Исследование влияния основных параметров работы тепловозных дизелей на дымность отработавших газов с целью снижения её уровня тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 00.00.00, Панасенко, Евгений Викторович

• Панасенко, Евгений Викторович
• 1984

Оглавление диссертации Панасенко, Евгений Викторович

ВВЕДЕНИЕ

Глава I.ИССЛЕДОВАНИЕ ДЛШОСТИ ОТРАБОТАВШИХ ГАЗОВ ДИЗЕЛЕЙ. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ

1.1. Методы и средства измерения дымности отработавших газов

1.2. Результаты исследований дымности отработавших газов тепловозных дизелей

1.3. Методы исследования сажеобразования в дизелях

1.4. Факторы, влияющие на дымность отработавших газов дизелей и способы ее снижения

1.5. Методы расчетного определения дымности и сажесодержания отработавших газов дизелей

1.6. Постановка задачи

Глава 2. МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ, ПРОГРАММА ИСПЫТАНИЙ ■ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ УСТАНОВКИ

2.1. Методика измерения дымности отработавших газов

2.2. Определение предельно допустимых значений дымности отработавших газов

2.3. Экспериментальные установки

2.4. Методика измерения основных параметров работы дизелей

2.5. Методика обработки опытных данных

2.6. Параметры-аргументы, определяющие уровень дымности отработавших газов

Глава 3. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ ДОМОСТИ ОТРАБОТАВШИХ ГАЗОВ ТЕПЛОВОЗНЫХ ДИЗЕЛЕЙ

3.1. Изменение дымности отработавших газов дизелей по тепловозным и нагрузочным характеристикам

3.2. Характеристика уровня дымности отработавших газов с помощью выбранных параметров

3.3. Методика расчетного определения дымности отработавших газов

3.4. Возможности расширения области применения расчетной методики определения дымности отработавших газов

3.5. Рекомендации по снижению дымности отработавших газов

ВЫВОДЫ

Условные обозначения

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Исследование влияния основных параметров работы тепловозных дизелей на дымность отработавших газов с целью снижения её уровня»

В "Основных направлениях экономического и социального развития СССР на 1981-1985 годы и на период до'1990 года" (раздел 1У, "Развитие транспорта и связи"), принятых на ХХУТ съезде'КПСС, указано, что при решении основной задачи транспорта, предусматривающей полное и своевременное удовлетворение потребностей народного хозяйства и населения в перевозках, необходимо ".обеспечить уменьшение вредного воздействия транспорта на окружающую среду".

В постановлении ЦК КПСС и Совета Министров СССР "О дополнительных мерах по усилению охраны природы и улучшению использования природных ресурсов" (декабрь 1978 г.) обращается особое внимание на снижение производственных и иных вредных выбросов в окружающую среду, на необходимость оснащения всех источников вредных выбросов очистным оборудованием, сокращения выделения токсичных веществ в атмосферу, водные объекты и почву. Известно, что на долю транспортных средств приходится около 60% от общих вредных выбросов различными источниками.

Общая задача неуклонного повышения интенсивности и эффективности общественного производства путем роста его энерговооруженности и производительности црименяемой техники предопределяет непрерывное увеличение производства дизелей, повышение их агрегатной мощности и концентрации в местах эксплуатации. В свою очередь повышение агрегатной мощности дизеля путем увеличения среднего эффективного давления Рте при обеспечении экономичности, дымности и токсичности на приемлемом уровне выдвигает на первый план задачу рационального сжигания увеличенных цикловых подач топлива.

Постановлением № 5 от 12 июня 1980 г. Бюро Научного совета

Государственного комитета СССР по науке и технике по проблеме "Защита воздушного бассейна от загрязнения вредными веществами" организована постоянная научно-техническая комиссия ГКЙГ и координационный Совет по цроблеме "Разработка и в недрение методов и устройств предотвращения и сокращения выбросов в атмосферу загрязняющих веществ тепловыми двигателями и тепловыми установками железнодорожного транспорта". План работ, утвержденный приказом МПС (П-16795 от 20 мая 1983 г,) предусматривает исследование дымности отработавших газов (ОГ) дизелей магистральных и маневровых локомотивов в период 1983-85 гг.

