуль магнита;

- зигзагообразный проточный канал; 7 - шайба; 8 - магнит

Согласно рисунку 3.2, устройство содержит корпус 1, на наружную поверхность которого с двух сторон крепятся крышки 2 со штуцерами для подвода 3 и отвода 4 газа. Внутри корпуса 1 находится источник магнитного поля, выполненный в виде модулей магнитов 5, которые установлены последовательно в корпусе 1 параллельно друг другу, образуя зигзагообразный проточный канал 6. Модуль магнита 5 состоит из шайбы 7 и магнита 8, образуя между собой сквозной канал. Модули магнитов 5 установлены в корпусе 1 без жесткого крепления к корпусу путем набора шайб 7 с прикрепленными к ним магнитами 8 поочередно таким образом, что сквозной канал последующего модуля магнитов смещен с разворотом по отношению сквозного канала предыдущего модуля магнитов. Такое расположение обеспечивает увеличение зигзагообразной формы канала для протока газа, делающего дополнительные повороты [8].