WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!


На правах рукописи

Кандидат технических наук

САЙКИН АНДРЕЙ МИХАЙЛОВИЧ ОБОСНОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА КОМПЛЕКСНЫХ МЕТОДОВ СНИЖЕНИЯ ЗАГРЯЗНЕНИЯ ВОЗДУХА В КАБИНАХ КАРЬЕРНЫХ САМОСВАЛОВ ОТРАБОТАВШИМИ ГАЗАМИ ДИЗЕЛЕЙ

05.05.03 – Колесные и гусеничные машины 05.04.02 – Тепловые двигатели

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук Москва – 2010

Работа выполнена в Государственном научном центре РФ — Федеральном ПЕРЕЧЕНЬ УСЛОВНЫХ СОКРАЩЕНИЙ государственном унитарном предприятии Центральном ордена Трудового КрасАТ – автомобильный транспорт ного Знамени научно-исследовательском автомобильном и автомоторном инстиВВ – вредные вещества туте «НАМИ».

ВВД – впрыск воды ЖН – жидкостный нейтрализатор ДСОВ – двухступенчатая система очистки КН – каталитический нейтрализатор

Научный консультант: Заслуженный деятель науки РФ, д.т.н., ОГ – отработавшие газы профессор Кутенев В.Ф.

ОЖ – охлаждающая жидкость ПДК – предельно допустимая концентрация

Официальные оппоненты: д.т.н., профессор Грифф М.И.

РОГ – рециркуляция ОГ д.т.н., профессор Трофименко Ю.В.

ССТ – система снижения токсичности д.т.н., профессор Гусаков С.В.

ТО – техническое обслуживание ТР – текущий ремонт

Ведущая организация: РУПП «Белорусский автомобильный завод» ЦПГ – цилиндро-поршневая группа ЭСОВ – экосистема очистки воздуха ДЧ – дисперсные частицы NO – оксид азота

Защита состоится ______________ 2010 г. в часов на заседании дисNO2 – диоксид азота сертационного совета Д 217.014.01 при Государственном научном центре РФ — NOх – оксиды азота Федеральном государственном унитарном предприятии Центральном ордена ТруС – сажа дового Красного Знамени научно-исследовательском автомобильном и автомоторСНх – углеводороды ном институте «НАМИ» по адресу: 125438, Москва, Автомоторная, 2., E-mail:

СО – оксид углерода admin@nami.ru.

ТЧ – твердые частицы БП – бенз(а)пирен

С диссертацией можно ознакомиться в научно-технической библиотеке СН2О – формальдегид ГНЦ РФ ФГУП НАМИ.

С3Н4О – акролеин

Автореферат разослан « __ »_____________2010 г.

Отзывы на автореферат, заверенные печатью, просим представлять в двух экземплярах в адрес диссертационного совета.

Ученый секретарь Диссертационного совета, к.т.н., с.н.с. А.Г.Зубакин ____________________________________________________________________ Подписано в печать ___.____.2009г. Формат 60х90/16. Объем печ. л. Тираж 100 экз. Заказ -2009. Типография НАМИ.

125438, Москва, ул. Автомоторная, Система очистки воздуха / А.А.Карпов, А.М.Сайкин и др. (РФ). – 200114024/11; ВВЕДЕНИЕ Заявлено 05.06.2000; Опубл. 20.09.2001, Бюл. №36.



Актуальность работы.

39. Пат. на изобретение № 2174224 Российская Федерация, МПК G 01 М Карьерные самосвалы и автомобильный транспорт (АТ) являются основным 15/00. Способы эксплуатации двигателя внутреннего сгорания и транспорт- источником загрязнения воздуха в карьерах. Ограничение загрязнения воздуха ного средства с двигателем внутреннего сгорания / Н.Е.Терников, рабочей зоны в карьерах регламентируется требованиями правил Ростехнадзора А.М.Сайкин, Ю.И.Осипов и др. (РФ). – 200132893/06; Заявлено 28.12.2000; Опубл. путем принятия: норм предельно допустимых концентраций (ПДКрз) вредных ве27.09.2001, Бюл. №27. ществ (ВВ) в воздухе рабочей зоны, международными и национальными требова40. Пат. на изобретение № 2224136 Российская Федерация, МПК F 03 G ниями к удельным выбросам ВВ с отработавшими газами (ОГ) дизелей, специ7/00. Комбинированная энергетическая установка / А.М.Сайкин, В.Д.Евдокимов альными требованиями по оборудованию последних дополнительными системами (РФ). – 2003101834/11; Заявлено 24.01.2003; Опубл. 20.02.2004, Бюл. №5. снижения токсичности ОГ (ССТ).

41. Пат. на изобретение № 2319621 Российская Федерация, МПК В 60 Н Начиная с 1970-х годов при максимальной глубине карьеров до 200-300 м 3/06. Способ и устройство подачи и очистки воздуха / С.А. Сайкин, А.М.Сайкин снижение выброса ВВ с ОГ обеспечивалось за счет внедрения малотоксичных мо(РФ). – 2006110409/11; Заявлено 03.04.2006; Опубл. 20.03.2008, Бюл. №8. дификаций дизелей и применения методов каталитической (КН) и жидкостной 42. Пат. на изобретение № 2319622 Российская Федерация, МПК В 60 Н (ЖН) очистки ОГ. Опыт решения проблемы снижения загрязнения воздушной сре3/06. Способ и устройство очистки воздуха / С.А. Сайкин, А.М.Сайкин (РФ). – ды карьеров в течение последних четырех десятилетий по мере увеличения глуби2006110408/11; Заявлено 03.04.2006; Опубл. 20.03.2008, Бюл. №8. ны карьеров до 600 м и более, грузоподъемности АТ и интенсификации ведения 43. Пат. на изобретение № 2336929 Российская Федерация, МПК В 01 горных работ показал, что реализация перечисленных мер по снижению выбросов D46/00. Фильтрующий блок экосистемы очистки воздуха / С.А. Сайкин, ВВ с ОГ не обеспечивает ее полного решения. Постоянно регистрируемое загрязА.М.Сайкин, К.А.Сайкин (РФ). – 2006129171/15; Заявлено 11.08.2006; Опубл. нение воздуха в кабинах в т.ч. импортных моделей карьерных самосвалов, экскава27.10.2008, Бюл. №30. торов и др. АТ приводит к ухудшению самочувствия водителей и операторов, 44. Пат. на изобретение № 2345909 Российская Федерация, МПК В 60 Н утомляемости, сонливости, головной боли, что может быть причиной снижения 3/06. Способ и система нормализации микроклимата / С.А. Сайкин, А.М.Сайкин производительности труда и увеличения дорожно-транспортных происшествий.

(РФ). – 2006141484/11; Заявлено 04.12.2006; Опубл. 10.02.2009, Бюл. №4. Эффективность ведущихся работ по решению проблемы снижается из-за 45. Пат. на изобретение № 2329904 Российская Федерация, МПК В 60 Н различия номенклатуры нормируемых ВВ в санитарно-нормативной документации 3/06. Экосистема очистки воздуха / С.А. Сайкин, А.М.Сайкин (РФ). – по ограничению загрязнения воздуха рабочей зоны и удельных выбросов ВВ с 2006129172/11; Заявлено 11.08.2008 г.; Опубл. 10.02.2009, Бюл. №28. ОГ дизелей. Недостатком в решении проблемы является также малое внимание, уделяемое снижению выброса ВВ с ОГ ранее выпускаемых моделей дизелей и под держанию экологических характеристик дизелей на уровне исходных в процессе длительной эксплуатации.

Учитывая изложенное, для обеспечения безопасных условий труда необхо дима методологически упорядоченная разработка комплексных методов очистки воздуха в кабинах АТ, нейтрализации и очистки ОГ дизелей, снижения токсично- ботавших газов двигателя внутреннего сгорания /В.А.Реутов, А.М.Сайкин, сти ОГ ранее выпущенных моделей дизелей путем воздействия на рабочий процесс М.И.Насонова (СССР). - 2328919/25-06; Заявлено 01.03.1976; Опубл. 30.12.1979;

и поддержания экологических характеристик дизелей на уровне исходных в Открытия. Изобретения, №48.

процессе длительной эксплуатации. Решение данной проблемы позволит сохра- 30. А. с. СССР 966271, МПК F 02 М 25/06. Система рециркуляции отранить стабильную интенсивность ведения горных работ и снизить антропогенную ботавших газов двигателя внутреннего сгорания / С.В.Никонов, А.М.Сайкин, нагрузку АТ на окружающую среду. М.Г.Шейнин (СССР). - 3274606/25-06; Заявлено 15.04.1981; Опубл. 15.10.1982; ОтЦель диссертационной работы. крытия. Изобретения, №38.

Теоретическое и экспериментальное исследование по обоснованию и раз- 31. А.с. СССР 981642, МПК F 01 N 3/04. Система снижения токсичности / работке комплексных методов гарантированного снижения сверхнормативного за- М.Г.Шейнин, А.М.Сайкин, О.А.Саржинов (СССР). - 3304020/25-06; Заявлено грязнения воздуха в кабинах самосвалов и другого карьерного автомобильного 11.06.1981; Опубл. 15.12.1982; Открытия. Изобретения, №46.

транспорта. 32. А.с. СССР 547533, МПК F 01 N 3/04. Выхлопное устройство / Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие за- А.М.Сайкин (СССР). - 2311932/06; Заявлено 06.01.1976; Опубл. 25.02.1977; Открыдачи: тия. Изобретения, №7.

1. Провести изучение влияния условий эксплуатации и загрязнения воз- 33. А.с. СССР 1390401, МПК F 02В 23/06. Двигатель внутреннего сгорания духа в карьерах и кабинах самосвалов, исследовать причины поступления вредных с воспламенением от сжатия / В.А.Куцевалов, Е.Г.Пономарев, А.М.Сайкин веществ в воздух кабин и разработать метод оценки комплексной экологической (СССР). - 4125446/25-06; Заявлено 30.09.1986; Опубл. 23.04.1988; Открытия. Изобезопасности самосвалов в условиях эксплуатации. бретения, №15.

2. Провести исследование методов и способов очистки воздуха в кабинах 34. А.с. СССР 642497, МПК F 02В 41/02. Способ работы двигателя внутренкарьерных самосвалов, провести анализ наиболее эффективных схем их работы и него сгорания / О.И.Жегалин, И.В.Кузнецов, А.М.Сайкин (СССР). – 2518057/25-06;

разработать на их основе средства очистки воздуха, обеспечивающие снижение со- Заявлено 18.08.1977; Опубл. 15.01.1979; Открытия. Изобретения, №2.

