автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.01, диссертация на тему:Способ и устройство снижения токсичности отработавших газов дизельных двигателей

На правах рукописи

Олейник Дмитрий Олегович

СПОСОБ И УСТРОЙСТВО СНИЖЕНИЯ ТОКСИЧНОСТИ

ОТРАБОТАВШИХ ГАЗОВ ДИЗЕЛЬНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ

Специальность: 05.20.01 — Технология и средства механизации сельского хозяйства

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук

Рязань 2009

- 3 ДЕК 2009

003486128

Работа выполнена на кафедре «Сельскохозяйственные, дорожные и специальные машины» ФГОУ ВПО «Рязанский государственный агротехнологический университет имени ПА.Костычева»

Научный руководитель: кандидат технических наук,

доцент

Тришкин Иван Борисович

Официальные оппоненты: доктор технических наук,

профессор

Латышенок Михаил Борисович

кандидат технических наук, доцент

Малька Игорь Валерьевич

Ведущее предприятие: Государственное научное учреждение

«Всероссийский научно-исследовательский институт механизации агрохимического и материально-технического обеспечения сельского хозяйства Российской академии сельскохозяйственных наук»

Защита состоится « » декабря 2009 г. в часов на заседании Диссертационного совета Д 220.057.02 при ФГОУВПО «Рязанский государственный агротехнологический университет имени П.А. Кос-тьгчева» по адресу: 390044, г. Рязань, ул. Костычева, д. 1, конференц-зал.

Объявление о защите и реферат размещены на сайте ФГОУ ВПО РГАТУ — www.rgatu.ru — «_<£_» ноября 2009 года. С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГОУ РГАТУ.

Автореферат диссертации разослан « Ю » ноября 2009 г.

Учёный секретарь диссертационного совета кандидат технических наук, доцент

Шемякин А.В.

Общая характеристика работы

Актуальность темы. Оптимальные параметры микроклимата, а так же отсутствие вредных и токсичных веществ в воздухе рабочей зоны закрытых помещений является одним из неотъемлемых условий здорового и высокопроизводительного труда работников предприятий. Одной из причин, вызывающих нарушение воздушно-газового режима атмосферы помещения, и, как следствие, влекущей за собой ухудшение условий труда и качества продукции, является эксплуатация мобильной сельскохозяйственной техники в закрытых производственных помещениях. В качестве силовых агрегатов на неё устанавливаются дизельные двигатели обладающие меньшей токсичностью и большей экономичностью по сравнению с бензиновыми, но, тем не менее, их использование способствует накоплению в воздушной среде помещений токсичных компонентов отработавших газов (ОГ), действие которых негативно сказывается на здоровье обслуживающего персонала.

В диссертационной работе предложен способ и устройство, позволяющее значительно снизить токсичность ОГ дизельного двигателя внутреннего сгорания и уменьшить уровень шума его работы, что особенно важно при эксплуатации мобильного энергетического средства (МЭС) в закрытых помещениях. Разработанное устройство оказывает незначительное влияние на эффективные показатели работы дизельного двигателя и обладает малым газодинамическим сопротивлением.

Цель работы — разработать способ и устройство снижения токсичности отработавших газов дизельных двигателей и снижения уровня шума, путем установки в систему выпуска жидкостного нейтрализатора (ЖН), обеспечивающие процессы улавливания, химического связывания и нейтрализации токсичных компонентов и сажевых частиц в аэрозольной камере во время движения вихревого потока, проходящего обработку нейтрализующим раствором, подаваемьм под давлением, с учетом текущего режима работы двигателя, с последующим разделением потока на фазы и сепарации токсичных компонентов и сажи в центробежном каплеуловителе.

Предмет исследований - воздушная среда закрытых помещений сельскохозяйственного назначения, загрязняемая токсичными компонентами ОГ при выполнении в них механизированных работ с использованием МЭС, оснащенных дизельными двигателями.

Объект исследований - устройство для очистки ОГ дизельного двигателя, состоящее из ЖН, устанавливаемого в систему выпуска трактора и включающего аэрозольную камеру, эжекторное устройство, центробежный каплеуловитель и электронного блока управления, датчиков положения коленчатого вала и рычага всережимного регулятора двигателя, блока-измерителя температуры, бака с жидкостным насосом и бака для сбора загрязненного нейтрализующего раствора.

Методика исследований - основана на использовании современных методов и измерительных приборов. Для замера токсичности отработавших газов использовался газоанализатор МЕТА «Автотест С0-СН-С02-0г-^-N0*», для замера дымности ОГ дизеля использовался измеритель дымности

МЕТА-01МП, скорость газового потока замерялась термоанемометром АТТ-1004, уровень шума работы трактора фиксировался измерителем шума и вибрации ВШВ-003-М2, расход топлива расходомером СИРТ - 1.

Теоретические исследования выполнялись на основе законов газовой динамики, современной теории статистического анализа и методики планирования эксперимента. При разработке опытной модели ЖН были получены зависимости, позволяющие достичь оптимальных конструктивных и технологических параметров работы системы влажной очистки ОГ дизельного двигателя.

Оптимизация конструктивных параметров и обработка экспериментальных данных производились с помощью современного программного обеспечения методами математической статистики с применением ЭВМ.

Научная новизна заключается в разработке системы влажной очистки ОГ и снижении уровня шума работы дизельного двигателя МЭС, за счет установки вместо штатной системы выпуска ЖН. Новизна предложенных технологических и технических решений подтверждена патентами РФ на полезные модели № 77353, № 83292, № 86665.

Практическая ценность и реализация работы. Разработанная и испытанная конструкция устройства для очистки ОГ, устанавливаемого вместо штатной системы выпуска дизеля Д—120, позволяет снизить токсичность ОГ МЭС по окислам азота на 40%, по углеводородам 43%, по саже на 70%, уровень шума его работы в закрытых помещениях на 16-20%, и обладает при этом малым газодинамическим сопротивлением. Применение данной системы очистки ОГ на МЭС, работающих в закрытых помещениях, позволяет значительно улучшить условия труда рабочего персонала и незначительно отражается на мощностных и топливно-экономических показателях силового агрегата, снижение мощности двигателя Д-120 трактора Т-30, оснащенного модернизированной системой выпуска при снятии внешней скоростной характеристики в среднем составило 1,6%, крутящего момента -1,5%, увеличение удельного расхода топлива -1,8%.

Производственная проверка работы системы очистки ОГ производилась в одном из тепличных блоков ОАО Рязанский Тепличный комбинат «Солнечный», в складских помещениях ОАО «Рыбновская сельхозтехника» Рязанского района Рязанской области, ООО «Золотой колос» Рязанского района Рязанской области, ООО «Агроводдорстрой».

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены и обсуждены на Всероссийской научно-практической конференции молодых ученых и специалистов «Инновации молодых ученых и специалистов - национальному проекту «Развитие АПК», Рязанская государственная сельскохозяйственная академия имени П.А. Косгычева г. Рязань 2006., III Международной научно-практической конференции «Научное пространство Европы 2007» 2007., «Инновации в области земледельческой механики». Международной научно-практической конференции, посвященной 140 - летию со дня рождения В.П. Горячкина

2008., 59-й научной конференции профессорско-преподавательского состава, аспирантов и студентов. Рязанский государственный агротехнологический университет имени П.А. Костычева г. Рязань 2008., Всероссийской научно-практической конференции «Проблемы инновационного развития агропромышленного комплекса» 20-21 октября 2009 г., ФГОУ ВПО Ижевская ГСХА, 2009., «Всероссийский конкурс на лучшую научную работу среди аспирантов и молодых ученых высших учебных заведений Министерства сельского хозяйства Российской Федерации» 2009 г., номинация «Технические науки»., «Зворыкинский проект» программа Федерального агентства по делам молодежи, 2009 г.

Защищаемые положения:

- способ снижения токсичности и дымности ОГ дизельных ДВС путем установки в систему выпуска дизельного двигателя трактора ЖН;

- конструктивно - технологическая схема устройства для очистки ОГ дизельных ДВС от токсичных компонентов и сажи и снижения уровня шума от работы двигателя трактора;

- теоретические зависимости, обосновывающие оптимальные конструктивные и технологические параметры работы ЖН;

- экспериментальные зависимости, определяющие степень очистки ОГ, от расхода нейтрализующего раствора подаваемого в ЖН при различных режимах работы двигателя;

- результаты производственных испытаний и внедрение способа и устройства для снижения токсичности, дымности ОГ и уровня шума работы дизельного двигателя трактора при выполнении механизированных работ в закрытом помещении.

Публикации. Основные положения диссертационной работы опубликованы в 7 печатных работах, в том числе получено 3 патента РФ на полезную модель.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из реферата, введения, четырех глав, общих выводов, списка литературы, включающего 102 источника, в том числе 12 на иностранных языках, приложений. Работа изложена на 220 страницах машинописного текста, из которых основной текст содержит 184 страницы, включающий 53 рисунка и 17 таблиц.

