Л.В. Мисун, И.Н. Мисун, В.М. Грищук
Инженерная экология в АПК
пособие / под ред. проф. Л.В. Мисуна. – Мн.: БГАТУ, 2007. – 302с.
Предыдущая |
Содержание статьи:
4. Обеспечение экологической безопасности тракторов и самоходных сельскохозяйственных машин
4.2. Влияние эксплуатационных факторов на экологическую безопасность МТП
Основными факторами технического состояния дизеля, значительно увеличивающими токсичность ОГ по мере наработки дизелей являются:
— загрязненность воздухоочистителя или неисправность турбокомпрессора, уменьшающие поступление воздуха в цилиндры и ухудшающие полноту сгорания топлива (появление темного цвета или черного дыма при работе под нагрузкой);
— ухудшение качества распыливания топлива форсунками (белый дым на холостых оборотах непрогретого дизеля, черный дым при работе прогретого дизеля под нагрузкой);
— неправильный момент начала впрыскивания топлива форсунками (черный дым при раннем, белый дым – при позднем впрыскивании);
— повышенный износ деталей цилиндропоршневой группы дизелей (поршневые кольца, гильзы, поршневые канавки под кольца качественный признак – голубой дым ОГ).
Менее определенно на токсичность ОГ проявляется влияние состояния топливной аппаратуры, хотя и оно влияние существенно увеличивается по мере нарастания износов деталей ТНВД. Встречаются также случаи повышенного дымления и токсичности ОГ под нагрузкой вследствие принудительного увеличения цикловой подачи топлива против номинальной. Кроме повышения дымности и токсичности ОГ это нарушение приводит к значительному перерасходу топлива и снижению ресурса дизеля в целом.
Окись углерода, углеводороды и другие органические продукты неполного сгорания топлива возрастают в ОГ из-за уменьшения количества воздуха, поступающего в цилиндры, ухудшения его турбулизации, ухудшения качества распыливания, позднего начала его воспламенения, а также из-за повышенной подачи масла в камеру сгорания, износа ЦПГ или повышенной загрязненности воздухоочистителя. Так, например [8], увеличение разрежения Рвп за воздухоочистителем на 100 мм вод. ст. увеличивает дымность ОГ и выбросы СО и СН под нагрузкой в 1,5 раза. Снижение давления наддува Рк на те же 100 мм вод. ст. действует равнозначно. Уменьшение давления впрыскивания Рвпр топлива на 1 МПа от нормы увеличивает дымность под нагрузкой на 3 %, выход СО на 5 %, а СН – на 10 %. Повышение Рвпр заметно уменьшает выход ВВ и дымность ОГ. Естественное уменьшение угла начала нагнетания на 2 град. п.к.в. увеличивает выход СО и СНх в 1,5 раза. При этом возникает проблема «белого дыма» (белого или голубоватого «холодного дыма»), являющегося следствием чрезмерного выброса углеводородов и паров топлива в ОГ.
Значительное влияние на токсичность и дымность ОГ оказывает тепловой режим дизеля, температура воздуха. На холостом ходу дизелей смесеобразование и сгорание ухудшаются, выход продуктов неполного сгорания, особенно СНх, увеличивается. Поэтому, при контроле токсичности и дымности ОГ следует обеспечивать прогрев дизеля не менее чем до tохл, tм = 85 оС. Повышение tохл, tм до 95–105 °С снижает дымность ОГ на 20–30 %. Таким образом, изменение (уменьшение) дымности и цвета дыма во время прогрева дизеля является качественным признаком его нормального состояния. Замена топлива с ρ = 0,81 т/м3 на топливо с ρ = 0,87 т/м3 увеличиает выход СО в 2 раза [8].
Износ КШМ приводит к увеличению надпоршневого зазора, уменьшению компрессии, увеличению доли топлива, сгорающего вне камеры сгорания. Параллельно этому износ ЦПГ увеличивает расход масла. Эти процессы значительно увеличивают выход СО, СН и прежде всего, сажи (дымности ОГ). Отсюда следует, что одновременное увеличение выхода сажи СО, СН (с повышенным расходом моторного масла на угар) является признаком износа КШМ. Редкими причинами увеличения дымности и токсичности ОГ являются увеличение противодавления из-за засоренности выхлопного тракта (дымность может увеличиться в несколько раз), неисправности (прогар, негерметичность) клапанов ГРМ, применение несоответствующего сорта топлива (повышенная плотность, вязкость, чрезмерное содержание серы). Кроме общих, присущих всем цилиндрам, могут возникать неисправности и в отдельных цилиндрах: неисправность форсунки, клапанов, компрессионных колец. Эти неисправности локализуются выключением подачи: ослаблением крепления топливопровода; декомпрессированием цилиндра декомпрессором или вворачиванием регулировочного винта в коромысло клапана или другими приемами.
