Методические указания (стр. 6 из 7)
• работа тепловоза в номинальном режиме при движении по расчетному подъему с составом;
• работа тепловоза по испытательному циклу (см. разд. 2);
• движение тепловоза с составом максимальной либо унифицированной
• массы по перегону.
Тепловое загрязнение атмосферы
Теплота, выделяемая при сжигании топлива, расходуется по нескольким направлениям – рис.4. При этом энергия, затрачиваемая на преодоление подъема накапливается при движении на подъем, а затем переводится в тепловую при торможении.
При расчете необходимо определить: теплоту, выделяемую при сгорании топлива, теплоту преобразуемую дизелем в механическую работу, теплоту рассеиваемую холодильной камерой и теплоту отводимую с отработавшими газами; абсолютные и относительные показатели по каждой статье энергетического баланса. Пример расчета приведен в прил. 2.
Рис. 4 Энергетический баланс тепловоза
Выбросы диоксида углерода
При сгорании 1 кг топлива в атмосферу выбрасывается кг диоксида углерода:
е`СО2 = 11/3·С, (16)
где С – массовая доля углерода в топливе.
Расчет выбросов производится для нескольких топлив, с учетом различной теплоты сгорания этих топлив, т.е. на единицу производимой работы кг/кВтч, для чего рассчитывается расход альтернативного топлива по формуле:
, (17)где Gдт – расход дизтоплива на данном режиме работы;
Huдт, Huат – теплота сгорания дизельного и альтернативного топлива, соответственно, кДж/кг.
Состав и теплота сгорания для различных топлив приведен в табл. 12.
Таблица 12
Характеристики различных топлив
| Вид топлива | С | Н | О | Hu, кДж/кг |
| Дизельное топливо | 0,87 | 0,126 | 0,004 | 42500 |
| Сжатый природный газ | 0,75 | 0,25 | 0 | 50150 |
| Метанол | 0,375 | 0,125 | 0,50 | 19980 |
Пример расчета приведен в прил. 3.
Расходование кислорода
Для сгорания топлива необходим кислород, который берется из атмосферы. Для окисления 1 кг топлива необходимо кг кислорода:
(18)Расчет производится таким же образом, как и для выбросов СО2 (см. прил. 2).
Выбросы вредных веществ при движении тепловоза с составом по перегону
При движении тепловоза с составом по перегону в атмосферу выбрасываются вредные вещества. Удельный выброс на единицу перевозочной работы (10000 ткм) каждого компонента рассчитывается по формуле, г/измер.:
, (19)где Gпер – расход топлива тепловозом при движении по перегону, кг
LS – перевозочная работа, ткм.
Пример расчета приведен в прил.4.
Загрязнение верхнего строения пути продуктами износа рельсов, бандажей, тормозных колодок
В процессе работы механической части тепловоза происходит износ деталей, в результате чего на верхнее строение пути оседает металлическая пыль. При выполнении данного расчета необходимо определить массу пыли в г/1000 км пробега (расчет проводить по износу тормозных колодок и бандажей колес).
СПИСОК РЕКОМЕНДУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
1. Тепловозные двигатели внутреннего сгорания /А.Э.Симсон и др. – М.: Транспорт, 1987. – 536 с.
2. Аксенов И.Я., Аксенов В.И. Транспорт и охрана окружающей среды. - М.: Транспорт, 1986. – 176 с.
3. Жегалин О.И., Лупачев П.Д. Снижение токсичности автомобильных двигателей. - М.: Транспорт, 1985. – 120 с.
4. Предложения по разработке нормативно-технической документации связанной с введением экологической экспертизы тепловозов по дымности и вредным выбросам отработавших газов. / Справка ВНИТИ, № 12-90-07, Коломна: ВНИТИ, 1990. – 22 с.
5. Звонов В.А. Токсичность двигателей внутреннего сгорания. – М.: Машиностроение, 1981. – 160 с.
6. Моторные топлива из альтернативных сырьевых ресурсов / Г.А.Терентьев, В.М.Тюков, Ф.В. Смаль. - М.: Химия , 1989. – 272 с.
7. Новиков Л.А., Смайлис В.И. Уровень и перспективы снижения токсичности и дымности судовых, тепловозных и промышленных дизелей: Обзор. - М.: ЦНИИТЭИтяжмаш, 1990. – 28 с.
.
Приложение 1
ПРИМЕР РАСЧЕТА ЭКОНОМИЧЕСКОГО УЩЕРБА ОТ ВЫБРОСА ВРЕДНЫХ ВЕЩЕСТВ ДИЗЕЛЕМ ТЕПЛОВОЗА 2ТЭ10В
Исходные данные
Номинальная мощность дизеля, кВт Neн = 2200
Удельные выбросы вредных веществ, г/кВтч:
оксидов азота eNOx = 21,34
оксида углерода eCO = 4,71
сажи eC = 0,474
Средний эффективный КПД за цикл испытаний ηец = 0,337
Расчет
1. Средняя эффективная мощность за цикл испытаний:
Nец = 0,355·Nен = 0,355·2200 = 781 кВт.