Содержание работы

Во введении приведен анализ основных направлений негативного воздействия мобильной сельскохозяйственной техники на воздушно-газовый режим атмосферы закрытых сельскохозяйственных помещений, влекущих за собой ухудшение условий труда и состояния здоровья работающего в них персонала, качества производимой сельскохозяйственной продукции, здоровья сельскохозяйственных животных. Изложена актуальность темы и сформулирована цель настоящей диссертационной работы. Приведены положения, выносимые на защиту, представлены основные результаты полученные в работе.

В первом разделе «Анализ способов и средств снижения токсичности отработавших газов дизельных двигателей внутреннего сгорания» проведен анализ ныне существующих способов и средств снижения токсичности ОГ дизельных двигателей внутреннего сгорания и выявлен ряд преимуществ нейтрализации токсичных компонентов, по сравнению с такими способами как применение альтернативных топлив, применение присадок к топливу, изменение конструкции двигателей и совершенствование рабочего процесса. Кроме того, были выявлены преимущества применения влажного способа очистки ОГ, по сравнению с каталитическим и термическим способами, в условиях сельскохозяйственного производства.

Проведенный анализ способов и средств снижения токсичности и дымности отработавших газов дизельного двигателя среди наиболее значимых в этой области научных трудов, таких авторов как: ВЛ. Аксенов, И.С. Бреховских, ИЛ. Варшавский, В.А. Лиханов, В.А. Звонов, П.Д. Лупачев, В.Ф. Некрашевич, В.Д. Дудышев и др., выявил ряд преимуществ использования ЖН в системе выпуска дизельного двигателя в качестве эффективного способа снижения токсичности и дымности ОГ. Применение данного способа не требует внесения существенных изменений в конструкцию дизельного двигателя и позволит сохранить габаритные размеры МЭС.

Исходя из изложенного, была сформулирована цель настоящей работы и поставлены следующие задачи исследования:

- определить степень загрязнения воздушной среды теплицы токсичными компонентами ОГ дизельного двигателя при выполнении механизированных работ с использованием трактора;

- проанализировать динамику состояния воздуха теплицы при работе естественной вентиляции и определить условие безопасного использования трактора, при котором количество токсичного вещества в воздушной среде теплицы не превысит предельно-допустимых концентраций;

- разработать конструктивно-технологическую схему устройства для очистки ОГ, устанавливаемого в систему выпуска дизельного двигателя трактора;

- провести лабораторные испытания дизельного двигателя на различных скоростных и нагрузочных режимах работы и определить степень влияния ЖН на снижение дымности и токсичности ОГ двигателя, а также снижения уровня шума работы двигателятрактора;

- провести производственные испытания трактора с установленным в системе выпуска ЖН в закрытом помещении и оценить эффективность его работы;

- экономически обосновать эффективность внедрения способа и устройства очистки ОГ дизельного двигателя трактора в производство.

Во втором разделе «Теория процесса влажной очистки отработавших газов дизельного двигателя внутреннего сгорания в жидкостном нейтрализаторе» представлен теоретический анализ динамики загрязнения атмосферы теплицы токсичными компонентами ОГ от дизельного двигателя

при выполнении механизированных работ с использованием МЭС, приведена конструктивно-технологическая схема устройства для очистки ОГ дизельных двигателей внутреннего сгорания, даны расчеты основных параметров элементов ЖН: аэрозольной камеры, сепарационной камеры центробежного каплеуловителя, эжекторного устройства, центробежного завихрите ля лопаточного типа; произведен теоретический расчет сепарации токсичных компонентов и сажевых частиц в центробежном каплеуловителе, расход нейтрализующего раствора на очистку ОГ, расчет газодинамического сопротивления ЖН.

Главным условием, при котором возможно использование МЭС в помещении теплицы, является такое соотношение между количеством токсичных компонентов, выбрасываемым дизельным двигателем и их разбавление таким количеством чистого воздуха, при котором концентрация этих компонентов не превысит ПДК, установленные санитарными нормами, имеет вид

re 1, > ^,г/м3 (1)

Vb

где [С]; — ПДК/-го вредного компонента в атмосфере теплицы, г/м3, K¡ -выделение /-го вредного компонента двигателем трактора, г, Vb -'объем воздуха теплицы, в котором распространяется токсичное вещество, м3.

При этом концентрация ТВ в воздушной среде теплицы определяется следующей зависимостью

C0 + ^-^-t<[C], Ъ)

уь

где С 0 - начальное содержание ТВ в воздухе теплицы, г/м 3., С г -концентрация рассматриваемого ТВ в ОГ дизеля, г/м3, Мг - количество ОГ, образующихся при работе дизеля трактора, м3/с, t — время работы трактора в помещении теплицы, с.

При работе в помещении теплицы тракторов семейства Т-30, оснащенными дизельными двигателями Д—120, условие безопасного использования мобильного энергетического средства будет иметь вид:

^М^п (з)

где п - обороты коленчатого вала двигателя трактора, об/сек, Кд -коэффициент, учитывающий рабочие параметры двигателя, Vh - рабочий объем двигателя, л.

Одним из наиболее приемлемых путей выполнения данного условия является снижение токсичности и дымности ОГ дизеля.

С целью определения конструктивных параметров камер ЖН, необходимо знать максимальный расход ОГ двигателя при работе дизеля на номинальных режимах. Именно в этих диапазонах работы дизельного двигателя наблюдается максимальная токсичность и дымность его ОГ, а,

следовательно, максимальная концентрация окислов азота, углеводородов и сажи в их составе.

Расход ОГ при работе дизеля на режиме номинальной мощности равен: , 22,4-Нн-М2

то-дн-ие 'м/с

где Q н — низшая удельная теплота сгорания топлива, Дж/кг, це — эффективный коэффициент полезного действия дизеля, Ын - номинальная мощность двигателя, кВт.

При этом общее количество продуктов сгорания 1 кг дизельного топлива определяется как:

I \ С С Н 0Т\ Н 0Т

Т2+Т"зг;]+Т"зг'км0ль (5)

2 1 0,21

где а - коэффициент избытка воздуха, 0,21 - объемное содержание кислорода в 1 кг воздуха, С, Н, От - массовые доли углерода, водорода и кислорода в элементарном составе топлива,.

Конструктивно-технологическая схема устройства для очистки отработавших газов дизельных двигателей внутреннего сгорания представлена на рисунке 1.

Устройство работает следующим образом. ОГ от дизельного двигателя поступают из выхлопного коллектора во впускной патрубок аэрозольной камеры. Проходя через конический завихритель, установленный во впускном патрубке, поток газа приобретает направленное вращательное движение. Затем вихревой поток проходит обработку нейтрализующим раствором форсунками 7, установленными радиально в корпусе аэрозольной камеры 5. Впрыск аэрозоли осуществляется с частотой работы двигателя и регулируется электронным блоком управления 19. Одновременный впрыск эмульсии тремя форсунками 7 придает дополнительный вращательный импульс движущемуся потоку. Процессы улавливания, химического связывания и нейтрализации токсичных компонентов и сажевых частиц, содержащихся в ОГ, совершаются при непосредственном контакте между выходящими ОГ и мельчайшими каплями нейтрализующего раствора, разбрызгиваемого форсунками 7 аэрозольной камеры 5, посредством чего достигается развитая поверхность их контакта, что позволяет осуществить заданное изменение состояния ОГ в объеме ограниченном аэрозольной камерой 5, в течении малого промежутка времени. Процесс осаждения сажевых частиц и токсичных веществ на каплях жидкости обусловлен массой жидкости, развитой поверхностью капель и высокой скоростью движения частиц жидкости и сажи в корпусе и выпускном патрубке аэрозольной камеры. Эффективность осаждения в значительной степени зависит от равномерности распределения жидкости, подаваемой форсунками 7, по сечению аэрозольной камеры 5.

Рисунок - 1. Схема устройства для очистки отработавших газов дизельных двигателей внутреннего сгорания

Пройдя аэрозольную обработку, ОГ выводятся из корпуса 5 аэрозольной камеры через выпускной патрубок и, пройдя через эжектор 10, смешиваясь с атмосферным воздухом, поступают во впускной патрубок центробежного каплеуловителя 11, где, проходя через конический завихритель двухфазный газожидкостный поток приобретает направленное вращательное движение, при этом жидкая фаза и уловленные ею посторонние не газообразные примеси под действием центробежных сил сепарируются на внутренней стенке корпуса центробежного каплеуловителя 11, а пар и очищенный газ поступают в выпускной патрубок. Жидкая фаза, в виде тонкой пристеночной пленки, продвигается по корпусу центробежного каплеуловителя 11 и попадает в полость между выпускным патрубком и корпусом 11 и удаляется через трубу для отвода жидкости. Очищенная газовая фаза выводится через выпускной патрубок в атмосферу.

Для компенсации недостаточной степени очистки ОГ, при работе двигателя в режиме повышенной нагрузки, времязадающая цепь 2, определяющая время нахождения форсунки в открытом состоянии, содержит потенциометрический датчик положения регулятора 6 топливного насоса. Ползунок датчика 6, жестко связанный с основным рычагом регулятора, при его перемещении, в случае возникновения перегрузки, изменяет сопротивление датчика 6 и всей времязадающей цепи 2, за счет чего блок таймер 18 увеличивает время нахождения форсунки 7 в открытом состоянии и как следствие увеличивает количество поступающего в единицу времени нейтрализующего раствора.

