Уважаемый читатель!

Вопрос снижения энергетических затрат сегодня – это проблема номер один в любом цивилизованном обществе. И Украина здесь – не исключение, тем более, что нам не хватает своих энергоресурсов.

В Вашем бюджете расходы на топливо и ремонт дви­гателя внутреннего сгорания (на автомобиле, тракторе, те­пловозе и даже самолете), газовой печи, колонки или плиты составляют значительную часть. Одной из причин этого является то, что Вы не проводите подготовку топлива (бо­лее правильно сказать – энергоносителя) для его лучшего сгорания, такое же положение с охлаждающей жидкостью, водой, тосолом, антифризом...

А это приводит к тому, что топлива расходуется намного больше, чем требуется. Кроме этого, только по названной выше причине в жизненно-важных узлах автомобиля: поршневой группе, клапанной системе, системе зажигания образуется нагар, который дополнительно увеличивает расход топлива и увеличивает износ деталей двигателя. Такое же положение в остальной теплоэнергетике: в котлах, печах, газовых колонках.

К Вашему сведению образуется накипь, которая является причиной перерасхода топлива и снижает срок работы энерго­потребляющего оборудования: 1 мм накипи вызывает пере­расход топлива (независимо от его вида в среднем на 12%).

Применение газа, неподготовленного к экономному сгоранию, на газовой плите вызывает копоть на кухонной посуде и ухудшение газовой безопасности (более подробно Вы узнаете в разделе данной книги «Бытовой газ»).

Работа системы охлаждения двигателя, без предвари­тельной подготовки охлаждающей жидкости, вызывает об­разование накипи в рубашках охлаждения и радиаторе. А если в качестве такой жидкости используется антифриз и тосол, то это приводит еще к высокой коррозии деталей двигателя. Образование накипи в рубашках охлаждения и радиаторе приводит к перегреву двигателя и перерасходу топлива. Перегрев двигателя вызывает усиленный износ его трущихся деталей, особенно перегрев в жаркое время года приводит к падению его эффективной мощности и ухудшению условий труда водителя.

Почему автор книги поднимает вопрос подготовки топлива и охлаждающей жидкости? Только по одной при­чине – это очень простая технология, не требующая затрат и времени. Причем эта технология разработана у нас на Украине (г. Киев) и не воспользоваться такой технологией более чем безрассудно. У нас уже есть много примеров, ко­гда человек в своем теплоэнергетическом хозяйстве (част­ный дом) экономит газового топлива на 25–30%. И полу­чен такой огромный эффект за счет внедрения очень про­стой технологии подготовки воды и топлива, какой являет­ся магнитная обработка. Ее внедрение даст вам не только экономию средств и труда, но и уменьшит количество вредных выбросов в атмосферу. А если это сделает каждый владелец автомобиля, котла, газовой колонки? То экология окружающей среды, особенно в Киеве, станет чище, а на­селение Украины будет более здоровым и богатым.

К теплоэнергетическому оборудованию относятся: котлы, газовые печи, плиты и колонки, водонагреватели, все виды двигателей внутреннего сгорания и даже авиаци­онные двигатели. Если в автомобилях тосол, антифриз и вода выполняют функции по охлаждению оборудования, то во всем остальном оборудовании вода является теплоноси­телем, т.е. переносит тепло от источника энергии до места, где оно используется. При этом тоже образуется накипь, которая вызывает перерасход электроэнергии, газа, топли­ва.

Автор был бы бесконечно рад, если бы его рекоменда­ции были внедрены в каждой нашей семье, каждом пред­приятии, потребляющем топливо, в том числе и электриче­ство (когда оно используется в теплоэнергетических це­лях). Здесь тоже образуется накипь, которая приводит к пе­рерасходу электроэнергии. Посмотрите на фото №1, где показаны ТЭНы стиральных машин, покрытые накипью. Оба эти ТЭНа сгорели из-за накипи (накипь – изолятор те­пла). На левом ТЭНе накипь толщиной Змм. Это означает, что пережег топлива перед тем, как ТЭН перегорел, дости­гал 36%. Мне это дало бы право считать такие достигнутые успехи по экономии топлива нашим общим вкладом в ре­шение вопросов теплоэнергетики.

