Класифікація пристроїв для очищення відпрацьованих газів двигуна внутрішнього згоряння від части (стр. 2 из 5)

Електричні фільтри відрізняються незначним гідравлічним опором, досить високою ефективністю вловлювання й надійністю роботи. Однак для вловлювання в цих апаратах аерозольних часток розміром менш 1 мкм необхідна ретельна підготовка газів, які очищаються: попереднє (грубе) очищення, зволоження й охолодження газів, а також укрупнення зважених частинок. Цев свою чергу значно ускладнює схеми очищення.

У теорії та практиці електростатичного осадження доказано, що сучасні електрофільтри не можуть забезпечити ефективність близьку до 100%, тому що не всі дрібні частки досягають електродів-осаджувачів через малу швидкість їхнього дрейфу та турбулентності газового потоку, а великі частки легко зриваються зі стінок і несуться потоком. Слід зазначити, що деякі продукти мають такі фізичні властивості, які виключають можливість ефективного вловлювання їхніх зважених часток в електрофільтрах. Прикладом тому є активна сажа, легка за вагою, що має дуже малий питомий електричний опір.

Отже представляється доцільним, використовуючи підготовку газу перед електрофільтрами, забезпечити осадження укрупнених часток у більш простих та економічних апаратах, наприклад, мокрого типу. В останні роки значний розвиток у вітчизняній промисловості та за рубежем одержали мокрі способи очищення.

Апарати мокрого очищення, застосовувані в промисловості, мають наступні переваги.

По-перше, вони мають більш високу ефективність уловлювання дисперсних частинок у порівнянні із сухими механічними апаратами. Деякі типи мокрих фільтрів (скруббери Вентурі) можуть бути застосовані для часткового очищення газів від високодисперсних часток.

По-друге, мокрі фільтри можуть не тільки успішно конкурувати з такими високоефективними пиловловлювачами, як волокнисті та тканинний фільтри, але й використовуватися в тих випадках, коли останні не можуть бути використані, наприклад, при високій температурі й підвищеній вологості газів, при небезпеці загоряння й вибуху газів, які очищаються, або частинок, що уловлюються.

По-третє, апарати мокрого очищення газів одночасно зі зваженими частками можуть уловлювати пароподібні й газоподібні компоненти.

Недоліками даних фільтрів є складність реалізації даного способу очищення й залучення додаткового рідинного фільтрування робочого тіла.

У ряді випадків вибір очисного обладнання визначається обсягом газу, що очищається, і техніко-економічними обґрунтуванням. Наприклад, фільтри з матерії та електрофільтри застосовуються, як правило, у тих випадках, коли вартість матеріалу, що вловлюється, окупає витрати на їх обладнання. Та потрібно не забувати, що обсяг цих фільтрів такий великий, що їхнє використання часто пов'язане з будівництвом спеціальних приміщень.

2. Короткий аналіз відомих винаходів і патентів по очищенню відпрацьованих газів двигуна внутрішнього згоряння від частинок сажі

На сьогоднішній день одним з головних забруднювачів атмосфери дисперсними частками (сажею) великих міст є автомобільний транспорт. У зв'язку із цим екологічні вимоги до сучасного автомобіля являються сьогодні пріоритетними. Ведуться спроби розробки повністю екологічно безпечного автомобіля.

Екологічна безпека – це властивість автомобіля знижувати негативні наслідки впливу його експлуатації на учасників руху й навколишнє середовище. Вона спрямована на зниження токсичності відпрацьованих газів, зменшення шуму, зниження радіоперешкод при русі автомобіля.

Незважаючи на численні спроби замінити двигун внутрішнього згоряння (ДВЗ) яким-небудь іншим, який не виділяє токсичні речовини, альтернативи йому поки немає. А якщо принципово новий двигун і з'явиться, то переналагодження виробництва для його крупносерійного випуску вимагатимуть грандіозних капіталовкладень, і відбудеться це далеко не відразу. Разом з тим уже зараз людство підійшло до тієї межі, коли без екологічно чистого автомобіля просто не обійтися. І вихід поки бачиться один – треба якщо не повністю виключити, то у всякому разі звести до мінімуму шкідливі викиди ДВЗ.

У зв'язку із цим ведуться численні розробки різноманітних фільтрів, каталізаторів, допалювачів відпрацьованих газів автомобіля, які покликані максимально поліпшити показники екологічної безпеки автомобіля. Незважаючи на значну кількість розробок і патентів у даній області техніки, автотранспорт як і раніше далекий від екологічної досконалості та вносить до 70% сумарного токсичного забруднення атмосфери міст планети. Варто відзначити, що більшість способів і пристроїв очищення відпрацьованих газів, які використовуються на автотранспорті, аналогічні способам і пристроям очищення промислових газів. Відрізняються вони від останніх в основному меншими розмірами й спрямованістю фільтрації.

