Содержание к диссертации
Введение
Глава 1 Анализ состояния вопроса, цель и задачи исследования 9
1.1 Проблема загрязнения окружающей среды двигателями внутреннего сгорания 10
1.1.1 Состав и структура выбросов дизельного двигателя 11
1.1.2 Образование токсичных компонентов в двигателе 12
1.1.3 Воздействие отработавших газов на организм человека 16
1.2 Нормы токсичности отработавших газов дизелей 18
1.3 Способы снижения токсичности отработавших газов двигателей 22
1.4 Режимы работы дизеля сельскохозяйственного трактора 28
1.5 Анализ существующих способов отключения цилиндров двигателя 30
1.5.1 Устройства отключения подачи топлива 31
1.5.2 Устройства отключения приводов газораспределительного механизма 34
1.6 Исследования работы двигателя при отключении цилиндров 38
1.7 Выводы по главе, цель и задачи исследования 43
Глава 2 Теоретические исследования параметров токсичности отработавших газов дизеля при отключении части цилиндров 45
2.1 Алгоритм исследования параметров работы дизеля 45
2.2 Методика определения эффективных показателей исходного двигателя 46
2.3 Методика определения показателей двигателя при отключении части цилиндров 50
2.4 Выбор уравнения регрессии для расчета сажесодержания и дымности отработавших газов 53
2.5 Результаты теоретических исследований на примере дизеля Д-240 57
2.5.1 Определение индикаторных показателей исходного двигателя 57
2.5.2 Определение эффективных показателей исходного двигателя 62
2.5.3 Исследование сажесодержания и дымности отработавших газов двигателя при отключении части цилиндров 64
2.6 Выводы по главе 67
Глава 3 Методика экспериментальных исследований 68
3.1 Испытательный стенд, аппаратура, приборы, средства измерения 73
3.2 Методика проведения испытаний 83
3.3 Методика обработки материалов экспериментальных исследований 87
3.4 Выводы по главе 89
Глава 4 Результаты экспериментального исследования дизеля Д-240 при отключении части его цилиндров 90
4.1 Изменение основных параметров работы дизеля 90
4.1.1 Двигатель работает без нагрузки 90
4.1.2 Двигатель работает под нагрузкой 97
4.2 Изменение токсичности и дымности отработавших газов дизеля 102
4.3 Сравнение результатов экспериментальных исследований с теоретическими 110
4.4 Экономическая эффективность результатов исследования при отключении части цилиндров дизеля сельскохозяйственного трактора 115
4.5 Выводы по главе 122
Заключение 123
Список принятых сокращений 126
Список условных обозначений 127
Список литературы 128
Приложения 140
- Способы снижения токсичности отработавших газов двигателей
- Исследование сажесодержания и дымности отработавших газов двигателя при отключении части цилиндров
- Испытательный стенд, аппаратура, приборы, средства измерения
- Экономическая эффективность результатов исследования при отключении части цилиндров дизеля сельскохозяйственного трактора
Введение к работе
Актуальность темы исследования. Двигатели внутреннего сгорания (ДВС), в частности дизели, широко применяются в тракторах, автомобилях, сельскохозяйственной технике, стационарных установках и пр. В с. – х. производстве они стали основным источником энергии.
В связи с проводимой в стране программой широкой дизелизации транспортно-тяговых средств (ТТС) наиболее существенными являются вопросы защиты атмосферы от загрязнения токсичными компонентами отработавших газов (ОГ) дизельных двигателей, таких как сажа, оксид азота и др., которые являются наиболее опасными для здоровья человека и окружающей среды, нарушают темп роста растений, приводят к снижению урожаев, потерям в животноводстве и т.п.
Задача повышения экологической безопасности дизелей особенно актуальна в условиях вступления России в ВТО, когда становится очевидным, что достигнутый уровень отечественных двигателей по параметрам выбросов вредных веществ уступает зарубежным аналогам США, Европы и Японии.
