автореферат диссертации по транспорту, 05.22.07, диссертация на тему:Разработка методики комплексной оценки экологических характеристик тепловозов в условиях эксплуатации

На правах рукописи МОЧАЛОВА Светлана Владимировна

РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ КОМПЛЕКСНОЙ ОЦЕНКИ ЭКОЛОГИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ТЕПЛОВОЗОВ В УСЛОВИЯХ ЭКСПЛУАТАЦИИ

Специальность 05.22.07 - «Подвижной состав железных дорог, тяга поездов и электрификация»

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

ОМСК 2006

Работа выполнена в Омском государственном университете путей сообщения.

Научный руководитель:

доктор технических наук, профессор СКОВОРОДНИКОВ Евгений Иванович.

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор НОСЫРЕВ Дмитрий Яковлевич; кандидат технических наук, доцент ОВСЯННИКОВ Виталий Васильевич.

Ведущая организация- государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Санкт-Петербургский государственный университет путей сообщения».

Защита состоится «25» мая 2006 г. в 9 часов на заседании диссертационного совета Д 218.007.01 при Омском государственном университете путей сообщения (ОмГУПСе) по адресу: 644046, г. Омск, пр. Маркса, 35, ауд. 112.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Омского государственного университета путей сообщения.

Автореферат разослан апреля 2006 г.

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные гербовой печатью учреждения, просим направлять в адрес диссертационного совета Д 218.007.01.

Ученый секретарь диссертационного совета доктор технических наук, профессор

Л

Г. П. Маслов.

© Омский гос. университет путей сообщения, 2006

30£О

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Тепловозные двигатели внутреннего сгорания оказывают существенное влияние на загрязнение окружающей среды, они являются одним из главных источников вредных выбросов, парниковых газов и тепловой энергии, что влечет за собой глобальное потепление климата, возникновение катастрофических экологических ситуаций в различных регионах мира.

В связи с этим в системе проектирования, эксплуатации и ремонта транспортных двигателей разрабатываются различные технические и технологические мероприятия, направленные на улучшение нормативных и эксплуатационных экологических характеристик двигателей.

Для периодического контроля степени экологического воздействия дизельных двигателей на окружающую среду в настоящее время используются газоанализаторы, сажемеры и дымомеры различной конструкции.

Анализ Методов, применяемых в ОАО «РЖД» для оценки количества и агрессивности продуктов сгорания дизельного топлива в тепловозных дизелях, показал

что все экспериментальные методы предназначены для определения количества вредных выбросов (оксидов углерода, оксида и диоксида азота, углеводородов, сажи) в продуктах сгорания топлива;

нормативные значения по концентрации вредных выбросов для различного типа дизелей приведены только для дизельного топлива среднего элементарного состава;

отсутствуют рекомендации по определению количества вредных выбросов и парниковых газов в продуктах сгорания топлива и допустимые экологические характеристики для дизелей, работающих по газодизельному или по газовому циклу;

экспериментальные методы требуют значительных капитальных и эксплуатационных затрат, что сдерживает их широкое применение в системе эксплуатации и ремонта тягового подвижного состава;

отсутствие математической и программной поддержки экспериментальных методов не позволяет использовать их в системе диагностирования тепловозных дизелей.

Для оперативной..и эффективной оценки эксплуатационной экологической безопасности тепловозных дизелей необходимо разработать аналитический метод контроля, в основу которого должны быть положены элементарный состав топлива, термодинамические и экономические парамет-

РОС. К1М1»Ш1111.и1а I

ры рабочего цикла двигателя для заданной мощности и частоты вращения коленчатого вала.

Работа выполнена в соответствии с федеральной целевой программой «Энергоэффективная экономика на 2002 - 2005 гг. и на перспективу до 2010 г.», утвержденной постановлением Правительства Российской Федерации №796 от 17 ноября 2001 г; программой повышения эффективности работы локомотивного хозяйства на 2005 - 2007 гг, утвержденной ОАО «РЖД» 27 сентября 2004 г. № 893; федеральной целевой программой «Модернизация транспортной системы России», утвержденной постановлением Правительства Российской Федерации 5 декабря 2001 г. № 848; программой фундаментальных и поисковых научно-исследовательских работ ОмГУПСа на 2006 г.

Цель работы - разработка методики для комплексной оценки экологических характеристик тепловозных дизелей по результатам испытаний.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

1) выполнить анализ методов контроля экологических характеристик локомотивных энергетических установок, используемых в системе ремонта тепловозов для оценки их технического состояния и топливной экономичности;

2) определить состав продуктов сгорания дизельного топлива в цилиндре тепловозного двигателя с учетом термодинамических свойств отдельных химических элементов в продуктах сгорания;

3) разработать алгоритм для расчета термодинамических параметров рабочего цикла дизеля по результатам стендовых испытаний дизелей или реостатных испытаний тепловозов;

4) разработать методику для расчета экологических характеристик тепловозного двигателя, учитывающую термодинамические параметры выгорания топлива в цилиндре двигателя;

5) оценить достоверность результатов расчета экологических параметров тепловозных дизелей, полученных с использованием предложенной методики.

Методы исследования. При проведении исследований использованы методы математической статистики и теории вероятностей, численного решения систем уравнений, планирования эксперимента, оценки значимости коэффициентов регрессии и адекватности математических моделей.

Обработка результатов экологических испытаний тепловозов выполнена в математических средах Excel, MathCAD с использованием персонального компьютера фирмы IBM. Программа расчета экономических, термодинамических и экологических характеристик дизельных двигателей выполнена в среде программирования Turbo Pascal.

Научная новизна диссертационной работы и основные положения, выносимые на защиту.

1. Установлен качественный состав продуктов сгорания углеводородного дизельного топлива состава C + H + S + 0= 1, окисляющегося в цилиндре двигателя воздухом состава N2 + 02 = 1.

2 Предложен метод, позволяющий рассчитать количественный состав продуктов сгорания топлива в цилиндре двигателя.

3. Разработан и реализован в программном виде алгоритм расчета продуктов сгорания топлива для заданного режима работы дизельных двигателей.

4 Выбран закон выгорания топлива в цилиндре тепловозного дизеля, предложена методика определения параметров закона.

5. Предложена методика для определения термодинамических параметров рабочего цикла, учитывающая угол опережения подачи топлива в цилиндр двигателя.

Достоверность научных положений и выводов подтверждается результатами

сравнения расчетного количества вредных выбросов и парниковых газов в продуктах сгорания топлива со среднестатистическими, экспериментальными значениями для дизельных двигателей с наддувом, максимальная величина отклонения не превышает 10 %;

аппроксимации экспериментальных индикаторных диаграмм теоретическими зависимостями по разработанной методике расчета термодинамических параметров рабочего цикла дизеля, точность определения максимального давления сгорания и среднего эффективного давления не превышает 5 %.

Практическая ценность работы. Разработанные методики, алгоритмы и программы в полном объеме или частично могут быть использованы

в локомотивных депо ОАО «РЖД» для совершенствования технологии реостатных испытаний тепловозов, в системе диагностирования их дизель-генераторных установок для определения тепловой и динамической напряженности деталей дизеля, оценки экологических характеристик по результатам реостатных испытаний тепловозов, прогнозирования технического состояния и определения остаточного ресурса дизеля;

в научно-исследовательских организациях, занимающихся вопросами проектирования и совершенствования конструкции транспортных двигателей, разработкой технических и технологических решений с целью улучшения технико-экономических и экологических характеристик дизелей серийных конструкций;

в вузах при изучении конструкции, термодинамических и динамических параметров рабочего цикла, технико-экономических, экологических характеристик транспортных двигателей внутреннего сгорания.

Реализация результатов работы. По результатам исследований разработан программный продукт для расчета параметров рабочего процесса и количества продуктов сгорания топлива дизелей маневровых тепловозов серий ТЭМ2 и ЧМЭЗ.

Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на научно-практической конференции «Ресурсосберегающие технологии на предприятиях ЗападноСибирской железной дороги» (Омск, 2001 г.), на международном студенческом семинаре «Актуальные вопросы экологии транспорта» (Омск, 2004 г.), на международной научной конференции «Актуальные проблемы развития транспорта России: стратегические, региональные, технические» (Ростов-на-Дону, 2004 г.).

