WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 ||
  • частота вращения вала дизельного двигателя n, мин-1;
  • мощность дизельного двигателя N, кВт;
  • часовой расход топлива В, кг/ч;
  • данные газового анализа: количество содержания оксида углерода (СО), кислорода (О2), оксидов азота (NOx).

По результатам измерений вредных выбросов отработавших газов и расходу топлива установлен коэффициент избытка воздуха при сгорании топлива. При этом регистрировались следующие параметры: эффективная мощность дизельного двигателя, частота вращения, часовой расход топлива, концентрация оксидов углерода - СО, концентрация кислорода - О2.

Принимаемый алгоритм расчета рабочего процесса дизельного двигателя следующий:

1. Определяется коэффициент наполнения цилиндров дизельного двигателя свежим воздушным зарядом по формуле:

, (1)

где Gair - расход воздуха, кг/ч.

2. Задаются отношением (рa/рo), где ра – начальное давление в цилиндре; ро – атмосферное давление и - коэффициентом остаточных газов.

3. Определяется значение температуры рабочего тела в начале сжатия:

, (2)

где - степень сжатия.

4. Проводится расчет процесса сжатия и расширения.

5. Период задержки самовоспламенения определяется по формуле акад. Н.Н.Семенова:

, (3)

где - средняя скорость поршня; рнв и Тнв – давление и температура в цилиндре в момент начала впрыска топлива.

6. Определяется температура отработавших газов.

В результате расчета определяются значения: максимальное давление сгорания, be - удельный эффективный расход топлива [], эффективная мощность дизельного двигателя.

На основе алгоритма определения закономерностей изменения объемов вредных выбросов была создана компьютерная программа, выполняющая автоматизированный расчет нагрузочных режимов дизельного двигателя. Математическое моделирование режимов работы погрузочно-доставочной машины позволило определить скоростные и нагрузочные режимы работы привода с минимальными объемами вредными выбросами. По результатам математического моделирования была установлена зависимость температуры отработавших газов погрузочно-доставочной машины от мощности дизельного привода.

На рис. 1 приведен график зависимости температуры отработавших газов погрузочно-доставочной машины от мощности дизельного привода.

Рис. 1. График зависимости температуры отработавших газов от потребляемой мощности дизельного двигателя

На рис. 2 приведен график зависимости степени снижения объемов вредных выбросов СО и СН каталитическим нейтрализатором от температуры отработавших газов дизельного привода.

Рис. 2. График зависимости степени снижения вредных выбросов СО и СН каталитическим нейтрализатором от температуры отработавших газов дизельного двигателя

Как видно из этого рисунка целесообразной температурой отработавших газов, при которой происходит максимальное снижение вредных выбросов в каталитеском нейтрализаторе является температура в диапазоне 300-400 оС.

По результатам расчетов определены режимы работы погрузочно-доставочной машины, при которых температура отработавших газов наиболее благоприятна для дожигания вредных выбросов в каталитическом нейтрализаторе.

2. Экспериментально установлено, что при движении погрузочно-доставочной машины в диапазоне скоростей от 8 до 13 км/ч достигается минимизация удельных вредных выбросов по оксидам азота до 10,5-11,5 , по оксиду углерода до 3-3,5

Для установления закономерностей изменения объемов вредных выбросов от режимов работы ПДМ в реальных условиях эксплуатации были проведены экспериментальные исследования дизельного двигателя 6ЧН СП 15/18. Техническая характеристика двигателя приведена в табл.2.

Таблица 2

Техническая характеристика дизеля 6ЧН СП 15/18

Номинальная частота вращения, мин-1

1500

Номинальная мощность, кВт

173

Частота вращения, максимальная, мин-1

1680

Число цилиндров, шт.

6

Диаметр цилиндра (D), мм

150

Ход поршня (S), мм

180

Расположение цилиндров

рядное

Степень сжатия

14

Рабочий объем, дм3

19,08

Выбор в качестве объекта исследования этого двигателя обусловлен тем, что он использовался в качестве привода погрузочно-доставочной машины ПД-12. Кроме этого этот двигатель широко применяется на другом шахтном и карьерном транспортном оборудовании.

Экспериментальные исследования проводились на полномасштабном стенде (рис. 3). Стенд позволяет в широких пределах изменять следующие параметры: нагрузку на двигатель, частоту вращения коленчатого вала.

При проведении экспериментальных исследований определялись концентрации вредных выбросов отработавших газов: оксида углерода - СО, углеводородов - СхНх, оксидов азота - NOx. Изменялось тормозное усилие - гидротормозом с весовой головкой и при этом определялись: частота вращения – частотомером; концентрации вредных выбросов (NOx, CO, СН) - хемилюминесцентным и инфракрасным газоанализаторами, дымность – фильтрационным дымомером “Bosch” и температура отработавших газов - термопарой.

Расход топлива определялся весовым способом. Показания снимались на установившихся режимах. В итоге этих экспериментов были получены значения концентраций вредных выбросов на всех режимах работы двигателя.

