Содержание к диссертации
ВВЕДЕНИЕ... 5
I. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ 10
I.l. Машины с дизельным приводом « источник: загрязнения! атмосферы горных выработок, оксидами азота 10
1 2. Образование, оксидов азота в процессе сгорания: топлива, в дизельном двигателе 15
1.3. Анализ факторов, влияющих на. концентрацию оксидов азота в отработавших газах дизельных двигателей, и пути их снижения в подземных условиях 19
1.4. Существующие способы снижения; концентрации оксидов азота, в отработавших газах дизельных двигателей., работающих в горных выработках 24
I.5 Цель и задачи исследования! 39
2.; ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ СПОСОБОВ СНЖЕНИЯ К0№ ЦЕНТРАЦИИ ОКСИДОВ АЗОТА В ОТРАБОТАВШИХ ГАЗАХ ДИЗЕЛЬНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ, ЭКСПЛУАТИРУЮЩИХСЯ В ГОРНЫХ ВЫРАБОТКАХ 42
2.1. Цель и задачи экспериментальных исследований 42
2.2. Методика проведения! экспериментальных исследований,. 42
2.3. Экспериментальная, установка для проведения: исследований, сокращения; выбросов оксидов азота в рудничную атмосферу .г 45
2.4. Оценка погрешности измеряемых показателей и достоверности полученных результатов 52
2.5. Исследование; способов снижение выбросов оксидов азота в рудничную атмосферу с отработавшими газами, дизельного двигателя 63
2.6. Выводы 89
3. АНАЛИТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ СНЖЕНИЯ ВЫБРОСОВ ОКСИДОВ АЗОТА, ПОСТУПАЮЩИХ В РУДНИЧНУЮ АТМОСФЕРУ ПРИ РАБОТЕ ДИЗЕЛЬНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ
Стр. 3.1. Основные предпосылки аналитических исследований 94
3.2. Определение, коэффициента избытка воздуха при перепуске; части отработавших газов и добавка воды к. всасываемому заряду дизельного двигателя, эксплуатирующегося- в горных выработках 96
3.3. Определение: состава продуктов сгорания;, поступающих в рудничную атмосферу при работе.: двигателя- с перепуском части отработавших газов и добавкой, воды, 100
3.4. Аналитические исследования, по определению степени
перепуска; (./° ) 103
3.5. Определение; предельных значений, степени перепуска ( ЛР ) Ш
3.6. Определение аналитической связи между уменьшением концентрации оксидов азота и параметрами 114
3.7. Достоверность полученного уравнения1 120
3.8. Необходимость оптимизации способов снижения концентрации оксидов азота у горного оборудования: с дизельным приводом 124
3 9. Выводы 125
4. ОПТИМИЗАЦИЯ СПОСОБОВ СНИЖЕНИЯ КОНЦЕНТРАЦИИ ОКСИДОВ АЗОТА ДО УСТАНОВЛЕННОЙ НОРМЫ - 127
4.1. Аналитические, исследования: по определению мощности и расхода топлива дизельного двигателя, работающего в горных выработках 127
4.2. Выбор оптимального способа снижения концентрации оксидов азота до безопасного уровня; 139
4.3. Пример выбора, оптимальных параметров способа снижения концентрации Л/0 до установленной, нормы 144
4.4. В ы в о д ы 147
5.: ПРАКТИЧЕСКАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ.РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ 149
5.1. Выбор способа снижения: концентрации оксидов азота, до установленной нормы для: трактора МТ3 80, эксплуатирующегося; в горных выработках 149
5.2. Расчет устройства, снижения; концентрации оксидов азота, трактора. МТЗ выполняющего вспомогательные горше работы 151
5.3. Стендовые; испытания; устройства снижения, выбросов оксидов азота, в рудничную атмосферу 160
5.4. Шахтные, испытания; снижения: концентрации оксидов азота до установленной нормы 168
5І5. Расчет экономической эффективности разработанного способа снижения; концентрации оксидов азота 173
5.6. Выводы 177
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 179
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 181
ПРИЛОЖЕНИЯ
Введение к работе
На ХХП съезде КПСС отмечено, что "Главный фактор экономического роста - повышение производительности труда. Планируемый, прирост производительности труда в промышленности должен составлять 23-25 % ... .Во всех отраслях необходимо создать условит для высокопроизводительного труда, всемерно ускорять комплексную механизацию и автоматизацию ... . Поворот к эффективности органически связан: с работой по совершенствованию производства на базе современной науки и техники" / I /.
Высокими темпами предусмотрено развитие, горнодобывающей, промышленности. Так, производство минеральных удобрений должно составить в 1985 году 150...155 млн.т, причем, их прирост составит 44...49 %. Одним из путей повышения производительности труда в горнодобывающей промышленности является: осуществление; разработки месторождений полезных ископаемых с применением самоходного горного оборудования. Применение самоходного горного оборудования с дизельным приводом в подземных рудниках значительно повышает производительность труда и при проведении таких вспомогательных работ, как: перевозка технических и горюче-смазочных материалов, ремонтно-такелажных работ, строительство и ремонт подземных дорог, осмотр и ремонт кровли, перевозка людей и др. Однако преимущества, достигнутые при применении самоходных горных машин; и механизмов с дизельным приводом в подземных условиях, могут быть достигнуты только при условии обеспечения безопасных условий их эксплуатации. Как показала практика, одним из самых сложных вопросов, связанных с использованием дизельных двигателей в подземных условиях, является исключение вредного влияния отработавших газов на людей, работающих в горных выработках. В связи с этим Госгортехнадзор СССР установил предельно-допустимые концентрации токсических веществ в отработавших газах, поступающих в руднич-ную атмосферу, необходимое, количество вентиляционного воздуха, подаваемого в горные выработки, где, эксплуатируются горные; машины и механизмы с дизельным приводом, а также, средства газоочистки., обязательные к установке, на машины и механизмы с дизельным приводом (каталитический, и жидкостный, газоочистители) / 2 /.