Степень разработанности темы исследования. Вопросами снижения токсичности и дымности отработавших газов двигателей внутреннего сгорания занимались: А. И. Абрамов, С. А. Батурин, Р. М. Баширов, В. М. Бунов, Е. В. Бунова, В. В. Горбунов, Ю. Ф. Гутаревич, С. Н. Девя-нин, О. И. Жегалин, В. А. Звонов, Я. Б. Зельдович, В. И. Коробкин, А. Р. Кульчицкий, В. А. Марков, Д. О. Олейник, Н. Н. Патрахальцев,
Г. С. Савельев, В. И. Смайлис, В. И. Суркин, И. Б. Тришкин, В. А. Хит-
рюк, Е. А. Улюкина, C. P. Fenimore, E. S. Starkman, O. A. Uyehara и другие.
Одним из путей решения этих задач является использование способа отключения части цилиндров при работе дизеля на холостом ходу и малых нагрузках, который известен в двигателестроении как средство повышения экономичности работы дизелей. Однако исследований, связанных со снижением токсичности и дымности отработавших газов дизельных двигателей на холостом ходу и при малых нагрузках этим способом, проведено недостаточно.
Таким образом, возникает необходимость углубленного исследования изменения содержания токсичных компонентов в отработавших газах дизельного двигателя при отключении части его цилиндров.
Целью работы является снижение токсичности отработавших газов дизеля сельскохозяйственного трактора путем отключения части его цилиндров при работе на холостом ходу и малых нагрузках.
Для достижения цели необходимо решить следующие задачи:
-
Установить взаимосвязи выделения токсичных компонентов в отработавших газах с показателями рабочего процесса дизельного двигателя при всех работающих цилиндрах и части отключенных.
-
Разработать методику и алгоритм расчета эффективных показателей и токсичных компонентов отработавших газов дизеля при отключении части его цилиндров.
-
Определить зависимости токсичных компонентов отработавших газов и топливно-экономических показателей дизеля сельскохозяйственного трактора от режимов его работы при отключении части цилиндров.
-
Оценить эффективность внедрения способа снижения токсичности отработавших газов дизельного двигателя путем отключения части его цилиндров.
Гипотеза исследования: отключение части цилиндров двигателя, как известно, приводит к улучшению качества рабочего процесса в работающих цилиндрах, при этом ожидается снижение токсичных компонентов, содержащихся в отработавших газах дизеля.
Объект исследования: процесс образования токсичных компонентов в отработавших газах дизеля при работе на холостом ходу и малых нагрузках.
Предмет исследования: взаимосвязи изменения содержания токсичных компонентов в отработавших газах от различных параметров работы двигателя.
Научная новизна:
-
Установлено, что снижение токсичных компонентов в отработавших газах дизеля сельскохозяйственного трактора на холостом ходу и малых нагрузках при отключении подачи топлива в часть цилиндров двигателя зависит от показателей смесеобразования. Коэффициент избытка воздуха оказывает превалирующее влияние на токсичность и дымность отработавших газов дизельного двигателя.
-
Разработана методика для расчета сажесодержания и дымно-сти отработавших газов при отключении цилиндров дизельного двигателя на основании его теплового расчета.
-
Получены зависимости токсичных компонентов отработавших газов дизельного двигателя при отключении части цилиндров от режимов его работы.
Теоретическая и практическая значимость результатов исследования:
Разработан алгоритм и программа для ЭВМ № 2015617134 по расчету сажесодержания и дымности ОГ дизельного двигателя.
Получены результаты теоретических и экспериментальных исследований по снижению токсичных компонентов в отработавших газах дизельного двигателя сельскохозяйственного трактора.
Показано снижение содержания оксида углерода и углеводородов в отработавших газах четырехцилиндрового дизеля при отключении половины цилиндров соответственно на 50-60 и 75-85 %, а также снижение дымности отработавших газов дизеля при работе на холостом ходу и малых нагрузках в пределах 30-35 %, что обеспечивает уменьшение экологической нагрузки на окружающую среду.
Установлено, что при отключении половины цилиндров двигателя (перекрытием подачи топлива и закрытием клапанов газораспределительного механизма) экономия топлива с 24 % на холостом ходу уменьшается до 0 с увеличением загрузки двигателя до 40 %.
Получены патенты РФ на полезную модель: «Система управления топливоподачи с помощью электромагнитных клапанов» № 107553, «Устройство управления работой двигателя с учетом нагрузки транспортного агрегата» № 119813.
