close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

код для вставкиСкачать
ДИПЛОМНАЯ РАБОТА
Тема: Экология автомобильного транспорта
Содержание
ВВЕДЕНИЕ
. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ПРОЕКТА
. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ДИПЛОМНОГО ПРОЕКТА
.1
ХАРАКТЕРИСТИКА
ВРЕДНЫХ
ВЫБРОСОВ
АВТОМОБИЛЬНОГО
ТРАНСПОРТА
.2 ХАРАКТЕРИСТИКА АТМОСФЕРНОГО ВОЗДУХА И ДЕЙСТВИЕ НА
НЕГО РАБОТЫ АВТОМОБИЛЬНОГО ТРАНСПОРТА.
2.3 ПОСЛЕДСТВИЯ ЗАГРЯЗНЕНИЯ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ.
2.4 НОРМИРОВАНИЕ ПРЕДЕЛЬНО ДОПУСТИМЫХ ВЫБРОСОВ НА
ТРАНСПОРТЕ
2.5 НОРМИРОВАНИЕ ЭКОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ТРАНСПОРТНЫХ
СРЕДСТВ.
.6 СИСТЕМА ЭКОЛОГИЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ
.7 ЭКОЛОГИЧЕСКИЙ МОНИТОРИНГ В ТДК
.8 ВИДЫ НАБЛЮДЕНИЙ ЗА ЭКОЛОГИЧЕСКИМ СОСТОЯНИЕМ КРУПНЫХ
ГОРОДОВ И НАСЕЛЕННЫХ ПУНКТОВ, РАСПОЛОЖЕННЫХ ВДОЛЬ
МАГИСТРАЛЬНЫХ ДОРОГ.
.9 МЕТОДЫ И ПРИБОРЫ ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЗАГРЯЗНЕННОСТИ
ВОЗДУХА ПРОИЗВОДСТВЕННОЙ ПЫЛЬЮ И ВЫХЛОПНЫМИ ГАЗАМИ
.10 ПРИБОР ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЗАПЫЛЕННОСТИ ВОЗДУХА
.11 МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ РАСХОДА И СКОРОСТИ ГАЗА (ВОЗДУХА)
3. ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКАЯ ЧАСТЬ
.1 АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ АТМОСФЕРНОГО ВОЗДУХА Г.АКТОБЕ
.2 ВЛИЯНИЕ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ДВИГАТЕЛЯ И РЕЖИМА
РАБОТЫ АВТОМОБИЛЯ НА ТОКСИЧНОСТЬ ОТРАБОТАВШИХ ГАЗОВ
. ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ
4.1
ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ
МЕРОПРИЯТИЯ
ПО
ПОВЫШЕНИЮ
ЭКОЛОГИЧНОСТИ АВТОТРАНСПОРТНЫХ СРЕДСТВ
4.2 АЛЬТЕРНАТИВНЫЕ ВИДЫ ТОПЛИВА
. КОНСТРУКТОРСКАЯ ЧАСТЬ
.1. КОНСТРУКТИВНЫЕ УСОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ ДВИГАТЕЛЕЙ
.2 ПРИМЕНЕНИЕ ПЕРСПЕКТИВНЫХ ТРАНСПОРТНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ
. ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ
.1
ЭКОНОМИЧЕСКИЕ
ПОКАЗАТЕЛИ
ПРИМЕНЕНИЯ
ГАЗОВОГО
ТРАНСПОРТА
.2 ЭКОНОМИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ОЦЕНКИ ЗДОРОВЬЯ ГРАЖДАН
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
ПРИЛОЖЕНИЯ
Введение
В настоящее время, несмотря на поразительные достижения науки и
техники, применяемые технологии еще далеки от «безотходных» природных
процессов, в которых вещество и энергия лишь переходят из одной формы в
другую и каждая из них находит свое место в экологических системах.
Энергетика,
промышленность,
транспорт
создают
огромное
количество
выбросов и вещественных отходов. Повсеместно стало ощущаться их
губительное
воздействие
Промышленность,
на
транспорт
здоровье
и
людей,
растения,
агропромышленные
животных.
комплексы
стали
превращать экономически процветающие густо населенные районы в места
опасные для жизни. Бесконтрольный рост производства и потребления ускоряет
процесс ухудшения качества среды обитания, ставит под угрозу само
существование человечества на Земле.
Экологическая напряженность, вызванная деятельностью транспортнодорожного комплекса, продолжает повышаться во всем мире. Такая ситуация
обусловлена, в частности, недостаточным вниманием к экологическим аспектам
проектирования, строительства и эксплуатации автомобильных дорог и
производственных предприятий транспорта и дорожного хозяйства. Тем не
менее дорожная отрасль не значится среди наиболее загрязняющих природу
отраслей экономики.