Одной из эффективных мер, принятых нашим государством для решения рассматриваемой проблемы, было создание разветвленной системы государственных и отраслевых стандартов, распространяющихся на транспортные дизеля. В частности, с I января 1983 г. вступил в силу ГОСТ 24028-80 "Дизели судовые, тепловозные и промышленные. Дымность отработавших газов", устанавливающий предельно допустимые значения параметров дымности отработавших газов (ОГ), методы и приборы для их измерения при стендовых испытаниях дизелей. В настоящее время предприятия выпускающие мощные транспортные двигатели не оснащены цриборами для измерения дымности. Импортные дымомеры типа МК-3 "картридж" удовлетворяют требования ГОСТ 24028-80 и могут применяться для измерения дымности ОГ тепловозных дизелей, но располагаемое количество приборов "Хартридж" исчисляется единицами. В нашей стране начато серийное производство дымомера СВДА-107 "Атлас". По цринципу своей работы он соответствует требованиям ГОСТ 24028-80. Однако прибор спроектирован для измерения дымности ОГ автомобильных дизелей (Стационарный индикатор дымности автомобильный). Поэтому » необходимо было определить пригодность СВДА-107 для оцределения дымности ОГ тепловозных дизелей и отработать методику измерений.

Введение в действие ГОСТ 24028-80 обусловило расширение фронта исследований дымности ОГ тепловозных дизелей и разработку" мероприятий по ее снижению. В результате уже накоплен опре

- ^ деленный экспериментальный материал по влиянию конструктивных изменений и отдельных параметров работы дизелей на дымность ОГ. Но отсутствие функциональной связи концентрации сажи и дымности ОГ с основными параметрами работы дизеля существенно усложняет проведение работ по снижению дымности.

При создании новых, современных двигателей, удовлетворяющих требованиям повышенной удельной мощности, экономичности, экологическому воздействию и др., все большую роль приобретает расчетное прогнозирование всех компонентов рабочего процесса на ЭЦВМ или моделирующих устройствах различного типа. Эффективность моделирования, экономящего значительные материальные средства и время на поисковые опытные работы бесспорна при условии достаточной достоверности. Разработанные на основании положений теории ДВС способы расчета количества сажи предполагают в качестве известных ряд постоянных коэффициентов, для определения которых необходимо выполнить специально поставленные довольно сложные эксперименты. Возможной альтернативой является получение эмпирических зависимостей дымности ОГ от основных параметров работы дизеля, определяющих дымность.

В свете вышеизложенного в данной диссертационной работе был решен ряд задач.

На основе впервые проведенного сравнительного экспериментального исследования работы дымомеров: импортного МК-3 "Хартридж" и отечественного СВДА-107 при измерении дымности ОГ тепловозных дизелей было установлено, что дымомер СВДА.-Ю7,в основном, удовлетворяет требованиям ГОСТ 24028-80 и может быть использован для измерения дымности ОГ тепловозных дизелей. Предложены некоторые конструктивные изменения, не затрагивающие основные принципы работы дымомера, но направленные на расширение диапазона измерения дымности ОГ на режимах холостого хода и малых нагрузок.

Исследована дымность ОГ современных, форсированных дизелей магистральных и маневровых тепловозов типа 10ДН20,7/2x25,4; 16ЧН25/27, 8ЧН26/26, 6ЧН31,8/33 и опытного отсека ЧН32/32 на режимах тепловозной и нагрузочных характеристик, а также цри внесении отдельных конструктивных изменений и дальнейшем форсировании.

Обобщены результаты исследования дымности ОГ дизелей и впервые получены эмпирические зависимости дымности от основных параметров работы дизелей и их соотношений с учетом типа дизеля. Научная и практическая ценность этих зависимостей определяются тем, что их использование в цроцессе доводки, совершенствования, а также при анализе работы в конкретных условиях эксплуатации позволяет сократить время и средства на проведение экспериментальных исследований, и дает возможность производить оценку дымности в условиях эксплуатации.

Даны рекомендации по снижению дымности ОГ тепловозных дизелей.