Публикации. По результатам проведенных исследований опубликовано одиннадцать научных работ.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения, списка использованных источников и приложения. Работа изложена на 137 страницах основного текста, содержит 48 таблиц, 33 рисунка, список из 98 литературных источников - на 10 страницах, приложение на семи страницах. Общий объем работы составляет 155 страниц.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Введение отражает актуальность темы и направление выбранных исследований Представлен осредненный количественный состав отработавших газов дизельных двигателей различного назначения. Указано вредное воздействие различных компонентов отработавших газов на организм человека. Отмечено, что при движении локомотива происходит перемешивание отработавших газов и воздуха, из-за чего в воздухе кабин и машинных отделений движущихся тепловозов может изменяться качественный и количественный состав вредных примесей.

Значительный вклад в развитие теоретических и эмпирических методов контроля экологических характеристик двигателей внутреннего сгорания внесли ученые Я. Б. Зельдович, В. И. Смайлис, В. А. Звонов, В. В. Горбунов, Н. Н. Патрахальцев, К. А. Морозов, В. А. Марков, Р. М. Баширов, И. И. Габитов и др.

В первой главе выполнен анализ существующих экспериментальных и аналитических методов определения качественного состава и коли' чества вредных выбросов в отработавших газах транспортных и стационарных энергетически* установок.

В локомотивных депо сети дорог ОАО «РЖД» внедрены пункты эко-, логического контроля (ГГЭК), предназначенные для экспериментальной

оценки экологического воздействия локомотивов на окружающую среду. Пункты оснащены газоанализатором процесса сжигания топлива типа IМИ-1400 РЬ, который измеряет: количество (%) двухатомного кислорода (02), монооксида углерода (СО, г/нм3), оксвдов азота (ЬЮХ, г/нм3) в продуктах сгорания и дымность выхлопных газов (Ы).

Теоретическим способом количество продуктов сгорания топлива может бьггь рассчитано при условии полного или неполного сгорания.

При определении количества продуктов сгорания предполагаемыми теоретическими методами не учитывается фактор времени и параметры процесса выгорания топлива (продолжительность сгорания, зависимость коэффициента избытка воздуха, давления и температуры рабочего тела в цилиндре двигателя от времени или от угла поворота коленчатого вала дизеля при сгорании топлива). Используемые в теории двигателей внутреннего сгорания теоретические методы расчета предполагают, что процесс сгорания топлива в цилиндре двигателя мгновенный и коэффициент избытка воздуха, давление и температура рабочего тела в цилиндре двигателя достаточные, чтобы обеспечить полное сгорание.

Причинами неполного сгорания топлива в тепловозных дизелях являются недостаток кислорода в зоне горения вследствие несовершенства , смесеобразования, недостаток времени для сгорания переобедненной сме-

си и большое количество переходных процессов в условиях эксплуатации. В этом случае продукты сгорания углеводородного топлива состоят из углекислого газа С02, оксида углерода СО, водяного пара Н20, водорода Н2, азота N2 и его оксидов (N0, ИОг), небольшого количества метана СН4 и других углеводородов и свободного кислорода 02. При расчете количества продуктов неполного сгорания обычно пренебрегают содержанием кислорода, метана и других углеводородов и принимают продукты сгорания состоящими из пята компонентов - С02, СО, Н20,02, N2.

Статистический анализ количества вредных выбросов в отработавших газах тепловозных дизелей ПД1М позволил построить аналитические зависимости количества вредных выбросов от мощности двигателя: дымность, %, -

И = - 0,000013 Ые2 + 0,026264 Ые +7,361033; (1)

оксиды азота, г/нм3, -

Шх = N6/(2,524318 Ые + 25,203108); (2)

оксид углерода, г/нм3, -

СО = -0,00004 Ые +0,186219. (3)

Выполненный статистический анализ показал, что количество оксидов углерода (СО, г/нм3), оксидов азота (1ЧОх, г/нм3) и дымность отработавших газов (К, %) по позициям контроллера машиниста с достаточной степенью достоверности могут быть представлены нормальными законами распределения.

Зависимости, характеризующие соотношение между допустимыми значениями выбросов вредных веществ, определенных технической документацией ПЭК, и средними их значениями, полученными по результатам статистической обработки экологических испытаний тепловозов, представлены на рис. 1-3.

о ---

0 150 300 450 кВт 750 Ne -

Рис 1 Изменение дымности отработавших

газов дизеля--среднестатистические;

------допустимые значения

I 1 ■ Т"-

! <

1 1

0 150 300 450 кВт 750

Ne -»•

Рис 2. Изменение количества оксидов азота в отработавших газах дизеля: --среднестатистические,------допустимые значения

Вторая глава посвящена разработке методики расчета количественного состава продуктов сгорания дизельного топлива в цилиндре двигателя.

2,0 г/нм3

СП

1,2 0,8

I

а4 0,0

150

300 № -

450

кВт

750

Рис. 3 Изменение количества оксида

углерода в отработавших газах. --среднестатистические;-----допустимые значения

Расчет параметров процесса выгорания топлива в цилиндре дизеля выполнен с учетом угла опережения подачи топлива; определены законы изменения термодинамических параметров рабочего цикла, коэффициента избытка воздуха и доли сгоревшего топлива в зависимости от угла поворота коленчатого вала с учетом уровня настройки и условий эксплуатации тепловозных дизелей.

Принято, что в составе отра-

ботавших газов при окислении топлива (состава С + Н+ Б + 0=1) воздухом (состава N2 + 02 = 1) в двигателях внутреннего сгорания может содержаться около 36 устойчивых элементов.

Для определения количества продуктов сгорания топлива предложен метод равновесного состава, в котором используются четыре уравнения материального баланса и уравнение Дальтона:

Бр = 0,3746 Б/С; ур =0,0839С/Н; сср =1/(2 + 1/(0,1678 С/Н)); рр =1,1082(0,21 + 0);

(4)

(5)

(6) (7)

р = £Р5.

(8)

где Бр, ур, ар, (Зр - константы; Р - давление смеси в камере сгорания, МПа; Р, - парциальное давление отдельных элементов, МПа; п - количество элементов в продуктах сгорания дизельного топлива.

При расчете экологических характеристик серийных тепловозных дизелей изменение термодинамических параметров рабочего тела в цилиндре двигателя оценивается по уравнению И. И. Вибе:

х = 1 — е

(9)

где ^ - продолжительность сгорания топлива, с; (: - текущее время сгорания, с; ш - показатель сгорания.

Период задержки воспламенения топлива оценивается по формуле В. С. Семенова, мс:

Tj = 8225 /[(cm Ру)0'635 Ту0'294], (10)

где ст - линейная скорость поршня, м/с; Ру, Ту - давление (МПа) и температура (К) в цилиндре в начале подачи топлива.

Предложен алгоритм, позволяющий по параметрам работы дизеля на выбранной позиции контроллера машиниста и установленного угла опережения подачи топлива определить фактический угол опережения подачи и продолжительность сгорания топлива; законы изменения давления Р2 = fiep), температуры Т2 = f(<p), коэффициента избытка воздуха а = f(<p) и доли сгоревшего топлива х = f((p) в зависимости от угла поворота коленчатого вала дизеля в процессе сгорания (рис. 4).

а б

Рис. 4 Зависимость давления Рг, температуры сгорания ТЕ коэффициента избытка воздуха а и доли сгоревшего топлива Дх в цилиндре дизеля ПД1М на 8-й позиции контроллера машиниста от угла поворота коленчатого вала

Для каждой позиции контроллера машиниста тепловоза по параметрам процесса выгорания топлива с применением выражений (4) - (8) рассчитан количественный состав продуктов сгорания топлива для каждого угла поворота коленчатого вала.

Зависимости количества оксида N0 и диоксида N02 азота в отработавших газах дизеля ПД1М от угла поворота коленчатого вала на 8-й позиции контроллера машиниста тепловоза представлены на рис. 5, зависимости суммарного количества N0 и N02 от позиции контроллера машиниста - на рис. 6.

По предложенной методике разработаны алгоритм и программа для определения параметров рабочего цикла и количества продуктов сгорания топлива дизелей маневровых локомотивов ТЭМ2 и ЧМЭЗ.

