«СПОСОБЫ И ТЕХНИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА СНИЖЕНИЯ ТОКСИЧНОСТИ ОТРАБОТАВШИХ ГАЗОВ ДИЗЕЛЬНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ МОБИЛЬНЫХ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ СРЕДСТВ ПРИ РАБОТЕ В ПОМЕЩЕНИЯХ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОГО НАЗНАЧЕНИЯ ...»

– сила сопротивления при движении в газовой среде в тангенциальном – сила сопротивления при движении в газовой среде в осевом – сила сопротивления при движении в газовой среде в радиальном где k – коэффициент формы частицы.

U – тангенциальная компонента скорости частицы;

W – осевая компонента скорости частицы;

V – радиальная компонента скорости частицы.

Кроме этих сил необходимо учитывать эффект появления подъемной силы при движении вращающейся частицы [17]:

где Г – циркуляция скорости по контуру частицы:

u – линейная скорость вихря по поверхности частицы:

– угловая скорость вращения частицы:

На основе действующих сил можно составить систему уравнений движения сажевой частицы в цилиндрической системе координат:

Запишем уравнение движения сажевой частицы в следующем виде:

В цилиндрических координатах радиальная скорость V равна: V dR dt, движении в тангенциальном направлении скорости сажевых частиц и потока газа равны, т.е. U c U u, уравнение радиальной скорости частицы запишется следующим образом [18]:

Уравнение для осевой скорости сажевых частиц в проекции на диаметральное сечение улавливающего устройства [17]:

При граничных условиях, когда константа интегрирования равна C g, уравнение примет вид:

завихрителя лопаточного типа Центробежный завихритель представляет собой устройство, имеющее ряд лопаток, установленных под углом к направлению набегающего воздушного потока. Он служит для закручивания проходящей через него части воздуха, поступающего в камеру, вследствие чего в передней части камеры создается вращающийся относительно ее оси воздушный поток.

Обоснование основных параметров центробежного завихрителя сводится к определению отношения между диаметрами решетки, шага между лопатками, их количеством и высотой. Расчет выполняется в соответствии с рекомендациями автора работы [334].

Принимаем, что наружный диаметр завихрителя равен наружному диаметру пенной камеры, м:

Тогда внутренний диаметр завихрителя определяется, м:

Радиус лопаток определяется, м:

Величина отложения радиуса лопаток от центра завихрителя, м:

Длина лопаток определяется по результатам геометрических построений. Исходя шаг между лопатками составит, м:

Количество лопаток, устанавливаемых на центробежном завихрителе, d з.вн d з.н средний шаг между лопатками:

Высота лопаток завихрителя при известной скорости газа на входе в завихритель, м:

Расчет высоты лопаток завихрителя выполняется с учетом ширины лопаток, м:

5.1.6. Выбор абсорбирующих компонентов входящих в состав нейтрализующего раствора Важнейшим вопросом при проектировании абсорбционных систем является выбор абсорбента. Требования к абсорбентам: большая абсорбционная емкость, селективность, невысокое давление насыщенных паров, возможность регенерации, невысокая коррозионная активность, небольшая вязкость, доступность, низкая стоимость [337]. Подобрать абсорбент полностью отвечающий в полной мере перечисленным требованиям практически невозможно, но необходимо к этому стремленье при выборе конкретного абсорбента.

Оксид углерода, для его поглощения на практике применяются:

медно-аммиачный раствор [Cu(NH 3 ) 2 (H 2 O)], жидкий азот, раствор СuА1С в толуоле [337].

Оксид азота, в качестве нейтрализующего вещества используются:

водные растворы сульфата железа — FeSO 4 ; хлорида железа — FeCl 2 ;

тиосульфата натрия — Na 2 S 2 O 3 ; гидросульфита натрия — NaHSO 3 ;

мочевины — (NH 2 ) 2 CO; аммиака — (NH 4 ) 2 OH; а так же сульфаминовая кислота — NH 2 SO 3 H; раствор соды с Fе(II)-ЭДТА в качестве катализатора;

хлорная вода — Сl 2 ОН и вода H 2 O [300].

Диоксид азота, в качестве абсорбента используются: вода; раствор мочевины с тетрасульфофталоцианином кобальта в качестве катализатора — CO(NH 2 ) 2 ; раствор серной кислоты — H 2 SO 4 ; водные растворы соды — Na 2 CO 3 ; аммиака — (NH 4 ) 2 OH; азотной кислоты — HNO 3 ; ор сульфита аммония — (NH 4 ) 2 SO 3 ; гидроксида кальция — Са(ОН) 2 ; водный 3%-ный раствор гидроксида натрия — NaOH; водный раствор аммиачно-щелочной раствор [337].

Углеводороды, для их поглощения применяются: водный раствор гидроксида натрия — NaOH; раствор пероксидисульфоната аммония с нитратом серебра; раствор щелочи, содержащий фенолят натрия; водный раствор, содержащий пероксидисульфат аммония, аммиак и нитрат серебра;

водный раствор мочевины — CO(NH 2 ) 2 ; формальдегида; смесь аммофоса и мочевины [300].

Произведя анализ наиболее применяемых на практике для абсорбции токсичных компонентов ОГ ДВС веществ, нами был выбран раствор, состоящий на 85% из воды, а в качестве абсорбирующих компонентов в его состав включены: водный раствор соды Na 2 CO 3 в количестве 14,5% по объему и 0,5% 1,4-дигидроксибензола (гидрохинона) С 6 Н 4 (ОН) 2.

5.2 Лабораторные исследования жидкостного нейтрализатора снижения токсичности отработавших газов 5.2.1 Программа лабораторных исследований обеспечивающих качественную очистку ОГ двигателя трактора от токсичных компонентов и сажевых аэрозолей, необходимо изучить динамику изменения степени очистки ОГ на различных скоростных и нагрузочных режимах работы дизеля, а также величину газодинамического сопротивления нейтрализатора газовому потоку.

Лабораторные испытания предусматривали: определение влияния ЖН на мощностные и топливно-экономические показателей работы дизельного двигателя трактора, а так же выявление закономерностей в процессе снижения токсичности ОГ дизельного двигателя с помощью ЖН.

Сформированы следующие задачи экспериментальных исследований:

– в лабораторных условиях оценить показатели дизельного двигателя со штатной системой выпуска и определить его токсичность ОГ;

– исследовать особенности коагуляции и осаждения сажевых частиц, с адсорбированными на их поверхности вредными веществами, в ЖН;

выпуска.

В соответствии с этим программа исследований предусматривала определение следующих параметров:

– влияния количества нейтрализующего раствора в аэрозольной камере на степень снижения токсичности ОГ дизельного двигателя;

– влияние изменения режима работы дизельного двигателя на степень снижения токсичности ОГ в ЖН;

– величины перепада давлений газового потока в ЖН, с целью определения потерь мощности двигателя.

5.2.2. Методика проведения лабораторных исследований В качестве объекта исследований был выбран дизельный двигатель Д– 120, устанавливаемый на тракторы семейства Т–30–69, выпускаемых Владимирским тракторным заводом, тягового класса 6 кН.

Лабораторные исследования двигателя Д–120 проводились на базе государственного агротехнологического университета. При проведении испытаний загрузка двигателя трактора осуществлялась через трансмиссию беговыми барабанами диагностического стенда КИ–8927.

жидкостного нейтрализатора с комплексом измерительных приборов на рисунке 5.7.

1 – трактор Т-30; 2 – двигатель Д-120; 3 – трансмиссия; 4 – ведущее колесо;

5 – опорный барабан; 6 – ведущий барабан стенда; 7 – штатный глушитель трактора; 8 – ЖН; 9 – ведомое колесо трактора; 10 – упорный лоток;

11 – редуктор; 12 – балансирная машина; 13 – нагрузочный реостат КИ- 6546; 14 – пульт управления; 15 – силовой шкаф; 16 – блок приборов контроля; 17 – стенд диагностический для колесных тракторов КИ-8927;

18 – тахометр; 19 – динамометр; 20 – трехходовой клапан; 21 – расходная емкость с топливом; 22 – расходомер СИРТ- Рисунок 5.7 – Схема лабораторной установки 1 – термопара; 2 – штатная труба глушителя двигателя; 3 – двигатель трактора; 4 – аэрозольная камера ЖН; 5 – бачок с жидкостью;

6 – электробензонасос; 7 – патрубки подачи эмульсии; 8 – центробежный каплеуловитель ЖН; 9 – измеритель дымности ОГ МЕТА-01МП;

10 – мльтиметр; 11 – термоанемометр АТТ-1004; 12 – трубка измерения перепада давления ОГ двигателя; 13 – эжектор; 14 – манометр МТИ;

15 – электронный блок управления нейтрализатором; 16 – датчик положения коленчатого вала двигателя; 17 – коленчатый вал двигателя;

18 – газоотводящая трубка; 19 – шаровой вентиль для изменения расхода ОГ;

20 – выключатель; 21 – аккумуляторная батарея.

Рисунок 5.8 – Схема ЖН с измерительными приборами Общий вид лабораторной установки показан на рисунках 5.9 и 5.10.

1 – трактор Т-30-69, 2 – экспериментальная модель жидкостного нейтрализатора для очистки ОГ, 3 – беговые барабаны Рисунок 5.9 – Вид общий лабораторной установки при испытаниях двигателя трактора Т-30-69 на диагностическом стенде КИ– Лабораторная установка состоит из загрузочного устройства, экспериментальной модели ЖН, установленного на выпускном коллекторе, стрелочного манометра МТИ, электронного блока управления ЖН, измерителя дымности ОГ дизельного двигателя.

1 – выпускной коллектор, 2 – аэрозольная камера ЖН, 3 – бак для утилизации отработавшего нейтрализующего раствора, 4 – центробежный каплеуловитель, 5 – гофрированный шланг с электрической проводкой, 6 – шланги для подвода нейтрализующего раствора, 7 – шланг для отвода отработавшего нейтрализующего раствора из корпуса центробежного каплеуловителя Рисунок 5.10 – Общий вид ЖН при испытаниях трактора на режиме Диагностический стенд (рисунок 5.11) состоит из балансирной машины переменного тока, соединенной через редуктор с беговыми барабанами (рисунок 5.9), нагрузочного реостата КИ–89356 (рисунок 5.11), имеющего электрическую связь с пультом управления 4, силового шкафа 5, блока приборов контроля работы стенда 2, а также стрелочного динамометра 3 и тахометра 6 для измерения мощностных и скоростных параметров работы двигателя трактора.

1 – нагрузочный реостат, 2 – балансирная машина, 3 – расходомеры СИРТ-1, 4 – фильтр грубой очистки топлива, 5 – фильтр тонкой очистки топлива, 6 – электрические разъемы для подключения к прибору МС- Рисунок 5.11 – Общий вид диагностического стенда (а) и элементов С целью снижения выброса ВВ в системе выпуска двигателя трактора была установлена экспериментальная модель ЖН (рисунок 5.12), работающей под управлением электронного блока (рисунок 5.13), питание которого осуществляется от штатной системы электрооборудования трактора.

а – центробежный каплеуловитель, б – аэрозольная камера ЖН, в – эжекторное устройство, г – бак для нейтрализующего раствора с жидкостным насосом Рисунок 5.12 – Экспериментальная модель ЖН Рисунок 5.13 – Электронный блок управления работой ЖН.