ВВЕДЕНИЕ

Люди вынуждены сейчас применять углеводородное сырье в качестве топлива для теплоэнергетических агрегатов, к которым мы относим котлы, печи, газовые колонки и плиты, водонагреватели и двигатели внутреннего сгорания (ДВС) всех типов: автомобилей, тракторов, комбайнов, дорожной техники, авиационных двигателей и тепловозов. Но так как такое топливо на основе нефтепродуктов не сгорает полностью, то это порождает ряд серьезных проблем:

Загрязнение окружающей среды.

Перерасход топлива.

Давайте рассмотрим каждую из этих проблем отдельно:

Загрязнение окружающей среды

Использование любого топлива приводит к загрязнению окружающей среды. Это неизбежно при существующей схеме использования топлива. Одно только электричество является приятным исключением из этого комплекса.

Автомобиль – один из главных источников загрязнения окружающей среды. Причём автомобиль находится в непосредственной близости к людям. Это усиливает его отрицательное воздействие на человека, флору и фауну. По данным Всемирной Организации Здравоохранения (ВОЗ) за 2001 год именно автомобиль был причиной смерти больше 80-ти тысяч европейцев. Рак легких, хронические бронхиты, астма, аллергические заболевания, заболевания крови и др. – всё это напрямую связано с выхлопными газами автотранспорта.

Согласно данным отечественных и зарубежных исследователей на долю автотранспорта приходится почти 70% всего загрязнения окружающей среды, а в таком крупном городе, как Киев, почти 90 % .

В основе процессов, приводящих автомобиль в движение, лежит горение топлива, невозможное без кислорода. В среднем современный автомобиль для сгорания 1 кг бензина (примерно 10-15 км пробег машины) использует около 15 кг воздуха или 2500 л кислорода (больше объема, вдыхаемого человеком в течение суток).

Если учесть, что средний годовой пробег автомобиля 10000 км, то он из атмосферы поглощает ежегодно 2,5 млн. литров или около 4 тонн кислорода. Умножим теперь эти цифры на число автомобилей в нашей стране, мире!...

Из-за неполного сгорания топлива образуется СО - угарный газ, различные углеводородные газы С_nН_m и оксиды азота NO_x: закись, окись и двуокись азота (все они ядовиты). Надо сказать, что в Киеве концентрация окиси азота в 2,5 раза превышает норму.

Но особенно опасен бензопирен – обязательный продукт выхлопных газов, обладающий канцерогенными свойствами. Применение этилированных бензинов на основе тетраэтилсвинца приводит к свинцовому загрязнению окружающей среды. Опасность отравления соединениями свинца усугубляется тем, что они, как и другие канцерогенные вещества, не удаляются из организма. Техногенные свинцовые аномалии почвы отмечаются на расстоянии до 100 метров от автомобильной магистрали. Кроме названного, в выхлопных газах много других вредных веществ: сернистый газ SO₂, альдегиды...

Неполное сгорание сопровождается образованием сажи, которая вызывает интенсивный износ поршневой группы (и поршня, и цилиндра), клапанной системы. Сажа оседает в камере сгорания, на торцах поршней (см. правое фото 11) клапанах, в канавках поршневых колец... КПД горения топлива еще больше снижается. Сажа попадает в масляный картер, вызывая его сильное загрязнение. Через запавшие поршневые кольца в картер стекает топливо, что еще больше загрязняет масло. Соли, сера и механические примеси являются основной причиной образования нагара на деталях двигателя: свечах зажигания, поршневых кольцах, клапанах... Закопченные свечи перестают полноценно работать, поскольку сажа с нагаром является проводником тока, происходит «подкорачивание» на керамическом изоляторе свечи. Напряжение на электродах свечи уменьшается, из-за чего образование искры происходит с перебоями, проскакивание искры прекращается и свеча становится мокрой. Двигатель в этом случае работает неустойчиво, мощность падает, а расход топлива увеличивается.

Не полностью сгоревшая горючая смесь выбрасывается в выхлопную трубу, отравляя окружающее пространство. Вопрос экологической безопасности и вопрос экономии топлива сейчас, как никогда актуален.

А фотохимический смог? Такое название получили «сухие» туманы, содержащие сильно токсические вторичные загрязнители, возникшие в результате фотохимических реакций при сухой, ясной, безветренной погоде.