6,0 юУч 3,0

N0 —

"ХЧОг

0,60 0.4

кт/ч кг/ч

<130 I 1 0,2

N03 N01

0,15 0.1

0,00 0,0

'А

А

N0, У

8.0 кг/ч

350 366 382 «пк.» 414 0 2 4 6 8

<р _. Пк--

Рис. 5. Зависимости количества оксида Рис. 6. Зависимости количества оксида

и диоксида азота в отработавших газах и диоксида азота в продуктах сгорания дизеля ПД1М от угла поворота топлива от позиции контроллера коленчатого вала для 8-й позиции машиниста дизеля ПД 1М контроллера машиниста

В третьей главе приведены результаты математического моделирования, выполненного с целью анализа степени отклонения количества вредных выбросов в отработавших газах тепловозных дизелей при изменении угла опережения подачи топлива и степени сжатия в пределах ремонтных и эксплуатационных допусков.

По результатам моделирования с использованием методов планирования эксперимента получены аналитические выражения, характеризующие изменение количества вредных выбросов в продуктах сгорания топлива дизеля ПД1М по позициям контроллера машиниста в зависимости от величины контролируемых факторов (рис. 7):

Ж)2 = 7,183- 1(Г3 + 2,701- 1<Г3£ - 5,839- 10^<роп + 3,583- 10"5е <р0„; N0 = -5,243• 10"2 + 2,705 10"2 е + 7,219-10^1 <роп - 2,778• 10"4ефоп; СО = 7,117-Ю"7 -1,945-10"8£-2>505-10_,фоп +1,195-10~®е<роп; С = 24,540 - 0,432 е -1,881 ■ 10~2 (р^ +1,389 • 10"эе ср0„.

(И) (12)

(13)

(14)

В результате проведенного эксперимента было установлено следующее.

1. При увеличении степени сжатия £ и угла опережения подачи топлива фоп на малых позициях контроллера машиниста содержание углерода (сажи) в продуктах сгорания уменьшается, а количество оксида N0 и диоксида N02 азота увеличивается.

2. При уменьшении степени сжатия и угла опережения подачи топлива на малых позициях уменьшается количество оксида N0 и диоксида

N02 азота, оксида углерода СО, оксида БО и диоксида серы 802, при этом количество углерода (сажи) увеличивается.

ыо

N0;

в г

Рис. 7. Зависимость количества оксида азота (а), оксида углерода (б),

диоксида азота (в) и углерода (г) (кг/ч) от степени сжатия е и угла опережения подачи топлива <р0„ по позициям контроллера машиниста

3. При снижении степени сжатия уменьшается количество вредных выбросов (N0, ИОг, СО, 802) в отработавших газах, а при увеличении степени сжатия количество вредных выбросов (N0, N02, СО, $>02) увеличивается.

4. При уменьшении угла опережения подачи топлива уменьшается количество вредных выбросов (N0, N02, СО, С, 80, БОг) в отработавших газах, а при увеличении угла опережения подачи топлива возрастает количество углерода, а также увеличивается содержание и остальных вредных веществ.

5. Увеличение степени сжатия целесообразно на режимах с неполной нагрузкой, характеризующихся пониженными значениями максимального давления сгорания рх и небольшим количеством оксидов азота.

Четвертая глава посвящена оценке достоверности результатов расчета количества продуктов сгорания топлива методом равновесного состава. Для оценки достоверности выбран способ сравнения результатов расчета с известными экологическими параметрами транспортных и стационарных дизелей, полученными при проведении испытаний или теоретических расчетов.

Результаты сравнения расчета количества продуктов сгорания топлива приведены в таблице и на рис. 8, на основании анализа приведенных результатов можно заключить, что расчет эксплуатационных экологических характеристик транспортных дизелей по условиям равновесного состава обеспечивает минимальное отклонение между значениями, полученными по результатам экспериментов, и расчетными

Сравнительная характеристика методов равновесного состава и экспериментальной оценки экологической безопасности тепловозов ТЭМ2

Позиция контроллера машиниста Пк Количество продуктов сгорания топлива в отработавших газах дизеля, кг/ч

ПЭК г ПЭК СОрад ПЭК N0,^

с г СОер сод0п Ж)хср N0, доп

0 0,003 0,047 0,009 0,230 0,300 0,0000 0,155 0,730 0,018

2 0,040 0,041 0,055 0,206 0,950 0,0001 0,340 5,170 0,879

4 0,091 0,102 0,102 0,286 2,840 0,0003 0,682 13,020 3,312

6 0,163 0,229 0,148 0,704 3,440 0,0005 1,065 15,970 7,523

8 0,205 0,492 0,194 1,411 6,240 0,0007 1,816 31,200 8,962

В пятой главе произведен расчет стоимости программы определения количественного состава продуктов сгорания топлива в цилиндре двигателя.

На трудоемкость разработки программы влияют объем, сложность, степень новизны, условия и средства разработки, степень использования в разработке стандартных модулей и типовых программ.

Цена программы с учетом налога на добавленную стоимость на январь 2005 г. в соответствии с действующим законодательством составляет 295606,3 р., годовой экономический эффект - 106261,2 р. Срок окупаемости программы составляет 0,92 года.

79

_!_I

ю

%

б

Н,0 4 2 0

гр

2 3 4 5 « 7 8 Пк -►

0 1 2 3 4 5 6 7 Пк -►

% - г: „ — —

I

1 8

1 4

--

1 0 ^гг 1 1 1 1

0 1

2 3 4 5 Пк --

В . Г

Рис. 8. Сравнительная оценка методов расчета продуктов сгорания топлива в транспортных двигателях: а - азот; б - вода; в - кислород; г - диоксид углерода:

— - минимальное; - максимальное значение;--условие полного

сгорания; ------условие равновесия

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. Выполнен сравнительный анализ существующих теоретических и эмпирических методов контроля экологической безопасности транспортных дизелей, показана возможность их использования в системе ремонта и диагностирования тепловозов.

2. На основании анализа теоретических исследований и результатов экспериментального контроля экологических характеристик транспортных дизелей предложен качественный состав продуктов сгорания топлива в тепловозных дизелях.

3. Разработана методика, позволяющая рассчитать количественный состав продуктов сгорания топлива в тепловозных дизелях для заданных нагрузочных и скоростных режимов и используемого вида топлива.

4. Предложена методика расчета параметров рабочего цикла тепловозного дизеля по результатам стендовых испытаний двигателей или по результатам реостатных испытаний тепловозов.

5. Разработаны алгоритм и программа для расчета экологических характеристик тепловозного дизеля по известному элементарному составу топлива и законам изменения термодинамических параметров рабочего тела в цилиндре двигателя.

6. Выполнена оценка адекватности разработанной методики по результатам сравнения расчетных значений с результатами реостатных и экологических испытаний.

Список работ, опубликованных по теме диссертации

1. Сковородников Е. И. Усовершенствование рабочего процесса и конструкции дизелей для уменьшения их токсичности / Е. И. С к о -вородников, С. В. Борисова// Ресурсосберегающие технологии на предприятиях Западно-Сибирской железной дороги: Материалы науч.-практ. конф. / Омский гос. ун-т путей сообщения. Омск, 2001. С. 126 - 131.

2. Сковородников Е. И. Методы оценки вредных выбросов двигателей внутреннего сгорания / Е. И. Сковородников, С. В. Борисова // Совершенствование технологических процессов ремонта и эксплуатации подвижного состава: Межвуз. темат. сб. науч. тр. / Омский гос. ун-т путей сообщения. Омск, 2003. С. 37 - 42.

3. Вопросы влияния параметров газовоздушного тракта на техническое состояние дизеля / Е. И. Сковородников, Д. Л. Титанаков, С. В. Борисова, О. В. Балагин // Вестник инженеров-электромехаников железнодорожного транспорта- Межвуз. сб. науч. тр. / Самарская гос. акад. путей сообщения. Самара, 2003. Вып. 1. С. 473 - 476.

4. Мочалова С. В. Сравнительная оценка методов расчет количества продуктов сгорания топлива в транспортных двигателях / С В. Мочалова, Е И. Сковородников// Материалы междунар. студенч. семинара «Актуальные вопросы экологии транспорта» / Омский гос. ун-т путей сообщения. Омск, 2004. С 22 - 25.

5 Борисова С. В. Экспериментальные методы анализа отработавших газов // Совершенствование устройств подвижного состава, теплоэнергетики, автоматики и связи железнодорожного транспорта: Сб. науч.

статей аспирантов и студентов / Омский гос ун-т путей сообщения. Омск, 2004. Вып. 4. С. 118-123.