Рис. 3. Схема стенда для определения объемов вредных выбросов отработавших газов

1 – манометр; 2- термометр; 3 – дымомер фильтрационный; 4 – измерительный комплекс «ТЕСТ 1К»; 5 – Бачок расширительный; 6 – холодильник водо-водяной; 7 – холодильник водо-масляный; 8 – бачок масляный; 9 – весы; 10 – бак топливный; 11 - гидротормоз

По результатам проведенных экспериментов были рассчитаны удельные концентрации СО и NOx () при номинальной частоте вращения вала двигателя. Удельный средневзвешенный выброс i-го вредного вещества рассчитывался по формуле:

, (6)

где - молекулярная масса i-го загрязняющего вещества либо его эквивалента по приведению, кг/кмоль;

m - количество режимов испытаний в испытательном цикле;

j - порядковый номер режима испытаний в испытательном цикле;

i - индекс загрязняющего вещества (СО, СН, NOx);

Сij - измеренная при испытаниях на j-м заданном режиме концентрация i-го загрязняющего вещества в ОГ, об.%;

Vexh j - объемный расход ОГ (во “влажном” или “сухом” состоянии), приведенный к нормальным атмосферным условиям (Тo = 273 оК, Рo = 101,3 кПа), м3/ч;

- отношение эффективной мощности дизеля на данном режиме испытаний к номинальной эффективной мощности;

Wj - весовой коэффициент режима;

Рen - номинальная эффективная мощность дизеля, кВт.

Зависимость изменения удельных концентраций оксидов азота и оксида углерода от мощности представлена на рис. 4. Из графика видно, что на режимах работы, соответствующих 75% мощности привода происходит снижение удельных вредных выбросов как по оксидам азота, так и по оксиду углерода.

Рис. 4. График зависимости удельных выбросов NОx и СО от изменения потребляемой мощности дизельного двигателя, при n=1500мин-1

Структуру рабочего цикла погрузочно-доставочной машины, представленную в табл.1, составляют четыре основные операции: черпание, движение с грузом, движение без груза, разгрузка. Продолжительность каждой операции в технологическом цикле погрузочно-доставочной машины представлена в табл. 3.

Из таблицы видно, что нагрузка на двигатель в технологическом цикле погрузочно-доставочной машины составляет 75% мощности дизельного двигателя.

Сравнение экспериментальных данных с реальными условиями работы погрузочно-доставочной машины позволяет сделать вывод о том, что наибольшие объемы вредных выбросы соответствуют режимам от 50 до 75% нагрузки. Для этих режимов проводился выбор и расчет каталитического и жидкостного нейтрализаторов.

Таблица 3

Нагруженность погрузочно-доставочной машины в технологическом цикле

Операции технологического цикла ПДМ

Частота вращения вала дизельного двигателя, мин-1

Мощность, %

Продолжительность операции в технологическом цикле ПДМ %

Черпание

1500

100

15

Движение с грузом

1300

75

50

Движение без груза

1150

50

25

Разгрузка

900

25

10

На рис. 5 представлена номограмма для определения удельных вредных выбросов при работе погрузочно-доставочной машины. Для выбора скорости движения погрузочно-доставочной машины в реальных условиях эксплуатации, при которой удельные выбросы были бы минимальны, на тяговой характеристике была построена диаграмма изменения удельных вредных выбросов. Пересчет этих выбросов производился при номинальной частоте вращения вала дизеля на каждую передачу погрузочно-доставочной машины в зависимости от условий эксплуатации.

Рис. 5. Номограмма определения удельных выбросов в зависимости от условий эксплуатации (1-4 – номера передач)

Из рис. 5 видно, что минимизация удельных вредных выбросов по оксидам азота до 10,5-11,5, по оксиду углерода до 3-3,5 достигается при скоростях движения погрузочно-доставочной машины в диапазоне 8-13 км/ч.

Данная номограмма позволяет производить выбор рациональных скоростных режимов работы погрузочно-доставочной машины с минимизацией удельных вредных выбросов в атмосферу рудника для конкретных условий эксплуатации.

Заключение

В диссертации, представляющей собой законченную научно-квалификационную работу, на базе выполненных теоретических и экспериментальных исследований, была решена актуальная научно-практическая задача установления закономерностей изменения режимов работы подземной погрузочно-доставочной машины и объемов вредных выбросов от реальных условиях эксплуатации.

Основные научные результаты и практические рекомендации заключаются в следующем:

1. Использование рациональных режимов работы дизельного привода погрузочно-доставочных машин позволяют снизить объемы вредных выбросов на 20-25%.

2. Разработана и апробирована методика для проведения стендовых испытаний, на основе которой получены закономерностей изменения объемов вредных выбросов отработавших газов от режимов работы дизельного двигателя.

3. Разработана математическая модель рабочего процесса погрузочно-доставочной машины и дизельного двигателя, определены нагрузочные режимы работы погрузочно-доставочной машины при минимизации объемов вредных выбросов.

4. Разработана программа для расчета и сравнительного анализа вредных выбросов отработавших газов на различных режимах работы дизеля, позволяющая выбирать режим работы погрузочно-доставочной машины, исходя из условий эксплуатации с минимизацией объемов вредных выбросов.

5. Разработаны рекомендации по обоснованию и выбору средств снижения токсичности - каталитического и жидкостного нейтрализаторов.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

  1. Стребков К.А. Малотоксичные режимы работы подземных погрузочно-доставочных машин. // Горное оборудование и электромеханика. №7. СПб., 2008. С. 23-25.
  2. Стребков К.А. Взрывобезопасные дизели 3Д6 РВ для подземного самоходного оборудования // Горное оборудование и электромеханика. №7, СПб., 2006. С. 2-4.
  3. Стребков К.А. Обоснование требований к экологической безопасности дизельных двигателей транспортных машин для подземных условий // Записки Горного института. СПГГИ(ТУ). Т. 167, ч.1, СПб., 2006. С. 187-189.
  4. Кулешов А.А., Стребков К.А. Обоснование рациональных технических параметров малотоксичного дизеля для подземного горнотранспотного оборудования. // Записки горного института. СПГГИ(ТУ). Т. 178, СПб., 2008. С. 55-58.
  5. Новиков Л.А., Стребков К.А. Новые взрывобезопасные дизели ВАЗ 341РВ для подземного самоходного оборудования // Горные машины и автоматика, №6, СПб., 2004.
    Pages:     | 1 ||






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»