держания вредных веществ в воздухе кабин до уровня требований Ростехнадзора. 35. А.с. СССР 1657684, МПК F 01 N 3/28. Каталитический нейтрализатор / 3. Исследовать эффективность методов снижения токсичности отработав- В.М.Вартанян, В.З.Новиков, А.М.Сайкин (СССР). - 4706518/06; Заявлено ших газов дизелей ранее выпущенных моделей и разработать на их основе ком- 16.06.1989; Опубл. 23.06.1991; Открытия. Изобретения, №23.

плексные методы и системы снижения токсичности отработавших газов самосва- 36.Kongeriket Norge 162530 NOYTRALISERINGSINNRETINING AV WASлов и карьерного автомобильного транспорта. KETYPEN FORUTLOPSGASSER FRA FORBRENNINGSMOTOR JCl4 F 01 N 3/4. Теоретически и экспериментально исследовать и разработать методы и /O.J.Zhegalin, A.M.Saikin, O.A.Sarzhinov (USSR). – 852098; Заявлено 24.05.1985;

средства поддержания экологических параметров дизелей на уровне исходных в Опубл. 02.10.1989; Oslo, den 9. Februar 1990.

процессе длительной эксплуатации. 37. SUOMI – FINLAND Patent № 80504, JCl5 F 01 N 3/04. Polttomoottorin 5. Разработать рекомендации по применению исследованных наиболее эф- pokokaasujen nesteneutralointilaite / O.J.Zhegalin, A.M.Saikin, O.A.Sarzhinov (USSR).

фективных сочетаний методов и средств гарантированного снижения загрязнения – 852039; Заявлено 22.05.1985; Опубл. 28.02.1990; Helsingfors, den 11.06.1990.

воздуха в кабинах карьерных самосвалов применительно к конкретным моделям 38. Пат. на изобретение № 2173639 Российская Федерация, МПК В 60 Н 3/автомобилей // Материалы конференций за 2004-2005 /НИЦИАМТ, 2005. – Вып.11. карьерного автомобильного транспорта, сроку службы и условиями его эксплуата– С.143-144. ции.

21. Сайкин А.М. Проблема загрязнения воздуха в салонах и кабинах авто- Научная новизна диссертационной работы состоит в исследовании и размобилей // Сб. «Улучшение эксплуатационных показателей ДВС». – С-Пб. – Ки- работке:

ров: Российская академия транспорта, Вятская ГСХА, 2004. – Вып.3 – с. 67-71. 1. Закономерности повышения сверхнормативного загрязнения воздуха в 22. Сайкин А.М. Проблемы, требующие решения при применении окисли- кабинах карьерных самосвалов.

тельных каталитических нейтрализаторов на транспортных средствах. // Тез. докл. 2. Методов оценки негерметичности кабин и влияния избыточного давлеконф. «Каталитические технологии защиты окружающей среды для промышленно- ния на загрязнение воздуха в кабинах карьерных самосвалов. Исследовании метости и транспорта». – Новосибирск: Изд-во ин-та катализа им. Г.К.Борескова, СО дов очистки воздуха и разработке на их основе типоряда конструкций экосистем РАН. – 2007. – С.85-87. очистки воздуха в кабинах; оптимизации схем их работы с работой систем конди23. Сайкин А.М. Особенности проблемы снижения вредного воздействия ционирования.

автотранспорта на рабочий персонал в карьерах // Сб. научн. тр. Отдельный вы- 3. Метода оценки комплексной экологической безопасности карьерного авпуск Горного информационно-аналитического бюллетеня. – М.: Изд-во «Мир гор- тотранспорта в условиях эксплуатации.

ной книги», 2008. - №0В8. – С.251-259. 4. Газодинамического метода жидкостной очистки отработавших газов - 24. Сайкин А.М. Нормативные проблемы при разработке средств экологиче- более эффективного по сравнению с барботажным процессом жидкостной очистки, ской и активной безопасности автотранспортных средств в отношении воздушной с помощью которого достигнута наибольшая эффективность очистки отработавсреды // Сб. «Автомобили, двигатели и их компоненты». – М.: ГНЦ РФ ФГУП ших газов от оксидов азота и канцерогенного бенз(а)пирена.

«НАМИ». – Вып.239. – 2008. – С.181-188. 5. Метода оптимизации закона управления рециркуляцией отработавших га25. Сайкин А.М. Особенности создания экосистем очистки воздуха в салоне зов на всех режимах работы дизеля, предусматривающего достижение максиэлектромобиля // Сб. научн. тр. – М.: НАМИ. – 2009. – Вып.242. – С.86-93. мальной эффективности снижения токсичности отработавших газов при исклю26. Кутенев В.Ф. Сайкин А.М. Исследование влияния условий эксплуатации чении ухудшения экономичности работы дизеля, обоснование которого произвекарьерных самосвалов на загрязнение воздуха кабин водителей // журнал ААИ. – дено путем введения в теоретические расчетные исследования наиболее точного в 2009.: №5. – С.17-19. сравнении с коэффициентом избытка воздуха показателя - коэффициента избытка 27. А.с. СССР 522334, МПК F 01 3/15. Нейтрализатор выхлопных газов дви- кислорода.

гателя внутреннего сгорания / А.М.Сайкин (СССР). - 2117652/06; Заявлено 6. Оптимальных сочетаний различных методов снижения токсичности отра21.03.1975; Опубл. 25.07.1976; Открытия. Изобретения, №27. ботавших газов дизелей (рециркуляции отработавших газов, подачи воды и части 28. А.с. СССР 637543, МПК F 02М 25/06. Устройство для присадки выхлоп- топлива на впуске дизеля, уменьшение угла опережения начала впрыска топлива) ных газов в первичный воздух дизеля / А.М.Сайкин, О.И.Жегалин, А.И.Френкель и разработке комплексных систем снижения токсичности для карьерного автомо(СССР). – 2348101/25-06; Заявлено 19.04.1976; Опубл. 15.12.1978; Открытия. Изо- бильного транспорта.

бретения, №46. 7. Методов, систем и технологий поддержания экологических параметров 29. А.с. СССР 706552, МПК F 01 N 3/04. Жидкостный нейтрализатор отра- дизелей и карьерных самосвалов на уровне исходных путем снижения темпов из- 44 носа дизелей в процессе длительной эксплуатации, включающих: измененный 8. Saikin A.M., Petkov T.J., Kutzevalov.V.A. Possibility of toxicity quantitative метод нормирования периодичности проведения ее технического обслуживания evaluation of exhaust gases from the internal combustion engines // Maiami international (ТО) и текущего ремонта (ТР) в зависимости от суммарного расхода топлива меж- congress on energy and environment. Maiami Beach, Florida.: Vol.2, 1989.- desember, ду ТО; систему двухступенчатой очистки воздуха, поступающего в двигатель, P. 32-41.

от пыли; новый состав охлаждающей жидкости (ОЖ), снижающий кавитацию 9. Petkov T.J., Saikin A.M., Kutzevalov.V.A. Reduction the toxicity of exhaust внутренних полостей систем охлаждения. gases // Maiami international congress on energy and environment / Maiami Beach, Flor8. Оптимальных сочетаний наиболее эффективных методов и средств, раз- ida.: Vol.2, 1989.- desember, P. 78-89.

работанных для карьерных самосвалов, подземных бульдозеров, погрузочно-дос- 10. Petkov T.J., Saikin A.M., Kutzevalov.V.A. Some system designer for emisтавочных машин, тракторов, находящихся в длительной эксплуатации, обеспечи- sion control of exhaust gases of vehicles diesels // Maiami international congress on enвающих гарантированное снижение содержания вредных веществ в воздухе до ergy and environment. Maiami Beach, Florida.: 1989. - Vol.2/ - desember, P. 52-60.

уровня требований Ростехнадзора. 11. Сайкин А.М. На повестке дня – снижение токсичности отработавших гаПрактическая значимость работы состоит: зов // Международные автомобильные перевозки. – М.: 1992. - №1. – С.21-1. В организации производства типоряда систем эффективной очистки воз- 12. Корнилов Г.С., Сайкин А.М., Новиков В.З. Антитокс-Д // Автомобильдуха в кабинах карьерных самосвалов и другого карьерного автомобильного ная промышленность. – 1992. – №4. – С.16-18.

транспорта; 13. Корнилов Г.С., Сайкин А.М., Новиков В.З. Каталитические нейтрализа2. В разработке комбинированных систем снижения токсичности отрабо- торы НАМИ для дизельного автотранспорта // Сб. научн. тр. НАМИ. – М.: НАМИ.

тавших газов дизелей на основе исследованных методов, оптимизации способов их – 1993. – С.168-173.

работы и оптимальных регулировок, осуществляющих эффективную очистку от- 14. Кутенев В.Ф., Сайкин А.М., Новиков В.З. Электрофильтр для очистки работавших газов дизелей; в том числе жидкостных нейтрализаторов, обеспечи- отработавших газов дизелей от сажи // Сб. научн. тр. НАМИ.–М.: НАМИ.–1993. – вающих очистку отработавших газов от сажи, и не нормируемого, но весьма опас- С.174-182.

ного канцерогенного бенз(а)пирена (БП); 15.Сайкин А.М., Терников Н.Е. Очистка воздуха в кабинах карьерных ма3. В разработке: конструкции двухступенчатой системы очистки воздуха, шин // Сб. «Энергосбережение на карьерном автомобильном транспорте». - Екатепоступающего в двигатель, от пыли; более эффективной технологии нормирова- ринбург: ИГД УроРАН, 2003. – С. 136-147.

ния периодичности проведения технического обслуживания и текущего ремонта; 17. Плиев И.А., Сайкин А.М., Евдокимов В.Д. и др. Острая проблема повынового состава охлаждающей жидкости, исключающего кавитацию внутренних шенного загрязнения воздуха в салонах автомобилей и пути ее решения. Автомополостей систем охлаждения дизелей; били / Сб. науч. тр. – 2004. –НАМИ. – Вып.232. –С.116-130.

4. В разработке комплексных систем снижения токсичности для карьер- 18. Сайкин А.М. Проблема вредного воздействия токсичных веществ на ных самосвалов, подземных машин, подземного бульдозера, тракторов, а также пассажиров и водителей транспортных средств// АвтоГрин, М.: 2004. - №3. – С. 21рекомендаций по эффективным сочетаниям составов и регулировок различных систем, обеспечивающих многократное снижение выброса оксидов азота и канце- 20. Сайкин А.М., Семикин Н.С. Предложения по корректировке требований рогенных веществ с отработавшими газами ранее выпущенных моделей дизелей; к микроклимату и содержанию вредных веществ в воздухе салонов и кабин 6 действующей нормы удельного выброса суммарных оксидов азота); 5. В разработке рекомендаций по применению оптимальных сочетаний ме- по разработке новых стандартов в отношении оборудования кабин карьер- тодов в комплексных системах снижения токсичности отработавших газов дизелей ного автомобильного транспорта системами очистки воздуха. и очистки воздуха в кабинах различных моделей самосвалов и карьерного автомо 7. Результаты диссертационной работы внедрены на БелАЗе, в горно-обо- бильного транспорта с учетом их номенклатуры и специфики условий эксплуатагатительных комбинатах РФ, опытном производстве ФГУП «НАМИ» и «Неорга- ции.