Электронный блок управления (ЭБУ) представляет собой устройство, воздействующее на рабочий процесс ЖН и управляющее им в зависимости от режима работы двигателя трактора. Устройство генерирует электрические импульсы, посылаемые на форсунки, аэрозольной камеры. Питание осуществляется от штатной бортовой сети трактора. Блок устанавливается в кабине. Он имеет светодиодный индикатор режима работы, ручку точной настройки, клеммные колодки для подключения форсунок, питания и датчика положения коленчатого вала двигателя. Работа может осуществляться в одном из трех заранее заданных режимов. В первом режиме продолжительность нахождения форсунки в закрытом состоянии задано жестко, т.е. впрыск аэрозоля осуществляется с постоянной частотой, вне зависимости от режимов работы двигателя. Второй режим работы позволяет осуществлять ручную регулировку времени нахождения форсунки в открытом состоянии. Это позволяет подстраивать работу фильтра под режим работы двигателя для достижения оптимальных характеристик очистки. В третьем режиме функционирования ЭБУ параметры впрыска регулируются автоматически, в зависимости от режима работы двигателя.

Основным элементом электронного блока управления является интегральная микросхема-таймер типа «555», генерирующая электрический сигнал заданной длительности. Для этого к микросхеме подключены три времязадающие цепи. Первая из которых, содержит резистор конденсаторы К73–9, и жестко задает время нахождения форсунки в открытом состоянии, т.е. время непосредственно впрыска аэрозоля. Номиналы элементов подобраны таким образом, что это время равняется 5 мс. Вторая времязадающая цепь, задает время нахождения форсунки в закрытом состоянии, т.е. определяет частоту впрыска аэрозоли. Эта характеристика может быть задана жестко с использованием постоянных сопротивлений, в этом случае время простоя будет равно 40 мс. Данный режим является тестовым. Если вместо постоянных сопротивлений установить в схему переменное, то появляется возможность плавно регулировать частоту впрыска аэрозоли, подстраивая её под режимы работы двигателя. Третья времязадающая цепь представляет собой датчик положения коленчатого вала двигателя, подключенный к схеме через перемычку. В данном случае частота впрыска аэрозоли будет находится в зависимости от частоты вращения коленчатого вала двигателя трактора. Для этого на маховике коленчатого вала устанавливается металлическая пластинка – метка, а на приливе корпуса двигателя электромагнитный датчик положения приблизительно 1 мм от вершины зубцов шкива коленчатого вала. При вращении коленчатого вала зубцы диска изменяют магнитное поле датчика, создавая наведенные импульсы напряжения. По импульсу синхронизации от датчика положения коленчатого вала, ЭБУ определяет частоту вращения коленчатого вала и рассчитывает момент срабатывания форсунок.

На рисунке 5.14 показаны препараты сажи, взятые из штатной системы выпуска ОГ двигателя Д–120 трактора Т–30–69. Сажа отбиралась с помощью пластиковой лопатки с внутренней поверхности глушителя. Снимался только поверхностный слой отложений во избежание попадания в пробу окалины со стенок глушителя. Следует отметить, что саже из отложений был присущ черный цвет с серым оттенком и характерный запах акролеина.

монокулярного оптического микроскопа с увеличениями х100, х200 и х крат. Сажа из некоторых проб подвергалась предварительному препарированию, путем смешивания с 50% раствором этилового спирта, после чего заранее подготовленные пленки окунались в приготовленную суспензию и помещались на предметный стол микроскопа.

Для получения электронных изображений сажевых препаратов была использована цифровая черно-белая видеокамера ORIENT B/W CMOS CSс разрешением 628x582, встроенная в окуляр микроскопа. Следует отметить, что сажа является фрактальным объектом, в котором при возрастающем увеличении можно увидеть, как одна и та же структура повторяется в нем на всех уровнях и в любом масштабе. Данные структуры возникают в системах, содержащих частицы весьма малых размеров.

Рисунок 5.14 – Дисперсная фаза выхлопа 4-тактного дизеля Д- Результаты испытаний представлены в приложении Б4.

5.3 Результаты лабораторных исследований 5.3.1 Результаты исследований влияния установки в системе показатели работы двигателя Для оценки ряда мощностных и экономических показателей работы дизельного двигателя Д–120 трактора Т–30–69 в лабораторных условиях был проведен ряд опытов. С целью получения минимальных погрешностей, исследования процесса очистки ОГ трактора проходили в условиях максимально приближенных к эксплуатационным. По результатам исследований были получены графические зависимости (рисунки 5.15, 5.16 и 5.17), определяющие мощностные и экономические показатели работы дизеля трактора со штатной и модернизированной системами выпуска ОГ.

штатная система g e 751, 4823 0,3773 n 7, 2286 E 5n модернизированная система g e 760,3931 0,3818 n 7,3143E 5n Рисунок 5.15 – Графические зависимости изменения удельного расхода топлива (g e )от изменения частоты вращения коленчатого модернизированной системами выпуска ОГ штатная система Ne 17, 2576 0, 0026 n 1, 5774 E 6n модернизированная система Ne 17, 5829 0, 0026 n 1, 067 E 6n Рисунок 5.16 – Графические зависимости изменения мощности двигателя трактора Т–30–69 (N e ) от изменения частоты вращения коленчатого вала двигателя (n) при работе со штатной и модернизированной системами выпуска штатная система Gт 8,9109 0,0045 n 8,5741E 7 n модернизированная система Gт 8,0891 0,0046 n 8,7429 E 7 n Рисунок 5.17 – Графические зависимости изменения количества Проанализировав представленные графические зависимости можно сделать вывод о том, что установка в систему выпуска дизельного двигателя трактора не окажет существенного влияния на его мощностные и топливно– экономические показатели. При этом снижение мощности двигателя Д– трактора Т–30–69, оснащенного модернизированной системой выпуска при снятии внешней скоростной характеристики в среднем составило 1,6%, крутящего момента – 1,5%, увеличение удельного расхода топлива – 1,8%.

нейтрализующего раствора и продолжительности времени впрыска на токсичность и дымность ОГ трактора Для определения совокупного влияния количества нейтрализующего раствора и продолжительности времени впрыска нейтрализующего раствора на токсичность и дымность ОГ дизельного двигателя Д–120 трактора Т–30– 69 был проведен двухфакторный эксперимент. План проведения экспериментальных исследований представлен в приложениях В.

На первом этапе проведения лабораторных исследований в процессе снятия характеристики двигателя трактора на режиме свободного ускорения зависимым фактором являлась продолжительности времени впрыска нейтрализующего раствора, определяющая изменение дымности ОГ.

В результате статистической обработки экспериментальных данных были получена математическая модель, определяющая зависимость дымности ОГ от продолжительности времени впрыска нейтрализующего раствора в аэрозольную камеру ЖН.

Для компенсации недостаточной степени очистки ОГ, при работе двигателя в режиме повышенной нагрузки, времязадающая цепь ЭБУ, определяющая время нахождения форсунки в открытом состоянии, содержит датчик положения регулятора топливного насоса.

Рисунок 5.18 – Графическая зависимость расхода нейтрализующего раствора (Q), от частоты вращения коленчатого вала двигателя (n) при средней продолжительности впрыска 15 мс Рисунок 5.19 – Графическая зависимость расхода нейтрализующего раствора (Q), от частоты вращения коленчатого вала двигателя (n) при средней продолжительности впрыска 20 мс Рисунок 5.20 – Графическая зависимость расхода нейтрализующего раствора (Q), от частоты вращения коленчатого вала двигателя (n) при средней продолжительности впрыска 25 мс Рисунок 5.21 – Графическая зависимость объема подаваемого в минуту Таким образом, в рамках проведения эксперимента, необходимо было установить закономерности изменения концентраций токсичных компонентов в составе ОГ от количества подаваемого нейтрализующего раствора для последующей точной настройки автоматизированной системы управления ЖН на достижение максимальных показателей очистки.

Из приведенных зависимостей видно, что они линейны.

Результаты регрессионного анализа приведены в приложении В11, В12, В13, В14.

Обработка полученных данных производилась согласно приведенной методике статистической программами «Statistika» и «Microsoft Excell» с помощью ПЭВМ IВМ РС.

Рисунок 5.22 – Графическая зависимость расхода нейтрализующего раствора, Рисунок 5.23 – Графическая зависимость расхода нейтрализующего раствора, Рисунок 5.24 – Графическая зависимость расхода нейтрализующего раствора, Рисунок 5.25 – Графическая зависимость расхода нейтрализующего раствора, Рисунок 5.26 – Графическая зависимость расхода нейтрализующего раствора, Рисунок 5.27 – Графическая зависимость расхода нейтрализующего раствора, Рисунок 5.28 – Графическая зависимость расхода нейтрализующего раствора, Рисунок 5.29 – Графическая зависимость расхода нейтрализующего раствора, На основании графических зависимостей представленных на рисунках 5.15 – 5.29 в качестве нейтрализующего вещества был выбран раствор, состоящий из 85% воды H 2 O, в качестве абсорбирующих компонентов в его состав включены: водный раствор соды Na 2 CO 3 в количестве 14,5% по объему и 0,5 % 1,4-дигидроксибензола (гидрохинона) C 6 H 4 (OH) 2.

5.4. Производственная проверка жидкостного нейтрализатора очистки отработавших газов дизельного двигателя и оценка экономической эффективности его внедрения эффективности работы устройства для очистки ОГ дизельных двигателей внутреннего сгорания 5.4.1.1. Программа и методика производственной проверки Для оценки работоспособности разработанной системы очистки ОГ дизельного ДВС трактора были проведены производственные испытания.

Целью данных испытаний являлось получение сравнительных результатов, характеризующих состояние воздушной среды теплиц, при выполнении энергоемких операций с использованием стандартного трактора, а так же работоспособность ЖН очистки ОГ устройства при выполнении механизированных работ с использованием трактора, оснащенным модернизированной системой выпуска ОГ.

В соответствии с поставленной целью испытаний были следующие задачи производственных исследований:

– определить степень загрязнения воздушной среды теплицы токсичными веществами до и после выполнения механизированных работ с использованием трактора, оснащенным устройством для очистки ОГ дизельного ДВС;

– оценить надежность работы устройства по очистке ОГ дизельного ДВС трактора в период выполнения работ.

Производственная проверка работы модернизированной системы очистки ОГ производилась в одном из тепличных блоков ОАО Рязанский Тепличный комбинат «Солнечный», в складских помещениях ОАО «Рыбновская сельхозтехника» Рыбновского района Рязанской области, ООО «Золотой колос» Рязанского района Рязанской области, ООО «Агроводдорстрой».

В период производственной проверки в ОАО Рязанский Тепличный комбинат «Солнечный», на один из тракторов Т-30 было установлено разработанное устройство для очистки ОГ дизельного ДВС. Она состояло из опытного образца ЖН, включающего в себя аэрозольную камеру, эжекторное устройство и центробежный каплеуловитель, электронного блока управления, блока коммутации, бака с нейтрализующим раствором, жидкостного насоса, бака для загрязненного нейтрализующего раствора.

5.4.1.2 Результаты производственной проверки эффективности работы системы влажной очистки отработавших газов Производственная проверка проводилась по методике изложенной во второй главе диссертации.

Определение параметров воздушной среды в рабочей зоне теплицы проводились согласно ГОСТ 12.1.005 – 88 «ССБТ. Общие санитарные гигиенические требования к воздуху рабочей зоны» [76] на расстоянии одного метра от уровня грунта. Отбор проб воздуха осуществляется в пяти точках по длине теплицы на одинаковом расстоянии друг от друга [76].

Метод определения сажи основан на её улавливании из воздуха мембранными фильтрами. Затем определение ее массовой концентрации приготовленной из суспензии чистой сажи. Фильтры разрезают на восемь частей. Затем подготовленные фильтры зажимают в патроне для отбора проб на сажу и присоединяют его к водоструйному насосу. Заливают в патрон 0,2– 0,3 см3 раствора для смачивания и промывают 3–5 см3 воды. Затем взбалтывают суспензию сажи, наливают в патрон 1 см3 воды и сразу же добавляют определенное количество суспензии. После прохождения всей жидкости через фильтр стенки патрона обмывают 1–2 см3 дистиллированной воды и отсасывают досуха. Скорость прохождения жидкости через фильтр должна составлять 0,2–0,3 см3/мин. Образующиеся на фильтрах пятна должны иметь четкую границу и равномерную окраску.