В
Казахстане на
загрязнения
атмосферы
оказывают
воздействие
промышленные предприятия, а в крупных городах, в частности в Актобе,
существенную
роль
играет
автомобильный
транспорт.
На
загородных
автомобильных дорогах доля автомобильного транспорта в загрязнении
атмосферы достигает 60-70% .
В системе транспортно-дорожного комплекса главным источником
транспортного загрязнения является автомобиль. Загрязнение придорожной
территории
отработавшими
газами,
шумом,
пылевидными
частицами,
аэрозолями, содержащими различные токсичные вещества, выживает наиболее
острый, опасный для человека вид экологического воздействия, который влияет
на его здоровье. Поэтому в составе общей проблемы экологической
безопасности дорожно-транспортного комплекса сокращение транспортного
загрязнения среды обитания человека обоснованно занимает первое место.
Для реального повышения экологической безопасности транспортнодорожного комплекса недостаточно разработать научную базу и обосновать
технические требования. Необходимо овладеть правилами экологически
безопасного поведения исполнителями и руководителями всех уровней страны.
Бытующее у нас порой выражение - дорога загрязняет окружающую среду
- принципиально неверно. Дорога должна защищать окружающую среду от
воздействий автотранспортных средств. Ограничение воздействий самой дороги
и входящих в ее комплекс сооружений на окружающую среду пределами, за
которыми могут возникнуть необратимые отрицательные последствия, - задача
второго направления экологической безопасности. Следует заметить, что это
направление
отличается
наибольшей
спецификой,
поскольку
общие
исследования техногенных воздействий на природные системы выполняются
применительно к точечным или площадным объектам и не учитывают
последствий разделения территорий. Третье направление охватывает большое
число разнообразных задач по ограничению опасных воздействий на среду в
процессе строительства, а также при выполнении работ по ремонту и
содержанию. Их решение связано с техническим уровнем, общей культурой и
соблюдением правил экологической безопасности производства. В этой сфере
действует ряд общестроительных документов и стандартов, разрабатываются и
дорожные
нормативы.
К
данному
направлению
примыкают
и
задач
экологической безопасности производства дорожно-строительных материалов.
Человеческому обществу присуща способность к развитию. Остановить
технический прогресс невозможно. Задача заключается в том, чтобы сделать это
развитие устойчивым, устранить угрозу катастрофического экологического
кризиса. Стремление к безоглядному «росту» пора заменить целью «развитие», вкладывая в это переход от количества к качеству.
Транспорт и автомобильные дороги с их инфраструктурным комплексом
оказывают на окружающую среду и отдельные экосистемы как положительное,
так и отрицательное влияние. С одной стороны, нарушаются принципы
функционирования
экосистем,
они
могут
деградировать
и
потерять
устойчивость, но с другой - транспорт обеспечивает движение материальных
потоков, обеспечивает комфортабельные условия жизнедеятельности людей.
Транспортные средства являются источником повышенной опасности для
здоровья и жизни людей из-за возможного вовлечения в дорожно-транспортные
происшествия (ДТП), загрязнения окружающей среды вредными выбросами,
транспортного дискомфорта, потребления природных ресурсов, но вместе с тем
несут положительные социально-экономические эффекты.
Нарушение экологического баланса окружающей среды приводит к
крайне негативным последствиям. Современным обществом в производство и
потребление вовлекается такое количество вещества и энергии, которое в сотни
раз превосходит биологические потребности человека, что и является основной
причиной современного экологического кризиса (высокий уровень и быстрое
нарастание антропогенной нагрузки на окружающую природную среду).
Сегодня
использованием
производственная
разнообразных
деятельность
природных
человечества
ресурсов,
связана
с
охватывающих
большинство химических элементов. Усиление техногенного воздействия на
природную среду породило ряд экологических проблем. Самые острые связаны
с состоянием атмосферы, гидросферы и литосферы.
Некоторые «изменения», такие как загрязнение воздуха или воды, могут
непосредственно влиять на здоровье и жизнедеятельность организма. Другие
чреваты косвенными эффектами, например, выбросы углекислого газа
сказываются на климате, что в свою очередь отражается на производстве
продуктов питания.
В результате накопления различных загрязнений в атмосфере, в первую
очередь
фреонов,
происходит
разрушение
озонового
слоя,
который
предохраняет земную поверхность от солнечной радиации. Загрязнения,
поступающие в атмосферу, с осадками возвращаются на Землю и попадают в
водоемы и почву. Сточными водами предприятий промышленности и
агропромышленного комплекса загрязняются реки, озера и моря. Считается, что
в водоемы попадает огромное количество различных веществ. Тяжелые
металлы - свинец, ртуть, цинк, медь, кадмий, попавшие в водоем, активно
поглощаются животными и рыбами, которые или сами погибают, или
отравляют людей, использующих их в пищу.