Результаты исследования могут быть использованы на предприятиях и в организациях АПК России, осуществляющих проектирование, изготовление и эксплуатацию транспортно-тяговых средств.
Методология и методы исследования. Исследования основаны на анализе опубликованного материала по факторам, влияющим на экологическую безопасность дизельных двигателей, разработке и моделировании основных процессов, обусловливающих образование токсичных компонентов при отключении части цилиндров двигателя, экспериментальной проверке эффективности использования способа отключения цилиндров при работе двигателя на холостом ходу и малых нагрузках для снижения токсичности и дымности отработавших газов.
В ходе теоретических исследований были использованы методы системного и математического анализа, компьютерного моделирования. Результаты экспериментальных исследований обрабатывались в соответствии с общепринятыми методиками планирования многофакторного эксперимента с использованием пакетов прикладных программ 2013, 17 и др.
Положения, выносимые на защиту:
-
Теоретические зависимости, описывающие взаимосвязь саже-содержания (дымности) в отработавших газах с коэффициентом избытка воздуха дизеля при отключении части его цилиндров.
-
Алгоритм по определению сажесодержания и дымности отработавших газов в зависимости от показателей рабочего процесса дизельного двигателя при отключении части его цилиндров.
-
Новые экспериментальные данные токсичных компонентов и дымности отработавших газов дизеля сельскохозяйственного трактора при отключении части его цилиндров на различных режимах нагружения.
Реализация результатов исследований (степень достоверности). Результаты исследований используются в учебном процессе кафедры «Тракторы, сельскохозяйственные машины и земледелие» ФГБОУ ВО Южно-Уральский ГАУ.
Производственные испытания проведены в ЗАОр », ООО Коммунальные системы» (г. Чебаркуль) и ОАО Племенной завод «Россия» (Сосновский район, Челябинская область).
Апробация результатов работы. Основные положения диссертационной работы и ее результаты обсуждены и одобрены на следующих мероприятиях:
– Международная научно-техническая конференция «Достижения науки – агропромышленному производству» (г. Челябинск, ФГБОУ ВО Южно-Уральский ГАУ (ЧГАА), 2011–2016 гг.);
– научная конференция ФГАОУ ВО «Южно-Уральский государственный университет» (г. Челябинск, ФГАОУ ВО ЮУрГУ, 2011–2014 гг.);
– I молодежная научная конференция «Разработки молодых ученых – агропромышленному комплексу» (г. Челябинск, ФГБОУ ВО Южно-Уральский ГАУ (ЧГАА), 29 марта 2013 г.);
– III тур Всероссийского конкурса на лучшую научную работу среди студентов, аспирантов и молодых ученых вузов МСХ РФ (г. Саратов, ФГБОУ ВО Саратовский ГАУ им. Н. И. Вавилова, 2012 г.);
– Международная научно-практическая конференция «Интеграция науки и практики как механизм эффективного развития АПК» (г. Уфа, ФГБОУ ВО Башкирский ГАУ, 12–15 марта 2013 г.).
Публикации результатов исследований. Основные научные и практические результаты исследований по теме диссертации изложены в 16 печатных работах, в том числе 4 работы опубликованы в рецензируемых журналах и изданиях, входящих в перечень ВАК РФ.
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературных источников и приложений. Список литературы содержит 129 наименований, из которых 14 зарубежных. Работа изложена на 169 страницах, содержит 41 рисунок, 31 таблицу и 5 приложений.
Способы снижения токсичности отработавших газов двигателей
В настоящее время разрабатываются и успешно претворяются в жизнь мероприятия по снижению загрязнения атмосферы выбросами автотракторных двигателей, включающие в себя [63, 100, 113]:
– внедрение государственных и отраслевых стандартов, регламентирующих допустимые уровни выбросов вредных веществ автотракторными двигателями;
– изыскание новых видов топлив и присадок к ним, позволяющих заменить жидкие топлива нефтяного происхождения, повысить топливную экономичность двигателей и значительно снизить их токсичность;
– разработку и производство антитоксичных устройств, способствующих снижению токсичности существующих типов двигателей, создание двигателей с малотоксичным рабочим процессом;
– серийный выпуск средств контроля токсичности отработавших газов.
На рисунке 1.2 представлены основные способы снижения вредных выбросов в отработавших газах двигателей.
