автореферат диссертации по энергетическому, металлургическому и химическому машиностроению, 05.04.02, диссертация на тему:Снижение вредных выбросов дизельных установок в перид испытаний

РГВ од

п. <5 «ордена "Знак почата" наутао-иеоледбвательскпй дцзвЛ1.ный институт

На правах рукописи

БЕИ1ШГЕЙН, Евгения Владимировна

УДК 621.436:621.43.058

СШЖЕШЕВ НРВДШХ ШЕР0С0В ДИЗЕЛШШС УСТАНОВОК В ПЕРИОД ИСПЫТАНИЙ

05.С4.С2 - топловыв двигатели

АНГОРЖРАТ диссертации на соискание ученой степе:га кандидата технических наук

Санкт-Петербург 1994

Работа выполнена в ордзна "Октябрьской революции'1 Производственном объединении "Звезда" и Центральном ордена "Знак почета" научно-исследовательском дизельном институте

Научный руководитель - кандидат технических наук О.А.ГЛАДКОВ

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор С.А.БАТУРИН кандидат технических наук В.Н.ЛОЖКИН

Ведущая организация - ЦНИИ пм. А.Н.Крылова

Защита диссертации состоится СО^^к-в -£0 часов в конференц-зале института на заседании специализированного совета К-134.02.01 по присуждению ученой степени кандидата технических наук при Центральном ордена "Знак почета" научно-исследовательском дизельном институте по адресу: 196158, г. Санкт-Петербург, Московское шоссе, д. 25, кор. 1

С диссертацией можно ознакомиться в технической библиотеке института

Отзывы на автореферат прост.) направлять в двух экземплярах, заверенные печать», по указанному адресу на имя ученого секретаря специализированного совета.

Автореферат разослан ¡и&£* 1994 г>

Ученый секретарь споциатпзпрованвого совета - к.т.н., с.н.с. Е.И.БОГДАНОВ

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблема. Важнейшим аспектом охраны природных ресурсов является защита атмосферного воздуха от загрязнения выбросами промышленных предприятий. Требования, гарантирующие "право каждого на благоприятную окружающую среду" отражены в Гл. 2,

о

ст. 37 и 42 Конституции России. В РФ действует закон "Об охране окружающей среды", предписывающий предприятиям осуществлять мероприятия по охране окружающей среды. Разработка эффективных способов подавления образования вредных компонентов и создание устройств для обезвреживания ОГ дизелей и ДГ в период испытаний являются одной из наиболее важных и'сложных проблем экологии дизелестроения.

Наиболее доступным и результативным, способом уменьшения- эмиссии вредных веществ с ОГ в период испытаний является воздействие на рабочий процесс дизеля с-помощь» присадок (воды и антидымных.) к топливу. Однако, несмотря на накопленный опыт, полученные .результаты и практические рекомендации весьма противоречивы. Широкое применение присадок вода (ВТЭ) и антидымных в период испытаний дизелей сдерживается недостаточной изученностью некоторых практических п теоретических аспектов и, как следствие, отсутствием единых обоснованных представлений о физикохимических механизмах воздействия присадок на горение в дизелях. Одним из пассивных методов нейтрализации ОГ дизелей, резервы которого не использованы полностью, является жидкостная нейтрализация ОГ.

изложенные соображения определяют актуальность представленного исследования. '

Цель работы. Улучшение экологических характеристик дизельных установок в период испытаний за счет предотвращения образования (с помощью присадок к топливу) и подавления эмиссии (методом жидкостной нейтрализации) вредных компонентов. ОГ.

Задачи исследования. Достижение указанной цели осущостшялооь

рч,№Яием следующих основных научно-технических задач:

проведение теоретического анализа и экспериментального исследования на дизеле особенностей участия присадки воды в процессе горэния ВГЗ в дизелях;

разработка модели воздействия антидимных присадок на основе щелочноземельных метаэдов па самообразование з дизелях с объемным типом смесеобразования по результата?.! теоретического и этав-рименталыюго исследований;

теоретическое и экспериментальное исследование образовштя в КС дизеля и выхода с ОГ дополнительных компонентов, в том числэ токсичных, при сжигании топлив с присадками;

разработка и исследование наиболее эффективных способов улуч-пэния экологических показателей дизелей с помощь» присадок к топливу с возможностью их адаптации к проведению стендовых испытал,!«

исследование влияния перевода дизеля на топливо с присадками на состояние и работоспособность деталей и узлов с учетом продолжительности заводских испытаний;

теоретическое п экспериментальное исследование возможности повытешш эффективности жидкостной нейтрализации ОГ дизелей в период испытаний за счет применения растворов окислителей.

