CC BY
349
СОВРЕМЕННЫЕ ПРОБЛЕМЫ НОРМИРОВАНИЯ РАСХОДА ТОПЛИВА И СНИЖЕНИЯ ЗАГРЯЗНЕНИЯ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ ВРЕДНЫМИ ВЫБРОСАМИ ТЕПЛОВОЗНЫХ ДИЗЕЛЕЙ
Панова Надежда Сергеевна
аспирантка ОмГУПС, г. Омск E-mail: panovanadeghda@mail. ru
MODERN PROBLEMS OF RATIONING OF FUEL CONSUMPTION AND DECREASE IN ENVIRONMENTAL POLLUTION BY HARMFUL EMISSIONS OF DIESEL DIESELS
Nadezhda Panova
Graduate student of Omsk state university of means of communication, Omsk
АННОТАЦИЯ
В статье рассматриваются вопросы по нормированию расхода топлива локомотивами, указаны причины повышенной токсичности и повышенного расхода топлива дизельных двигателей, метод расчета количества отработавших газов локомотивов.
ABSTRACT
In article questions on rationing of fuel consumption by locomotives are considered, the reasons of the increased toxicity and the increased fuel consumption of diesel engines, a method of calculation of amount of the fulfilled gases of locomotives are specified.
Ключевые слова: локомотив, нормирование; расход топлива; загрязнение; отработавшие газы; вредные выбросы.
Keywords: locomotive; rationing; fuel consumption; pollution; the fulfilled gases; harmful emissions.
Одними из основных задач для железнодорожного транспорта являются уменьшение потребления дизельного топлива тепловозами на тягу поездов и маневровую работу, следовательно, улучшение экологических показателей тепловозов в соответствии с требованиями международных норм и стандартов.
На железнодорожном транспорте потребляется большое количество жидкого, твердого и газообразного топлива. Топливо на железнодорожном транспорте расходуется в основном на работу локомотивов. Расход топлива тепловозами зависит от большого количества факторов. Условно их можно разделить на конструктивные и эксплуатационные. К первым можно отнести расходные характеристики дизеля, степень отбора мощности на привод вспомогательных агрегатов, уровень потерь в электрической передаче тепловоза и др.; к эксплуатационным факторам — профиль и план пути, массу поездов и их удельное сопротивление движению, способ управления движением, климатические условия, определяющие режимы работы тепловоза. К эксплуатационным факторам следует также отнести качество и цикличность технического обслуживания и ремонта, от которых зависит стабильность расходных характеристик. Для топливной экономичности тепловозов имеет большое значение соответствие конструктивных факторов условиям эксплуатации [4].
Важным источником экономии топлива является повышение экономичности силовых установок за счет применения более совершенных конструкций дизелей, а именно:
1. Загрузка вагонов — наиболее отчетливо влияние загрузки вагонов, т. е. нагрузки на ось вагона, на расход топлива обнаруживается при постоянном весе поезда. Чем меньше загружен вагон, тем более значительно возрастает расход топлива. Такая зависимость объясняется тем, что уменьшение нагрузки на ось вагона сопровождается увеличением его удельного сопротивления.
2. Трудность пути — подъемы, уклоны и кривые изменяют полное удельное сопротивление вагонов и тепловоза. Поэтому расход топлива на измеритель существенно зависит от трудности пути в плане и профиле. Во время движения поезда в кривых участках пути возникают силы трения, поэтому увеличивается удельное сопротивление поезда: чем меньше радиус кривой, тем больше удельное сопротивление.
3. Климатические условия — температура наружного воздуха, скорость и направление ветра по-разному сказываются на работе тепловоза и движении поезда. Понижение температуры в интервале не ниже минус 15—200С приводит к увеличению КПД тепловоза. Это проявляется в том, что при одном и том же расходе топлива увеличивается мощность тепловоза. При понижении температуры наружного воздуха увеличивается доля холостой работы дизеля на стоянках из-за необходимости поддерживать температуру воды и масла дизеля. Вследствие этого будет возрастать коэффициент, учитывающий влияние холостой работы дизеля на расход топлива, что вызывает увеличение расхода топлива. Особенно заметное влияние на расход топлива при понижении наружной температуры оказывает сопротивление поезда. В зимнее время сопротивление возрастает за счет увеличения вязкости смазки в буксах. Повышение скорости ветра, особенно когда он направлен в бок поезда, вызывает значительное возрастание сопротивления поезда и увеличение расхода топлива. Таким образом, наружная температура оказывает влияние на ряд показателей в работе тепловоза, которые действуют на расход топлива по -разному [2].
Проблемы нормирования расхода топлива и снижения загрязнения атмосферы вредными выбросами тепловозных дизелей тесно взаимосвязаны. Поэтому совершенствование рабочего процесса дизеля для более полного сгорания топлива позволяет снизить выброс сажи в окружающую среду и одновременно уменьшить расход топлива на выполнение одинаковых процессов работы. В то же время увеличение температуры сгорания топлива вызывает повышение выбросов вредных окислов азота. Причинами повышенной токсичности и повышенного расхода топлива дизельных двигателей являются низкое качество топлива; нарушение работы системы топливоподачи (слишком низкий коэффициент избытка воздуха, неравномерная подача топлива по цилиндрам, смещение фаз впрыска, межцикловая неравномерность подачи топлива); повышенный расход масла на угар из-за износа деталей цилиндропоршневой группы.