Полученную серию пятен различной интенсивности окраски наклеивают клейстером из рисового или пшеничного крахмала на ленту из белой чертежной бумаги. Под каждым пятном указывают массу сажи и помещают между двумя полосками из тонкого бесцветного стекла. Полоски по краям оклеивают клеем БФ–2 и окантовывают липкой лентой.

В лаборатории фильтры извлекают пинцетом из пакета, на котором указан номер пробы. Массу сажи на фильтре определяют, сопоставляя интенсивность окраски пятна фильтре с эталонной шкалой.

При выполнении исследований использовались следующие средства измерений: весы аналитические ВЛР–200 (ГОСТ 2404–80Е), электроаспиратор ЭА–1, колбы мерные, пипетки, воронка В-25-38ХС (ГОСТ 25336–82), чашка кварцевая 4 ВП–2–250 (ГОСТ 25336–82).

Анализ атмосферы теплицы на содержание С 20 Н 12 проводился согласно методическим указаниям №5879–91 [63].

Метод основан на улавливании ПАУ из воздуха на аэрозольный фильтр, отделении при помощи препаративной тонкослойной хроматографии от примесей и разделении с помощью высокоэффективной жидкостной хроматографии.

Отбор проб воздуха производят на аэрозольные фильтры ФПП-15.

Размеры используемого фильтра определяется типом аспиратора. Объемы проб составляют 10-15 дм3 при использовании флуоресцентного детектора, при удельном расходе воздуха не более 5 дм3/см3.мин. Фильтр с пробой воздуха предварительно замачивают в 25-50 см3 раствора гексана в течение 12 ч. После чего колбу с фильтром помещают в генератор ультразвуковых колебаний, заполненный водой и проводят экстракцию 3-мя порциями Нгексан по 15 мин. Экстракторы объединяют и упаривают естественным путем или на ротационном испарителе до объема 1-2 см3.

Часть анализируемой фракции отбирали при помощи микрошприца, вводя в инжектор с дозатором (петлей на 100 мм3). Затем записывали хромотограмму с использованием ультразвукового детектора при расходе элюента 1 см3/мин и значении оптической плотности 0,02 на всю шкалу. В качестве подвижной фазы использовали осушенный гексан C 6 H 14.

Идентификацию хромотографических пиков проводили методом добавок.

Для этого в микрошприце смешивают исследуемую пробу и раствор идентифицируемого ПАУ, применяемый для градуировки и повторно записывают хроматограмму. Сопоставляя полученные хроматограммы находят пик, относящийся к определенному ПАУ. Объем и концентрацию раствора индивидуального ПАУ выбирают таким образом, чтобы было заметно увеличение пика на повторной хромотограмме, но при этом не маскировались близлежащие пики.

13.1:2:3.11–97 «Методика выполнения измерений массовой концентрации углеводородов в атмосферном воздухе, воздухе рабочей зоны и промышленных выбросов методом хроматографии». Методика допущена для целей государственного экологического контроля.

Определение концентрации углеводородов в воздушной среде основано на применении насадочной колонки без сорбента с последующим детектированием компонентов в виде суммарного неразделенного пика пламенно-ионизационным детектором. При производстве анализов использовались следующие приборы: газовый хроматограф с пламенноионизационным детектором и интегратором, мембранный барометр, реактор из нержавеющей стали для каталитической очистки воздуха, применяемого в качестве газоносителя для полного разрушения углеводородов до СО 2 и Н 2 О.

Отбор проб производился в газовые пипетки, которые перед вводом пробы в хроматограф прогревались до 200оС до полной десорбции тяжелых хромотограмму пробы анализируют и при помощи градуированного коэффициента определяют концентрацию искомого вещества в пробе.

5.4.2. Результаты производственной проверки эффективности работы системы влажной очистки отработавших газов работы с использованием машинно-тракторного агрегата Т–30 велись в помещении теплицы около 2 часов. При этом во время проведения работ помещение теплицы не вентилировалось, а трактор выполнял перечень основных операций по удалению растительных остатков и мусора из помещения теплицы.

Концентрации определяемых ТВ в воздушной среде теплицы, до выполнения трактором механизированных работ, приведены в таблице 5.1.

Таблица 5.1 – Состояние воздушной среды теплицы перед началом работы определяемого вещества Эксперимент по определению степени загрязнения воздушной среды проводился в четыре этапа. Первый замер производился в теплице до выполнения трактором механизированных работ, в которой в течение 2-х часов не проводилось никаких работ с использованием последнего.

Параметры воздушной среды помещения теплицы определялись с помощью следующих средств измерений: газовый хроматограф, аэрозольный фильтр АФ-4С, мембранный фильтр МФ-12СУ, колбы мерные, пипетки по ГОСТ 25336-82.

Из данных таблицы 5.1 видно, что замеренные концентрации ТВ не превышают санитарные нормы их предельного содержания в атмосфере рабочей зоны помещений ограниченного объема.

Во время проведения эксперимента трактор выполнял основные транспортные работы по вывозу растительных остатков и завозу свежего грунта в теплицу. При этом дизельный двигатель трактора работал в широком диапазоне скоростных и нагрузочных режимов.

В период проведения трактором технологических операций основная система вентиляции не функционировала, в связи с чем поступление небольшого количества свежего воздуха через въездные ворота, не способствовало проветриванию помещения теплицы.

Через один час после начала работы трактора при неработающей естественной вентиляции помещения были получены данные по концентрации исследуемых ТВ в атмосфере теплицы, которые представлены в таблице 5.2.

Таблица 5.2 – Состояние воздушной среды теплицы через один час после Из полученных данных видно, что концентрации исследуемых ТВ превышают установленные санитарные нормы в несколько раз. С целью наблюдения за динамикой изменения концентрации ТВ в атмосфере теплицы необходимо определять концентрации этих веществ через некоторое время после начала работы трактора. Для ее реализации через два часа после начала работы трактора в помещении теплицы был проведен повторный забор проб воздуха на содержание в нем исследуемых ТВ, результаты которого приведены в таблице 5.3.

Таблица 5.3 – Состояние воздушной среды теплицы через два часа после Таким образом, через два часа работы трактора в помещении теплицы концентрации ТВ в воздушной среде увеличились и значительно превышали требования санитарных норм Движение воздуха в помещениях, размеры которых значительно превышают размеры источников, побуждающих его можно рассматривать как потенциальное. Учитывая эту особенность, после наработки токсичной атмосферы помещения теплицы производилась выдержка 30 минут для выравнивания воздушной среды, перед следующим замером. После чего полностью открывались фрамуги системы вентиляции с подветренной стороны и повторно проводился токсичный анализ фона воздушной среды теплицы, результаты которого приведены в таблице 5.4.

Основываясь на данных из таблицы 5.4 можно сделать вывод, что даже при работающей естественной вентиляции, концентрации исследуемых ТВ в атмосфере теплицы все равно будут превышать нормы их предельного содержания, и достигнут их значения по саже через 6 часов и бенз (а) пирену С 20 Н 12 и по сумме углеводородов СН приблизительно через 4 часа.

Таблица 5.4 – Динамика изменения состояния атмосферы теплицы при работающей вентиляции 3,4бенза(а)пирен (мкг/м3) углеводородов Учитывая динамику изменения токсичности воздушной среды теплиц при работающей естественной вентиляции их помещений, можно утверждать, что в течение всей рабочей смены обслуживающий персонал будет подвергается негативному воздействию токсичных компонентов ОГ МЭС оснащенных дизельными ДВС. Расчет динамики изменения состояния атмосферы теплицы производился согласно методике приведенной во 2 главе диссертации.

Из данных, представленных в таблице 5.5 видно, что расчетные данные незначительно отличаются от результатов проведенных замеров концентраций ТВ, содержащихся в воздушной среде теплиц.

Проведенный анализ токсичного фона воздушной среды теплиц показал, что в течение всей рабочей смены рабочий персонал подвергается негативному воздействию токсичных компонентов ОГ, образующихся при эксплуатации в помещениях теплиц трактора.

Таблица 5.5 – Достижение ПДК ТВ, присутствующими в атмосфере теплицы, Токсичное вещество В связи с этим необходимо совместно с использованием естественной вентиляции дополнительно снижать токсичность ОГ дизельного двигателя.

Рисунок 5.30 – Динамика изменения концентраций ТВ в атмосфере теплицы при выполнении механизированных работ с использованием МТА со штатной а) и модернизированной б) системами Результаты замеров концентрации исследуемых ТВ сравнивались с аналогичными показателями воздушной среды теплицы при работе трактора со штатной системой выпуска ОГ. Для наглядности степени изменения содержания исследуемых ТВ в атмосфере теплицы согласно полученным данным были построены кривые роста их концентраций, которые представленные на рисунке 5.30.

По результатам производственной проверки разработанной системы очистки ОГ дизельного двигателя можно судить о значительном снижении механизированных работ. При этом концентрация токсичных веществ в атмосфере теплицы снизилась по саже на 22,4% бенз(а) пирену на 18%, а сумме углеводородов на 14 %.

реализованный способ снижения токсичности и дымности ОГ путем установки в систему выпуска дизельного ДВС ЖН позволяет значительно снизить содержание основных ТВ в ОГ дизельного ДВС трактора Т-30-69.

Определение параметров воздушной среды в рабочей зоне теплицы проводились согласно ГОСТ 12.1.005 – 88 «ССБТ. Общие санитарные гигиенические требования к воздуху рабочей зоны» [79] на расстоянии одного метра от уровня грунта. Отбор проб воздуха осуществляется в пяти точках по длине теплицы на одинаковом расстоянии друг от друга [79].

Метод определения сажи основан на её улавливании из воздуха мембранными фильтрами и определениями ее массовой концентрации путем сопоставления степени почернения фильтра со шкалой, приготовленной из суспензии чистой сажи. Фильтры разрезают на восемь частей, после чего подготовленные фильтры зажимают в патроне для отбора проб на сажу, который присоединен к водоструйному насосу. Заливают в патрон 0,2–0, см3 раствора для смачивания и промывают 3–5 см3 воды. Затем взбалтывают суспензию сажи, наливают в патрон 1 см3 воды и сразу же добавляют определенное количество суспензии. После прохождения всей жидкости через фильтр стенки патрона обмывают 1–2 см3 дистиллированной воды и отсасывают досуха. Скорость прохождения жидкости через фильтр должна составлять 0,2–0,3 см3/мин. Образующиеся на фильтрах пятна должны иметь четкую границу и равномерную окраску.

Полученную серию пятен различной интенсивности окраски наклеивают клейстером из рисового крахмала или пшеничной муки на ленту из белой чертежной бумаги, под каждым пятном указывают массу сажи и помещают между двумя полосками из тонкого бесцветного стекла. Полоски по краям оклеивают клеем БФ–2 и окантовывают липкой лентой.

В лаборатории фильтры извлекают пинцетом из пакета, на котором указан номер пробы. Массу сажи на фильтре определяют, сопоставляя интенсивность окраски пятна фильтре со шкалой.

При выполнении измерений использовались следующие средства электроаспиратор ЭА–1, колбы мерные, пипетки, воронка В-25-38ХС по ГОСТ 25336–82, чашка кварцевая 4 ВП–2–250 по ГОСТ 25336–82.

Анализ атмосферы теплицы на содержание С 20 Н 12 проводился согласно методическим указаниям №5879–91 [66].

Метод основан на улавливании ПАУ из воздуха на аэрозольный фильтр, отделении при помощи препаративной тонкослойной хроматографии от мешающих примесей и разделении с помощью высокоэффективной жидкостной хроматографии.

Отбор проб воздуха производят на аэрозольные фильтры ФПП-15.

