CC BY
142
СЕМИНАР 6
ДОКЛАД НА СИМПОЗИУМЕ "НЕДЕЛЯ ГОРНЯКА -2001”
МОСКВА, МГГУ, 29 января - 2 февраля 2001 г.
4 © В.К. Царикаев, 2001
УДК 622. . Ч
В.К. Царикаев
СНИЖЕНИЕ ВРЕДНЫХ ВЫБРОСОВ ПРИ ЭКСПЛУАТАЦИИ ДВС НА РУДНИКАХ
Эксплуатация машин с ДВС связана с выделением в рудничную атмосферу значительного количества отработавших газов, содержащих токсичные (вредные) вещества: окись углерода, углеводороды, окислы азота, альдегиды, сажа и др.
В работе [1] проведен анализ отработавших газов карбюраторных и дизельных двигателей. Состав основных компонентов газов приведен в таблице.
Из приведенных данных следует, что наибольшей токсичностью обладает выхлоп карбюраторных ДВС за счет большого выброса оксида углерода, оксидов азота, углеводородов и др. У дизельных двигателей в больших количествах выбрасывается сажа, которая в чистом виде нетоксична. Однако частицы сажи, обладая высокой адсорбционной способностью, несут на своей поверхности частицы токсичных веществ, в том числе и канцерогенных. При этом частицы сажи продолжительное время могут находиться во взвешенном состоянии в воздухе, увеличивая
Таблица
время воздействия токсичных веществ на людей.
Установлено, что состав отработавших газов ДВС зависит от режима работы двигателя. У двигателя, работающего на бензине, при не-установившихся режимах (разгоне, торможении) нарушаются процессы смесеобразования. Это способствует повышенному выделению токсичных веществ. В дизельных ДВС с уменьшением нагрузки содержание токсичных компонентов в отработавших газах уменьшается, а при работе на нагрузках возрастает за счет роста выбросов оксида углерода, оксидов азота и углеводородов.
Приведенные данные могут служить подтверждением того, почему в подземных условиях применение бензиновых ДВС ограничено.
К местам, где работают машины с ДВС, должен подаваться свежий воздух в количестве, обеспечивающем снижение концентрации токсичных веществ до санитарных норм. Безопасные условия труда обеспечиваются интенсивной вентиляцией [2 ].
Авторы работы считают, что основным компонентом, по которому должно определяться потребное количество воздуха, являются окислы азота. Подтверждением этому является следующее: коэффициент разбавления их на порядок выше соответствующего коэффициента по окиси углевода и более чем на два порядка выше коэффициента разбавления альдегидов. При разжи-
Компоненты Объемная доля компонента, % Примечание
карбюраторные ДВС дизельные
Азот г- 8 г- ю Не токсичны
Кислород 00 СП о" 2...18
Пары воды р 5 0,5...4,0
Диоксид углерода 5,0...12,0 1,0.10,0
Водород О, іл" 0. —
Оксид углерода 0,5...12,0 0,01...0,50 Токсичны
Оксиды азота (в пересчете
на N205) До 0,8 0,0002...0,5
Углеводороды О, т" 2. 0 0,009...0,5
Альдегиды До 0,2 мг/л 0,001...0,09 мг/л
Сажа 0...0,04 г/м3 0,01.1,1 г/м3
Бенз(а)пирен 10...20 мкг/м3 До 10 мкг/м3
жении выхлопных газов, обеспечивающим ПДК по окислам азота, концентрации окиси углерода и альдегидов будут много меньше соответствующих ПДК.
Учитывая это обстоятельство, основное внимание было уделено окислам азота. Для их нейтрализации необходимо брать удельный показатель разбавления вредных компонентов, равный 4,4 м3/мин. на 1 л.с. По норме эта величина должна быть 5 м3/л. с. в минуту.
Анализ работ [2-4] позволяет сделать вывод о том, что сократить подачу к местам работы ДВС свежего воздуха возможно за счет снижения концентрации токсичных веществ в выхлопных газах. Это в значительной мере зависит от технического состояния дизельного двигателя.
Основная часть неисправностей ДВС возникает вследствие нарушения правил эксплуатации.
