СОВРЕМЕННЫЕ  ПРОБЛЕМЫ НОРМИРОВАНИЯ  РАСХОДА  ТОПЛИВА И  СНИЖЕНИЯ  ЗАГРЯЗНЕНИЯ ОКРУЖАЮЩЕЙ  СРЕДЫ  ВРЕДНЫМИ ВЫБРОСАМИ  ТЕПЛОВОЗНЫХ  ДИЗЕЛЕЙ

Панова  Надежда  Сергеевна

аспирантка  ОмГУПС,

  г.  Омск

E-mail:  panovanadeghda@mail.ru

MODERN  PROBLEMS  OF  RATIONING OF  FUEL  CONSUMPTION  AND  DECREASE IN  ENVIRONMENTAL  POLLUTION BY  HARMFUL  EMISSIONS  OF  DIESEL  DIESELS

Nadezhda  Panova 

Graduate  student  of  Omsk  state  university  of  means  of  communication,  Omsk

АННОТАЦИЯ

В  статье  рассматриваются  вопросы  по  нормированию  расхода  топлива  локомотивами,  указаны  причины  повышенной  токсичности  и  повышенного  расхода  топлива  дизельных  двигателей,  метод  расчета  количества  отработавших  газов  локомотивов.

ABSTRACT

In  article  questions  on  rationing  of  fuel  consumption  by  locomotives  are  considered,  the  reasons  of  the  increased  toxicity  and  the  increased  fuel  consumption  of  diesel  engines,  a  method  of  calculation  of  amount  of  the  fulfilled  gases  of  locomotives  are  specified.

Ключевые  слова:  локомотив,  нормирование;  расход  топлива;  загрязнение;  отработавшие  газы;  вредные  выбросы.

Keywords:  locomotive;  rationing;  fuel  consumption;  pollution;  the  fulfilled  gases;  harmful  emissions.

Одними  из  основных  задач  для  железнодорожного  транспорта  являются  уменьшение  потребления  дизельного  топлива  тепловозами  на  тягу  поездов  и  маневровую  работу,  следовательно,  улучшение  экологических  показателей  тепловозов  в  соответствии  с  требованиями  международных  норм  и  стандартов. 

На  железнодорожном  транспорте  потребляется  большое  количество  жидкого,  твердого  и  газообразного  топлива.  Топливо  на  железнодорожном  транспорте  расходуется  в  основном  на  работу  локомотивов.  Расход  топлива  тепловозами  зависит  от  большого  количества  факторов.  Условно  их  можно  разделить  на  конструктивные  и  эксплуатационные.  К  первым  можно  отнести  расходные  характеристики  дизеля,  степень  отбора  мощности  на  привод  вспомогательных  агрегатов,  уровень  потерь  в  электрической  передаче  тепловоза  и  др.;  к  эксплуатационным  факторам  —  профиль  и  план  пути,  массу  поездов  и  их  удельное  сопротивление  движению,  способ  управления  движением,  климатические  условия,  определяющие  режимы  работы  тепловоза.  К  эксплуатационным  факторам  следует  также  отнести  качество  и  цикличность  технического  обслуживания  и  ремонта,  от  которых  зависит  стабильность  расходных  характеристик.  Для  топливной  экономичности  тепловозов  имеет  большое  значение  соответствие  конструктивных  факторов  условиям  эксплуатации  [4]. 

Важным  источником  экономии  топлива  является  повышение  экономичности  силовых  установок  за  счет  применения  более  совершенных  конструкций  дизелей,  а  именно:

1. Загрузка  вагонов  —  наиболее  отчетливо  влияние  загрузки  вагонов,  т.  е.  нагрузки  на  ось  вагона,  на  расход  топлива  обнаружи­вается  при  постоянном  весе  поезда.  Чем  меньше  загружен  вагон,  тем  более  значительно  возрастает  расход  топлива.  Такая  зависимость  объясняется  тем,  что  уменьшение  нагрузки  на  ось  вагона  сопровож­дается  увеличением  его  удельного  сопротивления.

2. Трудность  пути  —  подъемы,  уклоны  и  кривые  изменяют  полное  удельное  сопротивление  вагонов  и  тепловоза.  Поэтому  расход  топлива  на  измеритель  существенно  зависит  от  трудности  пути  в  плане  и  профиле.  Во  время  движения  поезда  в  кривых  участках  пути  возникают  силы  трения,  поэтому  увеличивается  удельное  сопротив­ление  поезда:  чем  меньше  радиус  кривой,  тем  больше  удельное  сопротивление. 

