Исследование опасного влияния маломерных судов и автотранспорта на среду обитания в зонах их совместного воздействия 36

• Название: Исследование опасного влияния маломерных судов и автотранспорта на среду обитания в зонах их совместного воздействия 36
• Дата: 29.03.2023
• Размер: 0.93 Mb.
• Имя файла: Khqi_VKR_Hahlenov_16.01.23_.docx
• Тип: Исследование; #1024127
• страница: 1 из 11

Титул

СОДЕРЖАНИЕ

Введение 3

1 Современные представления о природе образования вредных веществ в организованных процессах горения в двигателях внутреннего сгорания автомобилей и маломерных судов 5

1.1 Режимы работы двигателей и токсичность отработавших газов 5

1.1.1 Режимы работы и характеристики ДВС 5

1.1.2 Влияние режима работы ДВС на выброс вредных веществ с отработавшими газами в атмосферу 13

1.2 Образование вредных веществ в выбросах судовых дизелей в процессе горения топливовоздушной смеси 17

2 Виды негативного воздействия транспортных поллютантов на здоровье населения и природные экосистемы 28

2.1 Содержание веществ в воздухе и отработавших газах 28

2.2 Характер воздействия вредных веществ на человека 30

2.3 Парниковые газы в составе продуктов сгорания 33

3 Расчетный метод для определения выбросов рекреационных (маломерных) судов 36

3.1 Исследование опасного влияния маломерных судов и автотранспорта на среду обитания в зонах их совместного воздействия 36

3.2 Изучение российского и зарубежного опыта мониторинга экологической безопасности маломерных судов 39

4 Оценка годовых валовых выбросов загрязняющих веществ от транспортных средств в Республике Калмыкия 43

4.1 Оценка годовых валовых выбросов от автотранспорта 43

4.2 Оценка годовых валовых выбросов загрязняющих веществ от маломерных судов в Республике Калмыкия 50

Заключение 54

Список литературы 56

Введение

Транспорт один из важнейших компонентов общественного и экономического развития, поглощающий значительное количество ресурсов и оказывающий серьезное влияние на окружающую среду. Услуги транспорта играют важную роль в экономике и повседневной жизни людей. Использование практически всех видов транспорта на всех континентах возрастает и по объему перевозимых грузов, и по количеству тонно-километров, и по числу перевозимых пассажиров.

Существенна роль транспорта в загрязнении водных объектов. Кроме того, транспорт является одним из основных источников шума в городах и вносит значительный вклад в тепловое загрязнение окружающей среды.

При всей важности транспортно-дорожного комплекса как неотъемлемого элемента экономики необходимо учитывать его весьма значительное негативное воздействие на природные экологические системы. Известно, что особенно резко эти воздействия ощущаются в крупных городах, возрастая по мере увеличения плотности населения. Эта закономерность справедлива и в отношении городского пассажирского транспорта, который в большинстве случаев концентрируется вокруг так называемых пунктов тяготения - там, где зарождаются, объединяются, распыляются и поглощаются потоки пассажиров.

В наше время, воздействие транспорта, но окружающую среду - самая насущная и актуальная проблема современного общества. Последствия этого воздействия сказываются не только на нашем поколении, но и могут сказаться и на будущем поколении, если мы не примем серьёзные меры по снижению и даже устранению последствий воздействия и самого воздействия. Поэтому тема выпускной квалификационной работы исследование опасного влияния маломерных судов и автотранспорта на среду обитания в зонах их совместного воздействия является актуальной.

Цель работы - исследовать опасное влияние маломерных судов и автотранспорта на среду обитания в зонах их совместного воздействия.

Для этого необходимо решить следующие задачи:

-проанализировать свременные представления о природе образования вредных веществ в организованных процессах горения в двигателях внутреннего сгорания автомобилей и маломерных судов;

-изучить виды негативного воздействия транспортных поллютантов на здоровье населения и природные экосистемы;

-привести расчетный метод для определения выбросов рекреационных (маломерных) судов;

-провести оценку годовых валовых выбросов загрязняющих веществ от маломерных судов в Республике Калмыкия.