Одним из основных средств, обеспечивающих эффективное снижение выбросов вредных веществ, является физико-химическая обработка ОГ [26].
Системы нейтрализации ОГ, применяемые как дополнительное оборудование, позволяют снизить выбросы вредных веществ двигателя.
В системе выпуска двигателей происходят реакции окисления оксида углерода и углеводородов ОГ с избыточным кислородом. Эти процессы при относительно невысоких для реакций в газовой среде температурах (300…800 С) проходят с малой скоростью. Для ускорения протекающих реакций используют катализаторы. Механизм действия катализатора сложен. В основе окислительных процессов, протекающих на катализаторах, лежат процессы диссоциативной адсорбции кислорода и продуктов неполного сгорания, вследствие чего скорость их химического взаимодействия резко возрастает [15, 110].
В зависимости от способности активизировать те или иные реакции катализаторы условно делят на:
– окислительные, при которых преимущественно протекают реакции окисления углеводородов и оксида углерода;
– восстановительные, для восстановления оксида азота; - трехкомпонентные, для нейтрализации всех основных токсичных компонентов.
В большинстве случаев один и тот же катализатор в зависимости от состава газового потока, в первую очередь от содержания кислорода, может быть и окислительным, и восстановительным.
Существует несколько разновидностей нейтрализаторов:
Термический нейтрализатор - теплоизолированный объем со специальной организацией отработавших газов, устанавливается в системе выпуска двигателя и осуществляет термическое доокисление токсичных компонентов за счет использования собственного тепла ОГ [15].
Преимущества: не зависит от вида сжигаемого топлива, наличия в нем присадок, позволяет использовать этилированный бензин.
Недостатки: снижение мощности, повышение удельного расхода топлива двигателем вследствие повышения противодавления в выпускной системе.
Жидкостные нейтрализаторы поглощают токсичные компоненты при прохождении потока отработавших газов через слой химического раствора или воды [15].
Преимущества: наиболее простой способ физико-химической обработки ОГ, позволяющий эффективно улавливать бенз(а)пирен.
Недостатки: не обезвреживает оксид углерода и оксиды азота; зависимость эффективности работы от режимов работы двигателя; ограничение использования при отрицательных температурах; дорог в эксплуатации.
Каталитические нейтрализаторы осуществляют окислительно восстановительные реакции токсичных компонентов за счет процесса диссоциативной адсорбции кислорода и продуктов неполного сгорания, повышая скорость их химического взаимодействия [15].
Преимущества: хорошая селективность, низкая температура начала эффективной работы, достаточная долговечность.
Недостатки: имеют очень высокую стоимость, необходимость в постоянной очистке и замене нейтрализатора. Применение различных конструкций каталитических нейтрализаторов, например, системы снижения токсичности (патент РФ № 2248455), приводит к снижению дымности ОГ на 38-40 % на различных режимах работы дизеля [67].
Применение фильтра-нейтрализатора (ФН) отработавших газов на дизеле Д-243
Значения показателей эффективности очистки ОГ ФН составили (рисунок 1.3): от твердых частиц - 83…92 %, от оксидов углерода - 44…86 %, углеводорода -41…90 % и оксида азота - 55…83 %. Эффективность очистки выше при работе дизеля на номинальном режиме и ниже - на режиме максимальной загрузки двигателя [14].
Использование полнопоточного плазмореактора в составе с дизелем Д-243 позволило установить, что на номинальном режиме работы двигателя обеспечивается снижение концентрации оксидов азота до 14 % [99].
Рекуперация энергии. При использовании метода кинетическая энергия движения различных масс запасается и отдается в тот момент, когда это необходимо. Применение таких систем приводит к снижению расхода топлива на переходных процессах, что, в свою очередь, приводит к снижению выбросов ОГ в атмосферу. При утилизации теплоты отработавших газов дизеля КамАЗ-740 с помощью двигателя с внешним подводом теплоты и внутренним парообразованием вредное воздействие первого на окружающую среду существенно уменьшается.
Так, при работе дизеля по внешней скоростной характеристике дымность отработавших газов в среднем уменьшилась на 29 %, содержание углеводородов – на 46 %, оксида углерода – на 62 %, оксидов азота – на 24 % [108].