Размеры используемого фильтра определяется типом аспиратора. Объемы проб составляют 10-15 дм3 при использовании флуоресцентного детектора, при удельном расходе воздуха не более 5 дм3/см3.мин. Фильтр с пробой воздуха предварительно замачивают в 25-50 см3 гексана в течение 12 ч, после чего колбу с фильтром помещают в генератор ультразвуковых колебаний, заполненный водой и проводят экстракцию 3-мя порциями Н-гексан по мин. Экстракторы объединяют и упаривают естественным путем или на ротационном испарителе до объема 1-2 см3.

Часть анализируемой фракции отбирают при помощи микрошприца, вводят в инжектор с дозатором (петлей на 100 мм3) и записывают хромотограмму с использованием ультразвукового детектора при расходе элюента 1 см3/мин и значении оптической плотности 0,02 на всю шкалу. В Идентификацию хромотографических пиков проводят методом добавок. Для идентифицируемого ПАУ, применяемый для градуировки и повторно записывают хроматограмму. Сопоставляя полученные хроматограммы находят пик, относящийся к определенному ПАУ. Объем и концентрацию раствора индивидуального ПАУ выбирают таким образом, чтобы было заметно увеличение пика на повторной хромотограмме, но при этом не маскировались близлежащие пики.

13.1:2:3.11–97 «Методика выполнения измерений массовой концентрации промышленных выбросов методом хроматографии», методика допущена для целей государственного экологического контроля.

основано на применении насадочной колонки без сорбента с последующим детектированием компонентов в виде суммарного неразделенного пика использовались следующие приборы: газовый хроматограф с пламенноионизационным детектором и интегратором, мембранный барометр, реактор из нержавеющей стали для каталитической очистки воздуха, применяемого в качестве газоносителя для полного разрушения углеводородов до СО 2 и Н 2 О.

Отбор проб производился в газовые пипетки, которые перед вводом пробы в хроматограф прогревались до 200оС до полной десорбции тяжелых хромотограмму пробы анализируют и при помощи градуированного коэффициента определяют концентрацию искомого вещества в пробе.

механизированных работ в тепличных блоках значительно возрастают концентрации токсичных веществ, содержащихся в ОГ дизельного двигателя, которые через 2 часа после начала работы трактора в помещении теплицы при неработающей естественной вентиляции превышают предельнодопустимые концентрации по саже в 12,5 раз и бен(а)пирену в 8,93 раза, а сумме углеводородов в 6,83 раз. Это осложняет работу персонала и затрудняет использование трактора внутри теплиц особенно в осенне-зимний период. При работающей естественной вентиляции после двух часов работы трактора концентрация токсичных веществ достигнет предельного допустимых значений по саже через 6 часов, по бенз (а) пирену и сумме углеводородов через 4 часа.

2. В ходе проведения механизированных работ трактором Т–30–69 в помещении теплицы целесообразие применять способ влажной очистки ОГ в нейтрализующего раствора подаваемого на орошение турбулизованного потока ОГ с последующей сепарацией капель нейтрализующего раствора и вредных веществ, позволяющий значительно снизить токсичность ОГ. В качестве нейтрализующего вещества был выбран раствор, состоящий на 85% из воды, а в качестве абсорбирующих компонентов в его состав включены:

водный раствор соды Na 2 CO 3 в количестве 14,5% по объему и 0,5% 1,4дигидроксибензола (гидрохинона) С 6 Н 4 (ОН) 2.

3. Разработана конструктивно-технологическая схема устройства для очистки ОГ дизельного ДВС, включающая в себя жидкостной нейтрализатор, состоящий из аэрозольной камеры, центробежного каплеуловителя и эжекторного устройства, электронного блока управления, форсунок для подачи нейтрализующего раствора, датчиков контролирующих положение коленчатого вала двигателя и положение рычага всережимного регулятора ТНВД, блока измерителя температуры с операционным усилителем и блока формирователя тока заряда, жидкостного насоса.

4. Теоретически установлено, что процесс нейтрализации токсичных компонентов ОГ дизельного ДВС в жидкостном нейтрализаторе определяется рядом факторов. Таких как эффективное орошение потока ОГ нейтрализующим раствором, коагуляция капель нейтрализующего раствора и сажевых частиц в более крупные образования и сепарация капель нейтрализующего раствора, токсичных компонентов и сажевых частиц.

Кроме того теоретически выявлена зависимость между расходом нейтрализующего раствора, количеством ОГ, количеством и составом топлива, подаваемого в цилиндры.

5. Предложенный способ и разработанная система очистки ОГ дизеля трактора позволяют значительно снизить концентрации токсичных веществ в воздушной среде теплицы, по сравнению со штатной системой выпуска трактора, по сумме углеводородов на 14%, бенз (а) пирену на 18%, а сажи на 22,4%. В составе отработавших газов концентрации токсичных веществ снижаются по окислам азота на 40%, по углеводородам 43%, по саже 70%, а уровень шума работы двигателя снижается на 16 – 22%.

ГЛАВА 6. Система удаления отработавших газов двигателей внутреннего сгорания из помещений сельскохозяйственного назначения 6.1 Теоретические исследования процесса отвода отработавших газов двигателей внутреннего сгорания за пределы помещений 6.1.1 Конструктивно-технологическая схема системы для отвода отработавших газов Предлагаемое устройство позволяет исключить влияние ВВ, содержащихся в ОГ ДВС, работающих внутри помещений на людей и животных, а также снизить температуру ОГ и обеспечить надежную пожаробезопасность.

На рисунке 6.1 показан общий вид устройства (патент на полезную модель № 33979 РФ, 7 F 01 N 7/08, F 24 F 7/04) 212.

Устройство содержит горизонтально расположенный газоотводящий воздуховод 3, в конце которого установлены уплотняющая заслонка 1 и вентилятор 2. Снизу газоотводящего воздуховода выполнен продольный паз, закрытый эластичными уплотнительными элементами 4. В начале газоотводящего воздуховода расположена приемная часть в виде раструба для ввода в него газоприемной каретки 6. Она снабжена четырьмя роликами 7, патрубком 8 и муфтой 9 эллипсовидной формы. Между патрубками газоприемной каретки 8 и выхлопным 11 ДВС установлены эжектор 13 с камерой смешения 10 и пружина 12, которая упирается на упорное кольцо 14, закрепленое на выхлопном патрубке ДВС. Газоотводящий воздуховод прикреплен к потолку помещения подвесками 15, а к боковым стенам подпружиненными растяжками 16.

Принцип действия устройства следующий. Перед началом работы газоприемную каретку с камерой смешения и эжектором устанавливают на выхлопной патрубок двигателя. Затем газоприемную каретку вставляют в приемную часть раструба газоотводящего воздуховода. Для создания разрежения в газоотводящем воздуховоде тракторист включает вентилятор, вследствие чего уплотнительные элементы плотно соединяются друг с другом.

а – вид сбоку; б – вид сверху на газоотводящий воздуховод; 1 – уплотняющая заслонка; 2 – вентилятор; 3 – газоотводящий воздуховод; 4 – уплотнительные элементы; 5 – раструб; 6 – газоприемная каретка; 7 – ролики; 8 – патрубок;

9 – муфта; 10 – камера смешения; 11 – выхлопной патрубок; 12 – пружина;

13 – эжектор; 14 – упорное кольцо; 15 – подвески; 16 – растяжки подпружиненные Рисунок 6.1 – Устройство для отвода ОГ ДВС Трактор начинает движение вперед, вместе с ним перемещается газоприемная каретка по газоотводящему воздуховоду. При этом раскрываются упругие уплотнительные элементы с помощью муфты эллипсовидной формы, установленной на патрубке. ОГ от ДВС трактора проходят через эжектор, смешиваясь с воздухом в камере смешения, охлаждаются, затем они поступают в газоотводящий воздуховод, отсасываются вентилятором и выбрасываются в атмосферу. По окончании технологической операции уплотнительная заслонка открывается и газоприемная каретка выходит из газоотводящего воздуховода.

Вышеописанное устройство может использоваться в помещениях, где трактор движется прямолинейно, не совершая маневров, то есть в коровниках и других животноводческих помещениях, где животные располагаются рядами.

При работе мобильных энергетических средств с ДВС в помещениях, где требуется совершать маневры (теплицы, складские помещения и др.) может быть использовано устройство, показанное на рисунке 6.2 (свидетельство на полезную модель № 26596 РФ, 7F 01 N 7/08) 253.

Устройство содержит два горизонтально расположенных газоотводящих воздуховода, перпендикулярных друг к другу. Один стационарно закреплен, а второй подвижный, свободно перемещающийся на двух каретках. Первый воздуховод, выполненный сбоку с продольным разрезом, закрытым эластичными уплотнительными элементами. Начало воздуховода выполнено в виде расширенной приемной части, а в его конце установлен вентилятор. В расширенную приемную часть вставляется газоприемная каретка с возможностью последующего перемещения в воздуховоде. Газоотводная каретка снабжена муфтой эллипсовидной формы, установленной на патрубке каретки.

продольный разрез снизу, закрытый эластичными уплотнительными элементами. Начало воздуховода выполнено в виде расширенной приемной части, а в его конце имеется патрубок, на котором установлена муфта эллипсовидной формы из теплоизоляционного материала. Патрубок соединен с кареткой первого воздуховода. Обе газоприемные каретки, закрытые с торца цилиндрической части и с отверстием в конической части для прохода ОГ.

воздуховода при помощи промежуточного патрубка 10 устанавливают на выхлопной патрубок 11 ДВС трактора, включают вентилятор 16.

1 – основной воздуховод; 2 – дополнительный воздуховод; 3 – рельсы;

4 – потолок помещения; 5 – газоприемная каретка основного воздуховода;

6 – газоприемная каретка дополнительного воздуховода; 7 – ролики;

8 – патрубок; 9 – муфта эллипсовидной формы; 10 – промежуточный патрубок;

11 – выхлопной патрубок ДВС; 12 – пружина; 13 – внутреннее кольцо;

14 – ограничительное кольцо; 15 – уплотнительные элементы; 16 – вентилятор;

17 – ролики Рисунок 6.2 – Устройство для удаления ОГ от ДВС При движении трактора, вместе с ним на роликах движется основной воздуховод 1, раскрывая, при этом, упругие уплотнительные элементы с помощью муфты эллипсовидной формы 9. ОГ от ДВС трактора через промежуточный патрубок 10 и газоприемную каретку 5 попадают в основной воздуховод 1. Далее ОГ через газоприемную каретку 6 поступают в дополнительный газоотводящий воздуховод 2, а затем выбрасываются в атмосферу. При работе вентилятора создается разряжение в газоотводящих воздуховодах вследствие чего уплотнительные элементы 15 обоих воздуховодов плотно соединяются друг с другом.

перемещается по основному воздуховоду.

отработавших газов Известно, что при выходе из глушителя трактора ОГ имеют высокую температуру, что недостаточно пожароопасно при использовании вышеописанного устройства их удаления из помещения.

Температуру ОГ можно снизить разбавлением их окружающим воздухом, подсасываемым через эжектор, устанавливаемый на выхлопной патрубок двигателя трактора.

Эжектор (рисунок 6.3) является газодинамическим компрессором, состоящим из сопла высоконапорного газа 1 и воздушного 2, диффузора 5.

беспорядочном вихревом движении и перемещающуюся по выхлопной трубе к соплу 1 эжектора. За счет поперечного перемещения, при выходе из сопла вихревые массы попадают за пределы струи, соприкасаясь со слоем окружающего воздуха 6, передают ему часть своей кинетической энергии и увлекают в диффузор. При движении газовой смеси по диффузору происходит повышение статического давления по длине за счет преобразования части кинетической энергии в энергию давления, так как поперечное сечение по длине диффузора возрастает.

Для уменьшения габаритов эжектор выполнен без цилиндрической смесительной камеры и внешний контур сразу после наименьшего диаметра переходит в диффузор рисунок 6.3.