Противоположным вышеизложенному является измерение в ОГ концентрации окислов азота. В цилиндре только во время сгорания топлива образуется в основном окись азота NО (95 %). Оптимальными условиями для этого являются избыток кислорода и наивысшая температура (как минимум 1650 °С), т. к. в отличие от других токсичных компонентов – продуктов неполного сгорания топлива, образование NО не связано с реакциями горения, а имеет только термическую природу. Поэтому, если увеличение выхода СО, СН и сажи напрямую свидетельствует об ухудшении рабочего процесса, понижении эффективности и экономичности работы дизеля, то в противоположность этому естественным по мере эксплуатации дизеля является уменьшение выхода NОх, т. к. это обусловлено снижением как избытка воздуха в камере сгорания, так и температуры рабочего процесса.
Вид топлива не оказывает заметного влияния на концентрацию NОх.
Основные причины неисправностей дизеля, влияющих на его экологичность приведены в таблице 4.3. К числу эксплуатационных мероприятий по восстановлению экологических характеристик дизеля относятся [8]:
— своевременная и качественная очистка воздухоочистителя и (или) обеспечение нормативного давления наддувочного воздуха при каждом ТО-1 машин, а в условиях запыленности воздуха – через 50–60 мото-ч;
— поддержание нормативного давления и качества распыливания топлива форсунками; контроль при ТО-2 тракторов и комбайнов;
— поддерживание нормативного угла начала нагнетания топлива секциями ТНВД, причем для достижения токсичности ОГ только по NОх – занижение на 2–3 градуса;
— восстановление и поддержание нормативного значения максимальной частоты вращения коленчатого вала;
— восстановление и поддержание нормативного значения теплового зазора в клапанах ГРМ;
— восстановление нормативного значения расхода топлива на холостом ходу и под максимальной нагрузкой.
В режиме свободного ускорения коленчатого вала ненагруженного дизеля, используемого вместо стендовой загрузки дизелей в эксплуатационных условиях, ухудшается смесеобразование, увеличивается неполнота сгорания топлива, вследствие чего резко увеличивается дымность ОГ и увеличивается выход других продуктов неполного сгорания (СО, СНх), а выход окислов азота заметно уменьшается. Для дизелей с ТКР из-за несоответствия расходных характеристик дизеля и ТКР вследствие инерции ротора ТКР расход воздуха в цилиндры увеличивается со значительным опозданием, а расход топлива резко повышен. Вследствие этого еще более значительно и увеличивается выход СО и СН, а выход NОх, как и для безнаддувных дизелей заметно уменьшается. Это явление почти не имеет место для вихрекамерных дизелей.
Таблица 4.3 – Основные причины неисправностей двигателя, влияющие на экологические показатели
Составная часть |
Причины неисправностей |
1. Система воздухоподачи 2. Система топливоподачи 3. ЦПГ 4. ГРМ 5. Система смазки 6. Система охлаждения 7. Загрязненность ТСМ |
— загрязненность воздухоочистителя; засоренность впускного воздушного тракта; неисправность ТКР; негерметичность впускного тракта за ТКР; — пониженное давление впрыскивания; плохое качество распыливания топлива, подтекание форсунок; — неправильный угол начала нагнетания топлива насосом высокого давления; разрегулировки ТНВД; износ кулачкового вала; — неправильно отрегулирован корректор регулятора ТНВД; завышена цикловая подача топлив; — износ деталей ЦПГ, закокосованы (залегли) поршневые кольца; — негерметичность прилегания клапанов ГРМ к седлам из-за износа, прогара; — неправильные тепловые зазоры в клапанах ГРМ; — заедание клапанов в направляющих втулках, поломка клапанных пружин; — загрязненность картера и масляной системы; уровень масла в картере; загрязненность маслозаборника и фильтров; негерметичность уплотнений и соединений; — негерметичность соединений и уплотнений; загрязненность радиатора; натяжение ремня вентилятора; уровень воды в радиаторе; — топливо с низким цетановым числом; попадание воды в топливо и масло, загрязненность моторного масла. |
Изменение атмосферных условий мало влияет на выход СО и СН.
На токсичность ОГ кроме режимных и функциональных параметров оказывают большое влияние неконтролируемые параметры: обводненность, загрязненность топлива и масла, толщина нагара в камере сгорания, залегание (закокосованность) поршневых колец, температура топлива, атмосферное давление, в обычном диапазоне его изменения на равнине, мало влияет на выход СО и СН, т. к. дизели обычно работают с коэффициентом избытка воздуха 1,3. Меньшую токсичность имеют дизели с разделенной камерой сгорания (вихрекамерные, предкамерные). Несколько выше у дизелей с непосредственным впрыском. Наивысшая токсичность свойственна дизелям с турбонаддувом.
Вихрекамерные дизели имеют минимальную дымность и токсичность по всем компонентам, что предполагает их использование в рабочих зонах с ограниченным воздухообменом.
Предыдущая |