生物质燃油碳烟对柴油机缸套磨损特性的影响.pdf
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1、用油全方位Application Guides生物质燃油作为化石燃料的替代品之一,具有较大的应用前景。本文将生物油分散到0#柴油中,经混合乳化制备了生物质燃油,并通过S195柴油发动机探究了生物质燃油碳烟对柴油机缸套磨损的影响。结果表明:生物质燃油适配S195柴油发动机,但因燃烧不充分,导致碳烟微粒的生成,碳烟微粒会刮擦缸套表面。与室温碳烟微粒相比,生物质燃油碳烟石墨化程度低,容易吸附润滑油添加剂,在一定程度上会抑制摩擦副界面摩擦反应膜的形成。2023June第三期18供图/李豹用油全方位ApplicationGuides生物质燃油碳烟对柴油机缸套磨损特性的影响李豹戴望涛朱振国安徽职业技术学院
2、2023June基于“碳达峰”和“碳中和”双碳目标背景,节能减排已成为全球共识,因此发展清洁能源至关重要。目前,生物油是最具潜力的化石燃料替代品之一,但因其具有高含氧量、高含水率、强酸性和低热值等缺点,限制了这种燃料的应用范围 1。将生物油与石化柴油混合乳化制备生物质燃油,其性能与柴油相近,有望应用在发动机中 2.。燃料在柴油发动机中燃烧,因氧分布不均,会产生碳烟微粒。碳烟微粒黏附在气缸内壁,被活塞环刮入润滑油当中,随润滑系统进入发动机摩擦副之间,加大发动机零部件的磨损。活塞环和缸套作为发动机的关键摩擦副之一,其磨损状况直接关系到柴油机的使用寿命 45。相关学者对生物质燃油碳烟的研究主要是采用
3、了摩擦磨损试验机进行试验,未探究生物质燃油碳烟对真实发动机零部件磨损的影响 6.7 。本文以S195柴油机为试验台架,采用生物质燃油作为发动机燃料,对活塞环与缸套的磨损情况进行分析,并结合生物质燃油碳烟形貌,阐述了磨损机理,为改善生物质燃油碳烟所诱导的材料磨损提供了一定的理论支撑。试验部分试验原料生物油,安徽生物质洁净能源重点实验室;乳化剂(Span-80、Tween-80),无锡市展望化工试剂公司);0#柴油,市售,中国石化安徽销售公司;92#汽油,市售,中国石化安徽销售公司;柴油机油,长城CD40,中国石化安徽销售公司。试验仪器试验所使用的仪器见表1。生物质燃油制备按参考文献 8 制备生物
4、质燃油,取5%(质量分数,下同)的生物油,9 3%的0#柴油,2%的乳化剂(1.6 7%Span-80和0.33%Tween-80),再利用乳化机在30 和150 0 r/min转速条件下,将上述组分的混合液剪切搅拌2 0 min,制备出稳定的生物质燃油。生物质燃油性能见表2。由表2 可见,生物质燃油和柴油性能较为接近,可满足柴油发动机的应用工况 8。生物质燃油在S195柴油机燃烧试验使用S195柴油机作为试验台架,具体参数见表3。作者简介:李豹,硕士研究生,助教,现主要从事先进润滑材料的研究工作。E-mail:第三期19用油全方位Application Guides表1试验仪器项目高剪切实验
5、室乳化机电子天平数显恒温水浴锅双向定时磁力搅拌器高速离心机扫描电子显微镜透射电子显微镜表2生物质燃油理化性能项目密度(2 0 )/(kg m3)运动黏度(40)/(mm s=1)2023酸值/(mgKOH g-1)w(机械杂质)/%June闪点(闭口)/热值/(MJ kg1)第三期表3S195型发动机主要参数项目20型式燃烧室型式缸径/mm行程/mm压缩比标定功率/kW喷油压力/MPa供油提前角/CA型号SG400型FA2104BHH-S290-3型TD5A-WS型JSM-6700FJEM-2100F生物油862.65.82112.360.043619.14卧式单缸蒸发水冷四冲程涡流燃烧室95
6、115208.82(2 000 r/min)12.26 0.5 上止点前16 2 0厂家上海尚贵流体设备有限公司上海舜宇恒平科学仪器有限公司金坛市金南仪器制造有限公司上海沪西分析仪器厂上海卢湘仪离心机仪器公司日本电子公司日本电子公司0#柴油生物质燃油737.8778.12.5803.0900.121.52无1.58554042.1841.90试验在室温环境(2 5)下进行,首先使用92#汽油对S195柴油机参数指标进行清洗,向曲轴箱中加入3.2 L体积的CD40柴油机油,向燃油箱中加入10 L生物质燃油,启动S195柴油机,空负荷运转12 h。等试验结束后,拆卸柴油机油底壳,取适量的机油和油泥
7、混合物,用正庚烷以质量比1:6 稀释机油和油泥的混合物,使用离心机分离出生物质燃油碳烟,再通过干燥即可得到生物质燃油碳烟(以下简称:柴油机碳烟)。为探究真实发动机中生物质燃试验方法GB/T 1884GB/T 265GB/T 264GB/T 511GB/T 261GB/T 384用油全方位ApplicationGuides油碳烟和室温环境下获得的生物质燃油碳烟的不同。参照文献 9 试验方法,室温环境下直接燃烧生物质燃油,通过碳烟捕集器获取的碳烟(以下简称:室温碳烟)。以室温碳烟为参照组,对柴油机碳烟形貌进行分析对比,阐述生物质燃油碳烟在柴油机中的磨损机理。分析方法柴油机缸套磨损分析拆卸柴油机台架
8、试验结束后的L:1柴油机缸套,分别选取柴油机缸套上止点、中间位置和下止点作为观察点位,通过线切割方式截取缸套样品,借助扫描电子显微镜和能谱仪对缸套表面形貌进行观测,从而确定缸套磨损情况。生物质燃油碳烟形貌分析借助了扫描电子显微镜观察生物质燃油碳烟的微观形貌,使用透射电镜观察碳烟表面的结构特性,通过柴油机碳烟和室温碳烟形貌对比,阐述碳烟在柴油机活塞环缸套中的磨损机理。结果与讨论S195柴油机缸套磨损S195柴油机活塞和缸套照片如图1所示。由图1可知,缸套表面有较为密集的小凹坑,活塞环槽内有较多的积炭。据相关研究文献表明,在标准发动机台架试验中,润滑油中碳烟质量分数一般约为1%7%1.11。生物质
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