Методы и объекты исследования. Экспериментальные наследован;) характеристик дизелей проводились на дизелях типа ЧЬ"1б/17 и '£( 18/йО в ОКЕ АО "Звезда", дизеле 10Дг120,7/2x26,4 на стенд;« ЗТД АО "В,!3". ¡.¡зсоспактроматрпчэские измерения в:иолчяч.:сь в Институте докеМрия РАН, спектроскопические исследования на Хлмиччс ком Хакучието СЛбГУ. Разработка мод-элйА участия води в город,;л Ш и су л х-фатного механизма воздействия пчлочкоземзлиих метал-юв на саздоЛтазоьачив в дизелях выполнена на основа фундамента 'Г.Ш тттнкй кинетики к тормог/'н^инкл, а такта ааадяза уе-л1,::гт 5:сол«доя?И!1К, мполкеачт Цй'Х1, 01ЫТУ, ДО "Звезда"

и друг шли отечественными. и зарубежными авторами.

Научная новизна. На основе исследования особенностей участия воды в процессах горения ВГЗ в-дизелях а кинетических дайнах разработана модель участия присадки воды в окислении углеводородов топлива. Экспериментально, на ОЦУ ЧЯ18/20, при горении ВТЭ, содержащей воду, обогащенную изотопом /г0 , получена количественная оценка степени участия воды в окислении топлива. На база положений химической термодинамики разработана и экспериментально подтверждена модель сульфатного механизма воздействия.щелочноземельных присадок на сажеобразование в дизелях о открытой КС типа Гос-сельмана. Экспериментально определен ряд активности воздействия металлов на сажеобразование в цилиндре дизеля с объемным счзсэоб-разованием. Разработан новый способ введения водорастворимых антидымных присадок в цилиндр дизеля в виде низкоконцентрпрованшк ВТЭ.

Практическая ценность. Выявленные физико-химические закономерности горения топлива с присадка-.я (воды и антидымными) позволяет целенаправленно осуществлять работы по"совершенствованию рабочего процесса в дизелях и разработке эффективных ачтпдааннх прлсадок.

Экспериментально подтверждена эффективность я возможность применения- ВГ.Э и топливо- и водорастворимых антидымных присадок при стендовых испытаниях дизелей 4118/20, ЧН16/17, ДОО,7/2x25,4.

Разработана методика :.»оторн1пс испытаний э:1фекташости г.'эгал-лосодвраширзс компонентов аятцдояшс присадок.

Опрод?лс-н состав продуктов горения барпйсодерка^пх аптилр'ч-нцх ¡тг.исадак, показано отсутств::э в н::х токсичного углекислого бария, зытале;:а зозиожчость ученьзекпя эмиссии отделов сори в езчзп с образозлл;.з-.? безгродиого серчоетслэго барш».

Разработана и апробирована ♦лоторакма зстпангегс у-опсаругимч

жидкостного нейтрализатора, обеспечивающего снижение эмиссии окислов азота на 70-75 %.

Выполненная работа явилась основой для разработки планов мероприятий по снижении вредных выбросов с 0Г во время стендовых испытаний дизелей ЧН18/20, ЧН16/17 в АО "Звезда"; ДН20,7/2x25,4 на ЗТД АО "ЕЛЗ"; ЧН36/45, ЧНЗб/40, ЧН23/30 в АО "ОТО" и может быть использована на предприятиях дизелэстроенпя, при эксплуатации дизелей в условиях ограниченного воздухообмена, разработчиками присадок к топливу.

Реализация работа. Результата" выполненного исследования внедрены в АО "Звезда" и на ЗГД АО' "БЕЗ" при проведении работ по переводу дизелей на ВТЭ и применению антидамных присадок в период стендовых: испытаний, в АО "ГУМО" при реализации программы внедрения ВТЭ и разработке систем газоочистки, в ЩЩИ при проведении работ по целевым программам и хоздоговорам. Внедрение подтверждено соответствующими актами.

Апробация работы. Основнш положения и результаты диссертационной работы докладывались на Всесоюзной научно-технической конференции "Альтернативные топлива в двигателях внутреннего сгорания" (Киров, Кировский сельскохозяйственный анетитут, май, 1988г.),' на расширенных заседаниях НТС отдела рабочих процессов двигателей ШЩИ в 1989-1993 гг.

Публикации. Материалы диссертации опубликованы в 4 научных статьях, 3 отчетах ПО "Звезда", 2 отчетах ЦШЩП о научно-исслодо-ватеяьских работах, руководителем или-ответственные исполнителем которых была автор, получен 1 патент РФ и положительное решение по заяпкз на изобретение.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пягл глгш, заключения, списка литературы и приложений. Работа со-лч.гк^т 153 страниц основного текста, 39 страниц с рнсуккаш, 27'

таблиц. Список литературы Еключает 167 наименований.

СОДЕРЕАНИЕ РАБОТЫ

Во введении показана актуальность выполненной работы, обоснованы выбранные направления исследования, сформулирован . основные положения диссертационной работы, вынесенные на защиту.

В первой глазе выполнен обзор и анализ работ, посвященных, оценке дизелей как источников вредацх Енбросов и уровня эмиссии вредных компонентов ОГ в период испытаний дизелей и ДУ. Рассмотрены особенности снижения выбросов вредных веществ с ОГ дизелей при проведении стендовых испытаний. Особое внимание в обзоре уделено анализу современного состояния и развития экспериментальных а теоретических исследований эффективности применения и механизмов воздействия присадок к топливу (воды и антядымннх) на рабочий процесс и образование продуктов неполного сгорания в дизелях.