Одним из направлений снижения токсичности сажесодержания и дымно-сти отработавших газов дизелей является направление по совершенствованию процессов смесеобразования и сгорания.
Исследования снижения сажесодержания (дымности) в отработавших газах дизелей 1415.0/20.5, 1ЧН15.0/20.5 и 4ЧН15.0/20.5:
– с целью определения влияния процесса смешивания топлива с окислителем на сажесодержание (дымность) в ОГ представлены нагрузочные характеристики дизеля (n = 1250 мин–1) размерности 15.0/20.5 с применением дизельного топлива, смеси дизельного топлива с бензином А-76 и керосина (рисунок 1.4 a);
– с целью определения влияния наддува на сажесодержание (дымность) в ОГ представлены нагрузочные характеристики дизеля (n = 1250 мин–1) размерности 15.0/20.5 без наддува и с наддувом (рисунок 1.4 б).
Применение керосина, смеси дизельного топлива с бензином А-76 (50 % + + 50 %) приводит при нагрузке Ре = 0,7 МПа на частоте вращения n = 1250 мин–1 в дизеле 1Ч15.0/20.5 к снижению сажесодержания (дымности) в ОГ соответственно на 23 и 39 %. Снижение наблюдается также и на других режимах работы.
Уменьшение «потерянных» объемов пространства камеры сгорания с 60 до 40 см3 приводит к снижению сажесодержания (дымности) в ОГ на номинальном режиме дизеля Д-160 на 30 %.
Исследование сажесодержания и дымности отработавших газов двигателя при отключении части цилиндров
Расчет показателей дизеля при отключении цилиндров и сажесодержания в отработавших газах выполнен в системе компьютерной алгебры, программном пакете Maple. Получено свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2015617134 «Расчет дымности отработавших газов дизельного двигателя» [87]. Полный текст программы представлен в приложении А.
Расчет выполнен для двух вариантов работы двигателя:
1) исходный двигатель (работают все цилиндры);
2) отключена подача топлива в половине цилиндров двигателя.
По результатам расчета получена зависимость сажесодержания в отработавших газах (D) от коэффициента избытка воздуха () (рисунок 2.3).
Результаты расчета сажесодержания, дымности отработавших газов и коэффициента избытка воздуха при работе двигателя на режиме холостого хода представлены в таблицах 2.11, 2.12 и на рисунках 2.4, 2.5.
Из рисунка видно, что с увеличением коэффициента избытка воздуха значение сажесодержания в отработавших газах двигателя снижается. Это означает, что при большем коэффициенте избытка воздуха у двигателя с отключением топлива в половине цилиндров количество сажи в отработавших газах будет меньше, чем у исходного двигателя.
При отключении подачи топлива в половине цилиндров коэффициент избытка воздуха на частоте вращения коленчатого вала n = 2200 мин–1 на 11,3 % выше, чем у исходного двигателя, так как часовой расход топлива снижается, а расход воздуха практически не изменяется [2, 98, 105].
Различные применяемые единицы измерения сажесодержания и дымности отработавших газов указаны в таблице «Соотношение единиц измерения дымности: коэффициент ослабления, %, коэффициент поглощения, м–1, и массовой концентрации сажи, г/м3», представленной в приложении А.
Выделение токсичных компонентов в отработавших газах (рисунок 2.5) зависит главным образом от коэффициента избытка воздуха. При отключении подачи топлива в половине цилиндров по сравнению с исходным двигателем саже-содержание и дымность отработавших газов на различных скоростных режимах уменьшается за счет увеличения коэффициента избытка воздуха (рисунок 2.4), на частоте вращения коленчатого вала двигателя n = 2200 мин–1 снижение составляет 35,6 %.
Испытательный стенд, аппаратура, приборы, средства измерения
Схема стенда
Стенд обкаточно-тормозной типа КИ-5543 ГосНИТИ (рисунок 3.3) предназначен для проведения обкатки и испытаний тракторных двигателей с максимальным крутящим моментом не более 363 Нм (37 кгсм) и частотой вращения коленчатого вала в пределах 1200…3000 мин–1 [35].