Чтобы улучшить экологическую обстановку в ряде стран принимаются меры по улучшению качества топлива и др. меры. Во многих странах выпускаются автомобили с каталитическими нейтрализаторами, которые позволяют дожигать выхлопные газы, с целью уменьшения содержания вредных веществ. Такие катализаторы создают значительное аэродинамическое сопротивление в выпускном тракте, что снижает мощность ДВС. Таким образом, каталитические нейтрализаторы не решают полностью эту проблему. Снижение токсичности выхлопных газов автотранспорта сейчас является центральной экологической проблемой, в том числе и у нас на Украине.

Перерасход топлива

Вторая проблема – перерасход топлива – обусловлена низким коэффициентом полезного действия (КПД) двигателей автотранспорта, который часто меньше 30% (особенно старых автомобилей), т.е. потери топлива превышают 70%. В котлах, газовых колонках и другом теплоэнергетическом оборудовании КПД много выше (в современных котлах до 90%). Однако из-за неподготов­ленности теплоносителя (воды и др.) на всем пути от водопровода до котла образуется накипь – изолятор тепла (см. фото №1 и №2). Из-за неподготовленности топлива на стенках топки котлов, газовых колонок образуется нагар из серы и смолистых веществ. Это вызывает существенные потери тепла. К вашему сведению, 1 мм накипи приводит к 12% перерасходу топлива. А если 2 мм накипи? То это вдвое больше. Получается, что котлы с двух сторон покрыты изолятором тепла: снаружи – нагаром из серы, изнутри – накипью. Образно говоря, газ горит, а вода не «греется».

При ограниченности запасов в природе нефтяного сырья и постоянного его снижения, проблема экономии топлива стоит крайне остро. По этой проблеме в мире делается очень много. Тут и совершенствование конструкций теплоэнергетического оборудования: котлов, водонагревателей, ДВС... Особое внимание уделяется двигателям внутреннего сгорания: совершенствованное конструкции двигателей, систем очистки и подачи масла, топлива и воздуха, систем зажигания, разработка разных присадок к топливу и даже совершенствование конструкции выхлопных труб (или, как их называют в обиходе, глушителей).

В данной работе рассматривается один из известных физических способов обработки топлива – магнито-динамический способ активации водород-содержащих смесей, основанный на воздействии постоянных магнитных полей на топливо как жидкое, так и газообразное (патенты Украины № 25228 на «Магнитный активатор», № 34142 на «Способ приготовления углеводородного топлива и устройство для его осуществления» и ряд ноу-хау).

Причины низкого КПД современных ДВС
и других топливопотребляющих агрегатов.

КПД современных ДВС не превышает 25-30%, котлов – (35-90)% (последняя цифра относится к новейшим двухконтурным котлам на газовом топливе). Главная причина низкого КПД – неполное сгорание топливной смеси в камерах сгорания двигателей и низкое качество топлива, которое вызывает и токсичность выхлопных газов, а в котлах – неудовлетворительный теплосъем с поверхностей нагрева и плохая передача тепла теплоносителю – воде.

Остановимся на каждой из причин:

Неполное сгорание топлива

Вызвано следующими факторами: во-первых, крайне малое время отведено на процесс сгорания в рабочем такте.

Покажем это на примере: возьмем автомобиль, в котором коленчатый вал двигателя совершает 3000 оборотов в минуту. Это означает, что он поворачивается 50 раз в сек., то есть время сгорания в полезном такте составляет 0,01 сек. У некоторых гоночных автомобилей встречается рабочий такт продолжительностью 0,0025 сек. Поэтому ясно, что за такое короткое время обеспечить полное сгорание топлива мало вероятно.

Углеводородное топливо как в баке автомобиля (колеблется при движении), так и при протекании по топливопроводу находится в движении. В результате трения молекул друг о друга они приобретают статический заряд. При этом кулоновские силы группируют из молекул укрупненные комплексы. При распылении такого топлива в камеру сгорания выбрасываются крупные капли. Эти капли плохо смешиваются с воздухом. При таком распылении кислород воздуха контактирует с топливом по поверхности капли, а внутри капли кислород не успевает прореагировать со всеми частицами топлива. В результате топливо не сгорает полностью.