Для улучшения показателей очистки ОГ на режимах номинальной и повышенной нагрузки, времязадающая цепь 17, определяющая время

нахождения форсунки в открытом состоянии, содержит блок-измеритель температуры ОГ 13 (рис. 2), установленный в корпусе выпускного патрубка 12 центробежного каплеуловителя 10.

Основным элементом блока-измерителя температуры отработавших газов 13 является микросхема-термодатчик с линейной зависимостью выходного напряжения от температуры типа К1019ЕМ1.

Рисунок 2. - Схема устройства для очистки отработавших газов дизельных двигателей внутреннего сгорания с блоком-измерителем температуры.

В данном варианте конструкции из состава устройства для очистки ОГ исключается эжекгорное устройство, так как атмосферный воздух, подсасываемый им и перемешивающийся с ОГ, снижает информативность и как следствие эффективность работы блока-измерителя температуры, за счет дополнительного понижения их температуры.

Суммарные гидравлические потери в аэрозольной камере можно выразить следующим образом

IV: > (6>

2g 2g d 2 g 2 g 2 g

Суммарные гидравлические потери в центробежном каплеуловителе можно выразить следующим образом

где а- коэффициент неравномерности распределения скоростей струй ОГ по сечению;

У„ -скорость потока ОГ в соответствующем сечении камеры, м/с;

Л - коэффициент гидравлического трения выхлопных газов.

Суммарные гидравлические потери в аэрозольной камере при подаче в нее орошающей жидкости можно выразить следующим уравнением

Я = £ (8)

где суммарные гидравлические потери в сухой аэрозольной камере; Акж— гидравлическое сопротивление аэрозольной камеры при подаче в неё орошающей жидкости.

Гидравлическое сопротивление обусловленное орошающей жидкостью рассчитывается по формуле:

ДА.

''У2-о ,

Рж | _ (9)

2

где 4Ж ~ коэффициент гидравлического сопротивления, обусловленный вводом жидкости; т - удельный расход орошающей жидкости.

Внутренний диаметр рабочей зоны аэрозольной камеры £>2 рассчитаем по следующей формуле:

(Ю)

Исходя из этого условия, вычислим длину аэрозольной камеры ЖН по следующей формуле:

£ = (И)

где / -время пребывания ОГ в активной зоне ЖН, с.

Площадь активного сечения сепарационной камеры центробежного каплеуловителя ЖН, быть вычислена формуле:

^•Э^м2 (12)

0Г} ; т

где 52 - общая площадь активного сечения ЖН, м2;

У'огз - скорость потока ОГ в сепарационной камере, м/с. Исходя из этого условия, вычислим длину сепарационной камеры по следующей формуле:

1з=2,5-1>з,м (13)

Расход ОГ при работе дизеля на режиме номинальной мощности равен:

Общее количество продуктов сгорания М21 кг дизельного топлива будет равно:

Н °т

М2 =а-Ь0 + — --^-.кмоль (15)

Расход топлива двигателем трактора составит:

От =Агя-Яе-Ю"3,кг/ч (16)

Потребное количество нейтрализующего раствора составит:

' л _22,4-Ст-М1-Кр.ра Ур-ра- ^^ , М/МИН (17)

где К р.ра - безразмерный коэффициент отражающий пропорциональность между количеством ОГ и потребным для его очистки объемом нейтрализующего раствора.

Произведя необходимые преобразования и приведя все величины входящие в формулу к размерности м3/мин получим:

Qp-pa=^1Ъ^Wъ^Nи^qв■M1■Kp_pa, ^/мин (18)

Подставив значение М2 в выражение (35) получим расход нейтрализующего раствора

6^=3,73-10 •ъ-Мн-дв-(а-10+^-^уКр_рау/мш1 (19)

Поток ОГ в центробежном каплеуловителе, можно представить в виде двухкомпонентного газа: самого газа и «сажевого газа», состоящего из конгломератов сажевых частиц. Частицы сажи имеют диаметр </ и плотность рв. Предполагая, что «сажевый газ» подчиняется законам кинетической теории газов, запишем вязкость «сажевого» газа:

игЯ ,

Цс = —,м2/с (20)

где и - средняя скорость движения частицы.

Масса частицы т равна:

тпР р*

= —~,мг (21)

Численная концентрация сажевых частиц будет равна:

(22)

Средняя длина свободного пробега сажевой частицы с учетом распределения по относительным скоростям соударяющихся частиц определяется из выражения

Я=Ш>м <23)

Эффективная площадь сажевой частицы при столкновении

сгс =лй1 (24)

Рассмотрим движение частицы в анизотропном по вязкости закрученном двухфазном газо-сажевом потоке, в котором вязкость среды в осевом и тангенциальном направлениях равна вязкости чистого газа (рис. 3), а для радиального направления - направления сепарации частиц сажи вязкость равна вязкости двухфазной газо-сажевой среды ц^. Газ движется поступательно вдоль оси>> и вращается.

Профиль тангенциальной скорости газа иг в случае потенциального

безвихревого движения подчиняется уравнению:

иг-К"=сГ; (25)

где п - показатель степени.

На частицу «сажевого газа» будут воздействовать следующие силы:

- центробежная сила

_m-Ul

(26)

направлении T,=37t-fJi-ks-d-(Uc-Ul),

сила

сопротивления к,

-силатяжести G-m-g, кг(27) Рисунок 3. - Силы действующие на частицу в анизотропном по вязкости закрученном двухфазном газо-сажевом потоке.

- сила сопротивления при движении в газовой среде в тангенциальном

(28)

при движении в газовой среде в рсевом направлении Тх = Ъя ■ ■ кг ■ d • (fVc - W2), (29)

- сила сопротивления при движении в газовой среде в радиальном направлении Тг = 3ж• цг_п -ks-d-{Vc- FJ, (30)

где кг - коэффициент формы частицы.

U - тангенциальная компонента скорости частицы;

W-осевая компонента скорости частицы;

К-традиальная компонента скорости частицы.

Уравнение для осевой скорости сажевых частиц в проекции на диаметральное сечение улавливающего устройства:

w = g±b1QA+c.txp{_bt) (31)

Ь

В третьем разделе «Лабораторные исследования устройства снижения токсичности отработавших газов и уровня шума работы дизельного двигателя трактора» представлена программа и методика проведения исследований, приведено описание экспериментальной установки, измерительных приборов и оборудования и результаты проведенных экспериментов. Статистическая обработка полученных данных осуществлялась с применением программного комплексов «Statistika» и «Microsoft Excell» с помощью ПЭВМ ШМ PC.

Лабораторные исследования проводились на базе лаборатории испытаний тракторов и автомобилей Автодорожного факультета Рязанского государственного агротехнологического университета. При проведении испытаний загрузка двигателя Д-120 трактора Т-30 осуществлялась через трансмиссию беговыми барабанами диагностического стенда КИ-8927.

1 - трактор Т-30, 2 - экспериментальная модель устройства для очистки отработавших газов, 3 - беговые барабаны.

Рисунок 4. - Общий вид лабораторной установки при испытании трактора на диагностическом стенде КИ-8927.

Для оценки ряда мощностных и экономических показателей работы дизельного двигателя Д-120 трактора Т-30 в лабораторных условиях был проведен ряд опытов.

1 - выпускной коллектор, 2 - аэрозольная камера жидкостного нейтрализатора, 3 - бак для утилизации отработавшего нейтрализующего раствора, 4 - центробежный каплеуловитель, 5 - гофрированный шланг с электрической проводкой, 6 - шланги для подвода нейтрализующего раствора, 7 - шланг для отвода отработавшего нейтрализующего раствора из корпуса центробежного каплеуловителя.

Рисунок 5. - Общий вид лабораторной установки при испытаниях трактора на режиме свободного ускорения (а), вид снизу (б).

По результатам исследований были получены графические зависимости, определяющие основные мощностные и экономические показатели работы дизеля трактора со штатной и модернизированной системами выпуска ОГ. Данные графические зависимости представлены на рисунках 6, 7 и 8.

да - 751 l48ZW,377Э^>^7122в6e-5n,

310

300 1200

1300

1400

1500

1600

1700

1800

1900

п. мин .част» ппаш колончатого tan митталя

• штатная система ёе = 751,4823-0,3773-л+7,2286£-5/1г О модернизированная система г, =760,3931-0,3818-и+7,3143£-5л2 Рисунок 6. - Графическая зависимость изменения удельного расхода топлива & от изменения частоты вращения коленчатого вала двигателя при работе со штатной и модернизированной системами выпуска ОГ.

17.8

17JB

| 17<4

| 17*

f 17Л !

£ ад

Na -17^5764)J0Q26TH1 £774E-en*

16JB

16.4 1200

/

/

1900

1300 1400 1SOO 1800 1700 1800 n, м«"'.частота >P*чми* голанатого вала двигателя

О штатная система Ne = 17,2576-0,0026 • и+1,5774£ - 6п2 • модернизированная система Ne = 17,5829-0,0026-и+1,067£-6и2 Рисунок 7. - Графическая зависимость изменения мощности двигателя трактора Т - 30 Ne, от изменения частоты вращения коленчатого вала двигателя при работе со штатной и модернизированной системами выпуска ОГ.