1 Современные представления о природе образования вредных веществ в организованных процессах горения в двигателях внутреннего сгорания автомобилей и маломерных судов

1.1 Режимы работы двигателей и токсичность отработавших газов

1.1.1 Режимы работы и характеристики ДВС

Работа – это преодоление внешнего сопротивления; соответственно ДВС обеспечивает преодоление внешнего сопротивления (нагрузки), совершая при этом эффективную работу. В отличие от последней индикаторная работа тратится на преодоление внутреннего сопротивления, обусловленного трением движущихся деталей двигателя, а также движением потоков воздуха, топливовоздушной смеси и продуктов сгорания.

Характер работы объектов различен: для одних важно поддержание постоянства частоты рабочих циклов по времени (генераторы, насосы, компрессоры), для других главным является преодоление сопротивления независимо от частоты циклов (все виды транспортных средств).

Поскольку характер работы объектов различен, то и характеристики ДВС также различны: при постоянстве частоты вращения коленчатого вала и изменении нагрузки мы имеем дело с нагрузочной характеристикой, в противном случае – со скоростной, при изменении обоих параметров – с регуляторной или многопараметровой, при изменении какого-либо регулировочного параметра – с регулировочной характеристикой.

Одними из наиболее распространенных характеристик, дающими достаточно полное представление о техническом уровне двигателя, являются скоростные характеристики: предельная или абсолютная (ПСХ или АСХ), внешняя (ВСХ) и частичная (ЧСХ).

АСХ – это совокупность режимов работы двигателя, которые определяются снижением мощности на каждом скоростном режиме, несмотря на увеличение подачи топлива.

Подобная ситуация соответствует условиям, при которых увеличение подачи топлива не сопровождается соответствующим увеличением тепловыделения в связи с ухудшением условий смесеобразования и горения (рис. 1.1 [1]).



Рисунок 1.1 - Скоростные характеристики дизеля:

N_e – мощность, A_п и A₁ – характерные точки, соответствующие моментам снижения мощности

На рис. 1.1 точка А_n на кривой предельной характеристики соответствует моменту снижения мощности, несмотря на увеличение подачи топлива относительно точек, лежащих левее на этой кривой. Характеристика предела дымления лежит ниже предельной характеристики, поэтому для скоростного режима, соответствующего точке А_n, значение мощности не является наибольшим; падение мощности происходит при большей частоте вращения коленчатого вала (точка А₁). Ниже характеристики предела дымления лежат ВСХ и ЧСХ.

До 70-х гг. ХХ века характеристика предела дымления определялась без каких-либо нормативных требований к уровню дымности отработавших газов (ОГ) (рис. 1.2 [1]).



Рисунок 1.2. Установка характеристики предела дымления дизеля:

D – степень непрозрачности ОГ; t_r, G_т и g_e – температура ОГ, часовой и удельный эффективный расходы топлива; p_e – среднее эффективное давление; А и В – р_е максимальное (определенное графически – по касательной) и соответствующее пределу дымления

Дымность ОГ в основном зависит от величины концентрации сажи в отработавших газах (что визуально оценивается по степени черноты ОГ), хотя непрозрачность ОГ может быть связана даже с повышенной концентрацией паров воды в ОГ. Таким образом, выбор характеристики предела дымления ограничивал нагрузку на двигатель условием достижения некоторой степени непрозрачности ОГ. Однако данное понятие является чисто качественным, поскольку не оговаривает количественно предельную степень непрозрачности, а соответственно и допустимую нагрузку на двигатель (рис. 1.3 [1]).



Рисунок 1.3 - Соотнесение количественного значения дымности отработавших газов с качественной оценкой цвета столба отработавших газов дизельного двигателя в зависимости от нагрузки:

I, II, III, IV и V – границы характерных зон

Здесь в зависимости от нагрузки приведена качественная характеристика цвета столба ОГ:

- зона 0 – I – бездымный (приблизительно до уровня 17,5 % дымности по шкале Hartridge);

- зона I – II – еле заметный сероватый (приблизительно от 17,5 до 20 %);

- зона II – III – серый слабый (приблизительно от 20 до 26 %);

- зона III – IV – серый (приблизительно от 26 до 40 %);

- зона IV – V – темно-серый (приблизительно от 40 до 60 %);

- зона от V и далее – черный цвет (приблизительно свыше 60 %).

Однако появление стандартов на уровень дымности ОГ дизелей позволило перейти от неопределенного понятия “предел дымления” к однозначной количественной оценке – уровню дымности ОГ, который сопоставляется с нормой дымности ОГ.