В настоящее время уменьшение загрязнения атмосферного воздуха
токсичными веществами, выделяемыми промышленными предприятиями и
автомобильными транспортом, является одной из важнейших проблем, стоящих
перед человечеством. Загрязнение воздуха оказывает вредное воздействие на
человека
и
окружающую
среду.
Материальный
ущерб,
вызываемый
загрязнением воздуха, трудно оценить, однако даже по неполным данным он
достаточно велик. Автомобиль не роскошь, а средство передвижения. Без
автомобиля в настоящее время немыслимо существование человечества. При
интенсивной урбанизации и росте мегаполисов автомобильный транспорт стал
самым неблагоприятным экологическим фактором в охране здоровья человека и
природной среды в городе. Таким образом, автомобиль становится конкурентом
человека за жизненное пространство.
За последние десятилетия человечество окончательно убедилось, что
первым виновником загрязнения атмосферного воздуха - одного из основных
источников жизни на нашей планете, является детище научно-технического
прогресса - автомобиль. Автомобиль, поглощая столь необходимый для
протекания жизни кислород, вместе с тем интенсивно загрязняет воздушную
среду токсичными компонентами, наносящими ощутимый вред всему живому и
неживому.
Актуальность избранной для дипломного проекта темы, заключается в
том, что уменьшение вредного воздействия автотранспортного комплекса на
окружающую среду является одной из важнейших проблем, стоящих перед
человечеством. Загрязнение атмосферы оказывает вредное воздействие на
человека и окружающую среду.
Целью дипломного проекта является полномерное исследование влияния
автомобильного транспорта на состояние окружающей среды и здоровье
человека, поиск путей решения проблем возникших перед человечеством в
связи с использованием автомобилей.
Задачами
воздействия
дипломного
продуктов
проекта
деятельности
являются
раскрытие
автомобильного
механизма
транспорта
на
окружающую среду, рассмотрение современной экологической ситуации,
изучение перспектив развития экологически безопасного транспорта.
Структура дипломного проекта состоит из введения, пяти частей,
заключения, списка использованной литературы и приложений.
1. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ПРОЕКТА
Человек воздействует на естественную среду своего обитания не только
потребляя ее ресурсы, но и изменяя природную среду, приспосабливая ее для
решения своих практических, хозяйственных задач. В силу этого человеческая
деятельность оказывает существенное влияние на окружающую среду,
подвергая ее изменениям, которые затем влияют и на самого человека.
Немалый вклад в загрязнение и неблагоприятное изменение окружающей
среды вносит транспортно-дорожный комплекс (ТДК), который выбрасывает в
атмосферу огромное количество загрязняющих отходов, что оказывает
губительное воздействие на здоровье людей, растения и животных. Загрязнение
природной территории отработанными газами, пылевидными частицами,
аэрозолями,
содержащими
глобальные
последствия
различные
в
токсичные
виде
вещества,
вызывают
«парниково-образующих»
и
«озонообразующих» газов. На долю транспортного загрязнения среды
приходится более половины техногенного загрязнения атмосферы такими
токсичными веществами как окись углерода, окислы азота, углеводороды,
концентрации которых в последнее время вблизи крупных городов и дорог
возросли в несколько раз. Их увеличение в значительной степени зависит от
транспортно-эксплуатационного состояния автомобильных дорог и инженерных
сооружений.
По мере роста темпов автомобилизации человечество столкнулось с
проблемами охраны окружающей среды. Автотранспорт потребляет большое
количество природных ресурсов, и выделяет большое количество вредных
веществ. Особое значение имеет воздействие автотранспорта на атмосферный
воздух, поскольку основным источником загрязнения окружающей среды в
автотранспорте являются отработавшие газы.
Ежедневно на одного жителя Земли приходится свыше 20т отходов.
Основными объектами загрязнения являются атмосферный воздух, водоемы и
почва. Ежедневно в атмосферу выбрасываются несколько тысяч тонн угарного
газа, окислов азота, серы и других вредных веществ. И только 10% этого
количества поглощается растениями. Окись серы (сернистый газ) - основной
загрязнитель, источником которого являются тепловые электростанции,
котельные, металлургические заводы и транспорт.