Всі відомі винаходи у вигляді способів і пристроїв екологічного очищення відпрацьованих газів ДВЗ можна розділити на внутрішні (безпосередньо в самому ДВЗ) і зовнішні (очищення відпрацьованих газів, у випускному тракті ДВЗ) [2]. Внутрішні способи очищення досягаються шляхом зміни конструкції двигуна та пов’язані з оптимізацією робочого процесу. До даних способів відносяться оптимізація форми впускних та випускних каналів, які створюють направлений рух повітря в камері згоряння, підвищення тиску впорскування, наприклад за допомогою насос-форсунок, оптимізація камери згоряння, наприклад, за рахунок зменшення «шкідливих» об’ємів та форми виїмки у поршні. Застосування даних способів впливає на показали викидів сажі двигуном як вторинна дія, оскільки вони розраховані в основному для оптимізації показників роботи самого двигуна, що в свою чергу покращує показники викидів шкідливих речовин разом з відпрацьованими газами. Зовнішні методи очищення відпрацьованих газів ДВЗ, як і в промисловому очищенні, у більшості випадків засновані на використанні різних фізичних принципів, про що говорилося вище. Багато з них орієнтовані саме на вловлювання й/або утилізацію часток сажі. Проведемо короткий аналіз відомих винаходів і патентів по цій темі.

2.1. Спосіб очищення шляхом механічного сепарування

Відомі способи й пристрої механічного сепарування твердих і рідких домішок відпрацьованих газів, характерних для дизельного транспорту, шляхом обертання потоку відпрацьованих газів, з наступним нагромадженням сажі й мастила в спеціальних бункерах із систематичним видаленням. Прикладом даного способу може служити пристрій для очищення відпрацьованих газів ДВЗ, який зображено на рисунку 2 [3].

Рис. 2. Механічний сепаратор відпрацьованих газів з наступним нагромадженням сажі та мастила:

1 – корпус; 2 – впускний патрубок; 3 – випускний патрубок; 4 – ротор; 5 – вісь; 6 – вставка; 7 – сильфон; 8 – ребро жорсткості; 9 – магнітодроти; 10 – багатофазна обмотка; 11 – датчик тиску; 12 – трубопровід для відводу; 13 – регулятор витрати повітря; 14 – дренажна трубка; 15 – шлях руху газів; 16 – шлях руху домішок.

Пристрій для очищення відпрацьованих газів ДВЗ шляхом механічного сепарування працює наступним чином.

Ротору 4, встановленому на осі 5, надається обертальний рух. Обертання ротора 4 за рахунок сил аеродинамічного тертя повідомляє газу в корпусі 1 обертально-поступальний рух, спрямований убік обертання ротора 4 і від впускного патрубка 2 до випускного 3. Таким чином, усередині корпуса 1 формується досить стійкий газовий потік, що засмоктує відпрацьовані гази з вихлопного колектора ДВЗ у нижню частину корпуса 1, а потім – у зазор між ротором 4 і вставкою 6, яка встановлена всередині корпуса 1. Стрілками 15 показано напрямок вертикального руху газів. У зазорі під дією відцентрових сил, зумовлених обертальною складовою загального руху газів, тверді й рідкі частки, що містяться у відпрацьованих газах, переміщаються до вставки 6 й осідають на ній, що показано стрілками 16. Очищені в такий спосіб відпрацьовані гази через випускний патрубок 3 ідуть в атмосферу. Вставка 6 виконана знімною й при досягненні певного ступеня забруднення заміняється на нову. Як матеріал для вставки 6 рекомендується використовувати непроклеєний картон, повсть, багатошарові матеріали, які добре вбирають сажу, мастила та інші домішки, що містяться у відпрацьованих газах ДВЗ. Сильфон 7 служить для сполучення пристрою з вихлопними колекторами ДВЗ різних типів. Відомо, що відпрацьований газ ДВЗ містить забруднення в дрібнодисперсному стані, тому для ефективного їхнього осадження необхідні досить великі відцентрові сили. Крім того, для забезпечення досить великої пропускної здатності пристрою потрібна і висока вертикальна швидкість газів всередині корпуса 1. Для виконання цих умов необхідна висока частота обертання ротора 4, а щоб забезпечувати механічну міцність і твердість ротора 4 при такій частоті обертання всередині нього виконані ребра жорсткості 8.

Для обертання ротора 4 можуть використовуватися електродвигун постійного струму або магнітодроти. Схеми підключення обох варіантів приводу показані відповідно на рисунках 3,а та 3,б.

а) б)

Рис. 3. Схеми підключення приводу ротора пристрою сепарування відпрацьованих газів: 17 – джерело електроенергії; 18 – водяний реостат; 19 – електродвигун постійного струму; 20 – обмотка збудження; 21 й 22 – додаткові резистори; 23 – випрямляч; 24 – трансформатор; 25 й 26 – діоди; 27 – керований випрямно-інверторний перетворювач; 28 – вимикач.