6. Мочалова С. В Анализ метода определения количества продуктов сгорания топлива в дизелях / С. В. Мочалова, Д. А. Титана-к о в // Актуальные проблемы развития транспорта России: стратегические, региональные, технические: Труды междунар. науч. конф. / Ростовский гос. ун-т путей сообщения. Ростов-на-Дону, 2004. С. 343, 344.

7. Титанаков Д. А. Оценка технико-экономических характеристик тепловозных дизелей по параметрам газовоздушного тракта / Д. А. Титанаков, С. В. Мочалова// Актуальные проблемы развития транспорта России: стратегические, региональные, технические: Труды междунар. науч. конф. / Ростовский гос. ун-т путей сообщения. Ростов-на-Дону, 2004. С. 353, 354.

8. Мочалова С. В. Сравнительный анализ экономичности и эко-логичности дизелей / С. В. Мочалова, Е. И. Сковородников, Д. А. Титанаков // Повышение надежности, экономичности и эколо-гичности дизельного подвижного состава- Межвуз. темат. сб. науч. тр. / Омский гос. ун-т путей сообщения. Омск, 2004. С. 45, 46.

9. Методика расчета удельного расхода топлива на технологический процесс перевозки грузов дизельными локомотивами / Е. И. С к о -вородников, И. В. Некрасо в, С. В. Мочалова и др. / Омский гос. ун-т путей сообщения. - Омск, 2004. - 19 с. - Деп. во ВНИИАСе МПС России 15 02 04, № 6452-жд04.

10 Анализ методов оценки экологического воздействия транспортных двигателей на окружающую среду / Е. И. Сковородников, И. В. Некрасо в, С. В.Мочалова и др. / Омский гос. ун-т путей сообщения. - Омск, 2004. - 42 с. - Деп. во ВНИИАСе МПС России 15.02.04, № 6451-жд04.

11. Сковородников Е. И. Методы оценки экологического воздействия дизельных двигателей на окружающую среду / Е. И. Сковородников, С. В. Мочалова// Машины и процессы в строительстве: Сб. науч. тр. / Сибирская гос. автомоб.-дорожная акад Омск, 2004. № 5. С. 127-134.

Типография ОмГУПСа, 2006 г. 644046, г. Омск, пр. Маркса, 35. Тираж 100 экз. Заказ 333.

«

i

1

H

1 ¡

! «

!

I 'i

г /

ií

i

s

,1

,1

I ?

I '!

( i

Д.оовАг

эого

9030

Введение

1. Анализ методов оценки экологического воздействия транспортных двигателей на окружающую среду

2. Разработка методики расчета количества продуктов сгорания топлива в двигателях внутреннего сгорания методом равновесного состава

3. Оценка технико-экономических характеристик дизеля ПД1М на малых позициях контроллера машиниста

4. Методы уменьшения токсичности отработавших газов и сравнительная оценка методов расчета продуктов сгорания топлива дизелей

4.1. Методы уменьшения токсичности отработавших газов дизелей

4.1.1. Регулировка угла опережения впрыска топлива и подбор топливной аппаратуры

4.1.2. Совершенствование смесеобразования и сгорания

4.1.3. Нейтрализация отработавших газов

4.2. Сравнительная оценка методов расчета продуктов сгорания топлива

5. Расчет стоимости программного продукта 131 Основные выводы 140 Список использованных источников 141 Приложение

т

Снижение вредного воздействия транспорта на окружающую среду является главной задачей в осуществлении мероприятий по улучшению здоровья людей.

Основными токсичными веществами, определяющими загрязнение атмосферы, в выпускных газах транспортных двигателей являются оксиды углерода, оксиды азота, углеводороды, сажа и биологически активные полициклические углеводороды.

Природа образования в цилиндрах тепловозных дизелей токсичных веществ различна, причем попытка улучшить экономичность работы двигателя в большинстве случаев приводит к увеличению количества вредных выбросов. Поэтому снижение количества вредных выбросов при сохранении достаточно высокой экономичности двигателей внутреннего сгорания (ДВС) представляет собой сложную научно-техническую задачу /1/.

Негативное воздействие на человека оказывают дымность и запах отработавших газов. При работе дизеля окружающую среду загрязняют также испарения топлива, масла, охлаждающей жидкости. Однако их загрязняющим действием на окружающую среду можно пренебречь по сравнению с выбросами отработавших газов /2/.

Отрицательное влияние отработавших газов дизелей на организм человека оказывает резкий раздражающий запах. На уровень запаха отработавших газов дизеля оказывают влияние конструкция самого двигателя, режимы его работы, вид топлива и другие факторы.

Работа двигателя на режимах, которые характеризуются высокими концентрациями оксидов азота и соответственно низким содержанием углеводородов в топливе сказывается как на интенсивности, так и на качественной характеристике запаха. Запах отработавших газов зависит от содержания продуктов неполного сгорания (например, при работе дизеля на режимах холостого хода отработавшие газы имеют сильный запах). В значительной степени запах отработавших газов определяют содержащиеся в них простейшие альдегиды, такие как акролеин и формальдегид.

Применение разделенной камеры сгорания снижает уровень запаха с предельного до умеренного по сравнению с неразделенной. Отключение цилиндров дизеля также снижает уровень запаха отработавших газов /3/.

В зависимости от концентрации токсичных веществ разделяют степени загрязнения окружающей среды:

1) легкая - 0 - 7 мг/м ;

2) слабая - 8 - 13 мг/м ; л

3) умеренная - 14 - 27 мг/м ;

4) значительная - 28 - 40 мг/м3;

5) серьезная - 41 - 53 мг/м3;

6) очень серьезная - 54 - 67 мг/м3;

7) угрожающая - 68 - 80 мг/м3;

8) опасная - более 80 мг/м3.

Всемирной организацией здравоохранения (ВОЗ) при ООН в 1963 г. рекомендовано определение критерия чистоты воздуха (ПДК - предельно допустимой концентрации вредного вещества) по 4 уровням:

1 - невозможно обнаружить прямое или косвенное влияние вредных выбросов на человека, животных и растительность;

2 - возможно раздражение органов чувств, вредное воздействие на растительность, уменьшение прозрачности атмосферного воздуха;

3 - нарушение жизненно важных физиологических функций и возникновение хронических заболеваний у человека и животных;

4 - возникновение острых заболеваний и гибель людей и животных.

По степени воздействия на организм человека вредные вещества в соответствии с ГОСТ 12.1.007-88 /4/ подразделяют на 4 класса опасности:

1 - чрезвычайно опасные;

2 - высоко опасные;

3 - умеренно опасные;

4 - мало опасные.

Класс опасности вредных веществ устанавливается в зависимости от норм и предельно допустимых концентраций (ПДК), устанавливаемых в соответствии с ГОСТ 12.1.005-88 (табл. 1)/3, 5/.

Таблица 1

Категория опасности вредных выбросов

Наименование отработавших газов Класс опасности

1 2

Озон, Оз 1

Углерод, С 3

Оксид углерода, СО 4

Продолжение табл. 1

1 2

Оксид азота, NO 3

Диоксид азота, NO2 2

Аммиак, NH3 4

Диоксид серы, SO2 4

Сероводород, H2S 2

Сероуглерод, CS2 2

Метин, СН 4

Метил, СН3 3

Формальдегид, Н2СО 2

Бенз(д)пирен, С20Н12 1

За рубежом определяющими степень пригодности воздуха для человека являются максимально допустимые концентрации (МДК) вредных веществ в воздухе.

В табл. 2 представлены основные компоненты, содержащиеся в отработавших газах двигателей внутреннего сгорания.

Таблица 2

Состав отработавших газов дизелей

Компоненты отработавших газов Содержание по объему, % Токсичность

Азот 76-78 нетоксичен

Кислород 2-18 нетоксичен

Пары воды 0,5-4 нетоксичен

Диоксид углерода 1-10 нетоксичен

Оксид углерода 0,01-5 токсичен

Углеводороды неканцерогенные 0,009 - 0,5 токсичны

Альдегиды 0,001 -0,009 токсичны

Оксид серы 0 - 0,03 токсичен

Сажа 0,01 - 1,1 токсична

Бенз(а)пирен до 0,01 канцероген

В работе /6/ представлен осредненный по данным различных исследований количественный состав отработавших газов дизельных двигателей различного назначения (табл. 3).