Жизнь на земле невозможна без атмосферного воздуха. Особую ценность
в нем представляет кислород. Он является продуктом жизнедеятельности
зеленых растений. Растения, потребляя и разлагая воду и углекислоту, при
фотосинтезе выделяют кислород. Все же остальные живые существа - только
потребители кислорода. Углекислый газ поступает в атмосферу в результате
дыхания
живых
существ,
сжигания
топлива,
гниения
и
разложения
органических веществ.
Атмосферный воздух является источником кислорода для дыхания и
углекислоты для фотосинтеза, защищает живые существа от вредных
космических излучений, способствует сохранению тепла и регулирует климат.
В воздух выбрасывается большое количество углекислоты, различных
промышленных газов и пыли, наносящих огромный ущерб всей природной
среде и людям.
Для жизнедеятельности человека воздух является главным продуктом
потребления. Но нормальная жизнедеятельность людей требует не только
наличия воздуха, но и его чистоту. Любое отклонение от нормы и,
следовательно, загрязнение воздуха неблагоприятно влияет на здоровье людей.
Структура заболеваний населения, по свидетельству медиков, резко
изменилась в наш автомобильный век. Если до второй мировой войны одними
из главных причин смерти в экономически развитых странах мира были
инфекционные заболевания, то теперь возникли «автомобильные» болезни аллергические, эндокринные, токсические.
Число их увеличивается в связи с распространением в воздухе
химических веществ, которых раньше не было в окружении человека.
Автомобиль влияет и на распространение бронхиальной астмы, рака легких,
заболеваний глаз, нервных расстройств и т.д.
Автомобильный транспорт относится к основному источнику загрязнения
окружающей среды. В крупных городах на долю транспортных средств
приходится более 50% объема вредных выбросов в атмосферу. Несоответствие
транспортных средств экологическим требованиям при продолжающемся
увеличении транспортных потоков и плохих дорожных условиях приводит к
постоянному возрастанию загрязнения воздуха оксидами азота и углерода,
углеводородами и другими вредными веществами.
Для многих городов характерны превышение концентрации оксида
углерода над предельно допустимой нормой в 20-30 раз. Поступающий в
атмосферу оксид азота сохраняется в ней в течение 3-4 дней. В результате
фотохимических реакций на солнечном свету оксид азота образует диоксид
азота, который вместе с углеводородом является причиной образования смогов.
Продолжительность существования СО в атмосфере - 4 года. Возрастание
концентрации оксида углерода опасно возникновением парникового эффекта,
который приводит к возрастанию температуры воздуха у поверхности земли.
Продолжительность существования сернистого газа в атмосфере доходит
до 10 часов. Выбросы SO2 являются причиной выпадения сернокислых осадков,
способствующих закислению почвы и воды. Содержание углекислого газа в
воздухе не нормируется.
Известно, что для пробега нескольких сот километров автомобиль
заглатывает кислорода столько же, сколько требуется человеку для дыхания в
течение целого года. А выхлопные трубы выбрасывают на уровне земли крайне
вредные для здоровья вещества.
Угарному газу отведено второе место в перечне десяти главных
загрязнителей окружающей среды, составленной специалистами ООН.
В выхлопных газах дизельного грузовика меньше угарного газа, но он
«компенсирует» это канцерогенными веществами и окислами азота, которые в
вышеназванном перечне стоят на четвертом месте.
В среднем легковой автомобиль при годовом пробеге 15тыс.км.
«вдыхает» 4350 килограммов кислорода, а «выдыхает» 3250 килограмма
углекислого газа, около 530 килограммов угарного газа, 93 килограмма
углеводорода и 27 килограммов окислов азота. Помноженное на миллионы
машин, это «дыхание» становится не просто вредным, а губительным - оно
пагубно влияет на окружающую среду, угрожает здоровью людей.
Вышеприведенные данные подтверждают актуальность избранной для
дипломного
проекта
темы
и
обосновывают
необходимость
принятия
необходимых мероприятий в области экологии.
Основными причинами сложной экологической обстановки в городах,
связанными с эксплуатацией транспорта, являются:
отсутствие надлежащего контроля на предприятиях за соблюдением
нормативов
государственных
стандартов
на
токсичность
и
дымность
отработавших газов транспортных средств;
- слабый контроль за качеством реализуемого моторного топлива;
- недостаточное внимание, уделяемое переводу автотранспорта на
менее токсичные виды топлива;
- въезд на территорию городов большегрузного транспорта;
- недостаточная разработанность законодательной базы, регулирующей
деятельность по охране окружающей среды.