ника», п/я ЯО-100/3, Редкинском опытном заводе, ООО «НПК «Агродизель», ООО Реализация результатов работы. На основании теоретических и экспери«НПО СКТ НАТИ», ООО «Хромдетэкология» и используются в практике учебных ментальных исследований разработаны:

процессов МАМИ (ГТУ), РУДН (г.Москва), МГАУ (г.Москва), КСХУ (г.Киров). 1. Типоряд экосистем очистки воздуха в кабинах ЭСОВ и фильрующе сорбирующих блоков к ним. Их производство организовано в ООО «НПО СКТ НАТИ», ООО «НПК «Агродизель», ФГУП «Неорганика». Они поставляются на Основные положения диссертации опубликованы в следующих печат- БелАЗ, горнообогатительные комбинаты (ГОКи): «Мирный», «Айхальский», ных работах. «Удачный», «Ковдор», «Лебединский», «Навоийский» (Узбекистан), Китая, Чили, 1. Лиханов В.А., Сайкин А.М. Снижение токсичности автотракторных дизе- Болгарии, Bьетнама и др. На конструкции ЭСОВ имеются сертификаты соответстлей. – М.: Колос. 1991. – 221 с. вия и патентная защита.

2. Лиханов В.А., Сайкин А.М. Снижение токсичности автотранспортных ди- 2. Жидкостный нейтрализатор для подземного бульдозера Т-130, подземных зелей. – 2-е изд., испр., и доп. –М.: Колос, 1994. – 224 с. погрузочно-доставочных машин TORO-350, ТОRО-200 (фирма АРА, Финляндия) 3. Френкель А.И., Сайкин А.М., Крутов А.И. Снижение токсичности отра- и др., производство которых освоено в опытном производстве ФГУП «НАМИ».

ботавших газов тракторного дизеля Д-240 // Тракторы и сельхозмашины. – М: 3. Серийно-производимый типоряд каталитических нейтрализаторов Н1979. Вып.4. – С30-32. 46А2, НД-5914 и др., устанавливаемых на подземные погрузочно-доставочные 4. Сайкин А.М., Жегалин О.И. Нормирование токсичности и дымности от- машины, грузовые автомобили.





работавших газов дизелей // Промышленный транспорт. – 1980.: №6. – С.38-39. 4. Комплексные системы снижения токсичности ОГ для самосвалов БелАЗ5. Жегалин О.И., Сайкин А.М., Френкель А.И. Снижение токсичности отра- 540 и 540А, подземного бульдозера Т-130 (ЧТЗ, г. Челябинск), тракторов Т-ботавших газов тракторных дизелей методами воздействия на рабочий процесс // (ВТЗ, г. Владимир), МТЗ-80 (МТЗ, г. Минск), которые прошли межведомственТруды симп. стран членов СЭВ. – М.: Наука, 1981. – С.211-224. ные приемочные испытания, документация на них передана на заводы-изготови6. Жегалин О.И., Сайкин А.М., Каганович И.Л. и др. Система снижения ток- тели.

сичности отработавших газов // Труды симп. стран членов СЭВ. – М.: Наука, 1981. 5. Двухступенчатая система очистки воздуха дизеля, документация и об– С.160-172. разцы которой переданы на заводы отрасли и по контракту с ФГУП «НАМИ» - 7. Лиханов В.А., Болотов А.К., Сайкин А.М. и др. Опыт снижения токсично- фирме ДЭУ (Корея).

сти отработавших газов дизелей за счет подачи воды // Двигателестроение. – 1982. 6. Измененный метод нормирования периодичности проведения ТО и ТР, - №7. – С.38-42. соответствующие нормативы для карьерных самосвалов КАТ(США), ЮКЛИД(Япония, Канада, США), который внедрен в Навоийском ГМК (Узбекистан).

7. Новый состав охлаждающей жидкости, исключающий кавитацию внут- отработавших газов дизелей карьерного автомобильного транспорта, предназнаренних полостей систем охлаждения дизелей. ченного для работы в местах с ограниченным воздухообменом.

8. Рекомендации по применению комплексных методов и средств, обеспе- 4.3. На основе исследованных методов, воздействующих на рабочий прочивающих эффективное снижение вредного воздействия самосвалов и другого цесс и очистки отработавших газов, исследованы и разработаны согласованные с карьерного автомобильного транспорта на рабочий персонал в зависимости от на- заводами-изготовителями дизелей комплексные системы снижения токсичности:

значения, условий и срока эксплуатации. для тракторов (типа Т-25А, МТЗ-80), подземных бульдозеров (Т-130), подземных Комплекс разработанных методов, математических моделей, методик рас- погрузочно-доставочных машин (типа ПД, TORO-200, TORO-350), карьерных сачета систем снижения токсичности отработавших газов и систем очистки воздуха мосвалов (БелАЗ-540, 540А), обеспечивающие выполнение требований Ростехв кабинах, результаты исследований введены в практику учебных процессов ГТУ надзора по содержанию вредных веществ в отработавших газах.

МАМИ(г.Москва), РУДН (г. Москва), МГАУ(г.Москва), КСХУ (г.Киров). 5. Исследованы и предложены усовершенствованные методы, технологии и Апробация работы. средства поддержания экологических параметров дизелей и карьерных самосвалов Основные результаты работы доложены на научных конференциях и семи- на уровне исходных путем снижения темпов их износа в процессе длительной нарах: - на научно-технической конференции МВТУ им. Н.Э.Баумана (Москва, эксплуатации, включающие: измененный метод нормирования периодичности 1987 г.), научно-практической конференции «Проблемы энергетики и транспорта» проведения технического обслуживания и текущего ремонта в зависимости от МАДИ (Москва, 1988 г.), Боннской конференции (ФРГ) по экономическому со- суммарного расхода топлива между техническими обслуживаниями; методику трудничеству в Европе (Бонн, 1990 г.), международном конгрессе «Энергетика и расчета и конструкцию двухступенчатой системы очистки воздуха двигателя с развитие» во Флориде (США, Майами-Бич, 1993 г.), международном научно- тонкостью очистки пыли начиная с 1 мкм; новый состав охлаждающей жидкости, техническом семинаре «Энергосбережение на карьерном автомобильном транс- снижающий кавитацию внутренних полостей систем охлаждения. Системы и техпорте» (Екатеринбург, 2003г.), международных научно-технических конференциях нологии предложены для внедрения на горнообогатительных комбинатах РФ. РазАссоциации автомобильных инженеров «Техническое регулирование в области работанная система двухступенчатой очистки воздуха двигателя рекомендована автотранспортных средств» (Дмитров, 2004-2008 г.г.), конференции с междуна- для внедрения на заводах-изготовителях дизелей, документация на нее для строиродным участием «Каталитические технологии защиты окружающей среды тельно-дорожной машины передана фирме ДЭУ (Корея).

для промышленности и транспорта» (Санкт-Петербург, 2007 г.), международных 6. Разработаны рекомендации по применению исследованных комплексных научных симпозиумах МГТУ «МАМИ» (Москва, 2005, 2009 г.г.), международных методов и средств снижения загрязнения воздуха в кабинах и воздушной среды в форумах «Проблемы энергосбережения и экологии автомобильной техники» карьерах, учитывающие специализацию, ресурс работы и условия эксплуатации (ФГУП «НАМИ», Москва, 2005-2009 г.г.), круглом столе «Пути повышения кон- карьерного автомобильного транспорта, а также рекомендации по доработке слекурентоспособности горных машин. Карьерный транспорт» в рамках «Неделя гор- дующей нормативной документации:

няка» (МГГУ, Москва, 2008, 2009 г.г.). - правил Ростехнадзора в части введения ограничения содержания в отраОсновные положения, выносимые на защиту: ботавших газах дизелей диоксида азота, формальдегида и акролеина;

1. Результаты изучения основных закономерностей изменения загрязнения - внесению дополнений в нормативную документацию по ограничению воздуха в кабинах карьерных самосвалов, обоснование комплексного подхода к удельного выброса диоксида азота в отработавших газах дизелей (не более 15% от решению исследуемой проблемы. действующей нормы удельного выброса суммарных оксидов азота);

8 избытка кислорода, с помощью которого теоретически задан и экспериментально 2. Результаты теоретических и экспериментальных исследований и разраподтвержден оптимальный закон управления системой рециркуляции отработав- боток:

ших газов в зависимости от режимов работы дизеля без снижения его экономично- 2.1. Метода оценки комплексной экологической безопасности карьерного сти. Исследована эффективность ряда методов снижения токсичности, их опти- автотранспорта в условиях эксплуатации; согласованные с гигиеническими нормальные параметры и регулировки. Снижение суммарной приведенной удельной мативами технические требования к методам и средствам снижения загрязнения токсичности для изученных методов составляет: по рециркуляции отработавших воздуха в кабинах в отдельном и комплексном применении.

газов – 22%, впрыску воды во впускной трубопровод – 28%, подаче топлива во 2.2. Методов оценки негерметичности кабин АТ.

впускной трубопровод – 29%, уменьшению угла опережения впрыска топлива – на 2.3. Методов и способов очистки воздуха в кабинах, конструкций экосистем 23%. очистки воздуха в кабинах; схем работы экосистем очистки воздуха в кабинах При комплексном применении перечисленных методов обеспечивается воз- самосвалов и другого карьерного автомобильного транспорта.

можность многократного (в 6-8 раз) снижения удельных выбросов оксидов азота, 2.4. Методов жидкостной и каталитической очистки отработавших газов рапри всех двойных сочетаниях исследованных методов – трех-четырех кратное их нее выпущенных моделей дизелей и конструкций для их реализации в отдельном и снижение. комбинированном исполнении.

4.2. Для дополнительной очистки отработавших газов исследованы методы 2.5. Методов рециркуляции отработавших газов, подачи воды и части топжидкостной, каталитической и глубокой очистки. лива на впуске дизеля, уменьшения угла опережения начала впрыска топлива;

Разработан новый процесс жидкостной очистки путем подачи нейтрали- оптимальных их регулировок в составе комплексных систем снижения токсичнозующего раствора в поток отработавших газов через горловину сопла Вентури и сти отработавших газов для дизелей ранее выпущенных моделей.