Изучению процессов образования вредных веществ в КС дизеля, а также методам снижения их выхода с ОГ посвящено большое число работ, среди которых значительное место занимают труды отечественных ученых: В.Б.Свиридова, С.А.Батурина, В.И.Смайлпса, В.А.Зъо-нова, В.З.Махова, Н.Н.Иванченко, О.Н.Лебедева, Б.Н.Семенова, И.С. Корсаковой, А.М.Данилова,' О.А.Гладкова, Е.Ю.Лермана и некоторых других.

Относительно небольшие резервы малотоксичннх регулировок в условиях испытаний серийяой.продукции диктуют необходимость сочетания их с какими-либо иными методами либо замены последними. На регаяах обкатка наиболее эффективным средством воздействия на рабочий процесс дизеля с целью подавления образования вредных компонентов ОГ является применение присадок воды (ВГЭ)и антидымных.

При переводе дпзелей на ВГЗ основными тенденциями япляътся: У!' .V. -! Т, при уменьшении обшей продолжительности сгорания, снижение эмиссии МОк и скки. Для таких показателей работы ди-

зедя, как рта, , . dp/df, содержание СО,углеводородов в ОГ, ведущих закономерностей не обнаружено, так же как для величин оптимального содер&ания воды в НГЭ. 7казанные различия в результатах исследований объясняются как индивидуальными особенностями дизелей, так и недостаточной изученностью горения ВГЭ в дизелях и влияния различных факторов на этот процесс.

В настоящее время известно большое число работ, посвященных изучению механизма горения ВГЭ и понижения выхода продуктов неполного сгорания в присутствии присадки воды. Многие исследователи основной причиной считают явление "микровзрыва", сопровождающееся вторичным распиливанием топлива, или увеличение,суммарной поверхности испарения топлива в факеле ВТЭ.

Другие авторы существенную роль отводят химическому влиянии присадки воды на процесс горения углеводородного топлива в дизеле. Но не приводится каких-либо экспериментальных данных в пользу участия воды в химических процессах окисления топлива в дизелях. Изложенные соображения демонстрируют сложность физико-химических процессов смесеобразования и горения ВТЭ в цилиндре дизеля и неоднозначную оценку вклада различных факторов в их развитие.

Анализ работ, посвященных антидымным присадкам к топливу, по-кгзал существенные различия в экспериментальных результатах и рекомендациях авторов, что объясняется как разними условиями исследований, так и разнообразным, часто не публикуемым, составом присадок. В качестве основной тенденции, выявленной при использовании ант;щымных присадок к топливу, можно отметить снижение дьм-ности ОГ без изменения эффективных параметров рабочего процесса. Сообщается также о снижении выхода канцерогенных ПАУ и альдегидов. В настоящее время не существует общепризнанной и непротиворечивой гипотезы, объясняющей высокую эффективность щелочнозе-'.'¿лишх металтоз, н особенно бария, в снижения дамноетл ОГ длзом?

Одним из методов пассивного снижения эмиссии вредных веществ с ОГ дизелей, нашедшим широкое применение на транспортном и технологическом оборудовании в условиях ограниченного воздухообмена, является жидкостная нейтрализация. Проведенный обзор исследований показал, что данный способ предоставляет возможность ког.шгексяой очистки ОГ от ряда компонентов. Использование этого способа для нейтрализации ОГ дизелей в период испытаний может быть целесообразно лишь з случае эффективного улавливания окислов азота, что принципиально может быть осуществлено в результате применения в качестрй нейтрализующей жидкости растворов реагентов и создания конструкции нейтрализатора, обеспечивающей высокую эффективность гетерофазного взаимодействия. В этом случае может быть повышена эффективность очистки ОГ и от других компонентов.

В конце главы сделаны выводы о современном состоянии рассматриваемых, проблем, сформулированы цель и основные задачи исследования, определены основные пути их решения.

Вторая глава посвядана теоретическому исследованию механизма воздействия присадок к топливу (воды л антидымянх) на процессы образования продуктов неполного сгорания в дизелях а предпосылок возможности нейтрализации окислов азота ОГ.дизелей'водным растворов окислителя. '

Зоздчжтяне волн на процессы горения. В работе рассмотрены особенности участия воды в процессах окисления топлива при горении водогоп.т:;вных эмульсий в дизелях, связанные с идеальным -лера-мепнванг.ем сопоставимых количеств воды и углеводородов-при .имеющемся дефицита кислорода в объеме топливного факела. Исследование тормиччекой диссоциации компонентов топливо-паро-воздушной смеси з условиях КС дизеля (14С0 К<Т<2С0С К„'1 МПасР<10 ГЛГа) показывает, что наиболее г-нтенсивчо происходят процессы .распада молекул углеводародоз. Значения Кр (Крие00 - 5,2<М05) для них на

иного порядков выше, чем дня других реакций. Энергетические затраты (аН°) процессов самопроизвольного разрыва связей в молекулах воды и кислорода равны, а кинетические характеристики - константа равновесия (Кр) и'степень диссоциации Ы )- при одних я тех же условиях у воды даже предпочтительней, что говорит о высокой вероятности прямого взаимодействия продуктов диссоциации вода с молекулами и радикалами углеводородов топлива (рис. 1). Основные реакции, связанные с диссоциацией молекул воды, можно представить следующим образом:

НгО**НО->Н Н10^2Н-0 но^н+о

Ог+Их:н0+0 НО + 2Н (х)

ИгО *О = 2ИО и т.