Повышенное дымление - одна из самых серь-
езных неисправностей дизельного двигателя, признак выброса в атмосферу токсичных веществ выше ПДК. При работе исправного прогретого двигателя дымность отработавших газов практически отсутствует.
Авторы исследования [5] выделяют три основных причин повышенной дымности: ухудшение состояния воздухоочистителя, изменение тепловых зазоров клапанов газораспределительного механизма и разрегулировка топливной аппаратуры дизеля.
Причины дымления и способы его снижения, установленные автором [6] представлены на рис. 1 .
Выхлопные газы ДВС должны быть бесцветными. Белый или черный цвет выхлопных газов
прогретого дизеля - это явные признаки того, что двигатель нуждается в комплексной диагностике. Такой двигатель должен быть снят с эксплуата-
ции и направлен на проверку его технического состояния.
Рассмотрим наиболее характерные причины повышенной дымности выхлопных газов.
Качество дизельного топлива. Вода и грязь в дизельном топливе часто служат причиной нарушения нормальной работы ДВС, повышенной его дымности.
Чтобы правильно использовать, хранить и предупреждать от загрязнения горюче-смазочные материалы, необходимо оборудовать заправочные пункты. На пункте необходимо иметь емкости для хранения нефтепродуктов с запасом не менее двух резервуаров для дизельного топлива. Резервуары должны быть установлены под углом 5-10° и иметь краны для слива отстоя (воды и грязи).
Устройство такого резервуара-отстойника позволяет вести заправку машин хорошо отстоявшимся топливом, что очень важно для надежной работы топливной аппаратуры. Установлено, что срок службы плунжерных пар топливного насоса при работе на грязном топливе уменьшается в 10 раз.
Сначала расходуют горючее из одного резервуара (в другом в это время оно отстаивается), затем из второго, а первый превращают в отстойник. Зимой топливо сильно густеет и скорость осаждения посторонних частиц значительно уменьшается. Наилучшие результаты получаются при отстое не менее четырех суток.
Для очистки дизельного топлива от механических примесей при заправке машин применяют дисковый фильтр типа ФДГ-30Т с пропускной способностью до 30 м3/час. Для очистки топлива используют также фильтр типа РО-3902А.
Дизельное топливо поставляется с содержанием механических примесей до 0,005 %. Однако на ряде рудников топливо и другие нефтепродукты загрязняются из-за небрежного обращения с ними. Грязь и другие примеси попадают в горюче-смазочные материалы при транспортировке, хранении и заправке, особенно ручным способом. Желательно меньше переливать нефтепродукты, в особенности дизельное топливо, из одной емкости в другую, так как это может дополнительно загрязнить их. Для каждого вида нефтепродуктов следует иметь тару без окалины, ржавчины и накипи.
Заправку машин следует производить механическими средствами закрытым способом, при ко-
тором нефтепродукты перекачивают с помощью шланга, имеющего наконечник с краном. Это позволяет не только сохранить их чистыми, но и предотвратить потери.
Заправляют самоходную машину в конце работы, причем к этому времени в основном баке должно остаться не менее 20-30 литров горючего для предохранения попадания воздуха в систему питания дизеля. При наличии воздуха в системе возникают воздушные мешки, из-за которых обычно наблюдаются пропуски вспышек в одном или сразу в нескольких цилиндрах. Топливо полностью не сгорает, что является источником повышенной дымности.
В подземных условиях рекомендуется применение дизельного топлива по ГОСТ 305-82 с содержанием серы не более 0,2 % по массе и температурой вспышки в закрытом тигле не ниже 40 ° С.
Запрещается использовать дизельное топливо неизвестной марки.
Состояние топливной аппаратуры. Одним из признаков неисправной работы топливной аппаратуры является появление белого или черного дыма из выхлопной трубы.
Если из выхлопной трубы ДВС появляется белый дым, то это может быть вызвано подсосом воздуха в топливную систему, плохим распыли-ванием топлива форсункой, попаданием воды в цилиндры, неправильной установкой угла начала подачи топлива.
Появление черного дыма свидетельствует о нарушении регулировки топливного насоса, малом угле начала подачи топлива и о недостатке воздуха в смеси.