2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ДИПЛОМНОГО ПРОЕКТА
2.1
ХАРАКТЕРИСТИКА
ВРЕДНЫХ
ВЫБРОСОВ
АВТОМОБИЛЬНОГО ТРАНСПОРТА
Автомобильные двигатели внутреннего сгорания загрязняют атмосферу
вредными веществами, выбрасываемыми с отработавшими газами, картерными
газами и топливными испарениями. При этом 95-99% вредных выбросов
современных автомобильных двигателей приходится на отработавшие газы,
представляющие собой аэрозоль сложного, зависящего от режима работы
двигателя, состава. Атмосферный воздух является окислителем топлив. При
идеальном сгорании стехиометрической смеси углеводородного топлива с
воздухом в продуктах сгорания должны присутствовать лишь N2, CО2, H2O. В
реальных условиях отработавшие газы содержат также продукты неполного
сгорания (оксид углерода, углеводороды, альдегиды, твердые частицы углерода,
перекисные
соединения
и
водород),
продукты
термических
реакций
взаимодействия азота с кислородом (оксиды азота), неорганические соединения
тех или иных веществ, присутствующих в топливе (сернистый ангидрид,
соединения свинца и т.д.).
Всего в отработавших газах обнаружено около 280 компонентов, которые
можно подразделить на несколько групп. Группа нетоксичных веществ - азот,
кислород, водород, водяной пар, углекислый газ. Группа токсичных веществ оксид углерода СО, оксиды азота NOx, углеводороды CnHm (парафины,
олефины, ароматики и др.), альдегиды Rx*CHO, сажа. При сгорании сернистых
топлив образуются неорганические газы - сернистый ангидрид SCh и
сероводород H2S. В отдельную группу можно отнести канцерогенные
полициклические ароматические углеводороды (ПАУ), наиболее активный из
которых бенз(а)пирен, являющийся индикатором присутствия канцерогенов в
отработавших газах. В случае применения этилированных бензинов образуются
токсичные соединения свинца.
Таблица 1.
Состав отработавших газов автомобильных двигателей
Состав отработавших газов
N2
02
Н2О
СО2
Pb
СО
NOx
СхНу
RxCHO (альдегид)
S02
Сажа
Содержание в общем объеме, %
Бензин
Дизель
71-74
76-78
0,2-2,0
2,0-18,0
3,0-9,0
0,5-4,0
5,0-9,0
1,0-10,0
1,0-2,0
0,6-1,2
0,1-3,0
0,01-0,5
0,05-0,1
0,001-0,4
0,02-0,03
0,009-0,5
0,0-0,002
0,01-0,09
0,0-0,002
0,0-0,03
0,04
0,01-1,1
Примечание
Не токсично
Не токсично
Не токсично
Не токсично
Не токсично
Токсично
Токсично
Токсично
Токсично
Токсично
Токсично
Необходимо отметить, что в настоящее время основным источником
загрязнения воздуха являются бензиновые двигатели. Тем не менее снижение
токсичности дизелей также является актуальной задачей.
Состав
отработавших
газов
двух
типов
двигателей
существенно
различается прежде всего по концентрации продуктов неполного сгорания
(оксид углерода, углеводороды, сажа).
Основными токсичными компонентами отработавших газов бензиновых
двигателей следует считать СО, CnHm, NOx и соединения свинца, дизелей NOx, сажу.
Таблица 2.
Содержание вредных веществ в отработавших газах (в %) на
характерных режимах работы автомобилей:
Компоненты
отработавших газов
Режим работы
Холостой ход
Оксид углерода
Углеводороды
Оксиды азота
0,5-8,5
0,03-0,12
0,005-0,01
Постоянная скорость Ускорение от 0 до
40 км/час
0,3-3,5
2,5-5,0
0,02-0,6
0,12-0,17
0,1-0,2
0,12-0,19
Замедление от 40 до
Окм/час
1,8-4,5
0,23-0,44
0,003-0,005
Таблица 3.
Источники образования вредных токсичных веществ
Тип двигателя
Компоненты
Карбюраторный
Дизельный
Карбюраторный
Дизельный
Карбюраторный
Дизельный
СО
СО
СхНу
СхНу
NOx
NOx
Отработавшие газы,
%
95
98
55
90
98
98
Картерные газы,
%
5
2
5
2
2
2
Пары топлива
(испарение), %
0
0
40
8
0
0i
Пары топлива - испарение топлива из топливных баков, элементов
системы питания двигателей: стыков, шлангов и т.д. Состав - углеводороды
топлива различного состава.
Картерные газы - смесь газов, проникающих через неплотности
поршневых колец из камеры сгорания в картер, и паров масла, находящихся в
картере, а затем попадающих в окружающую среду.
Отработавшие газы (СО, СхНy, NOx, сажа и др.) - смесь газообразных
продуктов полного или неполного сгорания топлива, избыточного воздуха и
различных
микропримесей
(газообразных,
жидких
и
твердых
частиц,
поступающих из цилиндров двигателя в его выпускную системы).