Необходимо учитывать также непосредственное взаимодействие молекул воды, благодаря неспаренным электронам атомов кислорода, о углеводородными радикалами и другими органическими фрагментами, образовавшимися в результате предплаченных процессов: К/-Яг*Нг0 ^({¡ОН+ИгН Я3 + НгО ^г /(¿ОН * Н

*НгО = Р-Н-> НО Я5Н * НО ^ Я? +Н20 ('¿)

/?6 +НО X Яь0Н и т. д.,

где Я^ -г - алкильиые либо арильные радикалы.

На начальных стадиях процесса горения топливного факела в условиях дефицита кислорода данные реакции становятся предпочтительными. Наличие предварительного окисления приводит к резкому сокращению периода последующего горения (окисления) при смешивании с поступающем кислородом и к более полному сгорании топлива.

С целью обоснования выдвинутых положений был разработан способ количественной оценки участи* воды ВТЭ в процессах окисления топлива, основанный на анализе продуктов окисления топлива ( СО.,) при горечи ВГЗ, обогащенной водой, содержащей изотоп 0. С^огасйнае смоси и продуктов горения ппред-зячетск по .'рзрмулэ:

t A3-0.238s 'ftp KBos • M/20

~ /U-0,23Bif' (з)

где W - дога кислорода из воды ЯГЭ, участвующего в окислении топлива, %; А - количество вода в ВГЭ на 1 кг топлива, кг; Bt , В0 • BcS ~ Д°ля изотопа Л0 в кислороде воздуха, воды, обогащенной воды, %. Оценка эффективности участия воды ВГЭ в окислении углеводородов была осущестатена на основа определения обогащения лвуокиси углерода. Коэффициент обогащения С выражается через результаты масс-сцектрометраческого анализа двух проб - контрольной (nt) л обогащенной (Л2):

h _ fm * /ООО

Sc°*~ Га<ЧООО~ ' (4)

где ^ - относительное содержание изотопа 0 по принятой в масс-спектрометряя условной икале SM0W, %в. Располагая экспериментальным значением , и, рассчитав §dBa (при W = 100 %), можно определить долк кислорода воды, участвующую в окислении углеводородного топлива пра горении ВГЭ в КС дизеля:

' У (в)

J ¿00 - /

Воздействие мотал."осодержацлх псисадок на процессы горения. Анализ литературных данных и результаты комплексного экспериментального исследования позволили констатировать определяющую роль металла в процессах снижения сдхесодеряания ОГ и установить ряд активности металлов по их воздействию на дымность ОГ дизелей с открытой Ж типа Гессельмала: &а *Са з-Aft 'Со =»Сг ^ fe » Си - /1п г Ае » Ус, Л (б)

Устакоиеча корреляция между рядом (б) п изменением кристач-' лохи'лическнх радиусов переходных .металлов с Л/i по tin, что согласуется с 2х си ос ко кзйэстнши каталитическими свойствами. Показа-

,Ък.2С1?р

Зависимость степени диссоциации Ы) Н2С и 02 от температуры и давления

СрЭДи

Мольная энергия образования сульфатов некоторых металлов в условиях характерных для КС дизеля

но, что отсутствие влияния на термодинамику рабочего процесса (сохранение значений рта», 1е, Г с ) наряду с аномально высокой активностью^ и Са позволяет предположить особую роль их соединений (сульфатов) в снижении дымности ОГ дизелей.

, Модель сульфатного механизма воздействия щелочноземельных металлов на саяеобраэование в дизелях разрабатывалась с учетом температурного режима в камере сгорания дизеля, для случая объемного смесеобразования, характерного для КС типа Гессельмана.

Оценка возмокностп развития сульфатного механизма проводилась на основе положений химической термодинамики по величинам мольной энергии образования - энергии Гиббса(дбг, кДж/моль):

= лН-Тл$ , (7)

где лН - изменение энтальпии в процессе реакции, кДж/моль; Т -абсолютная температура. К; й£-разница между энтропяями продуктов реакции и исходных веществ, Дж/^/оль.К). Величина <4 <5 рассчитывалась для следующих реакций: Рв-Ь + 3

- В'- 2 02 ^т Ме£80<, (в)

1'тоговой схемой процесса является:

Оценивалась также возможность альтернативных процессов: образования окислов к сульфатов через окислн по схеме: //е£ * ОМебО

б * 02 ¿02 //¿¿0+00,. - (ю)