Нами установлено, что неравномерная с перебоями работа дизеля возникает при попадании воды в топливо, подсосе воздуха в топливную систему, неравномерной подаче топлива секциями насоса, заедании иглы распылителя форсунки или ухудшении распыливания топлива. Повышенный износ плунжерных пар, форсунки и клапанов приводит к снижению давления впрыска топлива в цилиндры и ухудшению распыления и условий сгорания топлива. Это сопровождается не только перебоями в работе дизеля, снижением его мощности, но и дымлением.
Повышенный уровень масла в картере двигателя. В этом случае масло попадает на днище поршня и на клапаны, не успевает удаляться со стенок гильз цилиндров и канавок поршней,
Рис. 2. Структура ремонтного цикла для МоАЗ-6401: ТО - технический осмотр; Т1 и Т2 - первый и второй текущие ремонты; К - капитальный ремонт
вследствие чего сгорает и покрывает эти детали нагаром.
Один из признаков излишне залитого в картер масла - белый дым в выхлопе двигателя.
Недостаточная подача воздуха в систему питания двигателя. Причина этой неисправности засорение воздухоочистителя или неполадки в работе турбокомпрессора.
Дизель плохо прогрет, перегружен. Нагружают дизель только после его прогрева до температуры не менее 60-70 °С. При перегрузке двигателя необходимо уменьшить нагрузку на машину или перейти на низшую передачу.
Большой износ цилиндропоршневой группы. Признаки этой неисправности - падение мощности двигателя и повышенный расход масла. Из выхлопной трубы может идти белый дым. Такой двигатель подлежит ремонту.
Состояние деталей цилиндропоршневой группы определяют по угару картерного масла. Для этого в течение нескольких смен точно измеряют количество доливаемого масла и топлива. Расход картерного масла определяют в процентах к расходу топлива. Для дизельных двигателей предельный расход масла на угар должен составлять 2,4-2,5 % [7].
Состояние системы очистки выхлопных газов. Самоходные машины с дизельным двигателем должны быть оборудованы двухступенчатой системой очистки газов - каталитической и жидкостной [4]. Нужно следить за тем, чтобы температура в катализаторе была в пределах 250-300 °С, поскольку в этом случае каталитическая газоочистка (дожигание) протекает более интенсивно.
Дизельный ДВС, в котором содержание вредных компонентов в отработавших газах выше допустимого, подлежит снятию с эксплуатации. Нейтрализатор такой машины подлежит проверке, регулировке и ремонту. Одновременно каталитический нейтрализатор должен быть проверен на отсутствие трещин и поломок корпуса, герметичность и наличие необходимого количества катализатора.
Срок службы катализатора - 800-1000 мото-
часов. Катализатор можно повторно использовать после его восстановления (путем прокаливания на противне при температуре 700-800 0С). При обнаружении в выхлопных газах частиц катализатора, машина должна быть снята с эксплуатации до устранения причины утечки катализатора.
Принцип действия второй ступени газоочистки (жидкостного нейтрализатора) основан на пропускании отработавшего газа через бурлящий (барботирующий) слой воды, находящийся в специальном баке. Уход за данной системой заключается в проверке через каждые 1,5-2 часа уровня воды в барботажном баке и при необходимости доливке воды до контрольной отметки. Не разрешается эксплуатация системы при утечке воды из бака. Ежедневно в конце смены, вода в барбо-тажном баке сливается и заменяется чистой.
Наиболее эффективно газоочиститель двигателя работает на низкоароматических и низкоолеиновых сортах дизельного топлива.
Причинами неисправности системы газоочистки является обильное выделение дыма и воды. Такой двигатель немедленно должен быть остановлен.
На достоверность показаний системы газоочистки ДВС оказывают влияние утечки отработавших газов через неплотности. При повышенном износе деталей цилиндропоршневой группы значительное количество газов прорывается в картер двигателя, минуя выхлопную трубу. Эти газы не проходят через систему газоочистки дизеля и загрязняют рудничную атмосферу.