1 – сопло высоконапорного газа (активное); 2 – воздушное сопло (пассивное); 3 – входное сечение диффузора; 4 – струя ОГ; 5 – диффузор;

6 – окружающий воздух; F 2 – площадь кольцевого сечения пассивного сопла;

D 1 – диаметр активного сопла; D 3 – диаметр входного сечения диффузора;

D 4 – диаметр выходного сечения диффузора; L – вынос рабочего (активного) сопла относительно входного сечения диффузора (заштрихована область условной камеры смешения); l 1 – расстояние до места соприкосновения струи со стенками диффузора; l 2 – длина диффузора; - угол раскрытия диффузора;

- угол схождения камеры смешения; Р 1ог, Т 1ог – начальное давление и температура ОГ; Р 1в и Т 1в – начальное давление и температура воздуха;

Р 2см, Т 2см – давление и температура смеси газов Рисунок 6.3 – Схема эжектора Основные параметры эжектора определялись по методике приведенной в главе 3 данной работы 6.1.3 Определение температуры смеси отработавших газов с воздухом В диффузоре эжектора имеет место значительная потеря кинетической энергии на удар 27. Если пренебречь кинетической энергией эжектируемого газа, то потеря энергии на 1 кг массы рабочего газа определяется уравнением:

где u – коэффициент эжекции;

v 1ОГ – скорость истечения из сопла, м/с.

Теплосодержание смеси газов:

где С РОГ – теплоемкость ОГ при постоянном давлении, кДж/(кгС);

С Рв – теплоемкость воздуха при постоянном давлении, кДж/(кгС);

Т 1в – температура воздуха, С.

Температура смеси газов будет:

где С см – теплоемкость смеси газов, кДж/(кгС) 6.1.4 Определение производительности и необходимого напора вентилятора внутренний диаметр газоотводящего воздуховода по формуле:

где v в – скорость движения смеси газов в газоотводящем воздуховоде, м/с.

Предварительно производительность вентилятора можно принять равной сумме рабочего и эжектируемого газов, по закону сохранения массы: где G 1 – объемный расход ОГ, м3/ч;

G 2 – объемный расход подсасываемого воздуха через эжектор, м3/ч.

Из условия исключения случайных потерь определим окончательно производительность вентилятора по формуле:

где k пот – коэффициент, учитывающий подсос воздуха через зазоры в А тр – площадь внутреннего сечения воздуховода, м2.

Для определения необходимого напора вентилятора примем расчетную схему, представленную на рисунке 6.4. Тогда напор вентилятора Н вент, определится из зависимости 35:

где Н дин – динамический напор, необходимый для сообщения воздуху соответствующей скорости, который определяется по формуле:

где 3 – плотность смеси газов, кг/м3;

Н тр – потери напора на преодоление трения в газоотводящем воздуховоде, который по формуле Дарси-Вейсбаха будет:

где l – длина воздуховода, м;

d – диаметр воздуховода, м;

в – гидравлический коэффициент сопротивления движению воздуха, определяемый по формуле:

Н м – потери напора от местных сопротивлений, рассчитывают по формуле где - суммарный коэффициент местных потерь.

I-I, II-II – соответственно начальное и конечное сечение воздуховода;

Р 1, Р 2 – давление соответственно в сечениях I-I и II-II газоотводящего воздуховода, Р 1 Р 2, Па; v 1, v 2 – скорость движения газов в газоотводящем воздуховоде соответственно в сечениях I-I и II-II, v 1 v 2, м/с Рисунок 6.4 – Расчетная схема для определения напора вентилятора С целью определения суммарных потерь напора рассмотрим подробнее движения газовоздушного потока (рисунок 6.5).

Видно, что потери напора газовоздушного потока будут складываться из потерь на трение соответственно внутри эжектора, внутри и снаружи газоприемной каретки; и местных потерь от изменения проходного сечения эжектора; изменения движения потока в каретке из за постепенного сужения на конце каретки; на преодоление сопротивления в виде тыльной части газоприемной каретки. Потерями напора на трение можно пренебречь, в связи с малостью размеров эжектора и каретки по сравнению с длиной воздуховода.

Рисунок 6.5 – Расчетная схема для определения потерь напора от местных Тогда можно записать, что:

где к1 – коэффициент местного сопротивления плавного сужения коллектора, определяется в зависимости от степени расширения n 1 35:

диф – коэффициент местного сопротивления плавного расширения (диффузора), также зависит от степени расширения n 2 :

где А 1, А 2, А 3 – соответственно площади сечений проходной части эжектора 90 – коэффициент местного сопротивления прямоугольного колена;

к2 – коэффициент местного сопротивления плавного сужения каретки, зависит от степени расширения n 3 :

(внезапного сужения), определяется в зависимости от степени где А 4, А 5, А 6 – соответственно площади сечений газоприемной каретки и Тогда суммарный коэффициент местных потерь составит:

где 2 – коэффициент местных сопротивлений от плавного входа в трубу;

90 – коэффициент местного сопротивления прямоугольного колена (перед Таким образом, можно записать, что:

Так как в данной вентиляционной системе условия отличаются от стандартных в связи с повышенной температурой газовоздушной смеси, то окончательный напор вентилятора определим по формуле:

где Т 2см – температура газовоздушной смеси, С.

6.2 Исследование процесса отвода отработавших газов двигателя внутреннего сгорания за пределы помещения с использованием 6.2.1 Программа и методика исследований пожаробезопасности помещения путем снижения температуры ОГ за счет подсасываемого через эжектор воздуха необходимо изучить динамику изменения температуры ОГ на разных режимах работы двигателя до и после эжектора. Исходя из данных исследований, определить его конструктивные параметры.

предусматривала:

температуру газовоздушной смеси;

- определение количества подсасываемого через эжектор воздуха в зависимости от геометрических параметров эжектора (или скорости);

- определение влияния количества подсасываемого воздуха на температуру газовоздушной смеси.

В качестве объекта исследований был выбран дизельный двигатель Д-240, устанавливаемый на тракторы семейства МТЗ тягового класса 14 кН и нашедшего широкое применение в сельском хозяйстве, в частности, при доставке и раздаче кормов в животноводческих помещениях.

Лабораторные исследования двигателя Д-240 проводились на базе государственной сельскохозяйственной академии. Схема лабораторной установки представлена на рисунке 6.6, и общий вид – на рисунке 6.7.

Лабораторная установка состоит из вентилятора 1, загрузочного устройства 2, U-образного манометра 3, эжектора 4, пульта управления 5, термопары 6, мультиметра М-838 7, глушителя 8, весов ВНЦ 9, двигателя Д- 10, радиатора системы охлаждения 11, ресивера 12, ротационного счетчика расхода воздуха 13 и силового шкафа 14.

В качестве загрузочного устройства при испытаниях дизельного двигателя применялся электрический тормозной стенд КИ 2118А.

1 – силовой шкаф; 2 – пульт управления; 3 – блок приборов контроля за техническим состоянием двигателя; 4 – вентилятор; 5 – термопара;

6 – мультиметр М-838; 7 – ресивер; 8 – впускной коллектор; 9 – выпускной коллектор; 10 – сменная насадка; 11 – загрузочное устройство; 12 – весы;

13 – топливный бак; 14 – трехходовой кран; 15 – карданная передача;

16 – двигатель Д-240; 17 – радиатор системы охлаждения двигателя;

18 – ротационный счетчик расхода воздуха; 19 – эжектор; 20 – глушитель;

21 – задвижка; 22 – заслонка; 23 – переходник; 24 – регулировочный механизм Рисунок 6.6 – Схема лабораторной установки а – вид спереди; б – вид сзади Рисунок 6.7 – Общий вид лабораторной установки (обозначения в тексте) 1 – диффузор; 2 – конфузор; 3 – сменный насадок; 4 – переходник Рисунок 6.8 – Общий вид эжектора С целью снижения температуры ОГ в выпускной тракт двигателя установлен экспериментальный эжектор (рисунок 6.8).

Для снятия более достоверных показаний температуры и давления ОГ на двигателя установлен штатный глушитель (рисунок 6.9).

1 – эжектор; 2 – термопара; 3 – двигатель Д-240; 4 – мультиметр М 838.

Рисунок 6.9 – Устройство для замера температуры ОГ Температура ОГ до и после прохождения через эжектор определялась термопарами и фиксировалась мультиметром М 838 (рисунок 6.9).

Для дополнительного подсоса воздуха и удаления ОГ в выпускном тракте установлен центробежный вентилятор, производительность которого больше, чем количество ОГ (рисунок 6.10).

Для определения оптимальных геометрических параметров эжектора были изготовлены сменные насадки с разным диаметром активного сопла (рисунок 6.11).

Вынос активного сопла относительно входного сечения диффузора изменялся за счет осевого перемещения переходника со сменным насадком.

При проведении стендовых исследований, монтаже оборудования, приборов учитывались требования ГОСТ 20000-74 «Дизели тракторные и комбайновые. Виды и программы стендовых испытаний», ГОСТ 18509- «Дизели тракторные и комбайновые. Методы стендовых испытаний».

Рисунок 6.10 – Центробежный вентилятор На основании проведенных предварительных исследований были выбраны диапазоны изменения факторов. Величина выноса активного сопла эжектора была принята по конструктивным параметрам с учетом компактности, диаметр активного сопла из условия, что наибольший диаметр должен быть меньше диаметра выхлопной трубы двигателя трактора.

При проведении исследования учитывались определенные требования к факторам: управляемость, однородность, их совместимость и отсутствие корреляций между ними 54, 76, 159, 190, 191.

Рисунок 6.11 – Сменные насадки Для реализации опытов из каталогов планов 190 был выбран симметричный, композиционный, ротатабельный трехуровневый план БоксаБенкина второго порядка. Уровни и интервалы варьирования эксперимента приведены в таблице 6.1. Для устранения влияния случайных ошибок, связанных с неучтенными факторами, была проведена рандомизация опытов по ГОСТ 11.003-71.

Таблица 6.1 – Факторы и уровни их варьирования При проведении многофакторного эксперимента были определены значения температуры и количества подсасываемого через эжектор воздуха при значениях факторов, указанных в таблице 6.1. Обработка полученных данных производилась согласно статистической программой (Statistika) с помощью ПЭВМ IBM PC.

6.2.2 Результаты исследований температуру газовоздушной смеси Для определения влияния различных факторов на температуру газовоздушной смеси отработавших газов был проведен ряд опытов, в ходе которых определялось ее изменение. По полученным данным были построены графические зависимости температуры газовоздушной смеси от количества подсасываемого через эжектор воздуха при работе дизеля по регуляторной и нагрузочной характеристикам, представленные на рисунках 6.12 и 6.13.

Из представленных графических зависимостей видно, что температура газовоздушной смеси уменьшается в среднем от 143С до 115С при снятии регуляторной характеристики и от 120 до 95С при снятии нагрузочной характеристики с увеличением количества подсасываемого воздуха от 40 м3/ч до 850 м3/ч. Это объясняется тем, что подсасываемый воздух имеет низкую температуру, по сравнению с ОГ, и при смешивании температура последних уменьшается. На температуру газовоздушной смеси так же будет влиять скорость ОГ, так как от ее величин зависит количество подсасываемого воздуха через эжектор. На рисунках 6.14 и 6.15 представлены графические зависимости температуры газовоздушной смеси от скорости ОГ двигателя.

Рисунок 6.12 – Графическая зависимость температуры (Т 2см ) газовоздушной смеси от количества подсасываемого через эжектор воздуха (G в ) (при снятии частичной регуляторной характеристики) Рисунок 6.13 – Графическая зависимость температуры (Т 2см ) газовоздушной смеси от количества подсасываемого через эжектор воздуха (G в ) (при снятии нагрузочной характеристики) Рисунок 6.14 – Графическая зависимость температуры газовоздушной смеси от скорости ОГ (при снятии частичной регуляторной характеристики) Рисунок 6.15 – Графическая зависимость температуры газовоздушной смеси от скорости ОГ (при снятии нагрузочной характеристики) Из рисунков 6.14 и 6.15 видно, что при работе двигателя по регуляторной характеристике температура газовоздушной смеси уменьшается в среднем от 138 до 118С, а при работе по нагрузочной характеристике от 123С до 93С с увеличением скорости ОГ. Это объясняется тем, что при увеличении нагрузки на двигатель увеличивается количество ОГ, что ведет к увеличению их скорости, а следовательно увеличению количества подсасываемого через эжектор воздуха и, следовательно, снижению температуры.