последующих конденсации и улавливания частиц, который обеспечивает 60 70% 2.6. Методов, систем и технологий поддержания экологических параметров очистку отработавших газов дизелей от сажи, что до 2 - 3 раз превышает эф- дизелей на уровне исходных путем снижения темпов их износа в процессе длифективность очистки с помощью известных барботажных методов, и, что особенно тельной эксплуатации.

важно, обеспечивает очистку отработавших газов на 70% от наиболее опасного 3. Рекомендации по применению наиболее эффективных и оптимальных соканцерогенного бенз(а)пирена. четаний методов и средств снижения загрязнения воздуха в кабинах карьерных По результатам исследования метода каталитической очистки разработаны самосвалов, погрузочно-доставочных машин и другого карьерного автомобильного каталитические нейтрализаторы с шариковым и блочным катализатором для карь- транспорта с учетом их номенклатуры, наработки и условий эксплуатации, а также ерного автомобильного транспорта. рекомендации по корректировке нормативной документации.

Исследованиями по оптимизации комплексных методов достигнута эф- Публикации.

фективная очистка отработавших по всем нормируемым вредным веществам в По теме диссертации опубликовано две монографии, 85 печатных работ в соответствии с требованиями Ростехнадзора. научных журналах и сборниках, получено 80 патентов и авторских свидетельств, в Исследованы методы глубокой очистки отработавших газов, включающие т.ч. 3 зарубежных.

процессы химического поглощения, адсорбции, фильтрации и каталитической очи- Структура и объем работы.

стки и разработаны конструкции навесных и стационарных систем для очистки от Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения, списка литера- туры и приложений. Общий объем работы составляет 380 страниц, в том числе 339 между ними, особенно при работе серийных систем кондиционирования с подачей страниц основного текста. Диссертация содержит 61 таблицу, 104 рисунка и 396 приточного воздуха на всех операциях работы самосвалов.

литературных источников. На основе полученных закономерностей и разработанного метода оценки СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

комплексной экологической безопасности автотранспорта в условиях эксплуатаВо введении обоснована актуальность работы, сформулирована научная ции сформулированы технические требования к разрабатываемым отдельным и проблема и цель работы. комплексным методам защиты водителей карьерных самосвалов от вредного возВ первой главе проведен анализ практики отечественного и международ- действия отработавших газов.

ного нормирования удельных выбросов ВВ с ОГ дизелей, предельного содержания 3. На основе разработанных методов оценки негерметичности кабин и опреВВ в воздухе рабочей зоны и причин сверхнормативного загрязнения воздуха в ка- деления влияния избыточного давления на загрязнение воздуха в кабинах самобинах самосвалов, карьерного автотранспорта и атмосферы в карьерах. свалов, исследованы, разработаны и оптимизированы методы очистки воздуха, Значительный вклад в разработку и исследования АТ и грузовых автомоби- включающие химическое поглощение оксидов азота; низкотемпературное окислей внесли: Сироткин З.Л., Егоров А.Н., Бахмутов С.В., Васильев М.В., Гируцкий ление оксида углерода; адсорбцию углеводородов; фильтрацию пыли начиная с О.И., Грифф М.И., Есеновский-Лашков Ю.К., Ипатов А.А., Карунин А.Л., Ксене- размера 0,3 мкм. С их помощью при 16 кратном превышении загрязнения наружвич И.П., Котиев Г.О., Кулешов А.А, Осокин В.А., Потапов М.Г., Платонов В.Ф., ного воздуха гигиенические нормативы в воздухе рабочей зоны в кабине обеспеПлиев И.А., Полунгян А.А., Яковлев В.Л. и др., а в решении проблемы снижения чиваются в течение 10 минут.

токсичности ОГ дизелей и загрязнения воздуха рабочей зоны: Варшавский И.Л., В результате проведенных исследований разработан типоряд экосистем Афанасьев К.М., Битколов Н.З. Гальговский В.Р., Гусаков С.В., Девянин С.Н., Зво- очистки воздуха со сменными блоками очистки равной поглотительной емкости с нов В.А., Зленко М.А., Конорев М.М., Кутенев В.Ф., Лиханов В.А., Мазинг М.В., эффективностью очистки более 80% по всем нормируемым вредным веществам.

Малов Р.В., Новиков В.З., Озимов П.Л., Патрахальцев Н.Н., Пономарев Е.Г., Смай- Экосистемы устанавливаются в кабины всех карьерных самосвалов (КАТ, ЮКлис В.И., Сытенков В.Н., Тер-Мкртичьян Г.Г., Трофименко Ю.В., Филатов С.С., ЛИД, КОМАЦУ и др.) и другого карьерного автомобильного транспорта.

Филипосянц Т.Р., Фомин В.М., Френкель А.И., J.M.Khan, Y.Sato, T.Hirota и др. Методы очистки, конструкции экосистем, способы их работы и применяеОсновными результатами работ, нашедших массовое применение в ГОКах, мые материалы защищены патентами РФ.

стали серийно производимые: дизели карьерных самосвалов, оснащенные КН, под- 4. В рамках комплексного решения проблемы для снижения выброса вредземные машины, оснащенные КН и ЖН; средства общей и местной вентиляции ных веществ в воздушную среду карьеров с отработавшими газами ранее выпуатмосферы карьеров, мобильные системы орошения и водяной защиты зон по- щенных моделей дизелей теоретически и экспериментально исследована эффекгрузки самосвалов; регулярный полив дорог и др. Как показала практика, экс- тивность следующих методов снижения токсичности в отдельном исполнении и плуатация современного АТ с дизелями ЯМЗ, Cummins, Deutz, Detroit и перечис- комбинированных сочетаниях:

ленные меры являются недостаточными для обеспечения гигиенических нор- 4.1.Воздействующие на рабочий процесс и включающие: рециркуляцию ОГ, мативов по содержанию ВВ в воздухе кабин. Это связано не только с тем, что нет подачу воды и части топлива на впуске дизеля, уменьшение угла опережения начаединого универсального технического средства и даже комплекса мер, позволяю- ла впрыска топлива и максимальной цикловой подачи топлива. При исследовании метода рециркуляции отработавших газов предложен показатель – коэффициент Примечания к рис. 11: ФОТ – фильтры очистки топлива от воды; ПТО – норми- щих решить поставленные задачи, но и с отсутствием объективной методологии рование периодичности проведения ТО и ТР; ОЖ – новый состав ОЖ; ПТВ – подача решения проблемы. Оценка экологической безопасности и экологические требовадополнительного топлива во впускной трубопровод двигателя; У – уменьшение ; Деф.

ния к автомобильному транспорту в нормативных документах производятся по – дефорсировка двигателя по цикловой подаче топлива; Каб. - закрытые (застекленные) удельным выбросам с ОГ дизелей оксидов азота (NOх), оксида углерода ( СО), угкабины для подземных машин.

леводородов (СНх) и дисперсных частиц (ДЧ). Вместе с тем в ГОКах и рудниках сверхнормативное загрязнение воздуха рабочей зоны имеет место в основном по Для длительно эксплуатируемых бульдозеров и тракторов с дизелями типа пыли (ТЧ), диоксиду азота (NO2) и реже – по формальдегиду (СН2О) и акролеину ЯМЗ-236, 238, Д-160, Д-240 наряду с применением ЭСОВ в кабинах следует реко(C3H4O).

мендовать применение КН и ЖН в системах выпуска и рециркуляцию ОГ, осущеУстанавливаемые в кабинах АТ современные системы кондиционирования ствляемую из ЖН.

с салонными фильтрами не очищают воздух от СО, NOx и др. ВВ. Применяемые Вместе с тем, исследуемая проблема может быть решена только при соотметоды очистки воздуха в кабинах недостаточно эффективны, а воздуветствии разработанных технических решений нормативной базе. Исходя из излохоочистители – ионизаторы могут даже увеличивать токсичность воздуха из-за женного и результатов проведенного комплексного исследования разработаны подачи в воздух рабочей зоны озона (ВВ первого класса опасности).

предложения по доработке нормативной документации с целью снижения выброса Одним из традиционных направлений научных исследований при решении вредных веществ в окружающую среду и в воздух кабин АТ в отношении: станпроблемы является снижение выброса ВВ с ОГ дизелей. На основании проведендартов по удельным выбросам ВВ с ОГ дизелей, требований Ростехнадзораа к эконого анализа составлена классификация наиболее эффективных методов очистки логическим показателям дизелей для карьерных самосвалов и подземных машин с ОГ, из которых перспективными для АТ являются: РОГ, подача воды и части топдизельным приводом, требований к содержанию ВВ в воздухе кабин карьерного лива во впускной трубопровод дизеля, малотоксичные регулировки топливной апавтомобильного транспорта паратуры, применение КН, ЖН.

Исследование методов очистки ОГ дизелей и разработка ССТ велась с 70-х Основные результаты и выводы.

годов прошлого столетия с участием автора. Основной задачей этих исследова1. В диссертационной работе решена важная научно-техническая проблема ний является оптимизация таких параметров ССТ как эффективность и ресурс исключения вредного воздействия загрязненного воздуха на водителей карьерных работы, минимальные весогабаритные показатели, газодинамическое сопротивлесамосвалов путем гарантированного снижения содержания вредных веществ в возние. Комплексное применение перечисленных выше методов изучено недостаточдухе кабин до уровня гигиенических нормативов в условиях реальной эксно.

плуатации за счет разработки комплексных методов, включающих эффективную Решение рассматриваемой проблемы снижения загрязнения воздуха в кабиочистку воздуха в кабинах и снижение комбинированными методами выброса нах и выброса ВВ с ОГ в атмосферу карьеров заключается в комплексном исслевредных веществ в атмосферу карьеров с отработавшими газами ранее выпущендовании методов очистки воздуха в кабинах АТ, снижении выбросов ВВ с ОГ раных моделей дизелей, а также снижения темпов износа карьерных самосвалов.

нее выпущенных моделей дизелей и поддержании экологических показателей АТ 2. Изучены и определены закономерности повышения сверхнормативного зав процессе длительной эксплуатации на уровне исходных.