Только при соблюдении, всех указанных требований, обеспечивав ется; безопасная эксплуатация: машин и механизмов с. дизельным, при водом в горных выработках» Чистоте: окружающей атмосферы з нашей, стране, уделяется особое внимание.. Верховным Советом СССР принят, закон "Об охране атмосферного воздуха", который введені в действие с; 1981 года. "...Советское государство придает большое значение; сохранению благоприятного состояния; атмосферного воздуха, его восстановлению и улучшению для обеспечения; наилучших условий жиз ни советских людей их труда, отдыха и охраны здоровья:, дальнейшего развития материального производства... «Не допускается; производство и эксплуатация транспортных и иных передвижных оредств и установок, в Еыбросах которых содержание; загрязняющих веществ превышает установленные нормативы", • сформулировано в законе / 3 /.
Наиболее широкое, применение для. подземных машин и механизмов с дизельным приводом нашли следующие способы снижения: токсич. ности отработавших газов: окисление продуктов неполного сгорания: топлива до углекислого газа и воды в каталитическом газоочистителе, улавливание, мелкодисперсной, дизельной сажи в жидкостном газоочистителе и регулировка дизельного двигателя путем изменения: угла опережения: впрыска топлива на минимальные концентрации оксидов азота. Существующие способы обезвреживания отработавших газов не на всех режимах обеспечивают концентрацию оксидов азота, доля. которых в суммарной токсичности составляет 90 % и более, в пределах установленшэй нормы / 2 /. Это в основном режимы работы, соответствующие максимальному крутящему моменту и номинальной мощности дизельного двигателя. Проблема снижения концентрации ок сидов азота усугубилась и тем, что в последние годы подземные машины и механизмы оснащаются более экономичными и форсированными дизельными двигателями с неразделенной камерой сгорания и непосредственным впрыском топлива, в отработавших газах которых концентрация оксидов азота превышает в 2...3 раза установленную нор » му / 2 /.
В связи с этим очень остро стоит проблема снижения концентрации оксидов азота, поступающих в атмосферу горных выработок., для обеспечения безопасного ведения горных работ. Наиболее перспективными способами снижения концентрации оксидов азота для подземного горного оборудования с дизельным приводом являются: перепуск части отработавших газов на всасывание; охлаждение;: перепускаемых газов; увлажнение всасываемого заряда и уменьшение угла опережения впрыска топлива. Однако широкое применение эти способы в подземных условиях не нашли из-за недостаточной теоретик ческой изученности их воздействия на концентрацию оксидов азота, особенно при их комплексном применении, что,в свою очередь/не позволяет обосновать требования к, устройствам, снижающим концентрацию оксидов азота в отработавших газах. Как следствие выше; сказанного, можно отметить отсутствие таких устройств при подземной эксплуатации на дизельных машинах и механизмах.
3 настоящей работе приводятся результаты экспериментальных и теоретических исследований, позволяющие прогнозировать снижение концентрации оксидов азота в отработавших газах дизельного двигателя при применении перепуска части отработавших газов, охлаждения перепускаемых газов и добавки воды в двигатель. Доказано, что путем совместного применения, перепуска части отработавших газов, их охлаждения, добавки воды к всасываемому заряду и уменьшения угла опережения впрыска топлива удается обеспечить концентрацию оксидов азота в пределах нормы, установленной Госгортехнадзо-ром СССР для всех возможных режимов работы дизельного двигателя. с непосредственным впрыском топлива. При этом обосновано совместное применение, указанных способов по факторам топливной экономичности и мощности двигателя.
Для практической реализации результатов аналитических и экспериментальных исследований разработана методика по расчетному определению параметров способа снижения, концентрации оксидов азота в отработавших газах подземных машин с дизельным приводом до установленной Госгортехнадзором СССР нормы. Предложено и обосновано конструктивное решение устройства, реализующего результаты аналитических исследований, на примере, конкретного дизельного • двигателя, с неразделенной камерой сгорания, широко применяемого в подземных рудниках.
Стендовые и промышленные испытания опытного образца устройства в подземных условиях калийных рудников полностью подтвердили эффективность предложенного способа уменьшения: концентрации оксидов азота до установленной нормы.
Полученные результаты позволяют-обоснованно подойти к выбору способа снижения концентрации оксидов азота для подземного горного оборудования с дизельным приводом различного назначения.
На защиту выносятся следующие основные положения:
- для машин и механизмов с дизельным приводом, эксплуатируемых в горных выработках, концентрация оксидов азота в отработавших газах может быть уменьшена: перепуском части отработавших газов на всасывание дизельного двигателя:, охлаждением перепускаемых газов, добавкой воды к всасываемому заряду и регулировкой угла опережения впрыска топлива в сторону его уменьшения;;
- установленная норма по концентрации оксидов азота, в отработавших газах дизельного двигателя, с непосредственным впрыском топлива может быть обеспечена только при комплексном применении вышеперечисленных способов;
- на основании аналитических и экспериментальных исследований, установлены оптимальные сочетания указанных выше способов, которые обеспечивают установленную норму по концентрации оксидов азота, при минимальных уменьшениях мощности и топливной экономичности у машин, и механизмов с дизельным приводом, эксплуатирующихся в горных выработках.
Работа выполнена на кафедре "Рудничная аэрология; и охрана труда" Карагандинского ордена Трудового Красного Знамени политехнического института и на подземных рудниках производственного объединения "Белорускалий" имени 50-летия СССР.