Нами было произведено вскрытие головки блока дизельного двигателя автомобиля КРАЗ (см. фото №11). Оказалось, что все камеры сгорания заполнены сажей почти полностью. На торцах всех поршней многослойный пирог из нагара и сажи (см. правую часть фото), поршневые кольца залеплены тоже сажей и, естественно, что они не выполняют своего назначения качественное перекрытие кольцевого пространства, чтобы предотвратить стекание топлива в масляный картер.

Таким образом, подводя итог сказанному, – при существующей конструкции ДВС и качестве топлива – оно не может сгорать полностью.

В других теплопотребляющих агрегатах (котлах и др.) топливо также по названным причинам не сгорает полностью. А если топливо содержит сернистые соединения, то их отложения в виде нагара на стенках топки котла, ухудшают процесс теплопередачи, т.е. дополнительно уменьшает КПД сгорания топлива.

В современных котлах внутри откладывается накипь, а снаружи – нагар из серы и сажи, которые сильно снижают теплопередачу. Кроме этого сера забивает проходы воздуха и автоматика постоянно останавливает котлы (см. фото № 3 и № 4).

Таким образом, нам нужно совершенствовать подготовку топлива к сжиганию, чтобы было меньше потерь.

Влияние качества топлива на его расход

В топливе есть различные загрязнения: вода, асфальто-смолисто-парафиновые образования (АСПО), сера, нафтеновые кислоты, соли (в т.ч. соли жесткости) и механические загрязнения (окись и закись железа, глинистые частицы и т.д.).

Вода образует стойкую эмульсию в топливе, (например, эмульсию воды в дизтопливе или мазуте). Естественно, что такие эмульсии плохо распыляются и почти полностью не сгорают.

Ухудшают сгорание топлива и находящиеся в нем
вязкие частицы асфальто-смолисто-парафиновых соединений, которые имеют более высокую температуру вспышки. Несгоревшие эмульсии выбрасываются в виде несгоревших углеводородов (СН), а несгоревшие АСПО, соли, механические загрязнения – в виде сажи, дыма. Они образуют нагар в камере сгорания, на торцах поршней, на поршневых кольцах и канавках, клапанной системе, выпускных трубопроводах, свечах зажигания. Клапана и поршневые кольца рано или поздно обгорают и уже не закрываются полностью. Нагар на поршневых кольцах приводит к тому, что кольцевой зазор между поршнем и цилиндром не перекрывается и часть топлива стекает по нему в поддон. Сажа проникает в смазочное масло, вызывая его загрязнение (отработанное масло, за счет сажи, всегда темнее свежего). Двигатель начинает перерас­ходовать («есть») масло. В свою очередь, горячее масло в виде масляного тумана поднимается вверх по негерме­тичному кольцевому зазору и дополнительно загрязняет выхлопные газы и, естественно, окружающую среду.

Правда, есть средство по борьбе с нагаром – автоочиститель нагара на основе растворителей, но это усложняет обслуживание автомобиля и требует дополнительного расхода топлива.

ИСТОРИЯ МАГНИТОДИНАМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ТОПЛИВА

Идеи магнитной обработки топлива занимали человеческие умы еще в начале прошлого века. Но впервые практическое применение магнитной обработки нашло во время Второй мировой войны в Германии. Первоначально такой обработке подвергали выхлопные газы «Мессершмидтов», чтобы скрыть их конденсационный след от зенитной артиллерии. Еще тогда было замечено, что при магнитной обработке топлива мощность двигателей возрастала при том же его расходе. В конце войны изобретение попало в качестве трофея в Америку и было предано забвению до самого взрыва цен на нефть в 70-х годах. Тогда этот метод начали использовать в авиации. Первой была фирма «Макдоннелл-Дуглас». Данную разработку стали применять и в гражданской авиации США (для экономии топлива и снижения экологического ущерба окружающей среде).

Попытки применить магнитную обработку топлива в гражданской технике начали делать совсем недавно. Первыми сделали это автомобилисты еще в конце 80-х годов прошлого столетия. Это были врезные магнитные активаторы на постоянных магнитах, вставляемые в разрыв топливного шланга. Делали их кустари-одиночки. Но из-за ряда недостатков такие магнитные активаторы потребитель не стал применять. Более совершенные активаторы были выпущены в конце 90-х годов фирмой «Бионет» Мастер-Бернер, что в переводе означает «мастерки сжигающий». Но и эти активаторы также не нашли широкого применения из-за недостаточной активации топлива. Сейчас на некоторых иномарках есть электромагнитная обработка топлива, но эффективность их тоже желает быть лучшей.