На защиту данной диссертации выносятся:

- результаты экспериментального исследования дымности ОГ широкого класса тепловозных дизелей, находящихся в серийном производстве, а также перспективных высокофорсированных дизелей на различных режимах работы;

- разработанная методика расчетного определения дымности ОГ тепловозных дизелей, основой которой являются эмпирические зависимости дымности ОГ от основных параметров работы дизелей,оказывающих влияние на дымность.

Заключение диссертации по теме «Другие cпециальности», Панасенко, Евгений Викторович

1. Установлено, что уровень дымности ОГ однозначно не харак теризуется каким-либо одним параметром работы дизеля. Определить изменение дымности ОГ можно с помощью совокзшности следущих па раметров: частоты вращения дизеля; максимального давления топли ва в трубоцроводе высо1шго давления; отношения эффективного КДЦ к коэффициенту избытка воздуха в циливдре, расхода воздуха к эфь фективной мощности, цикловой подачи топлива к рабочему объему цилиндра. Применительно к двухтактныгу! дизелям необходимо допол нительно учитывать отношеше давления наддувочного воздуха и противодавлению на выпуске.2. Впервые разработанная инженерная методика расчетного оп--

ределения показателя дыкшости ОГ тепловозных дизелей позволяет по основным паршлетрш^ работы дизеля оцределить уровень дымнос ти ОГ. Основой методики является комплекс э^ширических зависимостей, полученных в результате обобщения результатов экспериментальных исследований широкого класса тепловозных дизелей с помощью ве роятностно-статистических методов и с использованием ЭЦВМ. 3 . Включение полученных эмпиричес1шх зависимостей в матема тическую модель расчета рабочего прсцесса позволит определить рациональные параметры систем воздухоснабжения, подачи топлива и др. , обеспечивающие уровень дымности ОГ в цределах допустимых норм при заданных мощностных показателях работы дизеля.4. Установлено, что при работе форсированных тепловозных дизелей на режимах тепловозных характеристик по мере снижения частоты вращения и соответственно нагрузки,дымность ОГ повыша ется, что в определенной степени обусловлено снижением расхода воздуха, коэффициента избытка воздуха, давления вцрыска топлива.Влияние изменения этих параглетров имеет превалирующее значение.Снижение частоты вращения увеличивает время протекания процесса сгорания, однако одновременно снижается величина давления впрыс ка топлива.Обеспечение сннл^ ения значения величины расхода воздуха на единицу мощности не более чем на IO-I5/5 приводит к практически неизменному уровню дымности ОГ на режиглах тепловозной характе ристшш,

5. Предложенные в работе системы автоматического ограниче ния дыгшости ОГ, цринцип действия которых основан на функцио нальной взаиглосвязи величины рабочих параметров и дымности ОГ могут применяться при эксплуатации тепловозных дизелей и, с наибольшим эффектом, на тяговых агрегатах, работающих на от1фы тых горно-рудннх разработках, где требования к вредным выбросам дизелей предельно жесткие.6. Пригленение разработанной расчетной методики позволяет сократить время, объем и стоимость проведения экспериментальных исследовательских и доводочных работ по снижению дымности ОГ, ЧТО' обеспечивает годовой эконоглический эффект в расчете на про ведение указанных работ по одному дизелю порядка 8-12 тыс.руб.УСЛОВВЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ • Используеьлые в данной работе условные обозначения соответ ствуют ГОСТ 10448-80 (СТ СЭВ 1582-79) "Дизели судовые, тепло возные и промышленные. Правила цриемки. Методы испытаний".Наименование параметров :Обозна :чение :Единицы :измерений Частота вращения Эффективная мощность Среднее эффективное давление Среднее индикаторное давление Давление наддувочного воздуха Давление выпускных газов на входе в турбокомпрессор Давление топлива Максимальное давление топлива в топливном тру бопроводе высокого давлешш J'mxH.Тег.шература наддувочного воздуха после охладителя Расход топлива Удельный расход топлива Цикловая подача топлива Расход возд^гха Рабочий объем цилиндра Индикаторный КПД Эффективный КЦД Механический КПД Коэффициент избытка воздуха сугмарный Коэффициент избытка воздуха в цилиндре % . г/кВт, ч GoLiX кг/о Наименование паршлетров :Обозначе: Единицы :ние : измерении (при сгорании) оС^ Коэффициент ослабления светового потока (показатель дымности отработавших га зов) ^ %