грязнения воздуха в кабинах в зависимости от глубины карьеров, степени неВо второй главе представлены результаты изучения условий эксплуатации герметичности кабин, скорости движения карьерных самосвалов и расстояния АТ и сформулированы требования к методам и средствам снижения вредного воздействия ОГ дизелей на рабочий персонал. Анализ условий эксплуатации производился с помощью специально разработанного комплекса измерительной аппаратуры,а также системы WIMS самосвалов КАТ-785 с регистратором данных «Data Logger», производящим 30-ти минутную непрерывную запись 58 параметров работы систем самосвала и окружающей среды, в том числе: скорости движения самосвала, оборотов двигателя, расхода топлива, температур и давлений в системах впуска и выпуска двигателя и т.д. Анализ содержания ВВ в ОГ дизелей производился с помощью газоанализатора «Янагимото» модели EJFC (Япония), содержания в ОГ сажи - дымомерами «EFAU-68» (Германия) и «Хартридиж» модели МК-(Англия), содержания СО, оксида азота (NO), NO2 в воздухе карьеров и кабин – с помощью газоанализаторов «Колион-1В», ИЗВ-3М, МВ-4М (Россия), индикаторных трубок, содержания в воздухе пыли – измерителями пыли АП-4 и Ю-116 (Россия).

Пример изменения частоты вращения коленчатого вала двигателя (n, мин1), скорости движения самосвала КАТ-785 (V, км/ч), литрового расхода топлива GТ (л/ч), температур ОГ (tОГ, °С) и ОЖ (tОЖ, °С) при работе самосвалов в Ковдорском карьере в зависимости от времени езды (Т, мин) дан на рис.1. Изучение фактического содержания ВВ в воздухе кабин самосвалов показало, что загрязнение воздуха в кабинах АТ до 2 - 2,5 раз выше фонового загрязнения атмосферы карьера, превышение ПДКрз происходит по NO2, NOx и ТЧ.

Наибольшее загрязнение воздуха в кабинах имеет место при погрузке самосвалов породой, при подъезде и выезде самосвалов от места погрузки. Расход топлива при движении самосвалов с грузом в 20 раз больше, чем на операции погрузки (холостые обороты двигателя), в то время как содержание NOx и др. ВВ в воздухе кабин при движении самосвалов с грузом составляет в среднем 63% от их содержания в воздухе кабин в период погрузки. Т.е. корреляция между выбросом ВВ с ОГ дизеля и расходом топлива, применяемая в ряде методик оценки экологической безопасности АТ, в отношении загрязнения воздуха а кабинах отсутствует.

Дальнейшее изучение причин загрязнения воздуха в кабинах показало, что оно увеличивается при: снижении скорости движения самосвала; наличии впереди идущего одного или группы самосвалов; уменьшении расстояния до них.

Рис. 11. Рекомендуемые ССТ и мероприятия двигателей карьерных самосвалов, прошла все виды лабораторных испытаний в ФГУ «НИИИ 21 МО РФ» по методикам ГОСТ 28084-89.

Эксплуатационные испытания и последующая эксплуатация данной ОЖ в НГМК (карьер «Мурунтау») на самосвалах КАТ-785 показали, что ускоренный из- нос деталей по причине кавитации внутренних полостей систем охлаждения дизе- лей был исключен и было устранено дополнительное загрязнение атмосферы карь- ера из-за повышенного износа дизелей в эксплуатации, приводящие к снижению их мощности и увеличению выброса ВВ с ОГ.

В шестой главе по результатам выполненной работы даны рекомендации по комплексному применению методов снижения содержания ВВ в кабинах АТ и загрязнения атмосферы карьеров. Разработанные в диссертационной работе техни- ческие и технологические решения (2–5 главы) характеризуются большой номенк- латурой, спецификой применения, различием в эффективности очистки воздуха в отношении разных групп ВВ и режимов работы двигателя и АТ. Поскольку реше- ние исследуемой проблемы возможно только при комплексном применении разра- ботанных методов, средств и технологий, в процессе разработки рекомендаций уч- тены такие особенности АТ как: тип (карьерные самосвалы, подземные машины и т.д.); предприятие- производитель; возраст (новые или длительно эксплуатируе- мые); условия эксплуатации (средние, особо тяжелые и т.д.), -см. рис. 11.

В зависимости от перечисленных особенностей оптимальные составы ком- плексных методов, систем и технологий могут существенно отличаться. Так, для новых современных карьерных самосвалов зарубежного производства с дизельным приводом, соответствующим экологическим требованиям Евро-2, Евро-3, рабо- тающих в особо тяжелых условиях эксплуатации (суперглубокие карьеры) может Рис. 1. Изменение основных параметров самосвалов КАТ-785.

быть рекомендован комплекс мероприятий, включающий применение ЭСОВ в ка- Основные причины этого – снижение степени разбавления ОГ, выделяемых бинах, КН в системе выпуска ОГ, ОЖ в системе охлаждения двигателя, тонкую впереди идущим или собственным самосвалом, в процессе их поступления в каочистку воздуха от пыли, а также новый метод нормирования периодичности про- бину.

ведения ТО и ТР. Действующие методы оценки экологической безопасности АТ, включая оценку по жизненному циклу, основанные на нормативных документах по ограни чению удельных выбросов ВВ с ОГ дизелей и на ПДКрз, которые не согласованы по номенклатуре нормируемых ВВ, не учитывают содержание в воздухе кабин ос- Исключение кавитации внутренних полостей систем охлаждения двиновных загрязнителей воздуха рабочей зоны – NO2 и ТЧ и для поставленных целей гателей карьерных самосвалов, работающих в глубоких – суперглубоких не применимы. По этой причине разработан метод оценки «комплексной экологи- карьерах. Состав применявшихся серийно-производимых ОЖ не рассчитан на осоческой безопасности АТ в условиях эксплуатации», который предназначен для бо тяжелые условия эксплуатации самосвалов, что ведет к кавитации дизелей АТ, объективной оценки уровня загрязненности воздуха рабочей зоны в кабинах АТ. работающего в глубоких – суперглубоких карьерах.

Его методология базируется на следующих основных положениях: В соответствии с теоретическими исследованиями, проведенными Скуриди1. Метод производит объективную оценку степени фактического загряз- ным И.С., скорость эрозионного разрушения поверхности гильзы цилиндра (Wэ) в нения воздуха рабочей зоны. процессе кавитации выражается формулой:

2. Номенклатура учитываемых ВВ основана на номенклатуре нормируемых Wэ 0,74Р(к) i (1 ) E1 Pzt f, где:

ВВ для воздуха рабочей зоны и была принята следующей: NO2, NO, СО, ТЧ, – коэффициент Пуассона материала гильзы; Е – модуль Юнга; – удельСН2О, C3H4O.

ный вес материала гильзы; f – частота колебаний гильзы с учетом массы присоеди3. Оценка вредного воздействия АТ на водителя и оператора учитывает не ненной воды; Рzt – давление во фронте ударной волны; Р(к) – вероятность кавитатолько замеренные уровни загрязнения воздуха ВВ, но и время их экспозиции.

ционного разрушения.

В соответствии с разработанным методом приведенный показатель вредНа основании проведенных анализа и исследований изменения показателей ного воздействия ВВ ( ВВВ )воздуха рабочей зоны на рабочий персонал оценивакачества ОЖ снижение интенсивности кавитационных разрушений внутренних полостей систем охлаждения дизелей в условиях эксплуатации дизелей предложено ется через величину приведенной токсичности воздуха рабочей зоны (Сiрз), колиосуществлять за счет изменения следующих свойств ОЖ: уменьшения вязкости чество воздуха, вдыхаемого работающим (VВВ) за расчетный период времени (час, ОЖ; увеличения: поверхностного натяжения ОЖ, теплоемкости, теплоты испарецикл и т.д.) на 4-х технологических операциях работы самосвала и рассчитывается ния, точки кипения, плотности. Рекомендуемая величина процентного содержания по формуле:

этиленгликоля в ОЖ находится в диапазоне 62 67%. Меньшее и большее содержание этиленгликоля в ОЖ с учетом кривой кристаллизации водо10 СТЧср 10 С 2,12 С NO ср NO ср 2 этиленгликолевых смесей приводит к снижению температуры кипения смеси при В VBB t0 4, ВВ С 40 С 100 С меньшем содержании этиленгликоля, и к снижению вязкости ОЖ при большем СОср СН Оср C H O 2 3 4 содержании этиленгликоля в ОЖ из-за кристаллизации последнего.

Разработанные рекомендации по оптимальному диапазону увеличенного где: СТЧср и т.д. – усредненные значения концентраций каждого из ВВ в содержания этиленгликоля в ОЖ дают возможность решения поставленной воздухе кабины в течение каждой операции работы самосвала.

проблемы на всех моделях дизелей в условиях эксплуатации. Т.е. эти рекомендаРасчет по данному методу позволяет производить оценку вредного возции являются универсальными. Для борьбы с кавитацией они также действуют действия воздуха рабочей зоны (кабины) в целом, по отдельным операциям работы и в жаркое время года, когда не стоит проблема размораживания двигателя. Изгосамосвала и удельную долю опасности каждого ВВ.

товленная на основе изложенных рекомендаций охлаждающая жидкость для Исследование и разработка эффективной двухступенчатой системы Таблица очистки воздуха, поступающего в двигатель. Износ деталей цилиндро-порш- Оценка вредного воздействия воздуха рабочей зоны на водителей самосвалов невой группы дизелей в эксплуатации является одной из причин увеличения расАнализ результатов оценки вредного воздействия ВВ на рабочий персонал по хода топлива и выброса ВВ с ОГ в воздушную среду открытых карьеров. Для снижения темпов износа дизелей перспективным является применение двухступенчатых систем очистки воздуха (ДСОВ) с эффективной очисткой пыли начиная с размера в 1 мкм. По нашим оценкам первая ступень ДСОВ должна улавливать частицы пыли размером до 5 мкм, а вторая – до 1 мкм. Такая ДСОВ была разработана для дизеля в 596 кВт строительно-дорожной машины фирмы ДЭУ (Корея).

В ДСОВ загрязненный атмосферный воздух, поступает из подкапотного пространства через заборник воздуха на вход первой ступени системы очистки.

Проходя через завихрители воздух и вместе с ним пылевые частицы приобретают вращательное движение. Далее в вихревой камере циклона крупные частицы пыли, благодаря действию центробежной силы, отбрасываются к периферии камеры и на выходе из неё отсасываются вместе с периферийными слоями воздуха эжекторным устройством. Воздух, очищенный в первой ступени от грубой пыли до 5 мкм, поступает во вторую ступень, и, проходя через бумажные фильтрующие элементы тонкой очистки, очищается пыли размером до 1 мкм.

Теоретический расчет первой ступени включал определение размеров одного циклонного элемента, количества циклонов, удовлетворяющих исходным техническим требованиям по газодинамическому сопротивлению воздушного тракта, по эффективности очистки воздуха.

По результатам испытаний одиночного циклона при расходе воздуха 90 м3/ч методу, приведенных в таблице 1, показывает, что приведенная токсичность возэффективность очистки пыли («грубая пыль SAE») составила 92-93%.