2. Часовой расход топлива за цикл испытаний, кг/ч:
где Hu = 42500 кДж/кг – низшая теплота сгорания дизельного топлива.
3. Удельный эффективный расход топлива за испытательный цикл, кг/кВтч:
.4. Удельные показатели выбросов на кг сожженного топлива, г/кг:
оксидов азота
;оксида углерода
сажи
;5. Годовой выброс, т/год:
оксидов азота
;оксида углерода
;сажи
,где Gт год = 1620 т/год – годовой расход топлива, по данным ПО "Лугансктепловоз".
6. Приведенная годовая масса выбросов определяется по формуле, усл.т/год:
М =
= 137,5·41,1 + 30,4·1 + 3,06·200 = 6294.Относительный вклад каждого компонента в общий приведенный выброс вредных веществ (относительный ущерб):
оксидов азота МNOx / М·100 % = 137,5·41,1/6294·100 = 89,8 %;
оксида углерода МСO / М·100 % = 30,4·1 / 6294·100 = 0,5 %;
сажи МС / М·100 % = 3,06·200 / 6294·100 = 9,7 %.
7. Экономический ущерб от выбросов вредных веществ в атмосферу тепловозом, тыс. грн/год:
У = γ·σ·f·M = 14,4·0,8·10·6294 = 725070.
Приложение 2
ПРИМЕР РАСЧЕТА ТЕПЛОВОГО БАЛАНСА ТЕПЛОВОЗА МОЩНОСТЬЮ 3000 КВТ
Исходные данные
Номинальная мощность дизеля, кВт, Ne = 3000
Удельный эффективный расход топлива, кг/кВтч, ge = 0,210
Низшая теплота сгорания топлива, кДж/кг, Hu = 42500
Теплота, отводимая охлаждающей водой, кДж/с:
от дизеля Qдиз = 1070
от наддувочного воздуха Qнв = 535
от масла Qм = 582
Расчет
1. Теплота, выделяемая при сгорании топлива, кДж/с, Составляющие, %
1002. Теплота, преобразованная в механическую работу, кДж/с,
Qe = Ne = 3000 40,3
3. Теплота, отводимая в холодильной камере, кДж/с,
Qхк = Qдиз + Qнв + Qм = 1070 + 535 + 582 = 2187 29,4
4. Теплота, отводимая с отработавшими газами, кДж/с,
Qог = Qт – Qе – Qхк = 7438 – 3000 – 2187 = 2251 30,3
Приложение 3
ПРИМЕР РАСЧЕТА ВЫБРОСОВ СО2 В АТМОСФЕРУ
Исходные данные
| Номинальный режим | Цикловые показатели | Показатели при движении по перегону |
| Neн = 2200 кВт – номинальная мощность geн = 0,238 г/кВтч – удельный эффективный расход топлива (номинальный) | Neц = 781 кВт – средняя мощность за цикл испытаний ηец = 0,337 – средний эффективный КПД за цикл испытаний | Gпер = 6000 кг – расход топлива на перегоне Ls = 2081253 ткм – перевозочная работа |
Расчет
1. Часовой расход дизельного топлива
| Gчн = gен·Nен = = 0,238·2200 = 524кг/ч | gец = 3600 / (ηец·Hu) = = 3600 / (0,337·42500) = = 0,251 кг/кВтч Gчц = gец·Nец = = 0,251·781 = 196 кг/ч |
2. Удельные выбросы СО2.
e`CO2 = 11/3 C.
Дизельное топливо e`CO2 = 11/3·0,87 = 3,2 кг/кг топлива.
Сжатый природный газ e`CO2 = 11/3·0,75 = 2,75 кг/кг топлива.
Метанол e`CO2 = 11/3·0,375 = 1,38 кг/кг топлива.
3. Часовой расход альтернативных топлив
,где Gч дт – расход дизтоплива на данном режиме работы;
Hu дт, Hu ат – теплота сгорания дизельного и альтернативного топлива.
Дизельное топливо
| Gч дт = Gчн = 524 кг/ч | Gч дт = Gчц = 196 кг/ч | Gпер дт = Gпер = 6000 кг |
Природный газ
| Gч газ=524·42500/50150 = = 444 кг/ч | Gч газ= 196·42500/50150= = 166 кг/ч | Gпер газ = 6000·42500/ /50150 = 5085 кг |
Метанол