Список литературы диссертационного исследования Панасенко, Евгений Викторович, 1984 год

1. Материалы ХХУ1 съезда КПСС,- М.: Политиздат, I98I, - 180 с,

2. Андреева А,Н,, Исаева Е Д . , СмаГзлйс В.И. О новом государственном стандарте на дыьшость дизелей,- Двигателестроение,1981, № 8, C.40-42.

3. Авдрусенко П.И,, Бурцев О.Н., Гутаревич Ю.Ф. Характеристикиавтомобильных и тракторных двигателей,- Киев: Вища школа, 1978, 128 с,

4. Баранов Н.А. Определение оптическими методами температурыпламени и содержания сажи в цилиндре дизеля.- Труды ЦНЩЩ, 1978, выл,74, с.58-64,

5. Баранов Н.А,, Смайлис В.И, Исследование высокотемпературнойсублимаций и дисперсионного состава дизельной сажи.- В сб.: Экспериментальные и теоретические исслед, по созданию новых дизелей и агрегатов. Л., 1980, с,82-89,

6. Батурин А,', Дьяченко Н.Х,, Ложкин В.Н. Сажевыделение вцилиндрах дизельных двигателей и дымность ОГ.- В сб.:Рациональное использование природных ресурсов и охрана окружающей среды. Л., изд,ЛПИ, 1977, с.112-118.

7. Баранов Н,А. Разработка методов и проведение экспериментальных исследований на двигателе условий образования и физических свойств дизельной сажи: Автореф.дис,,канд.техн.назгк,Л,, I98I, 24 с,

8. Богданов С,А,, Гладков 0,А,, Костомаров В.П. Возможностизамера дымности выхлопа дизелей дымомерами типа "Бош".-Дви•Фатели внутреннего сгорания, ЦНИИТЭИТЯШЛАШ, 1980, Ш 4-80-18, с.8-12.

9. Кабанов А.А., Ольховский Ю.В,, Орлов Н.Д. и др. Исследование на стенде тепловозного дизель-генератора 2-9ДГ с корректорш подачи топлива по давлению нагрузки и корректором нагрузки.-Труды ВНИТИ, 1978, вып.47, с.21-27.

10. Кабанов А.А., Ольховский Ю.В,, Орлов Н.Д. Испытания опытной САР дизель-генератора с корректором топливоподачи и нагрузки по давлению наддува на тепловозе 2ТЭ116.- Труды ВНИТИ, 1978, вып.47, с.28-37.

11. Кабанов А.А, Норглирование, приборы и методы измерения дымности транспортных дизелей. Обобщение и анализ отечественных и зарубежных данных,- Труды ВНИТИ, 1979, вып.49,с,111118,

12. Кабанов А.А. Дымность ОГ тепловозных дизелей и ее нормирование на установив11Ш±ся и переходных режимах на стендах и тепловозах.- Труды ВНИТИ, 1982, вып.52, с.153-164,

13. Кратко А.П., Вихерт М.М., Грудский Ю.Г. и др. Влияние фазцроцесса сгорания в дизеле на содержание канцерогенных компонентов в ОГ,- Автомобильная промышленность, 1977, Ш 6, с.9-12.

14. Кратко А.П. Исследование дымности и токсичности ОГ дизеляс пленочным смесеобразованием. - Труды НАМИ, 1976, вып.161, с.3-10.

15. Ложкин В.Н. Исследование динамики и термических условий сажевыделения цри сгорании распыленного топлива в цилиндрах дизелей,- Дисс.,канд,техн.наук.- Л., 1978. 216 с.

16. Лоскутов А.С. Исследование механизмов образования топливныхокислов азота и сажи в цилиндре дизеля,- Дисс,канд.техн. наук,-Л,, 1982, 186 с,

17. Матиевский Д.Д., Дудкин В.И,, Батурин С А . Участие сажи врабочем цикле дизеля и индикаторный КПД.- Двигателестроение, 1.8S, № 3, 0,54-56.