3. Климатические  условия  —  температура  наружного  воздуха,  скорость  и  направление  ветра  по-разному  сказываются  на  работе  тепловоза  и  движении  поезда.  Понижение  температуры  в  интервале  не  ниже  минус  15—20⁰С  приводит  к  увеличению  КПД  тепловоза.  Это  проявляется  в  том,  что  при  одном  и  том  же  расходе  топлива  увеличивается  мощность  тепловоза.  При  понижении  температуры  наружного  воздуха  увеличивается  доля  холостой  работы  дизеля  на  стоянках  из-за  необходимости  поддерживать  температуру  воды  и  масла  дизеля.  Вследствие  этого  будет  возрастать  коэффициент,  учитывающий  влияние  холостой  работы  дизеля  на  расход  топлива,  что  вызывает  увеличение  расхода  топлива.  Особенно  заметное  влияние  на  расход  топлива  при  понижении  наружной  температуры  оказывает  сопротивление  поезда.  В  зимнее  время  сопротивление  возрастает  за  счет  увеличения  вязкости  смазки  в  буксах.  Повышение  скорости  ветра,  особенно  когда  он  направлен  в  бок  поезда,  вызывает  значительное  возрастание  сопротивления  поезда  и  увеличение  расхода  топлива.  Таким  образом,  наружная  температура  оказывает  влияние  на  ряд  показателей  в  работе  тепловоза,  которые  действуют  на  расход  топлива  по-разному  [2].

Проблемы  нормирования  расхода  топлива  и  снижения  загряз­нения  атмосферы  вредными  выбросами  тепловозных  дизелей  тесно  взаимосвязаны.  Поэтому  совершенствование  рабочего  процесса  дизеля  для  более  полного  сгорания  топлива  позволяет  снизить  выброс  сажи  в  окружающую  среду  и  одновременно  уменьшить  расход  топлива  на  выполнение  одинаковых  процессов  работы.  В  то  же  время  увели­чение  температуры  сгорания  топлива  вызывает  повышение  выбросов  вредных  окислов  азота.  Причинами  повышенной  токсичности  и  повышенного  расхода  топлива  дизельных  двигателей  являются  низкое  качество  топлива;  нарушение  работы  системы  топливоподачи  (слишком  низкий  коэффициент  избытка  воздуха,  неравномерная  подача  топлива  по  цилиндрам,  смещение  фаз  впрыска,  межцикловая  неравномерность  подачи  топлива);  повышенный  расход  масла  на  угар  из-за  износа  деталей  цилиндропоршневой  группы.

Повышенная  токсичность  дизелей  определяется  следующими  факторами:

1. Низкая  эффективность  каталитических  нейтрализаторов.  Это  связано  с  тем,  что  степень  сжатия,  следовательно,  и  степень  расширения  дизелей  значительно  выше.  Поэтому  температура  отрабо­тавших  газов  недостаточна  для  эффективной  работы  нейтрализаторов.  В  связи  с  этим  не  удается  добиться  снижения  выброса  оксидов  азота,  которые  в  несколько  десятков  раз  более  токсичны,  чем  окись  углерода  (СО).

2. Повышенный  выброс  на  некоторых  режимах,  особенно  во  время  прогрева,  продуктов  неполного  сгорания  с  характерным  неприятным  запахом.

3. Частицы  сажи  являются  носителями  канцерогенов.  Попадая  в  дыхательные  пути,  они  вызывают  раковые  опухоли.  Из-за  того,  что  ни  в  одной  из  стран  до  сих  пор  нет  быстродействующих  газоанализаторов,  нет  и  возможности  нормировать  их  выброс.

Основным  источником  загрязнения  атмосферы  являются  отрабо­тавшие  газы  дизелей  тепловозов.  Так  при  работе  магистральных  тепловозов  в  атмосферу  выделяются  отработавшие  газы,  по  составу  аналогичные  выхлопам  автомобильных  дизелей.  Одна  секция  тепловоза  выбрасывает  в  атмосферу  за  час  работы  приблизительно  28  кг  оксида  углерода,  17,5  кг  оксидов  азота,  до  2  кг  сажи  [3].  Но  тепловозные  дизели  при  поездной  работе  имеют  более  стабильный  режим  нагрузок,  так  как  регулирование  скорости  производится  с  помощью  электротрансмиссии,  а  дизель  работает  с  малыми  отклоне­ниями  частот  вращения.  В  связи  с  этим  выделение  загрязняющих  веществ  значительно  сокращается.  Вместе  с  тем,  маневровые  тепловозы  работают  в  переменных  режимах  с  частыми  троганиями,  ускорениями  и  торможениями.  В  этом  случае  выброс  отработавших  газов  значительно  возрастает. 