духа в кабине наибольшая при погрузке самосвала, в 1,75 раз ниже – при движении Испытания полноразмерной системы ДСОВ показали, что она имеет ресурс самосвала с грузом, в 2,15 раз меньше – при движении самосвала без груза и в 3,работы при средней запыленности воздуха в 10 мг/м3 (такая запыленность воздуха раза меньше на операции разгрузки. С учетом относительной продолжительнона рабочем маршруте самосвала характерна для большинства карьеров), равный сти отдельных операций наибольшая доля величины вредного воздействия ВВ на 2000 часам до достижения заданного предельного ее газодинамического сопротивводителя приходится на операцию движения самосвала с грузом и составляет ления в 5,86 кПа. Достигнутая эффективность очистки пыли в ДСОВ в 99,6% с 41,7% от величины вредного воздействия за 1 час работы (ездовой цикл и т.д.), при тонкостью очистки пыли в 1 мкм, практически полностью исключает пылевой погрузке –28,5%, при движении без груза–19,2% и при разгрузке–10,6%. Основная износ дизеля в эксплуатации.

доля вредного воздействия приходится на NO2 и ТЧ (от 60,4 до 88,1% на всех опе- И, наоборот, у самосвалов, работающих под нижними экскаваторами, полрациях). ная выработка предельного ресурса сменных материалов и элементов наступает Необходимо отметить, что доля вредного воздействия ТЧ на водителя, в ос- раньше срока проведения ТО или ТР.

новном состоящих из дорожной пыли, продуктов износа шин, содержащих канце- По результатам анализа масел всего парка карьерных самосвалов КАТ-785 в рогенные ВВ, равна 29-48% от суммарного вредного воздействия нормируемых в течение двух лет эксплуатации в карьере «Мурунтау» установлено, что своевревоздухе рабочей зоны ВВ на разных технологических операциях работы самосвала. менное ТО производилось только на 27% парка самосвалов. Запоздалое проведеИсточниками более 95% ТЧ не являются ОГ двигателя. ние ТО велось на 34%, а преждевременное – на 39% парка машин. Таким образом, Индивидуальные ВВ по мере убывания их удельной доли в приведенной действующие нормативы периодичности проведения ТО и ТР через наработку двитоксичности воздуха рабочей зоны по сумме всех технологических операций само- гателя в моточасах в 73% случаев не соответствуют своевременной периодичности свала ранжируются в следующем порядке: NO2, ТЧ, СО, СН2О, NO, С3Н4О. Отсюда проведения ТО и ТР. В соответствии с разработанной новой технологией нормироследует, что дальнейшее ужесточение норм по удельным выбросам СНх и ДЧ с ОГ вание периодичности проведения ТО и ТР АТ должно осуществляться путем учета дизелей с уровня норм Евро-3 до требований Евро-4 – Евро-5 не дает значимого и суммирования количества заправляемого топлива с момента проведения последрезультата, т.к. определяющими по загрязнению воздуха в кабине являются ТЧ и него ТО или ТР. После достижения нормативной величины израсходованного NO2. двигателем топлива проводят ТО (ТР), которая задается по ее базовому значению В заключении главы сформулированы требования к экологическим и тех- из условия:

нико-экономическим показателям разрабатываемых отдельных и комплексных GТБ GТН Т, Н методов и средств снижения выбросов ВВ в атмосферу.

где: GТН – нормативный эксплуатационный расход топлива, действующий Третья глава посвящена теоретическим исследованиям и разработке метона данном предприятии, л/ч.

дов эффективного снижения загрязнения воздуха в кабинах карьерных самосваТН – нормативная периодичность проведения ТО, ТР, ч.

лов, материалы по которым в научной литературе ограничены. Перед разработкой В каждом карьере эта величина уточняется в зависимости от условий эксметодов очистки воздуха проведено изучение причин поступления ВВ в кабины.

плуатации карьерных самосвалов, технического состояния и пробега автомобилей, Основными из них являются: работа систем кондиционирования (вентиляции и двигателей, их узлов и агрегатов, уточненного для местных условий эксплуатации отопления) и негерметичность кабин.

ресурса (периодичности замены) применяемых смазочных масел, фильтров и т.д.

Согласование параметров разрабатываемых методов очистки воздуха (эфРазработанный новый метод нормирования внедрен в Навоийском ГМК в фективность очистки ВВ (Э) и производительность) с объемом кабины (Vк) при 2006 г на парке самосвалов КАТ-785В (58 ед.) и Юклид R-170 (19 ед.). Его приотсутствии принудительной подачи воздуха в кабину проведено по двум разрабоменение позволило: снизить на 12-14% расход смазочных масел, технических танным методам. В соответствии с первым из них исследовано влияние негермежидкостей, фильтров систем смазки, очистки воздуха, охлаждения; сократить котичности кабины на кратность воздухообмена в ней для неподвижно стоящего авличество простоев самосвалов до 30-36%; увеличить на 10 - 12% ресурс агрегатов, томобиля. Исследование негерметичности кабины по данному методу производиузлов и деталей, что безусловно привело к уменьшению выброса ВВ с ОГ двигателось на самосвале САТ-785 в боксе с искусственно загрязненной оксидом лей и улучшению экологической безопасности самосвалов.

16 для них одна и та же (250 моточасов работы). Из этого следует, что у самосвалов, углерода атмосферой на уровне 2-х ПДК по СО. Величина расхода воздуха, поработающих на верхних горизонтах, смазочные масла, спецжидкости, воздушные, ступающего в кабину вследствие ее негерметичности (QK) определялась из равентопливные и масляные фильтры и др. сменные элементы заменяются при ТО не ства:

выработав большей части своего ресурса.

СK1 CK0 QK 1 1 , в котором: СК0 и СК1 - Таблица CH VK QK Состав и параметры комплексных ССТ exp VK Карьерная автотранспортная техника Состав Карьерные №№ Подземный комплексных Трактор Трактор самосвалы концентрации i-го элемента ВВ в кабине в начальный (0) и конечный (К) моменп.п бульдозер ССТ БелАЗ-540 МТЗ-80 Т-25А Т-1ты времени = 0 и = К1;

и 540А Производитель или Челябин- ВлаМинский СН1 СН эксплуатирующее «Нурегэс- ский димирский тракторный СН const - скорость изменения концентрации i-го ВВ в предприятие строй» тракторный тракторный завод (МТЗ) завод (ЧТЗ) завод (ВТЗ) Н Двигатель ЯМЗ-240, Д-160В Д-240 Д-21А1 воздухе бокса, где: СН0 и СН1 - концентрации i-го ВВ в воздухе бокса в начальД-12А 1. Дефорсировка двиганый (0) и конечный (К) моменты времени = 0 и = К1.

теля по максималь- 12,5% 15% 15% По результатам измерения в воздухе кабины самосвала и в воздухе бокса ной цикловой подаче топлива содержание СО было равно СН0 = СК0 = 1,2 мг/м3, СН1 = 42 мг/м3, СК1 = 11 мг/м2. Уменьшение угла с 24°п.к.в.

с 26°п.к.в. до с 24°п.к.в. до при Н1 = К1 = 0 = 0,5 ч. Исходя из этих данных установлено, что величина опережения начала до - 20°п.к.в. до 19°п.к.в. до впрыскивания топ- 16°п.к.в. до ВМТ ВМТ QK лива ВМТ QK = 1,15 (характеризует кратность воздухообмена в кабинах за 1 час).

3. Отключение корVK ректора топливного - - Да Да насоса Учитывая, что VK = 3 м3, абсолютная величина поступающего в кабину воздуха 4. Каталитический Реактор КН НКД-241 НД-23 НД-при неподвижно стоящем самосвале САТ- 785 вследствие ее негерметичности оканейтрализатор НКД-25. Жидкостный нейтра- ЖН на базе залась равной 3,45 м3/ч.

ЖН платфорлизатор скруббера - - менного типа С учетом полученных данных по формуле:

Вентури 6. Система впрыска GH O 2 воды (ВВ) =0,3 - - - 1 1 Gтопл exp(Q ) ехр(1,15 ) K 7. Система рецирку- =25-30% при C ( ) C C 1,2 81,6 - K H 0 H Q 1,ляции ОГ - - 0-50% - K от Neном 8. Эффективность NOx 10 56 43 очистки ОГ, % СО 85 80 74 были рассчитаны величины изменения содержания СО в воздухе кабины в С 50 54 50 зависимости от уровня загрязнения наружного воздуха, определены параметры ме32 тодов очистки воздуха, обеспечивающие соблюдение гигиенических нормативов сопла Вентури размещена под слоем нейтрализующего раствора.

содержания ВВ в воздухе кабины неподвижно стоящего самосвала. Так, при эф- Комплексная ССТ проходила испытания на полигоне фирмы «АРА» в г.

фективности очистки воздуха от СО на уровне 90% его расход должен составлять Турку. По результатам испытаний эффективность очистки ОГ от сажи составила в не менее 20 м3/ч при нахождении самосвала в загрязненной атмосфере до 2-х ПДК среднем 60%, а по СО, СНх - 75-85%.

в течение 20 мин. Аналогично разработана, испытана и внедрена комплексная ССТ для маВ соответствии со вторым методом оценки влияния негерметичности на шины TORO-200.

кратность воздухообмена в воздухе кабин движущихся самосвалов расчеты по В таблице 2 представлены результаты разработки и испытаний комплексных ССТ, выполненных совместно с Челябинским, Минским, Владимирским тракVK CK1 CH формуле: QK ln показали, что при скоростях 17 и 34 км/ч торными заводами (ЧТЗ,МТЗ,ВТЗ), Минским моторным заводом (ММЗ), эксплуа CK 0 CH тирующими предприятиями («Нурекгэсстрой», «Беларуськалий», «Аппатит», «Айкратность воздухообмена в кабине оказалось на уровне 2,58 и 5,89, а величина похальский рудник» и др.).

ступления наружного воздуха в кабину для указанных скоростей движения самоПрименение комплексных ССТ обеспечивает выполнение требований Россвала составила 7,73 и 17,67 м3/ч соответственно.

технадзора по содержанию ВВ в ОГ карьерного автомобильного транспорта.