В ходе проведенного анализа графических зависимостей, представленных на рисунках 6.12 – 6.15 можно сделать выводы о том, что температура газовоздушной смеси уменьшается с увеличением количества подсасываемого воздуха и скорости ОГ. В свою очередь, на эти факторы будут влиять геометрические параметры эжектора, а именно, диаметр активного сопла D 1 и его вынос L относительно входного сечения диффузора.

параметров эжектора на количество подсасываемого воздуха и температуру газовоздушной смеси Для определения оптимальных геометрических параметров эжектора, обеспечивающих наибольшую подачу подсасываемого воздуха, был проведен ряд опытов, по результатам которых построены графические зависимости, представленные на рисунках 6.16 – 6.19.

Из представленных графических зависимостей видно, что с увеличением выноса активного сопла от 0 до 40 мм и уменьшением его диаметра от 40 до мм, подача подсасываемого воздуха увеличивается в среднем на 450-600 м3/ч при снятии регуляторной характеристики и на 300-500 м3/ч при снятии нагрузочной характеристики.

G В 0 – количество подсасываемого через эжектор воздуха при выносе активного сопла L = 0 мм; G В 20 при L = 20 мм; G В 40 при L = 40 мм.

Рисунок 6.16 – Графическая зависимость количества подсасываемого через Объясняется это тем, что скорость ОГ, при уменьшении диаметра активного сопла, увеличивается и, значит, увеличивается их кинетическая энергия, часть которой передается воздуху, увлекаемому в диффузор эжектора вместе с ОГ. При увеличении выноса активного сопла, повышается продолжительность контакта ОГ с воздухом, и его количество увлекаемого в диффузор.

На рисунках 6.20 – 6.23 показаны графические зависимости температуры ОГ до и после прохождения их через эжектор от его геометрических параметров.

G В 0 – количество подсасываемого через эжектор воздуха при выносе активного сопла L = 0 мм; G В 20 при L = 20 мм; G В 40 при L = 40 мм.

Рисунок 6.17 – Графическая зависимость количества подсасываемого через G В 30 – количество подсасываемого через эжектор воздуха при диаметре активного сопла D 1 = 30 мм; G В 35 D 1 = 35 мм; G В 40 D 1 = 40 мм.

Рисунок 6.18 – Графическая зависимость количества подсасываемого через эжектор воздуха (Gв) от выноса активного сопла (L) при различных его диаметрах (при снятии частичной регуляторной Gв,м 3/час G В 30 – количество подсасываемого через эжектор воздуха при диаметре активного сопла D 1 = 30 мм; G В 35 D 1 = 35 мм; G В 40 D 1 = 40 мм.

Рисунок 6.19 – Графическая зависимость количества подсасываемого через Т 1 ОГ 0= -44,1714+19,2D 1 -0,2743D Т 2 см 0= -1544,4286+95,2D 1 –1,3257D Т 1 ОГ 20=65,9143+14,04D 1 –0,2171D Т 2 см 20= -420+29,88D 1 –0,4D Т 1 ОГ 40=-381,0571+39,28D 1 –0,5714D Т 2 см 40=-397+28,84D 1 -0,4D Т 1 ОГ 0 – температура ОГ при выносе активного сопла L = 0 мм; Т 2 см 0 – температура газовоздушной смеси при выносе активного сопла L = 0 мм; Т 1 ОГ – при L = 20 мм; Т 2 см 20 – при L = 20 мм; Т 1 ОГ 40 – при L = 40 мм; Т 2 см 40- при L = 40 мм.

Рисунок 6.20 – Графическая зависимость температуры ОГ (T) от диаметра ТОГ,0С Т 1 ОГ 0= 348,1714 –8,32D 1 +0,1143D Т 2 см 0= 268,2286 –12D 1 +0,2057D Т 1 ОГ 20=276,2857 –4,12D 1 +0,0571D Т 2 см 20= 305,6571 –14,72D 1 +0,2514D Т 1 ОГ 40=1031,4286 –47,76D 1 +0,6857D Т 2 см 40=-691,9429 –3624D 1 +0,5486 D Т 1 ОГ 0 – температура ОГ при выносе активного сопла L = 0 мм; Т 2 см 0 – температура газовоздушной смеси при выносе активного сопла L = 0 мм; Т 1 ОГ – при L = 20 мм; Т 2 см 20 – при L = 20 мм; Т 1 ОГ 40 – при L = 40 мм; Т 2 см 40- при L = 40 мм.

Рисунок 6.21 – Графическая зависимость температуры ОГ (Т) от диаметра активного сопла (Д) (при снятии нагрузочной характеристики) ТОГ,0С Т 1 ОГ 30=288,2571+1,4586L –0,0407L Т 2 см 30=119,7429+0,0814L-0,0093L Т 1 ОГ 35=291,9143+0,2971L –0,0114L Т 2 см 35=173,2571 –2,7014L+0,0393L Т 1 ОГ 40=236,6+3,95L –0,075L Т 2 см 40=144,6571+0,4486L –0,0257L Т 1 ОГ 30 – температура ОГ при диаметре активного сопла D 1 =30 мм; Т 2 см 30 – температура газовоздушной смеси при диаметре активного сопла D 1 = 30 мм;

Рисунок 6.22 – Графическая зависимость температуры ОГ (Т) от выноса Т 1 ОГ 30=202,4571 –0,2514L+0,0143L Т 2 см 30=93,8571 –0,4914L+0,0143L Т 1 ОГ 35=196,0286+0,4643L –0,0079L Т 2 см 35=98,8286 –0,0257L –0,0029L Т 1 ОГ 40=197,0571+0,4086L+0,0043L Т 2 см 40=116,1429+0,5214L –0,0093L Т 1 ОГ 30 – температура ОГ при диаметре активного сопла D 1 =30 мм; Т 2 см 30 – температура газовоздушной смеси при диаметре активного сопла D 1 = 30 мм;

Рисунок 6.23 – Графическая зависимость температуры ОГ (T) от выноса Из представленных зависимостей видно, что наибольшее снижение активного сопла которого равен 30 мм, при выносе 40 мм. В среднем температура снижается с 290С до 110С при - регуляторной характеристики и с 200С до 95С при снятии нагрузочной характеристики. Это происходит за счет большего количества подсасываемого через эжектор воздуха.

Представленные зависимости (рисунки 6.16 – 6.23) позволит выяснить значение каждого фактора (диаметра активного сопла D 1 и его выноса L) и его влияние в отдельности на величину подсасываемого через эжектор воздуха и температуру газовоздушной смеси.

Для определения оптимальных геометрических параметров эжектора, обеспечивающих наибольший расход воздуха и наименьшее значение температуры смеси отработавших газов, был проведен двухфакторный эксперимент.

Уровни варьирования факторов приведены в таблице 6.1. План проведения экспериментальных исследований представлен в приложении В15.

В результате статистической обработки экспериментальных данных была получена математическая модель зависимости количества подсасываемого воздуха G в от диаметра активного сопла D 1 и его выноса L на регуляторном режиме: Gв 3998,0646 11,5224 L 161,2632 D1 0,0619 L2 0,0232 D1 1,5063D12, и нагрузочном режиме:

Gв 7054,7103 5,9621L 336,2864 D1 0,0966 L2 0,1041LD1 4,0208 D12, и математическая модель зависимости температуры газовоздушной смеси Т 2 см от диаметра активного сопла эжектора D 1 и его выноса L на регуляторном режиме: Т 2 см 321,5429 0,1783L 24,608 D1 0,0079 L2 0,0124 LD1 0,3223D12, и нагрузочном режиме:

Статистический анализ этих уравнений, который включает проверку воспроизводимости эксперимента, определение значимости коэффициентов модели и оценку адекватности полученной модели по критерию Фишера, показал, что данные уравнения адекватно достаточно точно описывают исследуемые зависимости с вероятностью 90,5% для первого, 97 % второго, 88,1% третьего и 93,315% и соответственно четвертого уравнений. Результаты анализа приведены в приложениях (В16, В17, В18, В19). Графические изображения полученных моделей представлены на рисунках 6.24 – 6.27.

Рисунок 6.24 – Графическая зависимость количества подсасываемого через эжектор воздуха от диаметра и выноса активного сопла (при снятии частичной регуляторной характеристики) Gв = 7054,7103+5,9621L-336,2864D+0,0966L2-0,1041LD+4,0208D Рисунок 6.25 – Графическая зависимость количества подсасываемого через эжектор воздуха от диаметра и выноса активного сопла (при снятии нагрузочной характеристики) Т 2СМ = -321,5429+0,1783L +24,608D 1-0,0079L 2-0,0124LD 1-0,3223D Рисунок 6.26 – Графическая зависимость температуры газовоздушной смеси от диаметра и выноса активного сопла эжектора (при снятии частичной регуляторной характеристики) =453,4457-0,2614 L -22,944D 1+0,0013L 2+0,0056LD 1+0,3657D Рисунок 6.27 – Графическая зависимость температуры газовоздушной смеси от диаметра и выноса активного сопла эжектора (при снятии Из приведенных графических зависимостей видно, что на величину подачи воздуха через эжектор наибольшее влияние оказывает диаметр активного сопла эжектора, а вынос активного сопла менее значительно, и с его уменьшением количество подаваемого воздуха уменьшается. Рассматривая температура газовоздушной смеси снижается с уменьшением диаметра активного сопла эжектора вследствие увеличения величины подсасываемого воздуха. Увеличение выноса активного сопла приводит к незначительному продолжительным контактом с окружающим воздухом струи ОГ, выходящей из активного сопла эжектора.

Таким образом, рациональным будет эжектор с размерами диаметра активного сопла 30 мм при его выносе 40 мм. При этом будет обеспечиваться наибольшая величина подачи подсасываемого воздуха и минимальная температура газовоздушной смеси.

6.3 Производственная проверка системы для отвода отработавших 6.3.1 Программа и методика проверки С целью проверки работоспособности устройства для отвода ОГ выявленными с рациональными конструктивными параметрами, полученными подтверждения о том, что система отвода ОГ от ДВС трактора из помещения работает стабильно. Проверка работоспособности устройства производилась в лаборатории испытания тракторов кафедры «Автомобили и тракторы»

Рязанской государственной сельскохозяйственной академии имени П.А.

Костычева. В данной лаборатории организована местная вытяжная вентиляция, позволяющая отводить ОГ от ДВС трактора МТЗ-80 при его работе во время выполнения лабораторных работ. Во время проверки работоспособности устройства, в качестве источника ОГ был использован ДВС трактора МТЗ-80.

Внешний вид системы для отвода ОГ трактора МТЗ-80 представлен на рисунке 6.29. Она включает в себя эжектор, установленный на выхлопной трубе трактора, газоприемную каретку, газоотводящий воздуховод, вентилятор, находящийся за пределами помещения. При функционировании системы ОГ от работающего двигателя за счет создающегося вентиляторами разряжения поступают из выхлопной трубы в эжектор, где происходит смешивание с воздухом. Затем газовоздушная смесь поступает в газоприемную каретку и далее - в газоотводящий воздуховод, из которого удаляется вентилятором за пределы помещения. Герметичность газоотводящего воздуховода обеспечивается смыканием его уплотнительных элементов за счет разряжения, создающегося вентилятором. Производительность вентилятора больше, чем количество образующей в воздуховоде газовоздушной смеси.