ЮО 1400 1500 1600 1700 1600

п, мин"1 .частота в решения коленчатого «ала двигателя

• штатная система вт = 8,9109 - 0,0045 • п + 8,5741£ - 1пг О модернизированная система бт = 8,0891 - 0,0046 • п + 8,7429£ - 7п2 Рисунок 8. - Графическая зависимость изменения количества расходуемого топлива (?г, от изменения частоты вращения коленчатого вала двигателя при работе со штатной и модернизированной системами выпуска ОГ.

В результате статистической обработки экспериментальных данных были получены математические модели, определяющие зависимость расхода нейтрализующего раствора, от расхода топлива и степени очистки отработавших газов от каждого из токсичных компонентов.

Я„-ЛСМУ ) = 292,8312+3,519^-2.0191^ +0.0105Лг2 -0.0122%, +0.0036?2 " " / мин

Рисунок 9. - Графическая зависимость расхода нейтрализующего раствора, от расхода топлива и степени очистки отработавших газов от окислов азота.

При оснащении системы выпуска дизеля ЖН, максимальные пороги звукового давления на всех замеренных частотах находились в норме, а снижение уровня шума относительно штатной системы выпуска трактора составило 12-15%. По мере роста расстояния от двигателя трактора степень снижения уровня звукового давления растет и, при удалении микрофона

измерителя на 5 м от дизеля трактора, разница уровня шума между штатной и модернизированной системой выпуска составила не менее 16-20%.

вр-^Умиг? = 298,932 + 4,0726^-2.168+ 0.0127Л^2 -0.0146%, + 0.004ё*

Рисунок 10. - Графическая зависимость расхода нейтрализующего раствора, от расхода топлива и степени очистки отработавших газов от углеводородов.

В четвертом разделе «Производственная проверка работоспособности устройства для очистки отработавших газов дизельного двигателя и оценка эффективности его внедрения» представлена программа и методика производственной проверки, приведены ее основные результаты и определен экономический эффект от внедрения предлагаемого устройства снижения токсичности ОГ и уровня шума работы дизельного двигателя МЭС.

Производственная проверка характеристик устройства для очистки ОГ проводилась в ОАО Рязанский Тепличный комбинат «Солнечный», на один из тракторов универсального типа семейства Т-30 было установлено разработанное устройство для очистки ОГ дизельного ДВС, состоящее из опытного образца ЖН, включающего в себя аэрозольную камеру, эжекторное устройство и центробежный каплеуловитель, электронного блока управления, блока коммутации, бака с нейтрализующим раствором, жидкостного насоса, бака для загрязненного нейтрализующего раствора.

Во время проведения эксперимента трактор выполнял различные транспортные работы по вывозу растительных остатков и завозу свежего грунта в теплицу. При этом дизельный двигатель трактора работал в широком диапазоне скоростных и нагрузочных режимов, соответствующих разным степеням токсичности ОГ.

По результатам производственной проверки разработанной системы очистки ОГ дизельного двигателя можно судить о значительном снижении содержания ТВ в атмосфере теплицы после выполнения машино -тракторным агрегатом механизированных работ. При этом концентрация токсичных веществ в атмосфере теплицы снизилась по саже на 22,4% бенз (а) пирену на 18%, а сумме углеводородов на 14 %.

Расчеты экономической эффективности показали, что применение

разработанной системы очистки позволяет снизить общий экономический ущерб здоровью обслуживающего персонала на 279118 рублей в год на один трактор, обслуживающего одну теплицу при общем объеме воздушной среды 111000 м3.

Экономический эффект от применения одного трактора Т-30 с модернизированной системой выпуска отработавших газов дизельного двигателя составляет 175481 руб./год при сроке окупаемости нового оборудования около полугода.

Общие выводы и рекомендации производству.

1.Установлено, что в процессе выполнения трактором механизированных работ в тепличных блоках ОАО Рязанский Тепличный комбинат «Солнечный» значительно возрастают концентрации токсичных веществ, содержащихся в ОГ дизельного двигателя, которые через 2 часа после начала работы трактора в помещении теплицы при неработающей естественной вентиляции превышают предельно-допустимые концентрации по саже в 12,5 раз и бен(а)пирену в 8,93 раза, а сумме углеводородов в 6,83 раз, что затрудняет использование трактора внутри теплиц особенно в осенне-зимний период. При работающей естественной вентиляции после двух часов работы трактора концентрация токсичных веществ достигнет предельного допустимых значений по саже через 6 часов, по бенз(а)пирену и сумме углеводородов через 4 часа.

2. В ходе проведения механизированных работ в помещении теплицы при работающей естественной вентиляции определено условие безопасного использования МЭС, для выполнения которого необходимо снизить токсичность его ОГ.

3. Разработана конструктивно - технологическая схема устройства для очистки ОГ дизельного ДВС, включающая в себя жидкостной нейтрализатор, состоящий из аэрозольной камеры, центробежного каплеуловителя и эжекторного устройства, электронного блока управления, форсунок для подачи нейтрализующего раствора, датчиков контролирующих положения коленчатого вала двигателя и положение рычага всережимного регулятора ТНВД, блока измерителя температуры с операционным усилителем и блока формирователя тока заряда, жидкостного насоса.

4. Теоретически доказано, что процесс нейтрализации токсичных компонентов ОГ дизельного ДВС в жидкостном нейтрализаторе определяется рядом факторов, таких как эффективное орошение потока ОГ нейтрализующим раствором, коагуляция капель нейтрализующего раствора и сажевых частиц в более крупные образования и сепарация капель нейтрализующего раствора, токсичных компонентов и сажевых частиц. Кроме того теоретически доказана зависимость между расходом нейтрализующего раствора, количеством ОГ, количеством и составом топлива, подаваемого в цилиндры.

5. Предложенный способ и разработанная система очистки ОГ дизеля трактора позволяют значительно снизить концентрации токсичных веществ в

воздушной среде теплицы по сравнению со штатной системой выпуска трактора по сумме углеводородов на 40%, бенз(а)пирену на 38%, а сажи на 52%, в составе отработавших газов концентрации токсичных веществ снижаются по окислам азота на 40%, по углеводородам 43%, по саже 70%, а уровень шума работы двигателя снижается на 16 - 22%.

6. Расчеты экономической эффективности показали, что применение разработанной системы очистки позволяет снизить общий экономический ущерб здоровью обслуживающего персонала на 279118 рублей в год на один трактор, обслуживающего одну теплицу при общем объеме воздушной среды 111000 м3.

7. Экономический эффект от применения одного трактора Т-30 с модернизированной системой выпуска ОГ дизельного двигателя составляет 175481 руб./год при сроке окупаемости нового оборудования около полугода.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах.

- в рецензируемых изданиях, рекомендованных ВАК РФ:

1. Олейник, Д.О. Паспорт профессионального здоровья работника агропромышленного комплекса / Д.О. Олейник, И.Б. Тришкин, B.C. Генералов // Вестник ФГОУ ВПО «Московский государственный агроинженерный университет имени В.П. Горячкина». -2008. - № 2 (27). ISSN 1728-7936

2. Олейник, Д.О. Устройство для очистки отработавших газов двигателей внутреннего сгорания / И.Б. Тришкин, Д.О. Олейник // Вестник ФГОУ ВПО «Московский государственный агроинженерный университет имени В.П. Горячкина». - 2009. - № 1 (32). - с.66 - 68. ISSN 1728-7936.

- в других научных изданиях:

3. Олейник, Д.О. Нейтрализатор для очистки отработавших газов дизельных двигателей [Текст] / Д.О. Олейник И Ежемесячный научный журнал «Молодой ученый». - 2009. -№ 5. - с.9 - 13. ISSN 2072-0297

4. Олейник, Д.О. Устройство для очистки отработавших газов дизельных двигателей с автоматическим регулированием режима работы [Текст] / Д.О. Олейник // Ежемесячный научный журнал «Молодой ученый».

- 2009. -№ 8. - с. 17 -20. ISSN 2072-0297

5. Олейник, Д.О. «Паспорт здоровья» работника агропромышленного комплекса / Д.О. Олейник, B.C. Генералов // Материалы III Международной научно - практической конференции «Научное пространство Европы - 2007». - Том 5. Биологические науки. Химия и химические технологии. Экология. Сельское хозяйство. Ветеринария. - Днепропетровск: Наука и образование, 2007. - 104 с. ISBN 966-7191-99-0.

6. Олейник, Д.О. Конструктивно-технологическая схема устройства для очистки отработавших газов дизельных ДВС [Текст] / И.Б. Тришкин, Д.О. Олейник // Ежемесячный научный журнал «Молодой ученый». - 2009. -№ 9. - с.17 - 21. ISSN 2072-0297.

7. Олейник Д.О. Жидкостной нейтрализатор для очистки отработавших газов дизельных двигателей внутреннего сгорания [Текст] / Д.О. Олейник // Всероссийская научно-практическая конференция «Проблемы инновационного развития агропромышленного комплекса» ФГОУ ВПО Ижевская ГСХА 2009.. - с.206 -211.