Исключение поступления ВВ и их эффективная очистка в кабине обеспечиВ пятой главе представлены результаты исследований методов снижения ваются при создании в кабине избыточного давления воздуха, которое достигается выброса ВВ с ОГ в атмосферу карьеров путем снижения темпов износа дизелей и путем принудительной подачи наружного воздуха. Исследованиями установлено, АТ. Изучение состояния двигателей КТТА-50 (самосвалы Юклид R-170), КАТчто в реальных условиях эксплуатации в сверхглубоком карьере поступление ВВ в 3512 (самосвалы КАТ-785) в условиях эксплуатации сверхглубокого карьера кабину самосвала КАТ-785 с наружным воздухом прекращается при подаче более «Мурунтау», глубокого карьера «Ковдор» и др., проводимая путем диагностики 16 м3/ч свежего воздуха при загрязнении наружного воздуха СО на уровне 35-масел, ОЖ, воздушных и масляных фильтров, переборки двигателей, осмотра и измг/м3 (ПДКрз=20 мг/м3).

мерения износа деталей ЦПГ, позволили установить следующие основные приТеоретический анализ, проведенные расчеты и измерения, свидетельствуют чины преждевременного выхода дизелей из строя: недостатки жестко регламентио том, что задача снижения загрязнения воздуха в кабинах самосвалов до уровня рованной (в моточасах наработки АТ) системы нормирования периодичности прогигиенических нормативов Ростехнадзора с помощью разрабатываемых методов ведения ТО и ТР самосвалов; попадание пыли в детали ЦПГ и масло; кавитация очистки воздуха может быть решена при их применении по трем схемам:

внутренних полостей систем охлаждения двигателей.

- очистка приточного наружного воздуха;

Оптимизация периодичности проведения технического обслуживания и - очистка воздуха в режиме внутренней рециркуляции в кабине;

текущего ремонта карьерных самосвалов. Выполняемая карьерными самосва- комбинированная очистка воздуха.

лами работа по перевозке породы с разных горизонтов глубоких-суперглубоких На основе выбранных фильтрующе-сорбирующих материалов, применение карьеров существенно отличается. Установлено, что при работе самосвалов КАТкоторых не приводит к образованию и загрязнению воздуха другими ВВ и кото785В на нижних и верхних горизонтах (разница в перепадах высот в 432м) расход рые хорошо зарекомендовали себя при очистке воздуха в противогазах и фильттоплива, масел, объем выполненной работы отличаются в 3 раза. Вместе с тем, в ровально-вентиляционных установок военной техники, разработана принцисоответствии с действующей нормативной базой, периодичность проведения ТО пиально новая конструкция фильтрующе-сорбирующих блоков – см. рис. 2.

Стендовые исследования метода проводились с применением метода пла- В металлической кассете 1 понируемого эксперимента. Изучалось влияние на эффективность процесса диаметра слойно размещены элементы фильтгорловины сопла Вентуpи (С), количества подаваемой в сопло воды (В), объема рующий 6, сорбирующий 5, насадки в каплеуловителе (Н) и частоты вращения коленчатого вала (Об) дизеля хемосорбирующий 4 и каталитический ЯМЗ - 236. Для полного факторного эксперимента с четырьмя независимыми пере- 3. Фильтрующий элемент 6 размещен в менными получены следующие уравнения регрессии для изменения эффективно- отдельной кассете 2, т.е. разборной, для сти метода жидкостной очистки ОГ от сажи (С) и БП (БП): возможности независимой ее замены от С = 45,7 + 12,9С + 2,1В + 3,1СВ +4,3СОб -2,4ВОб +2НОб; второй кассеты, предназначенной для БП =13,6+25,2С+3,5В+13,3Н -3,90Об+16,1СН -4,0СОб -2,7ВН+3,1НОб. очистки воздуха от газообразных ВВ.

Основное влияние на эффективность данного метода жидкостной очистки Схема разработанной базовой ОГ от сажи оказывает величина диаметра горловины сопла Вентури (С), а на очи- конструкции экосистемы очистки стку ОГ от БП – диаметр сопла Вентури, объем насадки (Н) и эффект усиливается воздуха (ЭСОВ-3), реализующая все Рис.2. Принципиальная конструкция фильтрующе-сорбирующего блока на 16,1% при их совместном применении. Изменение оборотов двигателя (Об) и принятые за основу методы очистки, количества подаваемой в сопло воды (В) оказывает менее значимое влияние на эф- дана на рис. 3.

фективность очистки ОГ от сажи. Учитывая высокую эффективность очистки нормируемых ВВ, полученную Эффективность очистки ОГ от сажи и БП с помощью разработанной авто- при испытаниях, результаты расчетов поступления загрязненного воздуха в кабину ром новой конструкцией ЖН до 3-4 раз превышает эффективность работы ЖН вследствие ее негерметичности и данные предварительных испытаний при схебарботажного типа, широко применяемых в горнорудной промышленности. В ней мах очистки воздуха в режимах внутренней рециркуляции и подачи приточного достигнута очистка ОГ от NO и NO2. Данный метод жидкостной очистки в после- воздуха, оптимальная производительность расхода воздуха через ЭСОВ-3 задана в дующем использован при разработке комплексных ССТ для подземных машин. 22 - 26 м3/ч (для различных кабин АТ).

Комплексные системы очистки ОГ. подземных машин TORO-350 и Испытания базовой конструкции ЭСОВ-3 в кабине самосвала КАТ-785 проTORO-200. По заказу предприятия «АРА» (АО «Перусюхтюмя», Финляндия) на водились в Навоийском ГМК в условиях бокса с предельным сверхнормативным базе исследованных методов каталитической и жидкостной очистки ОГ раз- загрязнением наружного воздуха оксидами азота на уровне 80 мг/м3 (16 ПДКрз).

работаны комплексные ССТ для погрузочно-доставочных машин TORO-350 и Результаты испытаний ЭСОВ-3 в режиме рециркуляции показали высокую эфTORO-200. Для машины TORO-350 в качестве КН по компоновочным сооб- фективность работы ЭСОВ-3, обеспечивающую достижение нормативного содерражениям и газодинамическому сопротивлению системы выпуска, применен ней- жания NOх в воздухе кабины в течение 10 мин – см. рис. 4.

трализатор НД-51. Исходя из конструктивных особенностей машины TORO-350, Сравнительные данные по эффективности очистки воздуха в кабине сакомпоновочных особенностей и требований по техническому обслуживанию, раз- мосвала КАТ-785 с помощью ЭСОВ-3, работающей по трем схемам очистки подаработана новая, более эффективная, компактная и простая модификация ЖН. В ча приточного воздуха, режим внутренней рециркуляции и комбинированная очиней производится подача и тонкое распыливание воды в горловине сопла Вентури, стка) воздуха с помощью двух ЭСОВ-3, одна из которых осуществляет очистку затем - конденсация воды на частицах сажи и улавливании конденсата. Горловина приточного воздуха, а вторая работает в режиме рециркуляции, представлены на рис. 5.

Конструкции КН имеют Рис. 3. Экосистема очистки возресурс эффективной работы в 1духа ЭСОВ-3.

1 – корпус; 2 – входное окно; 3 – тыс. км пробега карьерного выходное окно; 4 – пульт управсамосвала или 4000 моточасов раления; 5 – вентилятор; 6 – корпус вентилятора; 7 – элекботы подземной машины при тродвигатель; 8 –нагнетательное условии замены катализатора 2 1 13 3 4 колесо с лопатками; 9 – блок очистки воздуха; 10 – фильтчерез 80 тыс.км пробега (20рующий элемент от пыли; 11 – моточасов работы) и проведения сорбирующий элемент по углеводородам; 12 – хемосорбируюрегенерации катализатора через 12 щий элемент от оксидов азота; 13 Рис. 9. Каталитический нейтрализатор НД-46А.

–перегородка с центральным каждые 20 тыс. км пробега (5отверстием; 14 – каталитический моточасов работы). Для исключения процесса окисления NO до NO2 даны рекоэлемент очистки от монооксида углерода; 15 – мендации по байпасированию ОГ (выпуск их в атмосферу должен осуществляться шумопоглощающий кожух с минуя КН) при температурах ОГ ниже 300-350°С, что способствует увеличению шумопоглощающим покрытием;

16 –гибкий элемент (воздуховод) ресурса эффективной работы катализатора.

для подачи очищенного воздуха в зону дыхания водителя.

Для дизелей подземных машин наряду с применением метода каталитиче15 ской очистки ОГ в соответствии с требованиями Ростехнадзора, широко применяются метод жидкостной очистки, в основном барботажного типа, характеризующийся небольшой эффективностью очистки ОГ от сажи. С целью повышения эффективности жидкостной очистки ОГ от сажи и БП для подземных машин разработан принципиально новый газодинамический метод, в котором используется сопло Вентури (1), система подачи воды из бака в горловину сопла Вентури и Рис. 10. Схема макетного образца ЖН каплеуловитель в виде емкости (2) с насадкой (3) – см. рис. 10. Отличием данного метода очистки ОГ по сравнению с барботажным является резкое увеличение площади контакта ОГ с очищающей жидкостью – практически на молекулярном уровне, что позволяет интенсифициРис. 4. Очистка воздуха в кабине самосвала КАТ-785В с помощью ЭСОВ-3 в загазованном боксе ровать физико - химические процессы их взаимодействия и при последующей конденсации паров раствора с ВВ эффективно удалять их из потока ОГ.

ОГ – оксидов азота при совместном применении трех методов: ВВД, РОГ и уменьшения для полученных оптимальных регулировок (расход воды равен расходу топлива, использован закон РОГ №1 и уменьшен на 8° п.к.в.). Ре- зультаты исследования по снижению содержания NOх в ОГ представлены на рис.8.

Приведенные результаты исследований комплексного снижения концентра- ций NOх в ОГ подтверждают данные, полученные при исследованиях отдельных методов. Двойными сочетаниями исследованных ССТ достигается 3- 4 кратное снижение выброса с ОГ NOх. Совместное одновременное применение 3-х методов позволяет уменьшить выброс NOх до 10 раз, однако при этом возрастают выбросы Рис. 5. Изменение содержания NOх (СNOх) в воздухе кабины самосвала СО в 1,6 раза, С – в 1,75 раза, а расход топлива на 16% при снижении мощности КАТ-785В при разных схемах работы ЭСОВ-3 при содержании NOх дизеля на 14%. в наружном воздухе в 80 мг/мДля очистки ОГ от СО и СНх исследован метод высокотемпературной катаРеализованные в ЭСОВ-3 методы обеспечивают эффективную очистку возлитической очистки ОГ, при применении которого на поверхности катализатора духа при работе по всем трем схемам. Наиболее эффективной является комбинипри избытке кислорода и температуре ОГ выше 250°С происходит беспламенное рованная схема очистки, а менее эффективной из трех – схема при осуществлении каталитическое окисление СО и СНх до конечных продуктов процесса сгорания – очистки приточного воздуха. Но при любой из схем ЭСОВ-3 обеспечивает гаранСО2 и Н2О по реакциям: СО + О2 СО2; СНх + 2О2 СО2 + Н2О. Одновременно тированную очистку воздуха до уровня действующих гигиенических норм. Содерна катализаторе происходит ряд других реакций, считающихся побочными, среди жание NOх в воздухе кабины на уровне до 1-2 мг/м3 при очистке воздуха в режиме внутренней рециркуляции связано с небольшим поступлением чрезмерно загрязкоторых важную роль играет реакция: 2NO + О2 2NO2, идущая при температу ненного воздуха в кабину вследствие ее негерметичности, а при очистке приточнорах ОГ до 350°С (для платинового катализатора).