Рассмотрим краткие характеристики основных токсичных компонентов:
Оксид углерода (СО) - прозрачный, не имеющий запаха газ, несколько
легче воздуха, практически нерастворим в воде. Поступая в организм с
вдыхаемым
воздухом,
СО
снижает
функцию
кислородного
питания,
выполняемую кровью, так как поглощаемость СО кровью в 240 раз выше
поглощаемости кислорода.
СО образуется на поверхности поршня и на стенке цилиндра, в котором
активизация не происходит вследствие интенсивного теплоотвода в стенки,
плохого распыления топлива и диссоциации СО2 на СО и О2 при высоких
температурах.
У карбюраторных двигателей при работе на малых нагрузках содержание
СО достигает 5-8% при работе на обогащенных смесях. Нормой токсичности
двигателя допускается 2% содержания СО при работе.
Оксиды азота (NOx) - самый токсичный газ из отработавших газов. В
отработавших газах двигателей 90-99% всего количества оксидов азота
составляет NO. Однако уже в системе выпуска и далее в атмосфере происходит
окисление N0 - NO2. NO2 - газ красновато-бурого цвета, в малых
концентрациях не имеет запаха, хорошо растворяется в воде с образованием
кислот.
NOx раздражающе действует на слизистые оболочки глаз, носа, остается в
легких в виде азотной и азотистых кислот, получаемых в результате их
взаимодействия с влагой верхних дыхательных путей.
Оксиды азота способствуют разрушению озонового слоя. Считается, что
токсичность NOx больше в 10 раз, чем СО. Норма NOx в воздухе -0,1мг/мЗ.
Выброс NOx с отработавшими газами зависит от температуры среды. Чем
больше нагрузка двигателя, тем выше температура в камере сгорания, и,
соответственно увеличивается выброс NOx.
Кроме того, температура в камере сгорания зависит от состава смеси.
Слишком обедненная или обогащенная смесь при сгорании выделяет меньшее
количество теплоты, процесс сгорания замедляется и сопровождается большими
потерями теплоты в системе, т.е. в таких условиях выделяется меньшее
количество
NOx,
а
выбросы
растут,
когда
состав
смеси
близок
к
стехиометрическому (1кг. топлива к 15кг. воздуха).
Углеводороды (СхНу) - этан, метан, бензол, ацетилен и др. (около 200
различных типов).
В дизельных двигателях СхНу образуется в камере сгорания из-за
гетерогенной смеси, т.е. пламя гаснет в очень богатой смеси, где не хватает
воздуха за счет неправильной турбулентности, низкой температуры, плохого
распыления.
Двигатель выбрасывает большое количество углеводородов, когда
работает в режиме холостого хода, за счет плохой турбулентности и
уменьшения скорости сгорания. СхНу действует раздражающе на органы
зрения, обоняния и очень вредны для окружающей среды. Углеводороды от
паров бензина также токсичны.
Углеводородные соединения. Наиболее активную роль в образовании
смога играют олефины. Вступая в реакции с оксидами азота под воздействием
солнечного облучения, они образуют озон и другие
Фотооксиданты
-
биологически
активные
вещества,
вызывающие
раздражение глаз, горла, носа у людей, нанося также ущерб флоре и фауне.
Дым - непрозрачный газ. Может быть белым, синим, черным. Цвет
зависит от состояния отработавших газов. Белый и синий дым - это смесь капли
топлива с микроскопическим количеством пара. Образуется из-за неполного
сгорания и последующей конденсации. Белый дым образуется, когда двигатель
находится в холодном состоянии, затем исчезает из-за нагрева. Наличие дыма
показывает, что температура недостаточна для полного сгорания топлива. Дым
также отрицательно влияет на организм человека, животных и растительность.
Черный дым состоит из сажи.
Сажа - бесформенное тело без кристаллической решетки. В отработавших
газах дизельных двигателей сажа состоит из неопределенных частиц размерами
0,3-100мкм.
Причина образования сажи заключается в том, что энергетические
условия в цилиндре дизельного двигателя оказываются достаточными, для того
чтобы молекула топлива разрушилась полностью. Более легкие атомы водорода
диффундируют в богатый кислородом слой, вступают с ним в реакцию и как бы
изолируют углеводородные атомы от контакта с кислородом.
Образование сажи зависит от температуры, давления в камере сгорания,
типа топлива, состава топливно-воздушной смеси.
Существуют другие факторы образования сажи - зоны обогащенной смеси
и зоны контакта топлива с холодной стенкой, а также неправильная
турбуленция смеси.