- в патентах РФ:

8. Пат. 77353 Российская Федерация, МПК F01N 3/02. Устройство для очистки отработавших газов двигателей внутреннего сгорания [Текст] / Тришкин И.Б., Олейник Д.О.; заявитель и патентообладатель ФГОУ ВПО Рязанская государственная сельскохозяйственная академия имени профессора П.А. Костычева (RU). - №2008115609/22 ; заявл. 21.04.2008 ; опубл. 20.10.2008, Бюл. № 29. -2 с. : ил.

9. Пат. 83292 Российская Федерация, МПК F01N 3/02. Устройство для очистки отработавших газов двигателей внутреннего сгорания [Текст] / Тришкин И.Б., Олейник Д.О.; заявитель и патентообладатель ФГОУ ВПО Рязанский государственный агротехнологический университет имени П.А. Костычева (RU). - №2008148586/22 ; заявл. 09.12.2008 ; опубл. 27.05.2009, Бюл. № 15. — 2 с. : ил.

10. Пат. 86665 Российская Федерация, МПК F01N 3/02. Устройство для очистки отработавших газов двигателей внутреннего сгорания [Текст] / Тришкин Й.Б., Олейник Д.О.; заявитель и патентообладатель ФГОУ ВПО Рязанский государственный агротехнологический университет имени П.А. Костычева (RU). - №2009113715/22 ; заявл. 14.04.2009 ; опубл. 10.09.2009, Бюл. №25.-2 е.: ил.

Олейник Д.О.

Способ и устройство снижения токсичности отработавших газов дизельных двигателей

Автореферат диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук

Подписано в печать: 16.11.2009 Формат 60x84/16. Объём 3 пл. Печать ризографическая. Тираж 100 экз.

Отпечатано в Редакционно-издательском центре (ИП Володин Д.Ю.) Рязань, ул. Горького, д. 32. Тел. (4912) 95-28-95

Реферат.

Перечень условных обозначений и терминов.

Введение.

1. Анализ способов и средств снижения токсичности отработавших газов дизельных двигателей внутреннего сгорания.

1.1 Влияние работы мобильных энергетических средств в закрытых помещениях на условия труда персонала и качество производимой продукции.

1.2 Состав и токсичность отработавших газов дизельных двигателей.

1.3 Предельно-допустимые концентрации вредных веществ и современные экологические стандарты.

1.4 Современные способы и средства снижения токсичности отработавших газов двигателей внутреннего сгорания.

1.4.1 Применение присадок к топливу.

1.4.2 Нейтрализация токсичных компонентов отработавших газов.

1.4.2.1 Термическая нейтрализация.

1.4.2.2 Жидкостная нейтрализация.

1.4.2.3 Каталитическая нейтрализация.

1.4.2.4 Комбинированные системы нейтрализации.

1.4.3 Применение альтернативных видов топлива.

1.4.3.1 Компримированный природный газ.

1.4.3.2 Сжиженный природный газ.

1.4.3.3 Сжиженный нефтяной газ.

1.4.3.4 Биотоплива.

1.5 Анализ исследований проведенных по проблеме снижения токсичности ОГ дизельных двигателей.

1.6 Обоснование выбора снижения токсичности отработавших газов дизельных двигателей.1.

1.7 Анализ конструкций жидкостных нейтрализаторов отработавших газов дизельных двигателей.

1.8 Постановка проблемы, цель работы и задачи научного исследования.

2. Теория процесса влажной очистки отработавших газов дизельного двигателя внутреннего сгорания в жидкостном нейтрализаторе.

2.1 Теоретический анализ динамики загрязнения атмосферы теплицы токсичными компонентами отработавших газов от дизельного двигателя при выполнении механизированных работ с использованием МЭС.

2.2 Конструктивно-технологическая схема устройства для очистки отработавших газов дизельных двигателей внутреннего сгорания.

2.3 Расчет газодинамического сопротивления жидкостного нейтрализатора.

2.4 Расчет геометрических параметров аэрозольной камеры ЖН.

2.5 Расчет геометрических параметров сепарационной камеры центробежного каплеуловителя жидкостного нейтрализатора.

2.6 Расчет количества нейтрализующего раствора потребного для очистки отработавших газов в ЖН.

2.7 Расчет количества отработавших газов дизельного двигателя трактора при проведении механизированных работ в теплице.

2.8 Расчет основных параметров эжекторного устройства.

2.9 Расчет количества воздуха, подсасываемого эжектором.

2.10 Расчет параметров сепарации токсичных компонентов и сажевых частиц в центробежном каплеуловителе.

2.11 Расчет основных параметров центробежного завихрителя лопаточного типа.

2.12 Определение температуры ОГ на выходе из эжектора.

2.13 Выбор абсорбирующих компонентов входящих в состав нейтрализующего раствора.

Выводы.

3. Лабораторные исследования способа снижения токсичности ОГ и уровня шума от работы дизельного двигателя трактора на выпуске в ЖН.

3.1 Программа лабораторных исследований.

3.2 Методика проведения лабораторных испытаний.

3.3 Результаты лабораторных исследований.

3.3.1. Результаты исследований влияния установки в системе выпуска трактора Т-30 жидкостного нейтрализатора на эффективные показатели работы двигателя.

3.4 Обработка результатов лабораторных исследования.

3.5 Результаты измерений уровня шума работы двигателя трактора.

Выводы.

4. Производственная проверка работоспособности и эффективности конструкции устройства для очистки отработавших газов дизельного двигателя и экономический эффект от его внедрения.

4.1 Производственная проверка работоспособности и эффективности работы устройства для очистки ОГ дизельных двигателей внутреннего сгорания.

4.1.1 Программа и методика проверки.

4.1.2 Результаты производственной проверки эффективности работы системы очистки отработавших газов.

4.2. Экономический эффект.

4.2.1 Расчет экономического ущерба, при эксплуатации в помещении теплиц машино - тракторного агрегата со штатной системой выпуска ОГ.

4.2.2 Расчет экономического ущерба, при эксплуатации в помещении теплиц машино - тракторного агрегата с модернизированной системой выпуска отработавших газов и экономический эффект от ее использования.

Выводы.

Основами продовольственной безопасности РФ являются увеличение объемов производства основных видов животноводческой и растениеводческой продукции, увеличение поголовий и повышение продуктивности скота, птицы, основных видов сельскохозяйственных культур, при одновременном поддержании высокого качества конечного продукта. Достижение поставленных задач невозможно без коренных изменений в двух направлениях, таких как: улучшение условий содержания сельскохозяйственных животных и произрастания растений, что подразумевает улучшение параметров микроклимата животноводческих помещений и помещений защищенного грунта, а так же создание условий для здорового и высокопроизводительного труда работников сельскохозяйственного предприятия [67].

Оптимальные параметры микроклимата, а так же отсутствие вредных и токсичных веществ в атмосфере рабочей зоны помещений ограниченного объема и воздухообмена является одним из неотъемлемых условий здорового и высокопроизводительного труда работников предприятия. Одной из причин, вызывающих нарушение воздушно-газового режима атмосферы помещения, и, как следствие, влекущей за собой ухудшение условий труда, качества продукции, сокращение срока службы зданий и сооружений, является эксплуатация мобильной сельскохозяйственной техники в производственных помещениях ограниченного объема и воздухообмена (сооружениях защищенного грунта, животноводческих помещениях, складах, хранилищах и т.п.) [39]. В качестве силовых агрегатов на неё, как правило, устанавливаются дизельные двигатели, обладающие меньшей токсичностью и большей экономичностью по сравнению с бензиновыми аналогами, но, тем не менее, их использование способствует накоплению в воздушной среде помещений токсичных компонентов (ТК) отработавших газов (ОГ), действие которых негативно сказывается на здоровье обслуживающего персонала [67].

В сельскохозяйственном производстве концентрация токсичных веществ (ТВ), образующихся при эксплуатации тракторов, сельскохозяйственных машин и других машин с двигателями внутреннего сгорания (ДВС) пока невелика [50], это связано, прежде всего, с тем, что техника рассредоточена на больших площадях и в большинстве случаев на открытом пространстве.

Проблема приобретает остроту при эксплуатации мобильной сельскохозяйственной техники в производственных помещениях ограниченного объема и воздухообмена (сооружениях защищенного грунта, животноводческих помещениях, складах, хранилищах и т.п.). Вещества, выброшенные в атмосферу из силового агрегата рассеиваются и переносятся в воздухе постоянно существующими турбулентными вихрями различных масштабов. Нарушение воздушно-газового режима атмосферы помещения, вследствие выброса токсичных веществ (ТВ) в составе- ОГ от дизельных двигателей и, создание тем самым экологически экстремальных условий для работы персонала, развития сельскохозяйственных животных и растений, препятствует полноценному использованию, а в некоторых случаях делает невозможным применение в условиях ограниченного воздухообмена тракторов малой мощности.

Многочисленными исследованиями^ [17, 57, 58] установлено, что даже после непродолжительной работы, транспортного средства внутри помещения ограниченного объема, содержание ТК ОГ воздухе рабочей зоны превышает предельно-допустимые концентрации (ПДК) в несколько - раз. Это, в свою очередь, негативно сказывается на здоровье людей и сельскохозяйственных животных, росте возделываемых культур, и, следовательно, на качестве и объемах производимой продукции.