Одним  из  радикальных  методов  снижения  загрязнения  атмос­феры  является  нормирование  эмиссии  загрязнителей  и  организация  регулярного  контроля  за  соблюдением  установленных  норм.  Нормиро­ванию  и  сокращению  вредных  выбросов  двигателей  внутреннего  сгорания  подлежат  лишь  основные  составляющие,  к  которым  относятся  окись  углерода  (СО),  окислы  азота  (NO)  и  дополнительно  углеводороды  (CH). 

Количество  отработавших  газов  локомотива  за  час  работы  определяется  по  формуле  [1]:

,                                       (1)

где:  14,3  —  теоретически  необходимое  количество  воздуха  для  сгорания  1  кг  дизельного  топлива;

—  удельный  расход  топлива  тепловозом  на  соответствующей  позиции  контроллера  машиниста,  кг/кВт  ч;

—  мощность  дизеля  на  соответствующей  позиции  контроллера  машиниста,  кВт;

  —  коэффициент  избытка  воздуха. 

Концентрация  вредных  выбросов  в  отработавших  газах  рассчитывается  по  формуле:

;                                                   (2)

,                                                    (3)

где:  и  —  временные  количества  выбросов  окислов  азота  и  окиси  углерода  в  отработавших  газах.

Эмпирическая  зависимость  концентрации  вредных  выбросов  от  доли  мощности  определяется:

;               (4)

.           (5)

Общее  количество  вредных  выбросов  определяются  по  следующей  формуле,  кг:

;                                            (6)

,                                                 (7)

где:  t_i  —  суммарное  время  работы  на  i-ой  позиции  контроллера  машиниста  за  поездку. 

Допустимые  значения  общих  вредных  выбросов  за  поездку  определим  по  формуле,  кг:

;                                               (8)

,                                             (9)

где:    и    —  допустимые  временные  нормы  выбросов,  кг/ч,  определяемые  по  формулам:

;                                              (10)

.                                             (11) 

Еще  одним  важным  параметром  эксплуатационных  экологи­ческих  характеристик  является  удельное  количество  вредных  выбросов  на  позиции  контроллера  машиниста,  то  есть  отношение  значений  общих  вредных  выбросов,  производимых  локомотивом  на  одной  из  позиций  к  работе,  проделанной  локомотивом  на  этой  позиции  при  движении  по  участку  обращения.

Формулы  определения  удельного  количества  вредных  выбросов  выглядит  следующим  образом:

;                                                (12)

,                                                      (13)

где:  A_i  —  работа,  проделанная  локомотивом  на  i-ой  позиции  контроллера  машиниста  при  движении  по  участку,  кВт  ч,  определяется  по  формуле,  кВт·ч:

A_i  =N_ei  t_i  ,                                                               (14) 

где:  N_ei  —  мощность  тепловоза  по  позициям  контроллера  машиниста,  кВт.

В  настоящее  время  проблемам  экологической  безопасности  уделяется  больше  внимания  на  международном,  государственном  и  местных  уровнях.  Но  медленное  претворение  в  жизнь  необходимых  для  улучшения  ситуации  мер,  продолжение  вредной  деятельности  и  зачастую  недостаточное  финансирование  для  обновления  износив­шегося  оборудования,  всё  это,  к  сожалению,  указывает  на  то,  что  в  ближайшее  время  нереально  ожидать  значительных  улучшений.

Список  литературы:

1. Володин  А.И.  Локомотивные  энергетические  установки:  Учебник  для  вузов.  М.:  Желдориздат,  2002.  —  716  с.

2. Володин  А.И.,  Фофанов  Г.А  Экономия  топлива  на  тепловозах:  Изд.  2-е  доп.  М.:  Трансжелдориздат,  1963.  —  103  с.

3. Павлова  Е.И.  Экология  транспорта.  М:  Транспорт,  1998.  —  232  с. 

4. Фофанов  Г.А.  Повышение  топливной  экономичности  тепловозов.  Сборник  научных  трудов.  М.:  Транспорт,  1991.  —  128  с.