При вдыхании сажи ее частицы вызывают негативные изменения в
системе дыхательных органов человека. Если относительно крупные частицы
сажи размером 2-10мкм. легко выводятся из организма, то мелкие, размером
0,5-2мкм., задерживаются в легких, дыхательных путях, вызывают аллергию.
Как и любая аэрозоль, сажа загрязняет воздух, ухудшает видимость на дорогах,
но, самое главное, на саже адсорбируются ароматические углеводороды, в том
числе канцерогенный бенз(а)пирен, токсичные свойства которого хорошо
известны.
Норма сажи в отработавших газах составляет 0,8г/мЗ. Скорость сжигания
сажи зависит от размера частиц (при размере частиц меньше 0,01мкм сажа
сжигается полностью).
Оксиды свинца (РЬО) возникают в отработавших газах карбюраторных
двигателей, когда используется этилированный бензин для повышения
октанового числа и уменьшения детонации, т.е. быстрого, взрывного сгорания
отдельных участков рабочей смеси в цилиндрах двигателя со скоростью
распространения пламени до 3000м/с, сопровождающегося значительным
повышением давления газов. РЬО выбрасывается с отработавшими газами в
виде аэрозолей в соединении с бромом, фосфором, хромом. Аэрозоли попадая в
организм при дыхании, через кожу и с пищей, вызывают отравление,
приводящее к нарушению функций органов пищеварения, нервно-мышечных
систем, мозга. Свинец плохо выводится из организма и может накапливаться в
нем до опасных концентраций.
Сернистый ангидрид (SO2) - бесцветный, с острым запахом газ.
Раздражающее
действие
на
верхние
дыхательные
пути
объясняется
поглощением SO2 влажной поверхностью слизистых оболочек и образованием
в них кислот. Этот газ вызывает раздражение глаз, кашель, нарушает белковый
обмен и ферментативные процессы. SO2 и H2S также очень опасны для
растительности.
SO2 образуется во время работы двигателя из топлива, получаемого из
сернистой нефти.
Альдегиды (RxCHO). В отработавших газах присутствуют в основном
формальдегид и акролеин (СгНзСНО).
Формальдегид - бесцветный газ с резким и неприятным запахом,
раздражает глаза и верхние дыхательные пути, поражает центральную нервную
систему, печень, почки. Акролеин также обладает сильным раздражающим
действием.
Альдегиды образуются при сжигании топлива при низких температурах,
при обедненной смеси, из-за окисления тонкого слоя масла в стенке цилиндра.
Именно эти газы определяют запах отработавших газов.
2.2
ХАРАКТЕРИСТИКА
АТМОСФЕРНОГО
ВОЗДУХА
И
ДЕЙСТВИЕ НА НЕГО РАБОТЫ АВТОМОБИЛЬНОГО ТРАНСПОРТА
Атмосфера - это воздушная оболочка земного шара. Вертикальная
протяженность ее достигает примерно 20000км. Верхняя граница атмосферы
условна, следы воздуха обнаруживаются и на значительно большей высоте
(30000-35000км.). Около 95% всей массы атмосферы содержится в слое до
20000км., а приблизительно 50% в слое до 5км.
Атмосферный воздух - смесь различных газов. В его составе содержится
приблизительно 78,08% азота, 20,95% кислорода, 0,93% аргона, 0,03%
углекислого газа. На долю остальных газов (неон, гелий, метан, ксенон, радон и
др.) приходится примерно 0,01%.
Важнейшая задача экологии - определение путей, направлений и способов
защиты воздушной среды (атмосферы) от газопылевого загрязнения, шумов,
электромагнитного и радиоактивного излучений. Последние три воздействия
часто объединяют термином «физическое загрязнение».
Атмосфера играет роль защитной тепловой оболочки, предохраняющей
землю от резких перепадов температуры. Только для дыхания одному человеку
в сутки требуется около 20м3 воздуха. Без пищи человек может прожить пять
недель, без воды пять - дней, а без воздуха - пять минут. Кроме того,
подсчитано, что при отсутствии атмосферы среднегодовая температура
приземного слоя составляли бы - 23оС.
Основная часть воздуха содержится в нижних слоях атмосферы,
имеющий сложный характер по высоте. Нижний слой наиболее плотный. Он
определяет погоду и содержит около 80% воздуха, простирается до 12 - 15 км и
называется тропосферой (давление на высоте 3 км составляет почти 0,7 от
земного, а на высоте 9км - 0,3. Над тропосферой до высоты40 км находится
стратосфера и озоновый слой, поглощающий ультрафиолет.
От 40 км до 1300 км расположена ионосфера. Слой ионизированного газа,
определяющего отражения и прохождения радиоволн.