Существующие способы снижения токсичности автотракторных двигателей в основном заключаются в конструктивных изменениях двигателей с целью воздействия на характер протекания рабочего процесса, применении альтернативных видов топлива и различных присадок к нему, рециркуляции ОГ, а также в оснащении двигателей нейтрализаторами ОГ [17, 28, 66].

Меры, связанные с внесением существенных изменений в конструкции двигателей, а также с применением альтернативных видов топлива, требуют серьезной перестройки промышленности, сырьевой базы, вложения крупных материальных затрат, что в современных условиях трудно осуществимо. Учитывая, что современный уровень развития двигателестроения и существующие конструкции двигателей внутреннего сгорания не обеспечивают выполнение жестких экологических нормативов, таких как Euro, Stage и Tier, без применения специальных устройств для снижения токсичности и дымности ОГ, дальнейшие работы по этому направлению будет малоэффективным. Кроме того, снижению токсичности, как правило, противопоставляется ухудшение мощностных и экономических показателей двигателей [56].

Поэтому из перечисленных выше мероприятий, на сегодняшний день, наиболее эффективным и приемлемым, с точки зрения материальных затрат мероприятием, является установка в выпускной системе двигателя нейтрализаторов ОГ [57]. За счет избирательного воздействия на отдельные ТВ двигателя, системы- нейтрализации и улавливания частиц позволяют эффективно очищать ОГ без внесения существенных изменений в конструкцию двигателя. К тому же устройства, устанавливаемые в системе выпуска двигателя, удобны также тем, что. они-легко могут быть применены на транспортных средствах, уже находящихся в эксплуатации.

В связи с изложенным, целью настоящей диссертационной работы является разработка способа и устройства снижения токсичности ОГ дизельных двигателей и снижения^ уровня шума, путем установки в систему выпуска жидкостного нейтрализатора (ЖН), обеспечивающего процессы улавливания, химического связывания и нейтрализации токсичных компонентов и сажевых частиц в аэрозольной камере во время движения вихревого потока, проходящего обработку нейтрализующим раствором, подаваемым под давлением, с учетом текущего режима работы двигателя, с последующим разделением потока на фазы и сепарации токсичных компонентов и сажи в центробежном каплеуловителе.

Основные полученные результаты данной работы:

- получены данные о состоянии воздушной среды теплиц, в частности степень ее загрязнения ТВ, выбрасываемыми трактором Т-30-69 при выполнении механизированных работ;

- проведен теоретический анализ динамики изменения атмосферы помещения ограниченного объема и воздухообмена при работе естественной вентиляции и установлены интервалы времени достижения ТВ ПДК;

- предложен способ и устройство для снижения токсичности и дымности ОГ дизельного двигателя, устанавливаемого в систему выпуска ОГ трактора;

- представлены основные теоретические зависимости, определяющие процессы улавливания и нейтрализации токсичных компонентов ОГ каплями нейтрализующего раствора, коагуляции и сепарации капель нейтрализующего раствора, с задержанными на их поверхности токсичными компонентами ОГ, сажевых частиц в активных зонах аэрозольной камеры и центробежного каплеуловителя и установлены их конструктивные параметры;

- проведены лабораторные и производственные испытания трактора-Т-30-69 с модернизированной системой выпуска.

На защиту выносятся:

- способ снижения токсичности и дымности ОГ дизельных ДВС путем установки в систему выпуска дизельного двигателя трактора ЖН;

- конструктивно—технологическая схема устройства для очистки ОГ дизельных ДВС от токсичных компонентов и сажи и снижения уровня шума от работы двигателя трактора;

- теоретические зависимости, обосновывающие оптимальные конструктивные и технологические параметры работы ЖН;

- экспериментальные зависимости, определяющие степень очистки ОГ, от расхода нейтрализующего раствора подаваемого в ЖН при различных режимах работы двигателя;

- результаты производственных испытаний и внедрение способа и устройства для снижения токсичности, дымности ОГ и уровня шума работы дизельного двигателя Д-120 трактора Т-30-69 при выполнении механизированных работ в закрытом помещении.

Общие выводы и рекомендации производству.

1 .Установлено, что в процессе выполнения трактором механизированных работ в тепличных блоках ОАО Рязанский Тепличный комбинат «Солнечный» значительно возрастают концентрации токсичных веществ, содержащихся в ОГ дизельного двигателя, которые через 2 часа после начала работы трактора в помещении теплицы при неработающей естественной вентиляции превышают предельно-допустимые концентрации по саже в 12,5 раз и бен(а)пирену в 8,93 раза, а сумме углеводородов в 6,83 раз, что затрудняет использование трактора внутри теплиц особенно в осенне-зимний период. При работающей естественной вентиляции после двух часов работы трактора концентрация токсичных веществ достигнет предельного допустимых значений по саже через 6 часов, по бенз (а) пирену и сумме углеводородов через 4 часа.

2. В ходе проведения механизированных работ трактором Т-30-69 в помещении теплицы применен способ" влажной очистки ОГ в ЖН, заключающийся в порционной подаче мелкораспыленного нейтрализующего раствора подаваемого на орошение турбулизованного потока ОГ с последующей сепарацией капель нейтрализующего раствора и вредных веществ, позволяющий значительно снизить токсичность • ОГ. В качестве нейтрализующего вещества был выбран раствор, состоящий на 85% из воды Н2О, в качестве абсорбирующих компонентов в его состав включены: водный раствор соды ИагСОз в количестве 14,5% по объему и 0,5% 1,4-дигидроксибензола (гидрохинона) ОбН4(ОН)2.

3. Разработана конструктивно — технологическая схема устройства для очистки ОГ дизельного ДВС, включающая в себя жидкостной нейтрализатор, состоящий из аэрозольной камеры, центробежного каплеуловителя и эжекторного' устройства, электронного« блока управления, форсунок для подачи нейтрализующего раствора, датчиков контролирующих положение коленчатого вала двигателя и положение рычага всережимного регулятора ТНВД, блока измерителя температуры с операционным усилителем и блока формирователя тока заряда, жидкостного насоса.

4. Теоретически доказано, что процесс нейтрализации токсичных компонентов ОГ дизельного ДВС в жидкостном нейтрализаторе определяется рядом факторов, таких как эффективное орошение потока ОГ нейтрализующим раствором, коагуляция капель нейтрализующего раствора и сажевых частиц в более крупные образования и сепарация капель нейтрализующего раствора, токсичных компонентов и сажевых частиц. Кроме того теоретически доказана зависимость между расходом нейтрализующего раствора, количеством ОГ, количеством и составом топлива, подаваемого в цилиндры.

4.

5. Предложенный способ и разработанная система очистки ОГ дизеля трактора позволяют значительно снизить концентрации токсичных веществ в воздушной среде теплицы, по сравнению со штатной системой выпуска трактора, по сумме углеводородов на 14%, бенз (а) пирену на 18%, а сажи на 22,4%, в составе отработавших газов концентрации токсичных веществ снижаются по окислам азота на 40%, по углеводородам 43%, по саже 70%, а уровень шума работы двигателя снижается на 16 — 22%.

6. Расчеты экономической эффективности показали, что применение разработанной системы очистки позволяет снизить общий экономический ущерб здоровью обслуживающего персонала на 279118 рублей в год на один трактор, обслуживающего одну теплицу при общем объеме воздушной среды >. 111 ООО м3.

7. Экономический эффект от применения одного трактора Т-30-69 с модернизированной системой выпуска ОГ дизельного двигателя составляет 175481 руб./год при сроке окупаемости нового оборудования около полугода.

177

1. Асламова, B.C. Процесс сепарации в высокопроизводительных прямоточных циклонах и методы их расчета Текст. / автореферат дис. . докт. техн. наук / Асламова B.C. Томск: Томский политехнический университет - 2009.

2. A.c. 1188343 СССР, кл. F 01 N 3/08. Способ очистки отработавших газов двигателя внутреннего сгорания Текст. / В.Д. Дудышев, В.И. Деженин (СССР). 3926866/25 - 06 ; заявл. 02.07.85 ; опубл. 23.06.88, Бюл №23. - 2с.

3. A.c. 1206450 СССР, кл. F 01 N 3/08. Глушитель шума Текст. / Е.М. Марченко, М.А. Вацуро, O.A. Поваров, Г.В. Томаров, В.Н. Жаров (СССР). -4837754-06 ; заявл. 15.06.90 ; опубл. 23.04.93, Бюл №15.-4с. : ил.

4. A.c. 682249 СССР, М.Кл.2 В 01 D 45/12. Центробежный сепаратор Текст. / В.П Лукьянов, В.П. Приходько, В.Н. Сафонов (СССР). 2372870/23-26 ; заявл. 16.06.76 ; опубл. 30.08.79, Бюл №32. - 2с. : ил.

5. A.c. 512783 СССР, М.Кл.2 В 01 D 47/02, В 01 G 1/00. Газопромыватель Текст. / A.M. Силантьев (СССР). 2029278/23-26 ; заявл. 31.05.74 ; опубл. 05.05.76, Бюл №17.-2с. : ил.