Выпускаемые сейчас в Германии магнетизеры топлива «MagnoFuel» имеют те же недостатки.

Много внимания магнитной обработке топлива уделяется в России фирмой «ДС ТЕХНОЛОГИЯ», ООО «Фирма Флеттер» и др. (3). Серьезные работы по физическим методам обработки топлива проводятся в Японии.

На Украине магнитной обработкой топлива занимается несколько фирм: НПФ «ЭКОВОД», Центральная научно-исследовательская лаборатория (ЦНИЛ) АО «Укрнефть» и др.

Увеличение количества выдаваемых патентов по со­вершенствованию сжигания топлива свидетельствует о большом внимании к этому вопросу в разных странах.

ФИЗИКА ВОЗДЕЙСТВИЯ МАГНИТНОГО ПОЛЯ  НА УГЛЕВОДОРОДНОЕ ТОПЛИВО

Давайте рассмотрим как действует магнитная обработка на свойства углеводородных жидкостей: бензин, дизтопливо и др. Газ мы здесь не будем рассматривать -ему в этой книге уделена специальная глава.

В момент пересечения магнитных силовых линий при прокачивании топлива у него изменяется структура и многие свойства: снижаются силы поверхностного натяжения, увеличивается растворимость кислорода в топливе, возрастает ядерная поляризация (особенно водорода), изменяются константы скорости химической реакции горения (скорость горения увеличивается), уменьшается детонационная стойкость бензинов, уменьшается изменение оптической плотности и диэлектрической проницаемости, увеличивается диамаг­нитная восприимчивость топлива... Установлено, что увеличивается способность кислорода к реакциям. Причем она сохраняется 1-1,5 часа, потом она снижается до прежнего уровня. Увеличивается диамагнетизм топлива.

В результате обработки магнитным полем особенно значительные изменения претерпевают параметры дизельного топлива: так кислотность дизельного топлива, определяемая по ГОСТ 5985-79, увеличивается на 25-30%, есть изменения содержания смол.

Эти изменения свойств топлива при воздействии МП существенно влияют на эксплуатационные свойства топливосмазочных материалов (ТСМ):

1.        Противоизносные свойства.

2.        Полнота сгорания топлива.

3.        Нагарообразование.

4.        Воспламеняемость.

5.        Степень очистки в топливном фильтре.

6.        Коррозионная активность.

Рис.1 Схема магнитной активации топлива

Магнитное поле (МП) снимает электростатический заряд с молекул топлива, которое они получили при прокачивании по трубам, понижает его вязкость. При воздействии МП (нужной напряжённости и величины магнитного потока) на углеводородные жидкости (бензин, керосин, дизтопливо, мазут, печное топливо) и газ, происходит поляризация топлива с одновременной ориентацией хаотично двигающихся его частиц. При этом происходит снятие статических зарядов топлива, разрушаются молекулярные связи между частичками топлива.

Частички топлива получают дополнительный положительный заряд (см. рис.1). А, как известно, кислород воздуха имеет отрицательный заряд. Разноименность зарядов топлива и кислорода интенсифицирует процесс их взаимодействия. В результате этого ускоряются реакции окисления топливовоздушной смеси (т.е. горение топлива).

Под действием магнитного поля в углеводородной жидкости снижаются силы молекулярного притяжения или, как их чаще называют, силы поверхностного натяжения. Это облегчает испаряемость, диспергирование топлива, что приводит к лучшему распылению его в камере сгорания двигателя.

При воздействии МП определённой напряжённости в топливе (жидком или газообразном) возникают различные радикалы по таким реакциям:

 В топливе получаются разные радикалы: из метана образуется метил  из этана – этил , из бутана – бутил и т.д. Свободные радикалы – это сравнительно устойчивые осколки органических соединений, в которых отсутствует один атом водорода, т.е. радикалы имеют электрический заряд со знаком «минус». Радикалы малого молекулярного веса: ,  – менее устойчивы. Этих радикалов больше в легких бензинах «А-95», «А-98». Радикалы большего молекулярного веса (бутил и др.) – более устойчивы. Последних радикалов больше образуется в бензинах низких марок, дизтопливе, мазуте и печном топливе. Радикалы ведут себя как ионы, которые легче окисляются кислородом воздуха. За открытие этого явления группа советских учёных (Ю.К. Молин и пр.) была удостоена в 1986 г. Ленинской премии (диплом на открытие № 217).