го воздуха – вследствие того, что эффективность очистки воздуха находится на В процессе исследований метода каталитической очистки ОГ с шариковым уровне 80-85% (по NOх). По результатам испытаний был разработан типоряд и блочным катализаторами реализованы выработанные в результате исследований ЭСОВ разной конфигурации для установки во всех модификациях кабин АТ.

решения, обеспечивающие увеличение эффективности очистки ОГ и ресурса КН, в Таким образом, применение исследованных методов очистки воздуха в кат.ч. это применение секционирования реакторов, плавающее размещение его в корбинах при 16-кратном загрязнении наружного воздуха позволяет обеспечивать пусе, П-образная схема раздачи ОГ, применение дефлекторов во внутренней и достижение гигиенических требований по содержанию вредных веществ в воздухе внешней полостях по отношению к реактору, продольная перфорация отверстий рабочей зоны в течение 10 мин. Разработанные конструкции экосистем очистки входной и выходной решеток реактора и др. (см., например, рис. 9).

воздуха устанавливаются в кабины всех карьерных самосвалов (КАТ, Юклид, КоВ результате комплекса исследовательских и конструкторско-эксперименмацу, БелАЗ и т.д.) и др. карьерного автомобильного транспорта. Фильтрующетальных работ был создан типоряд КН для дизелей мощностью от 18 до 1000 кВт, сорбирующие блоки оригинальной конструкции по опыту их эксплуатации в ГОобеспечивающих очистку ОГ от СО – на 75%, альдегидов – 80% и СНх – 70% (при Ках имеют ресурс не менее 12 месяцев работы в глубоких-суперглубоких карьерах.

температуре ОГ более 300°С).

28 В четвертой главе представлены результаты теоретических и эксперимен- Применение метода позволяет наряду с эффективным снижением NOх в ОГ тальных исследований эффективности методов и систем снижения токсичности ОГ резко уменьшает теплонапряженность двигателей карьерных самосвалов и по дизелей при разработке их оптимальных сочетаний в комплексных системах, а этой причине применение этого метода перспективно при работе самосвалов в также изложены результаты исследований по совершенствованию и определению глубоких – суперглубоких карьерах.

оптимальных регулировок при создании малотоксичных модификаций ранее вы- При применении метода обогащения впускного воздуха частью топлива пускаемых моделей дизелей. Современный АТ оборудуется дизелями с улучшен- для обеспечения наилучших результатов по мощностным и экономическим ными экологическими показателями, что приводит к некоторому снижению остро- показателям дизеля, величина заводской регулировки уменьшается на 2-3 п.к.в.

ты проблемы снижения сверхнормативного загрязнения воздушной среды карье- Проведенные исследования для различных величин показали, что наилучшие ров. Вместе с тем, решение проблемы загрязнения воздушной среды карьеров и токсические характеристики дизеля достигаются также при уменьшении на 3° от воздуха в кабинах АТ осложняется тем, что около 70% карьерного АТ в ГОКах от- штатной величины при впрыске на впуске 20% бензина А-72 или дизтоплива – см.

работало свой гарантийный ресурс и отличается повышенным выбросом ВВ с ОГ. рис. 7- в, г. При этом выброс NOх уменьшается на 36%.

Для дополнительного снижения загрязнения воздушной среды в карьерах актуаль- Данный метод в сочетании с ВВД перспективен для самосвалов, рабоным является вопрос снижения выбросов ВВ именно этого вида автотранспорта. тающих в суперглубоких карьерах. Их совместное применение наряду со сниВозможность улучшения экологических характеристик дизелей изучена путем ис- жением выброса NOх и ДЧ в атмосферу позволяет форсировать дизели при одследования различных методов, воздействующих на рабочий процесс (рецирку- новременном снижении их теплонапряженности. Тем самым обеспечивается возляция ОГ (РОГ), подача воды (ВВД), части топлива (бензина и дизельного топли- можность работы самосвалов в карьерах ва) во впускной трубопровод дизеля, оптимизации регулировок топливной глубиной более 600 м.

аппаратуры), очистки ОГ (КН, ЖН). Анализ индикаторных диаграмм, При изучении метода рециркуляции ОГ степень рециркуляции () подсчи- полученных при изучении рабочих протывалась по теоретически полученной формуле: цессов дизелей, показывает, что при применении методов РОГ, ВВД и tcм tB , где: t – температура рециркулируемых ОГ; tсм – темпераснижении уменьшается максимальная t tcм температура цикла, что приводит к тура смеси воздуха и рециркулируемых ОГ, которая поступает в цилиндры дизеля;

уменьшению образования оксидов азота в tВ – температура атмосферного воздуха.

цилиндрах дизеля и увеличению неполВ главе особое внимание уделено методу рециркуляции ОГ, при осуществлении ноты сгорания топлива, а следовательно, которого часть ОГ возвращается во впускной воздушной заряд. Называя степенью и к увеличению содержания в ОГ СО и Рис. 8. Снижение содержания NOх в рециркуляции () отношение массовой части ОГ, циркулирующих в цикле, ко все- ОГ дизеля Д-240 с помощью комСНх.

плексных ССТ. Здесь: О – базовый му массовому заряду рабочего тела, поступающего в цилиндры двигателя, можно двигатель, В – ВВД, Р – РОГ, В рамках решения проблемы представить данный параметр в виде зависимости: У – снижение весьма важным является исследование возможности максимального снижения выброса наиболее токсичного компонента G – массовый расход всего впускного заряда, поступающего в цилин дры.

В свою очередь G = Gв + Gp (2) где: Gв – массовый расход атмосферного воздуха, поступающего в цилиндр.

При осуществлении рециркуляции ОГ использование широко распростра ненного термина – коэффициент избытка воздуха (), не правомерно, т.к. в горении топлива, впрыскиваемого в цилиндр, участвует кроме кислорода воздуха также и кислород, содержащийся в ее циркулирующей части ОГ. В работе введен термин – коэффициент избытка кислорода (), который определяется как отношение количества кислорода, поступающего в цилиндр ( GO ), к количеству кислорода, теоретически необходимого для горения топлива и равному O GT, где O - теорети2 ческое количество кислорода, необходимое для полного сгорания 1 кг топлива.

Пренебрегая неполнотой сгорания топлива, запишем:

GT O G gO G gO, (3) 2 2 где: gO - весовая доля кислорода в общем впускном заряде, поступающем в цилиндры; gO - весовая доля кислорода в ОГ, тогда согласно определения получим:

G gO gO GO 2 2 (4) O GТ G gO G gO gO gO 2 2 2 ( 1) GT O gO gO (5) 2 G Подставив выражение (5) в очевидное равенство:

GT O GT 0,23 GP gO 2 Рис. 7. Влияние на токсичность и экономичность дизелей методов РОГ (а), ВВД (б), подачи на впуске части бензина (в), дизтоплива (г) и регулировки (д).

26 после несложных преобразований с учетом (1) и (2) получаем: ется резкий рост концентраций СО, СНх и С. Полученная эксперименGв 0,23 GT O (6) тальная зависимость представлена (1 ) GT O 2 на рис.6 цифрой 1. Она близко совпадает с теоретически Gв 0,Учитывая определение найдеными зависимостями GT O управления системой РОГ ( = const). Учитывая влияние побочных равенство (6) получаем в виде: (7) 1 факторов (атмосферных условий, состава топлива, состояния дизеля Оптимальный закон управления рециркуляцией ОГ в зависимости от наи др.), для практических целей грузки дизеля, обеспечивающий максимальное снижение токсичности ОГ без рекомендуется применение закона ухудшения экономичности дизеля, теоретически можно получить, если принять, что поддержание в цилиндрах постоянной величины обеспечивает для каждого № 2 (рис.6), реализация которого не Рис.6. Теоретические () и эксперимениз возможных режимов его работы такой расход рециркулируемых ОГ, при котодолжна приводить к росту выброса СО, тальные (№1-№4) законы управления ром полнота сгорания топлива, в первом приближении, остается постоянной и рециркуляцией ОГ для эффективного СНх и С, а также ухудшению экономиснижения NOx зависящей только от абсолютной величины (см. формулу (7)). Получив на осческих показателей при самом неблагоновании исследования дизелей Д-240 и Д-50 приближенную корреляционную приятном сочетании указанных выше факторов. Эффективность снижения токсичфункцию температуры ОГ от среднего эффективного давления (Ре), была найдена CO ности ОГ дизеля Д-240 по NOх составляет 46%, а по q - 34% при применении зависимость, связывающая текущую величину с Ре, которая представлена на закона РОГ №1 и 24% соответственно для закона №2. Для практической реализарис.6. Полученная зависимость постоянных значений от и Ре для всех режимов ции на дизелях разработаны и испытаны системы РОГ с пневматическим, гидравработы дизеля может, быть принята за основу при выборе оптимального закона лическим и механическим управлением.

регулирования перепуском ОГ.

При осуществлении метода подачи воды во впускной трубопровод дизеля Стендовые испытания РОГ проводились на дизелях ЯМЗ-236, Д-240 и Д-50.

содержание NOх в ОГ уменьшается, что связано со снижением максимальной Для всех скоростных режимов работы – см., например, рис. 7-а – увеличение температуры цикла и оно тем больше, чем больше подается воды в цилиндры приводит к снижению концентрации NOх тем более резкому, чем выше нагрузка дизеля – см. рис. 7 - б. При этом увеличивается содержание СО, СНх и БП в ОГ дизеля. Это свидетельствует о преимущественном влиянии содержания кислорода за счет увеличения толщины холодного пристеночного слоя и уменьшения его в локальных зонах на образование NOх. И наоборот, при большом избытке кислотемпературы, а также снижения температуры смеси на стадии ее догорания. Влиярода основное влияние на образование NOх оказывает температура.

ние ВВД на содержание в ОГ сажи, на gе и Nе незначительно при подаче воЕсли принять содержание СО, СНх и С за показатель, характеризующий стеды в количестве, не превышающем 150% по отношению к расходу дизелем пень совершенства процесса сгорания, то из экспериментальных данных закон топлива.

управления системой РОГ может быть найден по величинам , с которых начина24






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

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.