6. A.c. 487657 СССР, М.Кл.2 В 01 1) 47/06, В 03 С 1/00. Газопромыватель Текст. / A.M. Силантьев, A.M. Штейнберг, А.Н. Авдеенко, Л.П. Шангина (СССР). 1999247/23-26 ; заявл. 25.02:74 ; опубл. 15.10:75, Бюл №38. - 2с.

7. Беспамятов, Г.П. Предельно — допустимые концентрации химических веществ в окружающей среде Текст. : справочник / Г.П. Беспамятов, Ю.А. Кротов. Л.: Химия, 1985. — 528 е., ил.

8. Битоколов, Н;3. Жидкостные нейтрализаторы дизельного выхлопа Текст. : доклады участников симпозиума /Н;3. Битоколов — М., 1971. с. 229-265.

9. Варшавский, И.Л. Как обезвредить отработавшие газы автомобилей Текст. / Илья Львович Варшавский, Радий Васильевич Малов — Издательство «Транспорт», 1968. 124с.

10. Варшавский, И.Л. Современное состояние вопроса обеспечения малотоксичной работы транспортных дизелей Текст. : доклады участников симпозиума / Илья Львович Варшавский М., 1971. — с. 5 - 33.

11. Волкодаева, М.В. Научно-методические основы оценки воздействия автотранспорта на атмосферный воздух Текст. : автореферат дис. . канд. техн. наук / Волкодаева М.В. Санкт-Петербург: Северо-Западный государственный заочный технический университет — 2009.

12. Гаргала, Р.В. Исследование работы каталитических нейтрализаторов дизельного выхлопа Текст. : доклады участников симпозиума / Р.В. Гаргала -М., 1971,- с. 374-380.

13. Герасимов, А.Д. Трактор Т-25 Текст. : устройство и эксплуатация / А.Д. Герасимов, С.Ф. Голубчик, Р.И. Кульчицкий Л.: Колос, 1972. - 175 с.

14. Гиевой, С. А. Снижение вредных выбросов при эксплуатации автотракторных, дизелей путем применения сажевого фильтра Текст. : дис. . канд. техн. наук / Гиевой С.А. М.: РГБ, 2003.

15. ГОСТ 12:1.005-88 ССБТ. Общие санитарно-гигиенические требования к воздуху рабочей зоны Текст. -Введ. 1989-01-01. -М. : Изд-во стандартов, 1989.

16. ГОСТ 12.1.050-86. Методы измерения шума на рабочих местах Текст. — Введ. 1986-03-28. М. : Изд-во стандартов, 1986.

17. ГОСТ 17.2.2.02. Атмосфера. Нормы и методы, опреде л ениядымности ОГ дизелей, тракторов и самоходных сельскохозяйственных машин Текст. — Введ. 1999-07-01.-М: : Изд-во стандартов, 1999:

18. ГОСТ 17.2.2.05. Атмосфера. Нормы и методы определения выбросов вредных веществ с ОГ дизелей^ тракторов и самоходных сельскохозяйственных машин Текст. — Введ. 1999—07—01. М.: Изд-во стандартов, 1999.

19. Дорин, В.А. Теоретическое исследование эжекторов каталитических нейтрализаторов двигателей внутреннего сгорания Текст. : доклады участников симпозиума / В.А. Дорин —М., 1971.- с. 155-171.

20. Еремцов, А. Газовая атака на автопром Текст. / А. Еремцов // Журнал «Основные средства». 2005. - № 9. - РИА «РОССБИЗНЕС».

21. Ерохин, A.B. Технология и система удаления из помещений отработавших газов двигателей внутреннего сгорания трактора с эжекторным устройством для снижения их температуры. Текст. : дис. . канд. техн. наук / Ерохин A.B. Рязань: РГСХА, 2004.

22. Жарко, О. Зачем нужна экологическая революция крупнейшим европейским производителям тяжелой автомобильной техники Текст. / О. Жарко // Журнал «Основные средства». 2005. — № 3. - РИА «РОССБИЗНЕС».

23. Зайцев, A.M. Микроклимат животноводческих комплексов Текст. / A.M. Зайцев, В.И. Жильцов, A.B. Шавров. -М.: Агропромиздат, 1986. 192 е., ил.

24. Ивлев, JI.C. Физика атмосферных аэрозольных систем Текст. / Л 1С. Ивлев, Ю.А. Довгалюк — СПб.: НИИХ СПбГУ, 1999. — 194с.

25. Измеритель дымности отработавших газов МЕТА-01МП. Микропроцессорный: руководство по эксплуатации: методика проверки.

26. Измеритель шума и вибрации. ВШВ-003-М2: паспорт 5Ф2.745.027ПС.

27. Колотилов, Н:Н. Борьба с шумом и вибрацией в машиностроении Текст. / Н.Н Колотилов, С.П. Алексеев, С.П. Казаков. М.: Машиностроение, 1970.-208 с.

28. Кононенко, В.Д. Совершенствование пылеулавливающих аппаратов в промышленности технического углерода: тематический обзор Текст. / В.Д. Кононенко.-М, 1985.

29. Лебедев, П.Т. Микроклимат помещений для животных и методы* его исследования Текст. / П.Т. Лебедев-М.: Россельхозиздат, 1973. — 128 е., с ил.

30. Логачев, И.Н. Аэродинамические основы аспирации Текст. : монография / И.Н Логачев, К.И. Логачев. Санкт — Петербург: Химиздат, 2005.-659с.

31. Лысов, А.К. Процесс пуска дыма в теплицах Текст. / А.К. Лысов // Механизация и электрификация сельского хозяйства. — 1986. № 2.

32. Максимов, В.А. Нормативное обеспечение экологической безопасности автомобильного транспорта Текст. : учебное пособие / В.А. Максимов, В.И. Сарабаев. МАДИ - ГТУ Москва 2004. - 235 с.

33. Малахов, H.H. Теоретический анализ течений воздуха в помещениях Текст. / H.H. Малахов // Механизация и электрификация сельского хозяйства. 1986. - № 3.

34. Малышев, А. Автобусы на альтернативных видах топлива: опыт Индии Текст. / А. Малышев // Журнал «Основные средства». — 2005. № 2. - РИА «РОССБИЗНЕС».

35. Мачульский, Ф.Ф. Дисперсность и структура дизельной сажи Текст. : доклады участников симпозиума / Ф.Ф. Мачульский — М., 1971. — с. 206-219.

36. Мачульский, Ф.Ф. Улавливание сажи при помощи фильтров Текст. : доклады участников симпозиума / Ф.Ф. Мачульский — М., 1971. с. 389-394.

37. Мельников, C.B. Планирование экспериментов в исследовании с/х процессов Текст. : учебное пособие / C.B. Мельников, В.Р. Алешкин, П.М.Рощин. Л.: Колос, 1980. - 168 с.

38. Медведев, Ю.С. Обоснование эффективных методов снижения токсичности отработавших газов автотракторных дизелей Текст. : дис. докт. техн. наук / Медведев Юрий Станиславович. 05.20.01 - Москва, МГАУ, 2006. - 425 с.

39. Методика определения массы выбросов загрязняющих веществ автотранспортными средствами в атмосферный воздух Текст. — М.: НИИАТ, 1993.-21 с.

40. Методические рекомендации по установлению ПДК химических веществ в почве Текст. -М.: Минздрав, 1976.

41. Методические указания по расчету выбросов вредных веществ автомобильным транспортом Текст. М.: Гидрометеоиздат, 1985. - 22 с.

42. Многокомпонентный газоанализатор концентрации оксида углерода, диоксида углерода, углеводородов, кислорода и окислов азота. «Автотест-02. СО-С02-CH-NOx-A.-T». Микропроцессорный Текст.: руководство по эксплуатации.

43. Некрашевич, В.Ф. Устройство для отвода отработавших газов двигателей внутреннего сгорания, из животноводческих помещений Текст. / В.Ф. Некрашевич, И.Б. Тришкин, А.В.Ерохин // Вестник ФГОУ ВПО МГАУ имени В.П. Горячкина. 2008. - № 2 (27). ISSN 1728-7936

44. Николаенко, A.B. Теория и расчет автотракторных двигателей Текст. / A.B. Николаенко М.: Колос; 1984. - 335 е., ил.

45. Новицкий, П.В. Оценка- погрешностей результатов измерений Текст. / П.В. Новицкий, И.А. Зограф — Л.: Энергоатомиздат, 1991. 304 с.

46. Олей н и к, Д.О. Нейтрализатор для очистки отработавших газов дизельных двигателей Текст. / Д.О. Олейник // Ежемесячный научный журнал «Молодой ученый». 2009. - № 5. - с.9 - 13. ISSN 2072-0297

47. Олейник, Д.О. Устройство для очистки отработавших газов дизельных двигателей с автоматическим регулированием режима работы Текст. / Д.О. Олейник // Ежемесячный научный журнал «Молодой ученый». 2009. — № 8. - с. 17 - 20. ISSN 2072-0297

48. Пат. 83292 Российская Федерация, МПК F01N 3/02. Устройство для очистки отработавших газов двигателей внутреннего сгорания Текст. /

49. Тришкин И.Б., Олейник Д.О.; заявитель и патентообладатель ФГОУ ВПО РГАТУ имени П.А. Костычева (RU). №2008148586/22 ; заявл. 09.12.2008 ; опубл. 27.05.2009, Бюл. № 15. - 2 с. : ил.