Стенд состоит из следующих основных частей:
– фундамент с плитой, на котором монтируется двигатель со штатными системами охлаждения и смазки;
– динамометрическое устройство с балансирной электрической машиной для поглощения мощности и прокрутки;
– реостат жидкостный с дистанционным управлением;
– стойка приборная с аппаратурой дистанционного управления;
– устройство для замера расхода воздуха и температуры отработавших газов, регистрирующих приборов частоты вращения коленчатого вала двигателя, температуры воды, масла и давления масла;
– электрошкаф.
На стенде предусмотренная система отсоса отработавших газов, снабженная термоизоляцией и глушителем шума [90].
На стенде установлен дизельный двигатель Д-240 (рисунок 3.4), маховик которого посредством карданной передачи, закрытой защитным кожухом, соединен с ротором балансирной электрической машины.
Стенд оснащен приборами, позволяющими в процессе испытаний двигателя контролировать следующие параметры (приложение Б, рисунок Б4):
– температуру охлаждающей жидкости посредством логометра ЕЗ и терморезистора В1;
– температуру масла в смазочной системе двигателя посредством логометра Е4 и терморезистора В2;
– частоту вращения ротора балансирной машины посредством синхронного тахогенератора Р1 (аналоговый режим) и цифрового тахометра Р2 (цифровой режим).
Безопасность работы на стенде обеспечивают конечные выключатели S1, S2 и S3, отключающие стенд при поднятой крышке жидкостного реостата, открытом ограждении карданного вала или отсоединенном вале от испытываемого двигателя.
Расход топлива двигателем измеряется поршневым счетчиком топлива ИП 204 (рисунок 3.5), который подключается по схеме, в соответствии с рисунком 3.6. Технические данные прибора приведены в таблице 3.2.
Прибор состоит из двух конструктивно самостоятельных блоков:
– первичного измерительного преобразователя ИП 204-1;
– электронного блока ИП 204-2.
Прибор предназначен для измерения текущего расхода топлива в литрах за час при испытаниях машинно-тракторных агрегатов и сельскохозяйственных машин, оснащенных дизельными двигателями.
Принцип действия прибора основан на формировании и измерении параметров импульсных сигналов, частота следования которых пропорциональна расходу дизельного топлива, проходящего через первичный измерительный преобразователь. Минимальный уровень топлива в баке должен быть выше места установки прибора.
В соответствии с целью и задачами экспериментальных исследований замерялись следующие параметры и использовались следующие устройства, приборы и регистрирующая аппаратура, указанные в таблице 3.3.
Все стандартные средства измерений соответствуют требованиям ГОСТ 8.401-80 и ГОСТ 18509-88 [30, 36] по точности и допустимой погрешности. Они прошли плановую поверку с целью подтверждения своих характеристик.
Приборы контроля измеряемых величин токсичности отработавших газов двигателя соответствуют требованиям ГОСТ 8.401-80, ГОСТ Р 41.24-2003 [36, 37] и паспортным по точности и допустимой погрешности (приложение В).
Дымомер
Измерения дымности отработавших газов проводились в соответствии с ГОСТ 17.2.2.02-98 и ГОСТ Р 52160-2003 дымомером «Инфракар Д1» на режиме установившихся частот вращения коленчатого вала двигателя от 1000 до 2200 мин–1 с шагом 200 мин–1. Пробоотборное устройство устанавливалось в выхлопную систему стенда.
Дымомер предназначен для измерения дымности отработавших газов дизельных двигателей, а также для измерения частоты вращения коленчатого вала и температуры масла двигателя. Технические характеристики прибора представлены в таблице 3.4 [44].
Экономическая эффективность результатов исследования при отключении части цилиндров дизеля сельскохозяйственного трактора
В Российской Федерации разработана и действует типовая методика определения эффективности природозащитных мероприятий и оценки ущерба, причиняемого хозяйству загрязнением окружающей природной среды «Временная методика определения предотвращенного экологического ущерба» [21]. На основании этой методики можно сделать оценку ущерба, наносимого загрязнением воздушного и водного бассейнов в результате неполного использования сырья; дать экономическое обоснование природоохранных и ресурсосберегающих мероприятий; выявить возможность разработки безотходных производств и безотходных производственных систем [51].
Ущерб окружающей среде может быть нанесен вследствие загрязнения атмосферы, водоемов или поступления твердых производственных отходов [13].