18. Махов В.З., Терентьев В.А. Оптический метод определениялокального саже содержания в камере сгорания дизеля.- Межвуз. сб.науч.трудов: Токсичность двигателей внутреннего сгорания.- М., Изд-во ВЗШ, 1977, с.67-73.

19. Махов В.З., Ховах М.М., Созаев B.C. Расчетная модель и анализ сажеобразования при сгорании неперемешанных топлива и окислителя.- В сб.: Защита окружающей среды в связи с развитием автомобилизации, М., 1979, с.50-61,

20. Мачульский Ф.Ф. Дисперсность и структура дизельной саяи.В кн.: Токсичность ДВС и пути ее снижения, М., 1966, с.206219.

21. ГЛилликен Р.К, Размеры, оптические свойства и температурачастиц сажи.г- В кн.: Измерение температур в объектах новой техники. М., "Мир", 1965, c,I52-I7I.

22. Парфенов Е.В, Исследование и разработка методов снижениядымности автомобилей с дазелями в условиях эксплуатации.Дисс, канд.техн.наук,- М,, 1980, 187 с,

23. Прошкин В.Н. Особенности цроцесса сгорания с пониженным сажеобразованием на примере дизелей 64H2I/2I,- Двигателестроение, 1983, Ш I, с.56-58.

24. Прошкин В.Н. и др. Снижение дымности отработавших газов дизелей.- Двигатели внутреннего сгорания. - М., ВЦИЙНФ0РМТЯ1М М , 1974. № 4-74-3, 18 с.

25. Рабовский В.В. Измерение дымности выхлопа двигателей внутреннего сгорания.- Труды ЦНВДИ. / Исследование рабочих процессов в дизелях. Л., 1950, Ш 7, с,3-24.

26. Розенблит Г.Б. Теплопередача в дизелях. М., Машиностроение,1977, 216 с,

27. Розенблит Г.Б., Кудряш А.П., ГЛайбога Б.Г.Исследование дым.ности тепловозного дизеля.- Вестник ВНИИ Та, 1979, № 4, 0,32-34.

28. Свиридов Ю.Б,, Малявинский Л.В., Вихерт М.М. Топливо и топливоподача автотракторных дизелей,- Л., Мапшностроение, 1979, 248 с.

29. Синенко Н,П., Гринсберг Ф.Г., Половинкин И.Д., Розенблит Г.Б.,Скаженик A.M. Исследование и доводка тепловозных дизелей. М., Машиностроение, 1975, 184 с,

30. Смайлис В.И. Малотоксичные дизели.- Л., Машиностроение,1972, 128 с.

31. Улановский Э.А., Гребенюк Н.Б., Габриэль В.З, и др. Снижение дымности выхлопа дизеля 5Д49. - Труды ВНИТИ, I97I, вып.35, с.63-71.

32. Федотов Г.Б,, Левин Г.И, Топливные системы тепловозных дизелей. Ремонт, испытания, совершенствование. М., Транспорт, 1983, 192 с.

33. Филипосянц Т.Р., Кратко А,П. Пути снижения дымности и токсичности ОГ дизельных двигателей. М., НИИВавтоцром, 1973, 72 с.

34. Филипосянц Т.Р., Кратко А.П., Мазинг М.В. Методы снижениявредных выбросов с ОГ автомобильных дизелей.- М.: НИЙНавтопром, 1979, 64 с,

35. Хомич А.З. Эффективность и вспомогательные режимы тепловозных дизелей. М., Транспорт, 1979, 144 с.

36. Khan I .M, , Greeves G., Wang C.H, Factors Affecting Smokeand Gaseous Bnissions from Direct I n j ec t i on Engines and a Method of Calculation.-SAE Paper N73OI69, 1973, 23p.

37. Sachse Т . , Jorge H.Verminderter Kraftstoffverbrauch wonKraftfahrzeug.-* 'Kraftfahrzeugtechnik",1981, N10, 502-306.