Рас^чэты про годились для .металлов (За, Са, Мс, Си, Мл, Ре, X, ¿п), которые чдае других рассматриваются в качестве ос:;озы антидымных присаюк. На р;:с. 2 предст.глтенч некоторые наиболее характерные зйр:'.с:у.'ости А & */(Т). расчеты Л & оСгячовашй сульфидов л окислов ¡.'етяллов, а т1тоз ^тогор'сс реакций образования суль<*«тов по-казнзакт, что гря 1> 1СОО К, характерной для большей части объема КС дизеля, возможно образование лишь сульфатов щелочных и щелочноземельных металлов, лрачх: чгрэз сада» 2заг.".5д?-стввл кстаала к сори тогллзп, о&ххэ прй Т»1ССС К (т.о. л з з*шх ос-

нобного сажеобразовашш)- сохраняют стабильность сульфатов только

соединении щелочноземельна* металлов свидетельствуют, что при Т=-1000 К сульфаты являются" единственным металлосодеркашам продуктом горения присадок и сохраняют свою стабильность при охлаждении ОТ в тактах расширения и выпуска.

Основными положениями модели сульфатного механизма является следующие: щелочноземельные металлы прирадок в основном оказывает влияние на выгорание сажи в КС дизеля, причем выгорание рассматривается как окисление элементарных сажевых частиц и их аредаест-веннияов. Кроме того, щелочноземельные приезда; блокируют через образование сулы|атов каталитическое влияние серы на процессы образования сажи. Активное воздействие присадок проявляется на протяжении периода видимого горения в широком интервала температур (Т»10С0 К), создающихся в КС дизеля. Щелочноземельные металлы реагируют с серой топлива с образованием сульфидов, которые затем окисляются до сульфатов. Неспаренные электроны кислорода сульфатной группировки реагпруюг с элементарными частицами сажи, выводя их. реакционные центры из'процессов роста структур, при этом большое значение приобретает и стерический фактор. Молекула сульфата как бы "расталкивает" элементарные частички сажи, препятствуя та сближению до реакционного расстояния (рис. 3) и превращению в конгломераты, что обеспечивает быстрое, и полно§ выгорание сажевых

—Г -г *• С-___

зародышей. —

—с — с— с ' \ / I/

Схема взаимодействия суль- \ / - I/

фата щелочноземельного-ме- - --1®

щелочноземельные металлы. При этом расчеты ¿6- образования ряда

талда с элементарными • структурами дизельной сажи

.В результате исследования получены также свидетельства иоЛп-т.;я иного иездгшзма в случае перехода«« м^тч.грэв и при Тб 1СС04К и обоснованы данные, полученные при исследованиях ачияяия присадок в открытых пламенах и не находишяие подтверждения в экспериментах на дизелях.

Жидкостная нейтрализация. Теоретическое изучение механизма гетэрофазноЗ нейтрализации компонентов ОГ пизелей показало пер-спектквность повышения эффективности жидкостной очистки за счэг применений растворов активных окислителей (типа пэрмаэтаната калия), Установлены основные закономерности нэйтрачизация раствором пермалганата калия наиболее токсичного компонента ОГ дизелей -окиси азота - инертного и плохо вастворимого соединения по реакции:

*5а>о,зигво, = змЛО)-.зхл/о^ ♦гнл/о3 <-гнго (ц)

Сделан вывод, что, благодаря характеру ОГ дизеля, автоматически создается и поддерживается опт:матьннй режим процесса при условии сохранения высокой концентрации окислителя. Указанный, способ нейтрализации ОГ дизеля раствором пермалганата калия создает также воз'язяаость.повшэняя зффвктйлностн улавливания окислов серы и ряда органических соединений, в том числа альдегидов.

В третьей главе дано оггаезниэ объектов и средств экспериментальных исследований,' особое-внимание уделено разработке специальна методик и способов проведения экспериментов. Экспериментальная часть работы выполнялась на дизч.тчх 1ЧН16/17, 1тГ!118/20, 42ЧН16/17 (?!5СЗВ), 6ЧН18/20 (отсек серийного дизеля М-1С1А). 12ЧЛ18/гО ('Л4С-1А) и 1Щ20,7/2х25,4 (1ШОС"0. Базовым топллвсм являлось дязтпллятное топливо Л02-61, ГОСТ ЗС5-82.

Методика определения степени участия присадки воды в окислении топ?ива пр.: гогзя.тя НГЗ в дтззлях основана на анатезе продуктов горзнпя НГЭ, года которой обогащена'изотопом Л0 . Правокатоз

описание схемы эксперимента, экспериментальных установок, методики отбора и разделения проб СГ применительно к дизелю 1ЧНХ8/20.

Методика исследования состава отложений из системы газошхпуо-ка дизеля, созданная с целью экспериментального подтверждения сульфатного механизма воздействия антидымных щелочноземельных присадок и оценки токсичности металлосодержащих продуктов"горения присадки в КС дизеля, разработана на основе методов теоретической а прикладной ПК-спектроскопии.

Приведено описание, конструктивная схема реализации и результаты апробации на дизеле 1ЧН18/20 способа введения водорастворимых присадок к топливу в виде низкоконцентрированных ВТЭ (изобретение по заявке Я 495538/06). Способ позьоляет расширить номенклатуру высокоэффективных антидымных присадок и исследовать влияние различных присадок на дымность ОТ в стандартизованных условиях.