Повышенная токсичность дизелей определяется следующими факторами:
1. Низкая эффективность каталитических нейтрализаторов. Это связано с тем, что степень сжатия, следовательно, и степень расширения дизелей значительно выше. Поэтому температура отработавших газов недостаточна для эффективной работы нейтрализаторов. В связи с этим не удается добиться снижения выброса оксидов азота, которые в несколько десятков раз более токсичны, чем окись углерода (СО).
2. Повышенный выброс на некоторых режимах, особенно во время прогрева, продуктов неполного сгорания с характерным неприятным запахом.
3. Частицы сажи являются носителями канцерогенов. Попадая в дыхательные пути, они вызывают раковые опухоли. Из-за того, что ни в одной из стран до сих пор нет быстродействующих газоанализаторов, нет и возможности нормировать их выброс.
Основным источником загрязнения атмосферы являются отработавшие газы дизелей тепловозов. Так при работе магистральных тепловозов в атмосферу выделяются отработавшие газы, по составу аналогичные выхлопам автомобильных дизелей. Одна секция тепловоза выбрасывает в атмосферу за час работы приблизительно 28 кг оксида углерода, 17,5 кг оксидов азота, до 2 кг сажи [3]. Но тепловозные дизели при поездной работе имеют более стабильный режим нагрузок, так как регулирование скорости производится с помощью электротрансмиссии, а дизель работает с малыми отклонениями частот вращения. В связи с этим выделение загрязняющих веществ значительно сокращается. Вместе с тем, маневровые тепловозы работают в переменных режимах с частыми троганиями, ускорениями и торможениями. В этом случае выброс отработавших газов значительно возрастает.
Одним из радикальных методов снижения загрязнения атмосферы является нормирование эмиссии загрязнителей и организация регулярного контроля за соблюдением установленных норм. Нормированию и сокращению вредных выбросов двигателей внутреннего сгорания подлежат лишь основные
составляющие, к которым относятся окись углерода (СО), окислы азота (NO) и дополнительно углеводороды
Количество отработавших газов локомотива за час работы определяется по формуле [1]:
где 14,3 — теоретически необходимое количество воздуха для сгорания 1 кг дизельного топлива;
Ьеі — удельный расход топлива тепловозом на соответствующей позиции контроллера машиниста, кг/кВт ч;
Кеі — мощность дизеля на соответствующей позиции контроллера машиниста, кВт;
а — коэффициент избытка воздуха.
Концентрация вредных выбросов в отработавших газах рассчитывается по формуле:
где гКО ги гсо;— временные количества выбросов окислов азота и окиси
углерода в отработавших газах.
Эмпирическая зависимость концентрации вредных выбросов от доли мощности определяется:
Общее количество вредных выбросов определяются по следующей
М21 = 14,3Ье1Ке1аі,
(1)
(2)
(3)
К(д°п) = 0,054 + 0,894ДЫ . - 0,597ДЫ2;
N0x1 с1^ с17
KoT) = 0,043 + 0,416ДЫе1 - 0,341 Д^.
(4)
(5)
формуле, кг:
ЕС =Х rCOiti , (7)
i=0
где ti — суммарное время работы на 1-ой позиции контроллера машиниста за поездку.
Допустимые значения общих вредных выбросов за поездку определим по формуле, кг:
15
I) _
р( доп ) _ ^ ; (8)
ENOX rNOXi Ч ’ (8)
i_0
15
-СОТ’ _! гСОТЧ, (9)
^0
где г^до^^ и г^д™ ) — допустимые временные нормы выбросов, кг/ч,
определяемые по формулам:
К(доп)М
(доп) _ Zi . /1 А\
rNOxi _ ’ (10)
г , кС7)мй
¿доп) . (ц)
СОXi 100 V У
Еще одним важным параметром эксплуатационных экологических
характеристик является удельное количество вредных выбросов на позиции контроллера машиниста, то есть отношение значений общих вредных выбросов, производимых локомотивом на одной из позиций к работе, проделанной локомотивом на этой позиции при движении по участку
обращения.
Формулы определения удельного количества вредных выбросов выглядит следующим образом:
-
е«* _ -7°^; (I2)
i
—
где Ai — работа, проделанная локомотивом на 1-ой позиции контроллера машиниста при движении по участку, кВт ч, определяется по формуле, кВтч:
А =^ Ъ , (14)
где N — мощность тепловоза по позициям контроллера машиниста, кВт.
В настоящее время проблемам экологической безопасности уделяется больше внимания на международном, государственном и местных уровнях. Но медленное претворение в жизнь необходимых для улучшения ситуации мер, продолжение вредной деятельности и зачастую недостаточное финансирование для обновления износившегося оборудования, всё это, к сожалению, указывает на то, что в ближайшее время нереально ожидать значительных улучшений.
Список литературы:
1. Володин А.И. Локомотивные энергетические установки: Учебник для вузов. М.: Желдориздат, 2002. — 716 с.
2. Володин А.И., Фофанов Г.А Экономия топлива на тепловозах: Изд.2-е доп. М.: Трансжелдориздат, 1963. — 103 с.
3. Павлова Е.И. Экология транспорта. М: Транспорт, 1998. — 232 с.
4. Фофанов Г.А. Повышение топливной экономичности тепловозов. Сборник научных трудов. М.: Транспорт, 1991. — 128 с.