Таблица 3

Количественный состав отработавших газов дизельных двигателей

Компонент отработавших газов дизеля Концентрация компонентов в отработавших газах дизелей г/м3 г/(кВт-ч)

Азот N2 74,0- 78,0 — —

Кислород 02 2,0- 18,0 — —

Пары воды НгО 0,5- 9,0 15,00- 100,00 —

Диоксид углерода СО2 1,0- 12,0 40,00-40,00 —

Монооксид углерода СО 0,005 - 0,400 0,25-2,50 1,50- - 12,00

Оксиды азота NOx,; 0,004 - 0,500 1,00-8,00 10,00 -30,00 в том числе: монооксид азота N0 0,004- 0,500 1,00-4,50 6,00- -18,00 диоксид азота NO2 0,00013- -0,0130 0,10-0,80 0,50 -2,00

Углеводороды CnHm 0,009- 0,300 0,25-2,00 1,50 -8,00

Альдегиды RCHO, 0,0001 - - 0,002 1,00-10,00 — в том числе: формальдегид НСНО 0,0001 - 0,0019 — — акролеин СН2СНСНО 0,00010- -0,00013 — —

Оксиды серы SOx, 0,002 - 0,020 — — в том числе: диоксид серы SO2 0,0018- 0,0200 1,00-0,50 0,40 -2,50 триоксид серы SO3 0,00004 - -0,0006 — —

Сажа С — 0,05 - 0,50 0,25 -2,00

3,4 - бенз(а)пирен — (0,20-0,50)-Ю-6 (1,0- 2,0)-10"6

При работе двигателя на этилированном бензине в составе отработавших газов присутствует свинец. В отработавших газах дизелей, работающих на дизельном топливе, содержится сажа.

Концентрация вредных веществ в пересчете на единицу объема уходящих продуктов сгорания соответствует около 10-50 г/м 111.

При сгорании 1 кг дизельного топлива выделяется около 80 - 100 г токсичных компонентов, в состав которых входят: 20-30 г оксида углерода; 20 -40 г оксидов азота; 4 - 10 г углеводородов; 10 - 30 г оксидов серы; 0,8 - 1,0 г альдегидов; 3 - 5 г сажи и других веществ.

Количество и состав токсичных примесей в отработавших газах зависит от типа, режима эксплуатации, износа двигателя и качества топлива /8, 9/. При движении происходит перемешивание отработавших газов и воздуха, в связи с этим в воздухе кабин, машинных отделений движущихся транспортных средств может измениться качественный и количественный состав примесей. Изменение качественного состава обусловливается тем, что многие вещества, содержащиеся в отработавших газах, при смешивании с воздухом разбавляются до концентраций, не выявляемых современными методами исследований /8/. В табл. 4 представлены колебания концентрации токсичных веществ в кабине и машинном отделении тепловозов.

Таблица 4

Минимальные и максимальные концентрации токсичных веществ в воздушной среде тепловозов

Токсичное вещество Концентрация, мг/м3 кабина машинное отделение

Оксид углерода 4,80-61,60 8,40- 196,00

Оксиды азота 0,15-4,50 0,75-69,50

Сернистый ангидрид 1,25-33,30 4,60-39,30

Ароматические углеводороды 1,60-2,30 2,70-17,60

Альдегиды 0,70-1,60 0,20-1,40

Прочие углеводороды 3,00-27,00 —

Тепловозные дизели имеют значительную агрегатную мощность (1-4 МВт), и поток отработавших газов, достигающий расхода 2-8 кг/с, выбрасывается с высоты 4,5 м, в зоне рассеивания потока создается чрезвычайно высокий уровень локального загрязнения воздуха, превышающий ПДК в 10 - 19 раз /10/.

При использовании обычных углеводородных топлив нефтяного происхождения и атмосферного воздуха в качестве окислителя отработавшие газы дизелей на 99 - 99,8 % состоят из продуктов полного сгорания элементов горючей массы топлива и избыточного воздуха (как имевшегося в цилиндре во время сгорания, так и поступившего в период продувки) /11/.

Оксид углерода и углеводороды в отработавших газах является продуктом неполного сгорания или представляют собой несгоревшие частицы топлива.

Наряду с основными компонентами отработавшие газы дизелей имеют в своем составе многочисленные сопутствующие компоненты - микропримеси, представляющие собой продукты неполного сгорания и побочных реакций. Суммарное содержание этих веществ в отработавших газах мало, поэтому в технических расчетах ими пренебрегают.

С гигиенической точки зрения микропримеси представляют значительно больший интерес, чем основной состав отработавших газов. Основные вредные свойства отработавших газов обусловлены наличием в их составе тех или иных вредных микропримесей.

Кроме того, микропримеси вредны также и с технической точки зрения. Наличие в продуктах сгорания ангидридов сильных кислот совместно с парами (либо конденсатом) воды вызывает коррозию деталей двигателя и металлических конструкций в тех пространствах, куда выбрасываются отработавшие газы.

Органические продукты неполного сгорания топлива и смазочного масла сами по себе либо совместно с сажей образуют различные отложения (лаки, смолы, нагары), нарушая этим нормальный режим деталей двигателя, ухудшая работу выпускных клапанов, газовых турбин, встроенных в выпускной тракт, и вызывая выход из строя каталитических нейтрализаторов /11/.

Наибольшее значение среди вредных микропримесей отработавших газов дизелей имеют оксиды азота, оксид углерода, оксиды серы, альдегиды, углеводороды и сажа /12/.

Оксиды углерода, азота, серы, ароматические углеводороды, альдегиды, фенолы нарушают центральную нервную систему.

Оксид углерода СО обладает токсичным действием. При вдыхании вместе с воздухом СО интенсивно соединяется с гемоглобином крови, что уменьшает ее способность к снабжению организма кислородом. При концентрации оксида углерода СО в атмосфере ее воздействие на организм человека характеризуется следующими параметрами: 1 % по объему - потеря сознания после нескольких вдохов; 0,05 % по объему - слабое отравление через 1 ч; 0,01 % по объему - хроническое отравление при длительном пребывании; 0,0016 % по объему - безвредно. Симптомы отравления организма газом СО: головная боль, сердцебиение, затруднения дыхания и тошнота /13 - 16/.

Содержание СО в отработавших газах составляет: у дизелей 0,005 - 0,5 %, у карбюраторных двигателей 0,25 - 10 % /13/.

В дизелях образовавшийся СО окисляется затем до диоксида углерода СО2, поэтому концентрация СО в отработавших газах дизеля невелика и зависит в основном от качества процесса смесеобразования; чем оно лучше, тем меньше образуется СО.

Оксиды азота представляют серьезную опасность для здоровья человека. Они воздействуют на слизистые оболочки глаз и носа, а также на нервную и сердечно-сосудистую системы человека, кроветворные органы и печень. Оксиды азота, взаимодействуя с парами воды в воздухе, образуют азотистую HNO2 и азотную HNO3 кислоты, которые разрушают легочную ткань, вызывая хронические заболевания. Небольшие концентрации оксидов азота в атмосфере приводят к постепенному отравлению организма, причем каких-либо нейтрализующих средств нет /6/. При длительном воздействии оксидов азота в концентрациях, превышающих норму, люди заболевают хроническим бронхитом, воспалением слизистой желудочно-кишечного тракта, страдают сердечной слабостью, а также нервными расстройствами /14/. Оксиды азота оказывают также негативное влияние на растения и сельскохозяйственные культуры /6/.

Оксиды азота NOx раздражающе действует на легкие, в тяжелых случаях вызывая их отек с последующей смертью. Кратковременное вдыхание NOx в концентрации 1 - 2 млн*1 вызывает астму и другие легочные заболевания.

Вне цилиндра двигателя (в выпускной системе и в атмосфере) оксид азота NO окисляется до диоксида азота NO2, токсичность которого значительно больше. Находящийся в атмосфере диоксид азота при малых концентрациях практически не имеет запаха, а при больших обладает удушливым запахом /13/.

Воздействие на организм человека NO2 в зависимости от его концентрации в воздухе характеризуется: 0,00001 % по объему - абсолютный порог воздействия; 0,0001 - 0,0003 % по объему - порог восприятия запаха; 0,0013 % по объему

- порог раздражения слизистых оболочек носа и глаз; 0,001 - 0,002 % по объему

- образование метгемоглобина; 0,004 - 0,008 % по объему - отек легких /16/.

Содержание оксидов азота в отработавших газах составляет (в пересчете к NO2): у дизелей 0,004 - 0,2 % по объему; у карбюраторных двигателей 0,01 - 0,3 % по объему.