Загрязнение атмосферы происходит в результате выброса в атмосферу химических веществ, опасных для населения и промышленных объектов. В этом случае состояние окружающей среды зависит от приведенной массы М годового выброса вредных компонентов, поправки f на характер рассеивания примесей в атмосфере и показателя относительной опасности загрязнения для различных объектов Бвозд в зоне активного загрязнения.
С учетом удельного ущерба, причиненного выбросом в атмосферу одной условной тонны загрязняющих веществ, ущерб от загрязнения атмосферы определяется по формуле [13, 51]:
Уатм = увозд Бвозд -f-M, руб./год, (4.3) где увозд - удельный ущерб от загрязнения одной условной тонны загрязняющих веществ.
Эффект от внедрения мероприятий по снижению токсичных компонентов в отработавших газах ДВС имеет экономический и социальный аспекты. Первый аспект характеризуется снижением отрицательного воздействия на окружающую среду, улучшением ее состояния, уменьшением уровня загрязнения, увеличением количества и улучшением качества пригодных к использованию земельных, лесных и полевых ресурсов. Второй - повышением уровня жизни населения, улучшением физического развития населения и условий труда и отдыха, сокращением заболеваемости, увеличением продолжительности жизни и периода активной деятельности, сохранением природных и антропогенных ландшафтов, памятников природы. Экономический эффект от применения средств снижения токсичных веществ в ОГ автотракторных дизелей определяется снижением отрицательного воздействия на окружающую среду (уменьшением уровня загрязнения) и улучшением ее состояния [5].
Оценить степень отрицательного воздействия дизельного двигателя на окружающую среду можно, просчитав величину ущерба, руб./год, причиняемого вредными выбросами ОГ [21]: У = у-а-/-М, руб./год, (4.4) где - нормативная константа, переводящая условную оценку выбросов в денежную, руб./усл. т. Нормативная константа определена на основании «Временной методики определения предотвращенного экологического ущерба» с учетом индекса инфляции. На момент расчетов величина была принята 55 руб./усл. т;
- показатель относительной опасности загрязнения атмосферного воздуха над территориями различных типов (таблица 4.6) [85];
f – коэффициент, учитывающий характер рассеяния примесей в атмосфере (для выбросов аэрозолей автотракторными средствами: f = 10);
М – приведенная масса годового выброса загрязнений от сжигания топлива в атмосферу, усл. т/год.
Для определения G воспользуемся данными ФНИКТИД и НПО «НАТИ», а также статистическими данными машиноиспытательных станций и научных организаций, ремонтно-технических предприятий Госагропрома РФ [17, 62, 104]. Согласно этим данным, трактор работает в среднем 1200 часов в год. Выделяется два скоростных диапазона: первый - щ = 1150-1250 мин–1 и второй -«2 = 1900-2050 мин-1. Нагрузочный режим характеризуется моментом, изменяющимся в диапазоне 0,17… 0,28 Нм. Более детально загрузка двигателя Д-240 трактора МТЗ-80 (82) показана на рисунке 1.2.
Сгруппировав время работы двигателя на разных режимах работы на основании данных [17, 104], получим распределение времени работы на разных режимах, , %, от общего времени работы:
- холостой ход двигателя = 20 %;
- холостой ход трактора = 30 %;
- рабочий режим трактора = 25 %.
Из расчета работы трактора МТЗ-80 (82) в объеме 1200 ч/год получим расчетное количество израсходованного топлива на каждом режиме работы:
- на режиме холостого хода двигателя: даХг оХд.Д = 1200 0,2 2,5 = 600, кг/год;
- на режиме холостого хода трактора: AGг од.Т = 1200 0,3 3 = 1080, кг/год;
- на рабочем режиме трактора: AGргаобд.Т = 1200 0,25 4,5 = 1350, кг/год.
Общее расходуемое количество топлива за один год G = 3030 кг (3,03 т). При сгорании 1 кг дизельного топлива выделяется [27]:
- оксида углерода (СО) 20… 30 г, примем 25 г/кг;
- углеводородов (СН) 4… 10 г, примем 8 г/кг;
- сажи (D) 3…5 г, примем 5 г/кг.
По результатам экспериментальных исследований установлено, что при отключении половины цилиндров дизеля Д-240 происходит снижение