Освещение физики воздействия на топливо будет неполным, если не описать, каким изменениям подвергаются загрязнители, имеющиеся всегда в жидком топливе: бензине, дизтопливе...

Как выше говорилось, загрязнители топлива представлены: водой, солями (в т.ч. солями жёсткости), АСПО и продуктами коррозии железа: окись, закись двухвалентного железа.

Воздействие МП вызывает серьезные изменения состояния всех загрязнителей. Остановимся на изменении свойств каждого из загрязнителей.

Вода находится в виде стойкой эмульсии в нефтепродуктах (бензине, дизельном топливе, керосине). Поэтому она плохо распыляется и ухудшает процесс горения (на ее нагрев и испарение требуется большая энергия). А в дизельных двигателях вода приводит еще и к заклиниванию топливных пар. Под воздействием МП эмульсии становятся неустойчивыми и легко распадаются за счет разрушения гидратных оболочек. В камеру сгорания входят уже «голые» молекулы воды. При действии высокой температуры (800 градусов по Цельсию и больше) освободившиеся таким образом молекулы воды распадаются на ион водорода и гидроксильную группу, которые при высокой температуре (в камере сгорания) вступают в такие химические реакции с выделением тепла:

 Как указывает российский профессор Базаров В. (2), предельно-допускаемое количество воды в топливе, когда она вся «сгорает», – до 4,2%. При таком количестве воды происходит более полное сгорание топлива. Кроме этого, возникает еще один полезный эффект – снижается детонация топлива. А это серьезный фактор повышения работоспособности автомобильных двигателей.

Остальные загрязнения, в том числе содержащие железо, находятся в топливе в коллоидной форме (т.е. покрыты гидратными оболочками). Эти загрязнения плохо распыляются и также ухудшают горение топлива. Они являются причиной ускорения образования нагара в поршневой группе, головке блока, на свечах зажигания...

Соли, сернистые отложения и механические примеси являются абразивом, увеличивая износ всех деталей двигателя. Названные загрязнения в топливе находятся в коллоидной форме.

Коллоидные частицы, попадая под действие магнитных силовых линий, сбрасывают с себя гидратные оболочки. При этом железосодержащие частицы, после выхода из магнитного поля, сами становятся магнитиками, притягиваются друг к другу и, укрупнившись, задерживаются в топливном фильтре (для этого один магнитный модуль должен стоять до топливного фильтра). Те механические частицы, которые не осели в топливном фильтре, выбрасываются вместе с выхлопными газами.

Асфальто-смолисто-парафи новые отложения представлены вязкими частицами, имеющими более высокую температуру испарения, чем бензин и дизтопливо. Поэтому АСПО ухудшают процесс горения и являются причиной образования сажи. Сажа и вышеназванные твердые загрязнения (соли), вызывают более интенсивный износ поршневой группы (и поршней, и стенок цилиндров) и клапанов. Кроме этого, сажа с загрязнениями оседает в камере сгорания, на клапанах, в канавках поршневых колец и т.д. В результате этого клапана и кольца обгорают и по этой причине полностью не закрываются. Это дополнительно ухудшает горение, снижает общий КПД. Сажа проникает и в смазочное масло, ухудшая его качество. Двигатель начинает больше расходовать масла через запавшие поршневые кольца, сработанную поршневую группу. Это масло выбрасывается вместе с выхлопными газами, дополнительно загрязняя окружающую среду. Налипшая на головке блока и камеры сгорания ДВС сажа приводит к ухудшению ее охлаждения (сажа – изолятор теплопередачи) и вызывает общий перегрев двигателя, что снижает его моторесурс.

Под действием магнитного поля частички АСПО разукрупняются, уменьшаются силы адгезии, снижаются силы молекулярного притяжения.

Так как сняты (или значительно уменьшены) силы адгезии, эти частицы не налипают на металлических поверхностях. Общим результатом

Источник: http://photo-blocker.com.ua/podrobnee_o_magnitizerah_topliva.html