1 – газоотводящий воздуховод; 2 – уплотнительные элементы; 3 – термопара;

4 - патрубок газоприемной каретки; 5 – эжектор; 6 – глушитель; 7 – трактор МТЗ- Рисунок 6.28 – Система для отвода ОГ трактора Замеры содержания токсичных веществ в воздушной среде коровника на 100 голов учхоза «Стенькино» производились совместно с Рязанской экоаналитической лабораторией МУП «Экология города» на следующие ингредиенты: оксиды азота, оксид углерода, сумма углеводородов.

Время работы двигателя трактора составляло 30 минут. Отбор проб воздуха проводился согласно методике, приведённой выше, до пуска двигателя и после его остановки. Результаты замеров приведены в приложении К.

Замеры температуры газовоздушной смеси производились в газоотводящем воздуховоде при различных режимах работы трактора.

6.3.2. Результаты производственной проверки Анализ результатов замеров температуры в воздуховоде системы отвода газов показал что, температура в нем не превышала 130С, что позволяет использовать в качестве воздуховода трубы из полипропилена, температура размягчения которого составляет 152С 83.

Результаты замеров ТВ в воздушной среде помещения представлены в таблице 6.2.

Таблица 6.2 – Результаты замеров ТВ в воздушной среде помещения концентрация, мг/м двигателя, мг/м двигателя, мг/м Сумма Из данных, представленных в таблице 6.2., видно, что концентрация ТВ в атмосфере помещения при работающем тракторе и при функционирующей системе отвода ОГ, несколько увеличивалась, это можно объяснить утечкой ОГ через зазоры в устройстве воздуховода во время пуска и остановки двигателя.

Однако концентрация не превышает допустимых норм, что говорит об эффективности удаления ОГ от ДВС, работающих внутри помещения.

Выводы по главе 1. Замеры состояния воздушной среды коровника на 100 голов до въезда трактора с кормораздатчиком в помещении показали, что концентрация вредных веществ не превышает предельно допустимых концентраций и составляла по оксидам азота – 0,82 мг/м3, оксиду углерода – 3,0 мг/м3, сероводороду – 0,12 мг/м3, сумме углеводородов – 0,9 мг/м3. После работы концентрации по оксидам азота в 10,5 раз, сероводороду – 225 раз, оксиду углерода – 5 раз, сумме углеводородов 47,8 раз. Спустя 2 часа при функционирующей естественной вентиляции коровника концентрация вредных веществ превышали предельно допустимые нормы по оксидам азота в 1,05 раза, сероводороду – 95,62 раз, оксиду углерода – 3,30 раз, сумме углеводородов – 36,80 раз. Это говорит о недостаточном обеспечении естественной вентиляцией нужного воздухообмена и необходимости отвода отработавших газов двигателя за пределы помещения при работе трактора в помещении.

горизонтально расположенный газоотводящий воздуховод, в конце которого установлены уплотняющая заслонка и вентилятор, а в начале расширенная приемная часть для входа газоприемной каретки. Снизу газоотводящий уплотнительными элементами. Между патрубком газоприемной каретки и выхлопным патрубком двигателя должен быть установлен эжектор для снижения температуры ОГ. Газоотводящий воздуховод прикреплен к потолку помещения шарнирными подвесками, а к боковым стенам подпружиненными растяжками. Такая конструкция обеспечивает при прямолинейном движении транспортного средства с двигателем внутреннего сгорания отвод ОГ за пределы помещения. Система для отвода ОГ при непрямолинейном движении трактора в помещении должна содержать продольный неподвижный и подвижный поперечный газоотводящие трубопроводы, последний из них соединен с выхлопным патрубком двигателя эластичным рукавом.

конструктивно состоять из сопла высоконапорного газа, воздушного сопла и диффузора. Такая конструкция эжектора обеспечивает подсос воздуха, его предотвращающей возможность пожароопасности, что позволит применение дорогостоящего материала.

4. Система отвода ОГ от ДВС и ее температурный режим должны рассчитываться в зависимости от расхода топлива и соответственно количества ОГ с учетом загрузки двигателя, величины подсасываемого воздуха, эжектором, а вентилятор - подбираться по суммарному количеству ОГ и подсасываемого воздуха.

5. Установлено, что применение эжектора в системе для отвода ОГ от ДВС трактора позволяет снизить их температуру в среднем от 290 до 118С при снятии регуляторной характеристики и от 203 до 93С при снятии нагрузочной характеристики.

6. В результате лабораторных исследований установлено, что при уменьшении диаметра активного сопла от 40 до 30 мм, и при увеличении его выноса от 0 до 40 мм подача подсасываемого через эжектор воздуха увеличивается в среднем от газовоздушной смеси в среднем от 138 до 118С. При снятии регуляторной подсасываемого через эжектор воздуха увеличивается в среднем от 90 до м3/ч, при снижении температуры газовоздушной смеси снижается в среднем от 123 до 93С.

Глава 7. Технико-экономическое обоснование и реализация результатов проведенных исследований сельскохозяйственного назначения Экономический эффект определяется за счет снижения экономического ущерба здоровью людей и урожайности растений [32].

Экономический ущерб, наносимый при воздействии вредных веществ, которые содержатся в отработавших газах машинно-тракторных агрегатов, работающих в сельскохозяйственных помещениях на организм человека, будет определяться по формуле [32]:

где ЭУГ – ущерб, наносимый i - м соединением от j - го источника, руб/год.

В нашем случае формула (7.1) принимает вид:

Экономический ущерб от поступления i - го токсичного соединения в воздушную среду сельскохозяйственного помещения определяется по формуле [32]:

Х Г VГ ПДК

где G Гi – количество i - го соединения, поступающего в воздушную среду сельскохозяйственного помещения с превышением санитарных Д – годовое производство продукции на одного работника, руб/год;

П Г – показатель, учитывающий степень загрязнения воздушной Х Г – показатель, учитывающий зону токсичного действия i - го соединения при попадании его в организм человека с вдыхаемым V Г – среднее количество воздуха, поступающего в организм человека при вдыхании, V Г =15 м3/сут. [32];

– число рабочих дней в году, когда осуществлялся выброс токсичных соединений, дней;

ПДК – предельно допустимая концентрация токсичных соединений в Количество i - го соединения, поступающего в воздушную среду сельскохозяйственного помещения с превышением санитарных норм, определяется по формуле [32]:

где G Гi – общее количество i - го соединения, поступающего в воздушную среду закрытого сельскохозяйственного помещения, кг/год;

G Гi – количество i - го соединения, поступающего в воздушную среду теплицы в соответствии с санитарными нормами, кг/год.

Показатель, учитывающий степень загрязнения воздушной среды i - м соединением, определяется по формуле [32]:

где С i – концентрация i - го соединения в атмосфере закрытого cельскохозяйственного помещения, мг/м3.

Показатель, учитывающий зону токсичного действия i - го соединения при попадании его в организм человека с вдыхаемым воздухом, определяется по формуле [32]:

где ПК 50 - летальная концентрация токсичного соединения в воздухе, мг/м3.

Перед расчетом примем ряд допущений:

загрязнение токсичным веществом распространяется равномерно по всему объему помещения;

работники теплиц подвергаются воздействию вредных веществ не менее 6 часов в сутки, при этом V Г = 15/4 = 3,75 м3/сут.;

расчет экономического ущерба будем производить при влиянии на организм человека оксидов азота и суммы углеводородов.

Найдя составляющие и подставив в формулу (7.1) найдем общий экономический ущерб, наносимый здоровью всех работающих в помещении теплицы (по состоянию на 2000 год) ЭУГ 9563374,5 руб/год.

Годовой ущерб от снижения урожайности тепличных культур на 10 % определяем по формуле:

где п - количество тепличных блоков в ОАО «Тепличный комбинат», п=3;

S - площадь тепличного блока, S=6 га;

У - средняя урожайность в год (за 1997-1999 годы), У=206 т/га;

Ц р - средняя отпускная цена продукции, Ц р =11 руб./кг.

Подставив найденные составляющие, найдем годовой ущерб от снижения урожайности ЭУГГ 4078800 руб. / год Используя указанную методику, найдем общий экономический ущерб, модернизированного трактора. ЭУГм 3365239,3 руб/год.

Годовой ущерб от снижения урожайности тепличных культур для ЭУГГм 4078800 руб. / год.

Суммарный экономический ущерб здоровью людей и урожайности растений определим по формуле:

Эу сов =Эуг+Эуп=9563374+4078800=13642174 руб./год.

продуктивности растений модернизированного трактора, определим по формуле:

Экономический эффект применения тракторов с модернизированной системой питания определяем по формуле:

где Зэ – затраты на модернизацию трактора и его эксплуатацию, Подставив найденные значения, получим экономический эффект Э 6181006 руб. / год.

Проведя работы по всем исследованиям по аналогичной методике получим суммарный экономический эффект в год от внедрения всего комплекса (таблица 7.1).

Таблица 7.1 Суммарный экономический эффект, руб/год обогащению воздушного сжижению газа ультрафиолетовым излучением 3. Устройство по очистке отработавших газов от электрического фильтра 4. Устройство по очистке отработавших газов с помощью жидкостного нейтрализатора 5. Система по отводу отработавших газов из сельскохозяйственных помещений Таким образом, в результате внедрения одного комплекса машин может быть получен суммарный экономический эффект 8367958 руб. в год.

По результатам проведенных исследований разработаны, изготовлены и испытаны в хозяйственных условиях Рязанской и Московской областях (тепличные хозяйства, коровники складские помещения и др.):

усовершенствованные устройства по обогащению воздушного заряда сжиженным газом и пароозонирующей смесью двигателей внутреннего сгорания тракторов Т-25А и МТЗ-82 (патенты № 33976, № 56365, № 47448, № 51120, №36454);

электрические фильтры, жидкостные фильтры и нейтрализаторы отработавших газов (патенты № 34971, №59153, № 77353, № 83292, № 86665, 123466, 122710);

системы удаления отработавших газов ДВС из помещений (патенты № 33979, № 26596).

Широкие хозяйственные испытания были проведены в:

ОАО «Тепличный комбинат». В период с 1991 по 2000 г.г. трактор Тоборудованным устройством по обогащению воздушного заряда на впуске присадкой сжиженного газа, работал внутри теплицы и показал хорошие результаты;

Тепличный комбинат «Солнечный». Трактор Т-30, оборудованный электрофильтром, в 2006-2007 г.г. успешно прошел хозяйственную проверку при работе внутри теплиц;

МУП «Рязанские городские распределительные сети». Погрузчик с двигателем Д-243, оборудованный устройством для обработки паровоздушной смеси ультрафиолетовым излучением, в 2005-2006 г.г., прошел хозяйственную проверку при работе внутри складских помещений.

ГУП ПНО «Пойма», Московская области, Луховицкий район. Трактор Т-25, оборудованный устройствами по очистке отработавших газов (патенты № 26454, № 56396, № 26596) в период с января 2008 г. по февраль 2009 г., прошел хозяйственные испытания в тепличном хозяйстве и показал хорошие результаты;

Автодорсервис Клепиковского района, Рязанской области. По одному трактору Т-25А, оснащенному жидкостным нейтрализатором, были успешно испытаны в складских помещениях и работал в них с 2005 по 2010 г.г.

«Агроводдорстрой» Рязанская область и ООО «Дорстройсервис». По одному универсальному погрузчику ПУМ-500, оборудованному устройством по очистки отработавших газов прошел в период 2008-2009 г.г. успешно хозяйственную проверку при работе в гаражах и складских помещениях;

Дорожно-строительное редприятие «KAUF», ООО «Веста», ООО «РОРЗ». На этих предприятиях была и изготовлена опытная партия, включающая пять комплектов электрических фильтров и жидкостных нейтрализаторов. На предприятии «KAUF» ими были оборудованы катки, а в ООО «Веста» и ООО «РОРЗ» были оборудованы трактора МТЗ-82, которые в сезон 2009-2010 г.г. были успешно испытаны в производственных условиях.