Количество газов, прорывающихся в картер двигателя, измеряют с помощью индикаторов расхода газов КИ-4887 или КИ-13671 [7]. Проверку проводят на холостом ходу прогретого двигателя при номинальной частоте вращения коленчатого вала, при этом открывают маслозаливную горловину, закрывают пробками отверстие сапуна и отверстие под масломерную линейку. При расходе газов, превышающем допустимую величину, измеряют разрежение в отдель-
ных цилиндрах. Если в двух или более цилиндрах разрежение меньше допустимого значения, двигатель подлежит ремонту. Если же разрежение меньше только в одном цилиндре, то проверяют герметичность клапанов
системы газораспределения.
Окружающая среда. Часто ДВС эксплуатируются в условиях запыленного воздуха на горизонте, превышающего предельно допустимую концентрацию в 2-5 раз [3]. Даже самая технически исправная машина, снабженная отлаженной двуступенчатой системой газоочистки, в этих условиях не может обеспечить нейтрализацию токсичных веществ до нормы. По данным [б] 17,5 % всей попавшей с воздухом в камеру сгорания пыли уносят выхлопные газы.
Отбор проб на токсичность выхлопных газов производят, как правило, непосредственно в выработках, т.е. где работают машины с ДВС. Поэтому при высокой запыленности воздуха сложно получить достоверные данные о работе дизелей, их нейтрализаторов. Для более объективной оценки эффективности работы дизельных двигателей и нейтрализаторов необходимо контролировать их работу на участках, где уровень ПДК в пределах нормы.
Проведение технических осмотров и ремонтов. Для каждого типа самоходного оборудования должна быть разработана структура ре-
монтного цикла. Для самосвального автопоезда МоАЗ-6401 такой цикл показан на рис. 2 [8].
Технический осмотр следует проводить с периодичностью 470 ч работы машины и остановкой оборудования на 8 ч. Периодичность проведения Т1 - 1410 ч, продолжительность 16 ч, а Т2 - периодичность 2820 ч, продолжительность 32
ч. На капитальный ремонт затрачивается 160 ч с периодичностью 8460 ч. Как видно из рисунка, в ремонтном цикле всего двенадцать ТО, три Ть два Т2 и один капитальный ремонт.
При текущем ремонте производится очистка, частичная разборка, замена или восстановление отдельных деталей, узлов и механизмов, полная или частичная замена смазочных материалов, проверка креплений, замена вышедших из строя крепежных деталей и наладка оборудования. При капитальном ремонте восстанавливаются первоначальные качественные характеристики оборудования: производительность, мощность, точность и др. Производится также очистка, полная разборка оборудования, промывка узлов, замена или ремонт базовых деталей, замена всех изношенных деталей и узлов, сборка и наладка оборудования.
Все работы по ремонтному циклу выполняются подземными ремонтными службами под руководством опытного механика эксплуатационного участка.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Безопасность жизнедеятельности. Учебник для вузов /С.В. Белов, А.В. Ильинская, А.Ф. Козьяков и др. М.: Высшая школа, 1999. 448 с.
2. Школьникова Р.И., Свердлова Н.С. Эксплуатация оборудования с дизельным приводом, количество воздуха для проветривания. Безопасность труда в промышленности, 1978, № 2. с. 51-53.
3. Алборов И.Д., Амбалов В.Б. и др. Исследование, обоснование и внедрение способов и средств оптимизации технологических про-
цессов с целью повышения безопасности и эффективности горных работ в условиях ТВМК. Отчет №81048996. Архив СКГМИ. Орджоникидзе. 1985. 106 с.
4. Кальницкий Я.Б. Безопасная эксплуатация подземного самоходного оборудования /под редакцией Н.В. Тихонова. М.: Недра, 1990. 268 с.
5. Медведев Ю.С., Подчинок В.М. Как снизить дымность отработавших газов дизелей. Экология и промышленность России, май 2000 г., с. 21-23.
6. Царикаев В.К. Эксплуатация тракторов и бульдозеров в зимнее время. Магадан, кн. изд., 1969, 128 с.
7. Как обнаружить и устранить неисправности трактора. Справочник /И.И. Водяник, В.К. Фаю-стов и др. М: Нива России, 1992. 304 с.
8. Эксплуатация, техническое обслуживание и ремонт самоходного оборудования в подземных рудниках /Э.А. Григорьянц, А.И. Липовой и др. М.: Недра, 1985. 280 с.
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ
Царикаев Владимир Каурбекович - кандидат технических наук, Северо-Кавказский государственный технологический университет.