Далее приводится описание конструкций и принципа действия иидкостных нейтрализаторов (ЗЕН), прототипом которых служила уста. новка, разработанная совместно ЩОДИ и ДШШцвзтметом и базирующаяся на эффекте "эрлифта". Модельная установка (?ДН), производительностью 50 л/мин использовалась для предварительных исследований нейтрализации ОГ дизеля 141116/20. Для практической реализации метода была разработана, изготовлена и проела гспыта-шя сошестно с дизелем 1ЧН18/20 установками, содер&ащзго.сборник сепарироьад-ной жидкости и дозатор реагентов (Патент ?Ф X 1С94949).

В четвортоР главе представлены результаты экспериментального исследования влияния присадок (воды л аятлдкмчнх) на рабочий процесс, токсичность и работоспособность дизелей при проведении их приработки.

Рр"садка веди. Экспэримэнтатьчоэ подтверждение участия кислорода вод« ь окислении топлчва при гооенки БТЭ в дизелях было по-

ап

лучено пги гооенли ВТЭ, содекса^ей воду, обогкзекнуэ изотопом и.

i! Л

Яйпользовалась стабилизированная 40 % ВХЭ» Содержание V/j О. "Я*воде ВГЭ составляло 0,98 %, В результате эксперимента и расчета*f'4) определено значение = 1.45 и доля кислорода воды, участву-

ющая в горении (5): =60%.

Антиднмнк^ присадки. Проведены сравнительные иен гааняя опытных образцов/присадок на дизеле 1ЧН16/17, /J =58,8 кВт, Я =

л t

2СС0 миа . ,"При исследовании изменения экологических параметров

дизеля 1ЧН18/20 (Ре = 67,4 кВт; П= 1550 мин--'-) в зависимости от

i

состава водорастворимых присадок разных классов, проведенном на базе стабилизированных низкокоицентрированных ВГЭ при содер&ашга активного фрагмента щм-гч^ок С = 0,0073 г-и/л топлива, показано, что' основное влиш-ша на данность ОГ оккзывают катионы металла (рис. 4). Установлен ряд активности воздействия металлов на процессы самообразования (б). Не выя&лено каких-либо закономерностей д.ля ингибиторов и интенсифакаторов горения, окислителей и восстановителей. В целом, полученные результаты подтверадают теоретические положения.

Цикл испытаний дизеля 1ЧН18/20 на о )'» НГЭ с водорастворимыми Во-, Са-, & -присадкам и ИХП-706 показал перспективность использования раствзротопливных эмульсии (РХЭ). Испытания нового способа введения антздимннх присадок в топливо на полноразмерном дизеле осуществлялись на тепловозном дизель-генератора 10ДН20,7/2x25,4 в радаах периодических испытан/Л 10Д10СМ. В результате исследований работы дизеля на дизельном топливе, ВГЭ и РТЭ, содержащей уксуснокислой бэрий (ряс. 5), показана высокая эй.ективпость енпаэ-ния дымности ОГ без ухудшения остальных показателей работы дизеля.

Детальное изучение влияния присадки на процессы сачеобразова-ния и извлечение параметров дизеля в условаях заводских стендовик коавтянлй ппщ-ол!:лось лл п;:з'»лях да 4415/17 и ЧНШ/20 i¡a up¡m-р~¡ За -чгмеацкк Я.Ш-7С0, содэржагЕив лр'лсодки во всех сучкях со-

Влияние катионов металлов па экологические параметра дизеля 1ЧН16/20 на номинальном режиме, расход топлива и стабильность ВТЭ(Е)

Рис. 4

ставляло 0,5 £ (0.СС73 г-и Во на 1 л топлива). Проведены испытан/я: дизеля 1ЧН1С/17 на ревдмах вгитовай а внеией характеристик, обсач наработка - 15 часов (1Сч ~ ка режгмэ полной шцяоста); полноразмерного дизеля 42ЧН1С/17 строго по рехлчзд програ'.ыы на приработку и сдачу !Л5СЗБ, обзая наработка- - 30 часои; дизеля 6ЧН18/20 (отсек серийного .'.МОХА), обсая наработка - 2С0 часов. ;;с"лэдованпя показали, что бариевая присадка элективно (Е 9С %) снижает сахесодсраанке ОГ длаелой (рис. С) и практически не оказывает слияния на термодтаачгчесгие у. з^ектн-пыо параметры рабочего процесса р, ^.

Работоспособность уз-мчй Нт тогтлчвэ с г:гксагка'.д: (воды и ач-тпдымиыуу.). В результата лабораторных испытаний около 4С образцов

2 Зэк.2017p

Изменение параметров дизаля 424116/17 при работе на топливе о ¡>т( • прлсадкой 1Ш1-7С6 по бинтовой характеристике

НГЬ Ю 3

А

10 íо го

г/от

2<а ¡¡о

; \р'

•

4

£

>

4 А

г у г

к \

*

\& 1

\

'С

№

¡100 гоо

_г_

1 3 2 /

О

-о—топливо оез присадки;

—I—топливо с ьриоэдкой

1ооо Поо ¡ш то 1Ы» гооо _л_,

^ „ ни*-'

Рас. 6

Пзмзнзние эффективности и гидравлического сопротивления ХП ггри различном расходе газов

Ем У.