Сера, содержащаяся в дизтопливе в большем количестве, чем в бензине, выбрасывается в атмосферу в форме диоксида серы SO2, который очень вреден для растений и неблагоприятно воздействует на дыхательные пути человека.

При концентрации сернистого ангидрида SO2 в воздухе воздействие на организм человека характеризуется: 0,0017 % по объему - раздражение глаз, кашель; 0,0007 - 0,001 % по объему - раздражение в горле; 0,004 % по объему -отравление через 3 мин; 0,01 % по объему - отравление через 1 мин. Сернистый ангидрид действует на печень, органы зрения, вестибулярный аппарат.

Хроническое отравление малыми дозами SO2 проявляется в виде головных болей, бессонницы, раздражения слизистых оболочек, а в некоторых случаях - хронического бронхита и конъюнктивита. Смесь SO2 и СО при длительном воздействии вызывает нарушение генетической функции человека /6/.

Содержание SO2 в отработавших газах дизелей составляет 0,003 - 0,05 % по объему.

Порог восприятия запаха человеком соответствует содержанию акролеина СН2=СН-СН=0 в воздухе 0,004 мг/л. Акролеин оказывает воздействие на слизистые оболочки /14/. Концентрация акролеина в воздухе: 0,0005 % по объему - трудно переносима; 0,002 % по объему - непереносима; 0,014 % по объему - приводит к смерти через 10 мин; 0,00008 % по объему - безвредна.

Формальдегид Н2СО раздражает слизистые оболочки, дыхательные пути, поражает центральную нервную систему /14/. При концентрации формальдегида в воздухе воздействие на организм человека характеризуется: 0,007 % по объему - легкое раздражение дыхательных путей и слизистых оболочек носа и глаз; 0,018 % по объему - осложнения; 0,00037 % по объему - безвредно.

С углеводородами парафинового и олефинового рядов связывают неприятный запах и раздражающие свойства отработавших газов. Продукты фотохимических реакций углеводородов с оксидами азота являются одной из главных причин характерного загрязнения атмосферы, получившего за рубежом название смог. Смог содержит высокоактивные недоокисленные вещества (оксидан-ты), вызывающие раздражение глаз, слизистых оболочек носа и дыхательных путей, приводит к хроническим заболеваниям. Содержащиеся в атмосфере компоненты смога (NOx, SOx, С1 и др.) взаимодействуют с парами воды с образованием кислот, которые могут выпадать в виде кислотных осадков и попадают в почву, а оттуда - в сельхозпродукцию /6/.

Среди низкомолекулярных СНХ наибольшей токсичностью отличаются углеводороды олефинового ряда (этилен С2Н4, пропилен СзН6, бутилен С4Н8), имеющие неприятный запах и вызывающие раздражение слизистых оболочек, многочисленные хронические заболевания сосудистой и нервной систем, поражение внутренних органов. Токсикологическое действие газообразных низкомолекулярных углеводородов СНХ выражается также в наркотическом действии на организм человека, вызывая состояние эйфории /6/.

Полициклические ароматические углеводороды являются носителями канцерогенных свойств отработавших газов. Наиболее опасным в этом отношении считают бенз(я)пирен.

Ароматические углеводороды и пыль могут привести к аллергическим заболеваниям. Полициклические ароматические углеводороды не выводятся из организма человека, а со временем накапливаются в нем, способствуя образованию злокачественных опухолей /13/. На частицах сажи адсорбируется хорошо растворимый в маслах, жирах и сыворотке крови 3,4- бенз(<я)пирен (С20Н12), воздействие которого на организм человека вызывает раковые заболевания /14/.

Содержание бенз(<я)пирена в отработавших газах достигает 10 мкг/м3 для дизелей и 10-20 мкг/м3 для бензиновых двигателей.

Полициклические ароматические углеводороды находят в смолах, экстрагируемых из нагаров и выхлопной сажи двигателей.

Сажа - твердый фильтрат отработавших газов, состоит в основном из частиц углерода. В количествах, характерных для отработавших газов ДВС (0,01 - 0,5 мг/л), углерод непосредственной опасности для здоровья человека не представляет. Основное значение сажи сказывается в ухудшении видимости и появлении неприятного ощущения загрязненности воздуха.

Сажа представляет собой механический загрязнитель носоглотки и легких /13/. Вредные для здоровья человека свойства сажи, выделяемой с отработавшими газами, обусловлены не углеродом, а другими веществами, сопутствующими ей. Например, с сажей выделяются канцерогенные углеводороды.

Уплотнения в подвижном сопряжении втулки цилиндра с поршнем далеко не абсолютны, и в процессе работы некоторая часть газов из рабочей полости цилиндра прорывается в картер двигателя. Отсюда во избежание чрезмерного повышения давления избыточные так называемые картерные газы выбрасываются в атмосферу, перепускаются в систему всасывания, либо отводятся в систему выпуска.

Так как вход в кольцевой зазор между поршнем и зеркалом цилиндра находится вне зоны горения, газы, прорывающиеся в картер, имеют состав свежего заряда. У карбюраторных двигателей в картер прорывается главным образом несгоревшая смесь, а у дизелей - чистый воздух. Картерные газы карбюраторного двигателя состоят из непрореагировавшей горючей смеси и продуктов сгорания в соотношении 4:1. Состав картерных газов у дизелей менее вредный, чем у карбюраторных двигателей. По сравнению с карбюраторными двигателями выделение с картерными газами углеводородов у дизелей в 50 раз меньше и не превышает 0,0014 - 0,052 % от расхода топлива в двигателе.

Количество картерных газов колеблется в весьма широких пределах в зависимости от индивидуальных особенностей каждого конкретного двигателя и резко возрастает по мере износа его деталей.

Содержание вредных микропримесей в отработавших газах дизелей, за исключением оксидов серы, не поддаются строгому расчету, и определяется путем химического анализа. Благодаря малой концентрации этих примесей, измеряемой десятыми, сотыми и тысячными долями процента, а также в связи со склонностью некоторых из них к необратимым и трудно поддающимся учету изменениям в процессе отбора и обработки проб, их химический анализ сопряжен с большими трудностями и не всегда дает желаемой точности.

Цвет продуктов сгорания (дымность) обусловлен выбросом с отработавшими газами жидких и твердых частиц, главным образом сажи. Оптическая плотность дыма, и оттенки его цвета (белый, голубой, сизый, бурый, черный) не определяются однозначно содержанием в отработавших газах сажи. Они зависят еще от ряда факторов, например, степени коагуляции сажи, формы и размеров выпускных агрегатов, сопутствующих примесей и т.п. В связи с этим дымность обычно характеризуется не содержанием в отработавших газах твердого фильтрата, а относительными величинами, основанными на определенном способе измерения.

Запах и раздражающие свойства отработавших газов обусловлены наличием в их составе определенных компонентов. Характер и интенсивность запаха, а также раздражающих свойств оценивают на основе субъективных ощущений человека (органолептическим методом).

На здоровье людей оказывают влияние и физические загрязнения. Шум в окружающей среде нарушает функции слухового аппарата, различные излучения действуют на сердечно-сосудистую и нервную системы.

Свойство отработавших газов вызывать раздражение слизистых оболочек горла, носа и особенно глаз также оценивают по субъективным ощущениям специально обученных для этого людей. Интенсивность раздражения глаз оценивается по четырехбалльной шкале: нет раздражения - легкое - среднее -сильное. Раздражающие свойства отработавших газов изучаются главным образом в связи с явлением общего загрязнения крупных воздушных масс, носящего название смог.

В Германии наилучшим для практики способом, обеспечивающим приемлемый уровень точности при оценке количества вредных выбросов, является моделирование с использованием данных о суммарных пробегах. При этом используются международные нормы, определяемые стандартом ISO 8178-4 /17/, и усредненные величины потребления дизельного топлива за 1 ч или на 1 км пути.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

По результатам исследований, проведенных в работе можно сделать следующие выводы:

1. Выполнен сравнительный анализ существующих теоретических и эмпирических методов контроля экологической безопасности транспортных дизелей, показана возможность их использования в системе ремонта и диагностирования тепловозов.

2. На основании анализа теоретических исследований и результатов экспериментального контроля экологических характеристик транспортных дизелей предложен качественный состав продуктов сгорания топлива в тепловозных дизелях.

3. Разработана методика, позволяющая рассчитать количественный состав продуктов сгорания топлива в тепловозных дизелях для заданных нагрузочных и скоростных режимов и используемого вида топлива.