50. Протасов, С. Чтобы легче дышалось Текст. / С. Протасов // Журнал «Основные средства». 2009. - № 1. - РИА «РОССБИЗНЕС».

51. Подгурский, С. Экологические перспективы: двигатели для спецтехники / С. Подгурский // Журнал «Основные средства». 2009. - № 1. - РИА «РОССБИЗНЕС».

52. Райзман, И.А. Жидкостнокольцевые вакуумные насосы и компрессоры Текст. / Райзман И.А Казань: 1995.-258 с. Ил. 175. Табл. 62. Библ. 113.

53. Рябов, A.BI Технология и пароозонирующее устройство для улучшения воздушной среды помещений ограниченного объема при работе в них средств с двигателями внутреннего сгорания Текст. : дис. канд. техн. наук / Рябов А.В. Р.: РГСХА, 2006. - 220 с.

54. Сахаров, А.Г. Дизельная аппаратура современных тракторов Текст. / А.Г. Сахаров — М.: «Колос», 1977. 112 е., с ил.

55. Сборник трудов ЛАНЭ Текст. / под общ. ред. Евграфова К.Г., М*.: Издательство «Знание», 1969. - 360с., с ил.

56. Станкевич, П. Стандарты токсичности в США. Дизельные двигатели внедорожных машин Текст. / П. Станкевич // Журнал «Основные средства». 2004. - № 10. - РИА «РОССБИЗНЕС».

57. Станкевич, П. Стандарты токсичности в Евросоюзе. Дизельные двигатели внедорожных машин Текст. / П. Станкевич // Журнал «Основные средства». 2004. -№11.- РИА «РОССБИЗНЕС».

58. Станкевич, П. На пути к экологической революции Текст. / П. Станкевич // Журнал «Основные средства». — 2005. — № 1. РИА «РОССБИЗНЕС».

59. Станкевич, П. Stage II — нормы токсичности выхлопа для строительной техники: по материалам зарубежной прессы Текст. / П. Станкевич // Журнал «Основные средства». 2003. - № 2. - РИА «РОССБИЗНЕС».

60. Стражев, Н.П. Способ и устройство снижения дымности и уровня шума в помещениях при работе в них дизельных двигателей Текст. : дис. канд. техн. наук / Стражев Н.П. 05.20.01- Рязань, РГСХА, 2007- 205с.

61. Стражев, Н.П. Экспериментальное определение количества.сажи в ОГ трактора Т-25А в условиях внешней скоростной характеристики двигателя Текст. / Н.П. Стражев // Сборник научных трудов молодых ученых Рязанской.ГСХА Рязань, 2006, с. 73-76.

62. Стрельников, В. Экологическая безопасность дизелей Текст. / В. Стрельников, С. Истомин // Автомобильный транспорт. 2003". — № 9. с 42- 44.

63. Термоанемометр АТТ-1004. Актаком. Руководство по эксплуатации.74'. Трактор Т25А и Т25A3: паспорт Текст. / Производственное объединение «Владимирский тракторный завод», 1990.

64. Тищенко, Н.Ф. Охрана атмосферного воздуха: расчет содержания вредных веществ и их распределение в воздухе: справ, изд. Текст. / Н.Ф. Тищенко -М.: Химия, 1991. 368с., с ил.

65. Токсичность двигателей внутреннего сгорания и пути её снижения Текст. : доклады участников симпозиума — М.: Издательство «Знание», 1966.-420 е., сил.

66. Топчий, Д.Н. — Сельскохозяйственные здания и сооружения: учебник для вузов, изд. 3-е, переработанное, и доп. Текст. / Д.Н. Топчий М.: Стройиздат, 1973. — 351 е., с ил.

67. Тришкин, И.Б. Способ и устройство для снижения токсичности тракторного дизеля при выполнении механизированных работ в теплицах Текст. : дис. канд. техн. наук / Тришкин Иван Борисович - 05.20.01 Рязань, РГСХА, 2000.

68. Тришкин И.Б. Конструктивно-технологическая схема устройства для очистки отработавших газов дизельных ДВС Текст. / И.Б. Тришкин, Д.О. Олейник // Ежемесячный* научный журнал «Молодой ученый». 2009. - № 9. - с.17 -21. ISSN 2072-0297

69. Турбин, Б.Г. Вентиляторы сельскохозяйственных машин Текст. / Б.Г. Турбин. Изд-во «Машиностроение», 1968. - 160 стр. - Табл.18. Илл.81. Библ.80 назв.

70. Черноиванов, В.И. Инструментальный контроль технического состояния тракторов и самоходных сельскохозяйственных машин при эксплуатации: технологические рекомендации для Инспекции Гостехнадзора Текст. / В.И. Черноиванов. М.: ГОСНИТИ, 2003.

71. Чистяков, С.Ф. Теплотехнические измерения и приборы: учеб. пособие для вузов Текст. / С.Ф. Чистяков, Д.В. Радун. — М.: «Высшая школа», 1972. -392 е., с ил.

72. Шилова, Е.П. Опыт применения альтернативных видов топлива для автомобильной и сельскохозяйственной техники: научный аналитическийобзор Текст. / Е.П. Шилова, И.В. Крюков, Н.Н Толкачев., В.В. Комоско. — М.: ФГУП «Росинформагротех», 2006. 96 с.

73. Щавелев, Д.В. Разработка системы очистки отработавших газов судовых дизелей с использованием жидкостных контактных аппаратов Текст. : дис. канд. техн. наук / Щавелев Дмитрий Валентинович 05.08.05 Нижний Новгород, ВГАВТ, 2005.

74. Юлдашев, А.К. Тракторным дизелям — экономичность и надежность Текст. / А.К. Юлдашев., Ф.Г. Шафигуллин. — Казань: Татарское кн. изд-во, 1983.-24 е., сил.

75. Юрченко, Н. Какой видится природоохранная политика автотранспортного комплекса Текст. / Н. Юрченко, В. Петрухин, Е. Парфенов. Автомобильный транспорт, 1995, № 4. - с. 36-39.

76. Юшин, В.В. Техника и технология защиты окружающей среды: учеб. пособие для вузов Текст. /В.В. Юшин, В.М. Попов, П.П. Кукин и др. М.: Высш. шк., 2005. - 391 е.: ил.

77. Яблоков М.Ю. Моделирование гетерогенных реакций на фрактало-подобных аэрозолях Текст. / М.Ю. Яблоков, Г.Б. Андреев, A.A. Лушников. -М.: НИФХИ им. Л. Я. Карпова

78. Якубовский, Ю. Автомобильный транспорт и защита окружающей среды Текст. / Ю. Якубовский: — М.: Транспорт, 1979. 198 с.

79. Brück, R. Partial-Flow Deep-bed-Filter for Ultra-low Emission Concepts Text. / Rolf Brück, Andreas Scheeder, Peter Treiber. Emitec Inc.

80. Dahlgren, J; Der „Lambdasondenkatalysator"; ein neues Konzept für kompakte Hochleistungs-Katalysatorsysteme Text. / Jan Dahlgren, Volvo Car Corporation,, Wolfgang Maus, Emitec GmbH, Lohmar. — Emitec Inc.

81. Downey, M. Structured Foil Catalysts: A Road Map to Highly Effective, Compact Aftertreatment Systems Text. / Markus Downey, Klaus Müller-Haas, Emitec Inc., Rod Radovanovic, Diesel Consulting. — Emitec Inc.

82. Jacobs, T. Development of Partial Filter Technology for HDD Retrofit Text. / Todd Jacobs, Sougato Chatterjee, Ray Conway, Andy Walker. Emitec Inc.

83. Jacob, E. SCRi®-Abgasnachbehandlungssystem zur gleichzeitigen PM- und NOx-Verminderung bei On-und Non-road- Applikationen EMITEC Text. / Lohmarl E. Jacob, R. Müller, A. Scheeder, P. Treiber. Emitec Inc.

84. Kent Dawson, E. Faster is Better: The Effect of Internal Turbulence on DOC Efficiency Text. / E. Kent Dawson, Ph.D., Ford Motor Company.

85. Maus, M. Exhaust Gas Aftertreatment Systems for Commercial, Vehicles -Technologies and- Strategies for the Future: 2007 AVL List GmbH, Text. / Dipl. Ing. Wolfgang Maus, Dipl. Ing. Rolf Brück, EMITEC GmbH. Emitec Inc.

86. Presti, M. Turbulent Flow Metal Substrates: a Way to address Cold Start CO' Emissions and to optimize Catalyst Loading Text. / Lorenzo Pace, Gerardo Carelli, Paul Spurk. Umicore AG & Go KG. - Emitec Inc.

87. Rice, M. Innovative Substrate Technology for High Performance Heavy Duty Truck SCR CatalystSystems Text. / Michael Rice, Jan Kramer, Klaus Mueller-Haas, Raimund Mueller Emitec Inc.