ВО 10 -[О

50 _

' км.с.

"погр

= 5

140 мм

Рис. 7

эмульгаторов выбраны наиболее перспектиачне кочпозтеш', стж.Я1лз-' *оров ЗГЭ. Рекомендуемое содержание кэждого компонента не более 0,5 испытаниями дизелей: 14316/17 на режлйах приработки (обшля наработка 163 часа, на ВТЭ - 99 часов) и 12ЧН18/20 (общая наработка 457 часов, 305 часов на ВТЭ) установлено, что износы деталей ЦШ', состояние деталей ТА и других узлов в пределах требований ТУ для базового топлива, дефектов прецэзионных пар не обнаружено. Заметно уменьшилось количество и прочность отложений на днище поршня.

Опенка работоспособности деталей и узлов в результате применения антидымной присадки ИХП-706 проводилась при испытаниях дизелей: 1ЧН16/17; 4241116/17; 6ЧН18/20 (режимы и наработка указаны выяе). Установлено уменьшение количества салистых отлояе.чий и нагара и появление на деталях белого налета. При этом состояние и работоспособность деталей и узлов дизелей не выходили за пределы ТУ.

Результаты спектрофотомэтрического определения состава белого налета из системы газовыпуска дизеля М503Б показали, что единственным барийсодеряащим продуктов горения присадки является сульфат бария (34,2 - 3,5^). Полученный рэзультат свидетельствует ¡3 пользу сулысашого механизма выгорания смш в КО дизеля. Установлено отсутствие каких-либо дополнительных токсичных «етамоводор-жаягх продуктов.

Пятая глава содэрхнт результаты исследования счигон-ля тотсочч-ности ОГ дизеля №18/50 методом жидкостной нейтрализации. Лспн-тання лротодялпсь совместно с модельной и опытной устряоякада XII, аалолпатшю раствором пермаяганата калия {НМяф . Оценивались Э'Хфзктизность нейтрализации 0х (£щ) и гидравлическое "Сопротивление ТЛ (&р„) в злзясймосте от Уог (1:11с. 7). Лсслчпзва-лось вяочио кп конструктЕшях гзпенчнчй Н1, кислотностл,

температуры p¿,r = iwp-;, /¿г , Суя, , наличия сажи в растворе, даи-1 тельности. расотл ?í!l, накопления продуктов решений в растворе. Установлено: = 60f75 %; повышение £ ¿o, при увеличении и-растворе, CWí в ОГ, снижении Vor, улучшении контакта газ-жидкость; сохранение величины в широком интервале температур (25{70° С); возможность автоматического выхода НИ на режим через 30-50 млн работы совместно с дизелем и сохранения высокой Емо* в течение £ 30 часов при подключенном блоке обогащения реагентом. В результате исследований разработан проект регламента на создание установки ХН ОГ днзоляйЮН18/20.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. На основе теоретического исследования особенностей участия присадки воды в горении ВГЭ в дизеле, связанных со структурой и составом высокоцептрнрованншс ВГЭ и температурным режимом в КС, обоснована роль воды а продуктов ее диссоциации в окислении углеводородов в условиях дефицита кислорода в объеме топливного факела. Предложена схема основных уравнений реакций.

2. Экспериментаторе исследование на дизеле 1ЧН18/20 и расчет, проведенные по разработайте.; в диссертации методикам, подтвердила теорет;'.ческпз полокекия и показали, что не менее 50 % молекул воды участвовало в окислении углеводородов топлива.

3. На основе анализа параметров рабочего процесса при переводе дизеля на топливо с антидилной присадкой, характера взаимодействий в КС дизеля, результатов расчетов с применением уравнений химической термодинамики диг ряда конкурируй:-1: процессов и ,1язи-ко-химических констант продуктов реакцл;: предложена модель сульфатного ыеханпзма воздействия цэлочноземелъных присадок па самообразование в дизелях с обьеммич типом смесеобразования.

Сульфаты затрудняет реакщш "экду элемента кшю частичка'.:]!

; с?ри п зге предшественниками, препятствуя их росту и создают cfv-■ ' » ■ \ f рические помехи агрегатированию частиц. Оба Диктора облепаят доступ кислорода и способствуют быстроглу л полному выгоранию частиц па ранних стадиях формирования.

4. Теоретические положения подтверждены результатами исчкта-ниП дизелей тина ЧН16/17 и ЧН18/20.

Установлен рта актирности метал то в но их влиянию на дншость ОГ дизеля с открытой Ж типа Гессельмана, расположение в котором щелочноземельных металлов соответствует сульфатному механизму, а переходных - коррелирует с их кристалдохимическими радиуса-га. Единственным -содержащим продуктом горения бариевой антидымной прясздхп з КС дизеля является сульфат,: .какие-либо дополнительные токсичные продукты отсутствуют, что имеет также ватное практическое значение.