4. Предложена методика расчета параметров рабочего цикла тепловозного дизеля по результатам стендовых испытаний двигателей или по результатам реостатных испытаний тепловозов.

5. Разработан алгоритм и программа для расчета экологических характеристик тепловозного дизеля по известному элементарному составу топлива и законам изменения термодинамических параметров рабочего тела в цилиндре двигателя.

6. Выполнена оценка адекватности разработанной методики по результатам сравнения расчетных значений с результатами реостатных и экологических испытаний.

1. Сковородников Е. И. Методы оценки и пути снижения экологического воздействия тепловозных дизелей на окружающую среду / Е. И. Сковородников. Омская гос. акад. путей сообщения Омск, 1995. - 104 с.

2. Симеон А. Э. Тепловозные двигатели внутреннего сгорания. Учебник для ВУЗов / А. Э. Симеон, А. 3. Хомич, А. А. Куриц. М., 1987. - 536 с.

3. Горбунов В. В. Токсичность двигателей внутреннего сгорания /

4. B. В. Горбунов, Н. H. Патрахальцев. М.: Изд-во Российского ун-та дружбы народов, 1998.-214 с.

5. ГОСТ 12.1.007-88. Вредные вещества. Классификация и общие требования безопасности. Введ. 89-01-01. - М.: Изд-во стандартов, 1989.

6. ГОСТ 12.1.005-88 ССБТ. Общие санитарно-гигиенические требования к воздуху рабочей зоны. Введ. 89-01-01. - М.: Изд-во стандартов, 1988. - 5 с.

7. Марков В. А. Токсичность отработавших газов дизелей / В. А. Марков, Р. М. Баширов, И. И. Габитов. М.: МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2002. - 376 с.

8. Бова Е. В. Сокращение выбросов в атмосферу // Железнодорожный транспорт. 1985. № 3.

9. Суворов С. В. Вредные вещества на железнодорожном транспорте /

10. C. В. Суворов, Р. Я. Штеренгарц. М.: Транспорт, 1986. - 176 с.

11. Копецки М. Об измерении состава выхлопных газов тепловозных дизелей //Железные дороги мира. 1999. № 8. С. 51 53.

12. Ю.Новиков J1. А. Технологии снижения вредных выбросов тепловозов // Двигателестроение. 1997. № 1-2. С. 49-51.

13. И. Смайлис В. И. Малотоксичные дизели / В. И. Смайлис. JL, 1972.128 с.

14. Смайлис В. И. Проблемы снижения токсичности и дымности отработавших газов дизелей / В. И. Смайлис // Двигателестроение. 1979. № 1. С. 19-21.

15. Морозов К. А. Токсичность автомобильных двигателей / К. А. Морозов. М.: Легион-Автодата, 2000. - 80 с.

16. Павлова Е. И. Экология транспорта / Е. И. Павлова, Ю. В. Буралев. -М.: Транспорт, 1998. 232 с.

17. Жегалин О. И. Снижение токсичности автомобильных двигателей / О. И. Жегалин, П. Д. Лупачев. М., 1985. - 120 с.

18. Теплотехника / ред. В. Н. Луканин. М.: Высшая школа, 1999.672 с.

19. Шульц Т. Моделирование вредных выбросов тепловозов и дизель-поездов // Железные дороги мира. 1999. № 8. С. 47-50.

20. Временные нормы и методы определения удельных выбросов загрязняющих веществ в атмосферу с отработавшими газами дизелей эксплуатируемых тепловозов / Минприроды СССР и МПС СССР. М., 1991. - 9 с.

21. Методические указания по определению влияния вредных выбросов от тепловозов на состояние атмосферного воздуха в районах железнодорожных станций и узлов / МПС СССР. М., 1987. - 41 с.

22. Сковородников Е.И. Научные основы технического и технологического обеспечения по снижению вредных выбросов тепловозов: дис. док. техн. наук : 05.22.07 : защищена 18.02.2000 / Сковородников Евгений Иванович. -Омск, 2000.-360 с.

23. Хватов В. Н. Пути снижения дымности отработавших газов автотракторных дизелей / В. Н. Хватов, Н. В. Логинов //Двигателестроение. 1991. № 5.

24. Вейнблат М. X. Снижение дымности отработавших газов форсированного дизеля на режимах холостого хода / М. X. Вейнблат, П. А. Федякин // Двигателестроение. 1990. № 11.

25. ГОСТ Р 30574-98. Дизели судовые, тепловозные и промышленные. Измерение выбросов вредных веществ с отработавшими газами. Циклы испытаний. Введ. 2000-01-01. - М.: Изд-во стандартов, 1999. - 15 с.

26. Паспорт. Газоанализатор IMR-1400PL.

27. Звонов В. А. Токсичность двигателей внутреннего сгорания / В. А. Звонов. М.: Машиностроение, 1973. - 199 с.

28. Стефановский Б. С. Испытания двигателей внутреннего сгорания / Б. С. Стефановский, Е. А. Скобцов, Е. К. Кореи. М., 1972. - 368 с.

29. Крутов В. И. Оценка дымности отработавших газов переходных процессов дизелей / В. И. Крутов, А. А. Кабанов //Двигателестроение. 1988. № 3.

30. Розенблит Г. Б. Метод и средства измерения дымности отработавших газов дизелей на переходных режимах / Г. Б. Розенблит, К. Н. Очередной // Двигателестроение. 1988. № 12.

31. ГОСТ Р 51250-99. Дизели судовые, тепловозные и промышленные. Дымность отработавших газов. Нормы и методы определения. Введ. 2000-0101. -М.: Изд-во стандартов, 1999. - 15 с.

32. Паспорт. Измеритель дымности стендовый ИДС-1.00.000. ПО г. Луганск.

33. Пункт экологического контроля. Руководство по эксплуатации. Утверждены Минприроды РФ в 1994 г.

34. ГОСТ Р 50953-96. Выбросы вредных веществ и дымность отработавших газов магистральных и маневровых тепловозов. Нормы и методы определения. Введ. 1997-07-01. - М.: Изд-во стандартов, 1996. - 10 с.

35. Жегалин О. И. Снижение токсичности автомобильных двигателей / О. И. Жегалин, П. Д. Лупачев. -М.: Транспорт, 1985. 120 с.

36. Варшавский И. Л. Сравнение токсичных выбросов двигателей ЗИЛ-130 с искровым и факельным зажиганием / И. Л. Варшавский, Б. Ф. Конев, В. Б. Кляцкин // Автомобильная промышленность. 1970. С. 3 -4.

37. Звонов В. А. Токсичность двигателей внутреннего сгорания / В. А. Звонов.-М., 1981.- 158 с.

38. Алемасов В. Е. Теория ракетных двигателей / В. Е. Алемасов, А. Ф. Дрегалин, А. П. Тишин. М., 1969. - 547 с.

39. Алемасов В. Е. Термодинамические и теплофизические свойства продуктов сгорания. В 2 т. Т. 1. Методы расчета / В. Е. Алемасов, А. Ф. Дрегалин, А. П. Тишин, В. А. Худяков. М., 1971. - 266 с.

40. Зельдович Я. Б. Расчеты тепловых процессов при высокой температуре / Я. Б. Зельдович, А. И. Полярный. М., 1947.

41. Нащокин В. В. Техническая термодинамика и теплопередача. Учебное пособие для вузов / В. В. Нащокин М.: Высшая школа, 1969. - 560 с.

42. Нормы предельных значений дымности отработавших газов тепловозных двигателей. Методы их контроля в эксплуатации. Утверждены Минприроды СССР и МПС СССР в 1991 г.

43. Панков Ю. Н. Меры по сокращению вредных выбросов тепловозных дизелей // Железнодорожный транспорт. Серия «Локомотивы и локомотивное хозяйство. Ремонт локомотива». 1992. Вып. 1. С. 36.

44. Методические указания по определению влияния вредных выбросов от тепловозов на состояние атмосферного воздуха в районах железнодорожных станций и узлов. -М., 1987. -41 с.

45. ГОСТ Р 51249-99 Дизели судовые, тепловозные и промышленные. Токсичность отработавших газов. Нормы и методы определения. Введ. 2000-01-01.-М.: Изд-во стандартов, 1999. - 12 с.

46. Термодинамические свойства индивидуальных веществ / ред. Л. В. Гурвич. М., 1962. - 1480 с.