Нормы дымности отработавших газов не являются раз и навсегда заданными: периодически они пересматриваются в сторону ужесточения. Наряду со стандартами на дымность ОГ существуют стандарты на выброс вредных веществ (ВВ) с отработавшими газами, которые вносят существенные коррективы в формирование ВСХ.

Но понятие ВСХ можно относить только к конкретной комплектации ДВС: установив на двигатель, например, турбокомпрессор с другой расходной характеристикой, можно получить иное протекание ВСХ. При этом если требуется двигатель с меньшей форсировкой по крутящему моменту, то ЧСХ становится ВСХ (при неизменной конструкции двигателя).

Внешняя скоростная характеристика – это зависимость ряда показателей двигателя от частоты вращения коленчатого вала при полной подаче топлива, что обеспечивается регулировками топливоподающей аппаратуры.

Характерными точками на кривой ВСХ являются режимы максимальных оборотов холостого хода, номинальной мощности и максимального крутящего момента (и соответствующих частот вращения коленчатого вала), минимально устойчивых оборотов холостого хода, пусковых оборотов коленчатого вала.

Номинальная мощность N_{e ном} (Rated power) – это назначаемая предприятием-изготовителем эффективная мощность двигателя при номинальной частоте вращения коленчатого вала, полной подаче топлива, стандартных атмосферных условиях, температуре и плотности топлива. Указанная мощность определяется в ходе испытаний двигателя на моторном стенде. При этом двигатель должен быть без вентилятора, воздухоочистителя, глушителей шума впуска и выпуска, средств нейтрализации ВВ, а также без оборудования, потребляющего мощность двигателя, но его не обслуживающего (например, воздушного компрессора, гидронасоса, отопителя кабины и т. п.).

Эксплуатационная мощность отличается от номинальной тем, что двигатель при испытаниях должен быть укомплектован всем оборудованием, его обслуживающим; оборудование, которое не обслуживает двигатель, должно быть отключено или работать без нагрузки. Таким образом, численное значение эксплуатационной мощности всегда меньше соответствующего значения номинальной мощности. Основные потери мощности определяются механическими потерями на привод вентилятора системы охлаждения, сопротивлениями движению потока воздуха (или топливовоздушной смеси) во впускном трубопроводе и потока ОГ в выпускном трубопроводе двигателя. Наиболее вероятное снижение эксплуатационной мощности относительно номинальной составляет 5…8 %.

Номинальная частота вращения коленчатого вала (Rated speed) n_ном – частота вращения коленчатого вала, при которой предприятием-изготовителем назначаются номинальная и эксплуатационная мощности.

Максимальный крутящий момент М_{к max} – наибольшее значение крутящего момента, назначаемое предприятием-изготовителем, достигаемое при работе двигателя по внешней скоростной характеристике. Указанный момент должен достигаться в определенном диапазоне частоты вращения коленчатого вала, что также назначается предприятием-изготовителем.

Максимальные обороты холостого хода n_{хх max}. Эта величина устанавливается исходя из характеристик объекта, для которого предназначен двигатель. Значение n_{хх max} составляет обычно 1,03 от n_ном для ДВС, работающих в составе генераторных установок по выработке электроэнергии, для прочих ДВС – 1,08…1,1 от n_ном. Данная величина устанавливается с целью предотвращения избыточного повышения частоты вращения коленчатого вала, которая обеспечивает требуемые характеристики двигателя и объекта в целом. На данном режиме расход топлива обеспечивает только преодоление сил внутреннего сопротивления; эффективная мощность при этом равна нулю.

Минимально устойчивые обороты холостого хода n_{хх min}. Значение n_{хх min} составляет обычно 800±50 об/мин для дизелей и 1100±50 об/мин для двигателей с принудительным воспламенением. На этом режиме расход топлива обеспечивает только преодоление сил внутреннего сопротивления; эффективная мощность при этом равна нулю.

Пусковые обороты коленчатого вала n_п – минимальная частота вращения коленчатого вала, при которой в цилиндре двигателя обеспечивается температура воздушного заряда или рабочей смеси, достаточные для самовоспламенения или воспламенения смеси. Значение n_п составляет обычно 200±50 об/мин для дизелей и 60±20 об/мин для двигателей с принудительным воспламенением.