СПК «Лакаш» Спасского района Рязанской области, трактор Т-40 АМ, оборудованный жидкостным нейтрализатором отработавших газов прошел испытание в животноводческих помещениях с 2006-2008 г.г.

При всех испытаниях получен стабильный эффект снижения в воздушной среде помещений концентрации следующих вредных веществ:

окиси азота – от 1,8 до 2,2 раза, двуокиси углерода от 1,6 до 2,0 раза, суммы углеводородов – до 1,3 раза, сажи – от 2,9 раза и выше. Все это в конечном итоге позволило значительно улучшить условия труда, повысить производительность и сократить сроки выполнения работ.

Результаты научно – исследовательских работ по данной диссертации были доложены на заседании НТС министерства сельского хозяйства Рязанской области, министерства природопользования и экологии Рязанской области, ОАО «Проектный институт Рязаньагропромспецпроект», ФГОУ ДПО «Коломенский институт переподготовки и повышения квалификации руководящих кадров и специалистов», ГНУ «Всероссийский научноисследовательский институт механизации животноводства» (ГНУ ВНИИМЖ).

Оба министерства одобрили результаты работ и приняли решение к широкому внедрению на предприятиях АПК.

Проектный институт принял результаты исследований для внедрения при проектированию строений в АПК закрытого типа (животноводческие помещения, теплицы, склады и др).

Результаты теоретических и экспериментальных исследований диссертационной работы используются в учебном процессе и научной работе в ФГОУ ДПО «Коломенский институт переподготовки и повышения квалификации руководящих кадров и специалистов», ФГБОУ ВПО «СанктПетербургский государственный аграрный университет»

Акты внедрения результатов исследований представлены в приложении Г, Д.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И ПРЕДЛОЖЕНИЯ

1. Анализ литературных источников показал, что проблема обеспечения энергетических средств с двигателями внутреннего сгорания в помещениях сельскохозяйственного назначения является актуальной. Даже после двигателями внутреннего сгорания внутри помещения, содержание токсичных компонентов в воздухе рабочей зоны превышает предельно допустимые концентрации в несколько раз, что негативно сказывается на здоровье людей и сельскохозяйственных животных, росте возделываемых культур, следовательно, на качестве и объемах производимой продукции.

2. Установлено, что на улучшение состояния воздушной среды в помещениях сельскохозяйственного назначения при работе в них мобильных энергетических средств с дизельными двигателями следует воздействовать комбинированно: снижением токсичности отработавших газов посредством улучшения процесса сгорания топлива в дизельном двигателе внутреннего сгорания за счет обогащения присадкой сжиженным газом воздушного заряда или его предварительного пароозонирования, очистки отработавших газов сажевым электрическим фильтром, жидкостным нейтрализатором, отводом отработавших газов из помещений (патенты РФ №№ 36454,51120, 59153,86665, 77353, 83292,33979, 26596).

внутреннего сгорания для обогащения воздушного заряда присадкой сжиженного газа должна содержать баллон сжиженного газа с арматурой и корректор для подачи сжиженного газа при определенных режимах работы двигателя за счет дифференциальной связи с всережимным регулятором топливного насоса высокого давления.

Теоретически доказано, что присадка сжиженного газа к дизельному смесеобразования, что обеспечивает более низкую температуру цикла, а, следовательно, меньшее образование вредных веществ в отработавших газах.

Получена аналитическая модель условия воспламенения и горения дизельного топлива совместно с присадкой из сжиженного газа.

Подачу сжиженного газа следует производить при нагрузке двигателя 60–70 % от номинальной. Оптимальной для двигателя Д-21А является величина присадки сжиженного газа 1,0–1,1кг/ч, в результате чего снижается концентрация токсичных компонентов отработавших газов: содержание сажи в 4 раза; содержание оксида азота и оксида углерода на 15–18% и 6,7% соответственно; температура отработавших газов на 11,7%.

4. Модернизированная система питания дизельного двигателя внутреннего сгорания для пароозонирования воздушного заряда должна ультрафиолетовым облучателем и эжектирующее устройство.

Теоретически обоснованы основные конструктивно-режимные параметры устройства озонирования пара системы питания дизельного двигателя.

Установлено, что для дизельного двигателя Д-243 оптимальная подача ультрафиолетового излучения эквивалентного 1,125 кВт. Это обеспечивает снижение концентрации токсичных веществ, таких как оксид углерода на 5,2%, углеводородов на 1,8%, оксид азота на 12,8%, сажа на 6,3%.

5. Устройство очистки отработавших газов дизельного двигателя внутреннего сгорания должна содержать на выпуске отработавших газов некоронирующими электродами, и зону осаждения частиц, образованную большим и малым сажесборником, а также блок питания и коммутации.

Теоретически доказано, что процесс улавливания частиц сажи в электрическом фильтре определяется режимом горения коронного разряда и зависит от времени их зарядки, величины напряженности электрического поля, а также скорости отработавших газов в активных зонах фильтра.

Экспериментально установлено, что при работе дизельного двигателя внутреннего сгорания на номинальных скоростных и нагрузочных режимах с электрофильтром на выпуске отработавших газов снижение температуры отработавших газов в среднем составляет 50°С, а газодинамическое сопротивление выхлопу двигателя около 5кПа. Степень снижения дымности отработавших газов изменяется от 15% при напряжении питания 25 кВ, до 40% при напряжении 15 кВ в режимах свободного ускорения двигателя.

Максимальная степень очистки выхлопа двигателя от сажи составляет около 45% при работе двигателя на режиме максимального крутящего момента и значениях напряжения 15 кВ, а времени зарядки сажевых частиц 0,3 с, при величине тока потребления около 4А.

Производственная проверка эффективности разработанной системы очистки отработавших газов дизельного двигателя внутреннего сгорания ДА трактора Т-25А показала снижение концентрации токсичных веществ в воздушной среде помещения теплицы по сравнению со штатной системой выпуска трактора по сумме углеводородов на 14, бенз(а)пирену на 18, а саже на 22,4%.

6. Жидкостной нейтрализатор для очистки отработавших газов дизельного двигателя должен содержать аэрозольную камеру, центробежный каплеуловитель, эжектор, форсунки для подачи нейтрализирующего раствора, электронный блок управления, питания и коммуникации.

отработавших газов дизельного двигателя внутреннего сгорания в жидкостном нейтрализаторе зависит от эффективного орошения потока отработавших газов нейтрализирующим раствором, состоящим на 85% из воды Н 2 О, в качестве абсорбирующих компонентов в его состав включены водный раствор Na 2 CO 3 в количестве 14,5% по объему и 0,5% 1,4дигидроксибензола (гидрохинона) С 6 Н 4 (ОН) 2. Это обеспечивает коагуляцию капель нейтрализирующего раствора и сажевых частиц в более крупные образования; переход газообразной фазы в жидкую, при промежуточном нейтрализирующего раствора, токсичных веществ и сажевых частиц.

Установлена прямая зависимость между потребным количеством нейтрализирующего раствора, количеством отработавших газов, количеством нейтрализирующего раствора - 20…40 см3/мин.

Разработанная система очистки отработавших газов дизельных двигателей Д-21А и Д-120 сокращают концентрацию токсичных веществ в воздушной среде теплицы по сравнению со штатной системой выпуска трактора по сумме углеводородов на 40%, бенз(а)пирену на 38%, а сажи на 52%.

7. Разработана система отвода отработавших газов двигателей животноводческого помещения, включающая неподвижный продольный и подвижный поперечный газоотводящий трубопровод с вентилятором и эжектором.

Установлено, что применение эжектора в системе для отвода отработавших газов двигателя внутреннего сгорания трактора позволяет снизить их температуру в среднем с 290 до 118°С при снятии регуляторной характеристики и с 203 до 93°С при снятии нагрузочной характеристики.

Экспериментально установлено для дизельного двигателя Д-240, что при уменьшении диаметра активного сопла эжектора с 40 до 30 мм, увеличении выноса активного сопла от 0 до 40 мм подача подсасывающего через эжектор воздуха увеличивается в среднем от 120 до 750 м3/ч, и температура газовоздушной смеси снижается в среднем от 138 до 118°С при снятии регуляторной характеристики, а при снятии нагрузочной характеристики подача подсасываемого через эжектор воздуха увеличивается в среднем от до 720 м3/ч, температура газовоздушной смеси снижается в среднем от до 93°С.

Рекомендуемые параметры работы трактора МТЗ-80 с кормораздатчиком КТУ-10А в коровнике, исключающие дополнительные загрязнения воздуха отработавшими газами: скорость движения агрегата 2 км/ч, при частоте вращения коленчатого вала дизельного двигателя трактора 1800 мин-1. При этом подача подсасываемого через эжектор воздуха составляет 700750 м3/ч, температура газовоздушной смеси 93118°С, а производительность вентилятора воздуховода системы отвода отработавших газов не менее м3/ч.

8. Применение разработанных процессов и технических средств позволит значительно улучшить безопасные условия жизнедеятельности в помещениях сельскохозяйственного назначения с функционирующими в них мобильными энергетическим средствами с дизельными двигателями внутреннего сгорания.

При этом годовой экономический эффект от применения устройств по обогащению воздушного заряда присадкой сжиженного газа и обработки паровоздушной смеси ультрафиолетовым излучением соответственно составляют – 6181,0 тыс.рублей для теплиц площадью 18 га и 1417, тыс.рублей для складских помещений объемом 62208 м3. Внедрение устройства по очистке отработавших газов с помощью электрического фильтра и жидкостного нейтрализатора соответственно – 144,7 тыс.рублей и 175, тыс.рублей для теплиц площадью 1 га, а от внедрения системы по отводу отработавших газов за пределы коровника на 100 голов – 449,1 тыс.рублей.

СПИСОК ОСНОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ, ПРИНЯТЫХ В РАБОТЕ

Условные обозначения, принятые во введении ТК - токсичный компонент ДВС - двигатель внутреннего сгорания ТВ - токсичное вещество ПДК - предельно-допустимая концентрация Условные обозначения, принятые в первом разделе ДВС - двигатель внутреннего сгорания N 2 О 5 - двуокись азота МЭС - мобильное энергетическое средство HNO 3 - азотная кислота ПДК - предельно-допустимая концентрация Условные обозначения, принятые во втором разделе [С] i - ПДК i - го вредного компонента в V h - рабочий объем цилиндра B t - выделение i - го вредного компонента вала двигателя распространяется вредное вещество, NО Х - оксид азота выделяемое дизелем в единицу времени. Т вос min - минимальная температура В о - количество вредного вещества, воспламенения смеси С о - начальное содержание вредного воспламенения С Г - концентрация рассматриваемого топлива токсичного компонента в отработавших газах, г/м М Г - количество отработавших газов, м нагрев газовоздушной смеси q - масса дополнительного топлива газа, поданного за время dt С Г - теплоемкость газа dT z - изменение температуры дополнительного топлива за время dt t нв - время начала впуска дополнительного топлива t кн - время конца периода нагрева Т г - температура смеси дополнительного ВВ - вредные вещества топлива в конце периода нагрева G cм - масса смеси С см - средняя теплоемкость смеси - коэффициент избытка воздуха смеси i - число цилиндров по дополнительному топливу L0 - теоретически необходимое количество воздуха для сгорания 1 кг топлива N eн - эффективная номинальная мощность, t вос - время начала воспламенени t окр - температура окружающего воздуха, °С Т к0 - начальная температура капли g - ускорение свободного падения, м/с qiосн - количество основного топлива, впрыскиваемого за период задержки воспламенения Условные обозначения, принятые в третьем разделе F 1 - площадь сечения активного сопла, м2 y - значение функции отклика F 3 - площадь входного сечения диффузора, x 1, x 2 - значение величины того или иного D 1 - диаметр активного сопла, м n - число повторений опыта;