47. Брук М. А. Инженерные основы эксплуатации двигателей внутреннего сгорания / М. А. Брук. Л., 1976. - 250 с.

48. Межерицкий А. Д. Турбокомпрессоры систем наддува судовых дизелей / А. Д. Межерицкий. Л., 1986. - 248 с.

49. Вопросы влияния параметров газовоздушного тракта на техническое состояние дизеля / Е. И. Сковородников, Д. А. Титанаков, С. В. Борисова, О. В. Балагин // Вестник инженеров-электромехаников железнодорожного транспорта / Самара, 2003. Вып. 1. С. 473 476.

50. Дизели: Справочник / ред. В. А. Ванштейд, Н. Н. Иванченко, Л. К. Коллеров. Л., 1977. - 479 с.

51. Володин А. И. Локомотивные двигатели внутреннего сгорания /

52. A. И. Володин. М., 1990. - 256 с.

53. Дизели. Справочник / ред. Р. Н. Михеев, Г. Г. Степанов, М. П. Юрке-вич. М.: Машиностроение, 1964. - 599 с.

54. Байков Б. П. Турбокомпрессоры для наддува дизелей. Справочное пособие / Б. П. Байков, В. Г. Бордуков, П. В. Иванов, Р. С. Дейч. Л.: Машиностроение, 1975.-200 с.

55. Теория двигателей внутреннего сгорания. Рабочие процессы / ред. Н. X. Дьяченко. Л., 1974. - 552 с.

56. Тепловоз ТЭМ2. Руководство по эксплуатации и обслуживанию / ПО «Брянский машиностроительный завод». М.: Транспорт, 1983. - 239 с.

57. Инструкция по эксплуатации двигателя K6S310DR для тепловоза ЧМЭЗ. В 2 т. Т. 2. Чехословакия. Прага: Дизелестроительный завод им. Вильгельма Пика. - 1983. - 240 с.

58. Инструкция по эксплуатации и уходу за тепловозами ЧМЭЗ. В 2 т. Т. 2А. Воздуходувка PDH 50V. Прага. - 1983.-50 с.

59. Володин А. И. Локомотивные энергетические установки. Курсовой проект / А. И. Володин, Е. И. Сковородников, С. М. Овчаренко. Омск, 2000. -40 с.

60. Блинов П. Н. Тепловой и динамический расчет двигателей внутреннего сгорания на ЭВМ «НАИРИ-2»: методические указания по курсовому проектированию / П. Н. Блинов, Е. И. Сковородников. Омск, 1982. - 44 с.

61. Вибе И. И. Новое о рабочем цикле двигателей / И. И. Вибе. М., Свердловск, 1962.-271 с.

62. Шелест П. А. Индикаторный процесс тепловозного дизеля // Вестник машиностроения. 2001. № 7.

63. Разлейцев Н. Ф. Моделирование и оптимизация процесса сгорания в дизелях / Н. Ф. Разлейцев. Харьков: Вища школа, 1980. - 169 с.

64. Михайлов В. И. Планирование экспериментов в судостроении /

65. B. И. Михайлов, К. М. Федосов. Л.: Судостроение, 1978. - 159 с.

66. Хартман К. Планирование эксперимента в исследовании технологического процесса / К. Хартман, Э. Лецкий, В. Шефер. М., 1977. - 446 с.

67. Ящерицын П. И. Планирование эксперимента в машиностроении / П. И. Ящерицын, Е. И. Махаринский. Минск, 1985. - 286 с.

68. Гмурман В. Е. Теория вероятностей и математическая статистика: учеб. пособие для вузов / В. Е. Гмурман. М.: Высшая школа, 2002. - 479 с.

69. Шаракшанэ А. С. Испытания сложных систем / А. С. Шаракшанэ, И. Г. Железнов. М.: Высшая школа, 1974. - 184 с.

70. Малов Р. В. Проблема уменьшения выброса вредных веществ тепловозами / Р. В. Малов // Железнодорожный транспорт. 1982. - № 5.

71. Двигатели внутреннего сгорания и экология. Редакционная статья // Двигателестроение. 1999. - № 2. - с. 43 - 44.

72. Иноземцев Н. В. Процессы сгорания в двигателях / Н. В. Иноземцев, В. К. Кошкин. М., 1949. - 254 с.

73. Орлин А. С. Двигатели внутреннего сгорания / А. С. Орлин, Г. Г. Ка-лиш и др.. М., 1951.- 134 с.

74. Володин А. И. Показатели процессов горения в тепловозном комбинированном двигателе / А. И. Володин, Ю. И. Каганович // Двигателестроение. 1983. № 1.С. 12-14.

75. Отбойщиков В. В. Повышение топливной экономичности тепловозов / В. В. Отбойщиков, Е. И. Сковородников, В. Т. Данковцев, С. В. Борисова. // Материалы науч. молодежной конф. / Омск: Изд-во ОмГГГУ, 2001. С. 239.

76. Толшин В. И. Снижение выбросов оксидов азота газодизеля путем рециркуляции охлаждаемых отработавших газов / В. И. Толшин, В. С. Епифанов, А. А. Фомин // Двигателестроение. 1998. № 2.

77. Смайлис В. И. Рециркуляция отработавших газов как средство сокращения выбросов азота дизелями // Снижение загрязнения воздуха в городе выхлопными газами автомобилей. М.: НИИавтопром, 1971. С. 118 126.

78. Муталибов А. Д. Работа транспортного двигателя на вводно-топливных эмульсиях: в 2 т. / А. Д. Муталибов, О. Д. Мурашов, Т. М. Махмудов и др. // Защита воздушного бассейна от загрязнения токсичными выбросами транспортных средств. Харьков, 1977. Т. 2.

79. Болотов А. К. Опыт снижения токсичности отработавших газов дизелей за счет подачи воды / А. К. Болотов, В. А. Лиханов, В. М. Попов и др. // Двигателестроение. 1982. № 7. С. 48 50.

80. Семенов Б. Н. Применение различных топлив в дизелях // Двигателестроение. 1997. № 1-2. С. 37-39.

81. Малов Р. В. Тепловоз: Экономичность и экологические характеристики / Р. В. Малов, М. Г. Шейнин, П. М. Егунов // Железнодорожный транспорт. 1986. № 12.

82. Мелиди Г. Е. Нейтрализация отработавших газов маневровых тепловозов / Г. Е. Мелиди, Ю. Н. Панков // Электрическая и тепловозная тяга. 1989. № 7.

83. Бучин В. Н. Обезвреживание дизельного выхлопа с помощью каталитических нейтрализаторов / В. Н. Бучин. М., 1969. - 247 с.

84. Богдаевский О. А. Пламенные нейтрализаторы дизельного выхлопа // Токсичность двигателей внутреннего сгорания и пути ее снижения. М., 1966. -450 с.

85. Укрупненные нормы времени на разработку и сопровождение программных средств (методический материал) / ГИЦ ПС ВТ МПС РФ. М., 2000. - 61 с.

86. Организация, нормирование и оплата труда на железнодорожномтранспорте: учебник / ред. Ю. Д. Петров, М. В. Белкин. М., 1998. - 279 с.

87. Трудовой кодекс Российской Федерации. № 197-ФЗ от 30.12.01.

88. Приказ МПС № 24Ц от 15.12.97 «О совершенствовании системы организации заработной платы работников, занятых в основной деятельности железных дорог». 47 с.

89. Экономика железнодорожного транспорта: учебник / ред. Н. П. Тере-шина, Б. М. Лапидус, М. Ф. Трихунков. М., 2001. - 600 с.

90. Трудовой кодекс по состоянию на 01 января 2004 года. Новосибирск, 2004. - 200 с.

91. Налоговый кодекс Российской Федерации: в 2 ч. М., 2004. - 544 с.1.= начало. конец сгорания1. М J

92. Расчет средних значений давления, температуры, коэффициента избытка воздуха, доли сгоревшего топливас10= 10";

93. Расчет конста реакций диссс тг равновесия циации газов

94. Расчет давления и температуры наддува, давления в начале сжатия

95. Расчет температуры в начале сжатияИ1.

96. Расчет показателя политропы сжатия гц методом половинного деления1. У>

97. Расчет давления и температуры конца сгорания1. Ру. Ту, Уу1. К(Г02> Кн20> ^N2. ^02

98. Ezzl КГ'2; Tmax = -10 *12;ртах = -10 ; sl04 = -10 ;slOl = 10 ; sl02= 10"руу, Туу