Значения N_{e ном} и М_{к max}, а также соответствующие им значения скоростных режимов определяются производителями объектов, на которые двигатели устанавливаются: транспортных средств, тракторов, самоходной сельскохозяйственной техники, железнодорожных локомотивов, речных и морских судов, воздушных судов, генераторов, воздушных компрессоров, насосных станций и т. п. В связи с этим одна и та же модель двигателя может иметь различные уровни форсирования по скоростному режиму и среднему эффективному давлению, что определяет такие удельные показатели, как литровая (кВт/л), поршневая (кВт/см²), цилиндровая (кВт/цил.), удельная (кВт /кг) мощности двигателя и т. п.

Основными параметрами, характеризующими уровень форсирования двигателя, являются номинальная и эксплуатационная мощности, а также соответствующие значения максимального крутящего момента. Однако их значения зависят от внешних условий, при которых производилось определение: атмосферного давления, окружающей температуры и относительной влажности окружающего воздуха. Поэтому для обеспечения единства измерений значения вышеуказанных параметров двигателей приводятся к строго оговоренным (в стандартах на испытания двигателей) значениям, т. е. к стандартным значениям окружающей среды. При этом в разных стандартах значения трех основных параметров окружающей среды различны: барометрическое давление – от 736 до 760 мм рт. ст. (т. е. от 98,1 до 101,3 кПа), окружающая температура – от 20 до 29,4 ^оС (293…302,9 К), относительная влажность – от 40 до 60 %. Также различны и методики приведения измеренных значений к стандартным условиям.

Значения номинальной и эксплуатационной мощностей, а также максимального крутящего момента определяются при стандартных атмосферных условиях.

Стандартные атмосферные условия следует отличать от нормальных атмосферных условий, соответствующих температуре окружающего воздуха 0 ^оС (273 К) и атмосферному давлению 760 мм рт. ст. (1,0332 кг/см²). Уровень относительной влажности для нормальных условий не оговаривается.

Кроме вышеперечисленных номинальной и эксплуатационной мощностей [1] аналогичными параметрами являются соответственно мощности брутто и нетто [2]. В международной практике применяется понятие “полезной мощности”, или “мощности gross” [3], которая близка по значению к номинальной мощности. Существуют также понятия длительной мощности, мощности перегрузки, мощности на упоре рейки топливного насоса, тормозные мощности с зависимым существенным и несущественным оборудованием и др.

В связи с чем уровень суммарных потерь мощности, получаемой в цилиндре двигателя (индикаторной), доводимой до потребителя, может превысить 30 % (рис. 1.4).


Рисунок 1.4 - Потери мощности:

Pi – силы, действующие в цилиндре ДВС и кривошипно-шатунном механизме; Ni (а); Ne ном, Ne э (б) и Ne вом (в) – мощности индикаторная, эффективные номинальная, эксплуатационная и на выходе с вала отбора мощности (ВОМ) трактора
Сравнение численных значений удельного расхода топлива (т. е. уровня экономичности) различных двигателей должно производиться для идентичных значений мощностей, полученных при одинаковых условиях.

Если значения частоты вращения коленчатого вала и нагрузки не изменяются в пределах допустимого уровня отклонения в течение процесса измерения, то в этом случае режим называется установившимся. В реальных условиях оба этих параметра могут изменяться в достаточно широких пределах в течение небольшого промежутка времени. В этом случае режим называется неустановившимся, или переходным. Характерными примерами переходных режимов являются режим свободного ускорения и режим наброса нагрузки (рис. 1.5).


Рисунок 1.5 - Неустановившиеся (переходные) режимы:

а – свободного ускорения и б – наброса нагрузки

А – перемещение устройства, изменяющего подачу топлива (или топливовоздушной смеси), Б – изменение частоты вращения коленчатого вала двигателя

В первом случае происходит изменение частоты вращения коленчатого вала от минимально устойчивых оборотов холостого хода до максимальных оборотов холостого хода при постоянстве нагрузки, причем в данном случае нагрузка нулевая (эффективная мощность равна нулю, но индикаторная не равна нулю, поскольку внутренние сопротивления в двигателе не исчезают). При реализации режима наброса нагрузкиобеспечивается увеличение момента сопротивления при поддержании постоянства скоростного режима.