5. Исследованиями работы высокооборотных дизелей 1ЧН16/17, 42ЧН16/17, 1ЧН18/20, 6ЧН18/20 на топливо с бариевой присадкой установлено надежное и эффективное снижение дымностл ОГ (до 8C-S0 %\ в ток числе при работе по программе приемо-сдаточных испытаний, при сохранении эффективных параметров дизелей.

6. Разработанный способ снихения дшности ОГ дизелей (Изобретение по заявке )t 4955538/06) путем подачи растворотоплквных эмульсий в цилиндр дизеля прешел апробацию на дизелях 1ЧН18/20.И 1СДП20,7/2x25,4 и позволил предложить эффективный и экономичный метод снижения дымности ОГ дизелей.

7. Анализ эксплуатационных свойств и воздействия на работоспособность датачеЯ и узлов высокооборотных дизелей типа 1ШЗ/17 и ЧИ18/2С присадок к топливу показал•возможность надежной и длительной работы дизеля но стабилизированных ВГЭ л длстяллятном топливе с антиднмте.:;! присадками, при этом состояние деталей и узлов соответствовало ТУ. Предложены образцы тогляворастяор:»««

fcOiyjIUdtOpOB.

8. Теоретическое исследование гетэрофазной нейтрализации ОГ показало перспективность жидкостной очистки ОГ растворами активных окислителей, причем необходимые условия процесса создаются автоматически при пропускании ОГ дизеля через раствор.

9. Разработана и запатентована (Патент РФ ¡1 1694949) конструкция нейтрализатора ОГ ДВС, позволяющего автоматически выходить на режим и поддерживать в течение длительного времена (не менее 30 часов) высокую эффективность нейтрализации 01'.

10. Экспериментальными исследованиями на ОЦУ ЧН18/20 совместно с установками ЕН установлены высокая степень нейтраллзациа /\№f (60-80 %) и основные закономерности процесса нейтрализации.

Материалы диссертации опубликованы а следующих работах:

1. Глздков O.A., Алиев З.Э., Бернштейк В.В. Антида.шач присадка ;Ш!-?06 - эффективное средство для сокращения выброса саги при испытании дизелей // Двягателестроение. - 1984. ,'?.7. С. 51-52

2. Гладков O.A., Еернг.тейн Е.В. Сравнительные испытания антл-дымных присадок с соединениями различных металлов // Двигетзле-строение. - 1989. * 3. С. 53-54.

3. Гладков O.A., Еернитейн В.В., Виноградов Д.П. Характер воздействия водотопл^вной эь^льспи на процессы сгорания топлива в дизеле // Двигателзстроение. - 1989. " 10. С. 1G-12, 33.

4. Бернштейн Е.В.,'Гладг.ов O.A. Уменьшение врзлдих выбросов дизелей при их стендовых йсП'/тениях: Обзор. - Сзргл 4. - Z3C; БШ1. 2. - Н.: Ш:КТЗатя?:.маи. - 1939, 28 с.

_ 5. Гладков O.A., Бэрнате»! S.3., С':а"и;:с 3.1!., Новиков i.A. Нейтрализатор отработавших газов двигатглч внутреннего сгорания. Петек? PI' 1691949. - 19Е9.

С. Гладкоз O.A.,.Еерястейи 3. "г.эсоб с.нж:ен:;я джпосгл о?-

р-Иботавазх газов дизелей. - Изобретение по заявка .1 KSiifHB'X'*. i991.

7. Гладков О .А., БзшвзвЯч Е.В. Анализ газтачных способ>я нейтраллзапаи токвячных коютояентов отработавших газон днз<по!! • я рнбо? йэиболйэ перспектгвнах для етацяонаряых систем оппсг:' ОГ дизелей типе ЧН16/17 и тИ13/20. - Отчет о 'HP ПО "Звезда", » гос. шг. 01.35.0. 071280. - Л., 1505, т. 1 - 88 е., т. 2 -

121 О.

0. Гладков О.А., Рернитейн В.В. Проектирование и изготовлен:::; модельных установок, испытание различите систем нейтрализации ОГ С обеспечение сиияеячя содержания окислов азота и углерода не менее, чем з два раза). - Отчет о НИР НО'"Звезда", JS гос. per. 01.85.0. 071280. - Л., 1983, 26 с.

9, Гладков О.А., Рернштейн Е.В. Проведение длительных испытаний оптимальной системы нейтрализация ОГ, разработка технического . задания на проектирование опытно-про-,«пленной установки. - Олчот о КЛР ПО "Ззезда", К гос. per. 01.85.0. С71280. - Л.,'1987, 52 с.

10. ГлалгЛв О.А., Бериптейн S.B. Технико-экономическая оценка мероприятий ио снияеш® вредных выбросов от испытательных стендов. - Отчг-т о ШЕР ЩГЛДЯ, № гос. per. 01.90.0.' 053365. - Л., 19Э0, 89 с.

11. БзрнвтеЯл Е.В. Рачработкч p^mwrntptna пэ сокращен;® вредных ьнбрэсов от пепытательтех стеной1! запоет "Дчягвталь р-роте-к;и". - Отчет о ЧЖ ШШ. fi гос. per. 019J.О 019567. - СПб.,

1591, 90 о.