Выше ионосферы (до 10 тыс. км) располагается экзосфера. В атмосфере
постоянно происходит отклонения температуры, давления и влажности от
расчетных величин, вызывающие ветры, приводящие к переносу загрязнений.
Основной компонент воздуха - азот (78%), кислород (21%), аргон (0,9%) и
примеси (неон, криптон, ксенон). В воздухе содержатся пары воды и двуокись
углерода (СО2 около 0,03%, что составляет 1,56  1012т.).
Автотранспорт - один из важнейших компонентов общественного и
экономического развития, поглощающий значительное количество природных
ресурсов и оказывающий серьезное влияние на окружающую среду. Транспорт
играет 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 и в загрязнении
окружающей среды. Кроме того, транспорт является одним из основных
источников шума в городах и вносит значительный вклад в тепловое и прочее
загрязнение окружающей среды.
Автотранспорт тесно взаимодействует с окружающей природной средой
потребляя необходимый для его работы атмосферный воздух, водные ресурсы,
углеводородное сырье (топливо, смазочные материалы).
Основными процессами при воздействии транспорта и автомобильных
дорог с их инфраструктурным комплексом на окружающую среду являются:
горение, термогазодинамические процессы в двигателях, технологических
печах и устройствах сжигания твердых, жидких и газообразных ископаемых
топлива для получения электрической, тепловой энергии, пара, сжатого
воздуха;
каталитическая
нейтрализация,
абсорбция,
перегонка
жидкостей,
жидкостная экстракция, адсорбция, сушка, растворение и экстрагирование,
кристаллизация, массообмен, реализуемые на этапах жизненного цикла
объектов транспорта;
испарение, потери топлива, эксплуатационных жидкостей, лакокрасочных
и других материалов при создании, обслуживании и ремонте транспортной
техники;
износ деталей, узлов машин, элементов транспортных средств, дорожной
одежды (выбросы частиц конструкционных материалов, продуктов износа шин,
дорожного покрытия, функциональных материалов);
- пластическая деформация,
механическая,
электромеханическая обработка материалов, очистка деталей на этапах
жизненных
движущихся
циклов
объектов
объектов
электромагнетическое
транспорта;
транспорта
излучение
и
виброакустическое
излучение
частей
а
электрических
машин,
машин
и
также
электронных
устройств, используемых для управления в технологических процессах
реализации жизненных циклов объектов транспорта и управления движением,
другие виды энергетического загрязнения;
ландшафтные нарушения.
Наиболее значительный урон окружающей среде наносят выхлопные
газы, представляющие собой продукт переработки в двигателях
внутреннего сгорания автомобиля рабочей смеси (смесь воздуха и
топлива). Отработавшие газы можно назвать основным элементом вредного
воздействия автомобиля на окружающую природную среду.
Образование токсичных веществ - продуктов неполного сгорания и
окислов азота в цилиндре двигателя в процессе сгорания происходит
принципиально различными путями. Первая группа токсичных веществ, связана
с
химическими
реакциями
окисления
топлива,
протекающими
как
в
предпламенный период, так и в процессе сгорания - расширения. Вторая группа
токсичных веществ образуется при соединении азота и избыточного кислорода
в продуктах сгорания. Реакция образования окислов азота носит термический
характер и не связана непосредственно с реакциями окисления топлива.
Таким образом, наибольший ущерб от работы автотранспортных средств
наносится атмосферному воздуху. Особенно остро проблема загрязнения
атмосферного воздуха стоит в городах. Учитывая темпы урбанизации,
наблюдаемые во всем мире эта проблема приобретает
катастрофический характер. Автомобильный парк, являющийся одним из
основных источников загрязнения окружающей среды, сосредоточен в
основном в городах. Если в среднем в мире на 1 км2 территории приходится
пять автомобилей, то плотность их в крупнейших городах развитых стран во
много раз выше. Во всех странах мира продолжается концентрация населения в
крупных городских агломерациях. В городах с населением 100 тыс. и более
проживает свыше 3 млрд. человек, т. е. почти в 10 раз больше по сравнению с
началом столетия. Опережающие темпы роста численности городского
населения характерны для менее индустриально развитых стран.
С развитием городов и ростом городских агломераций всё большую
актуальность приобретают своевременное и качественное транспортное
обслуживание населения, а также охрана окружающей среды от негативного
воздействия городского, особенно автомобильного транспорта. Автомобили
сжигают огромное количество ценных нефтепродуктов, а также воздуха, нанося
одновременно
ощутимый
вред
окружающей
среде,
главным
образом,
атмосфере. Поскольку основная масса автомобилей сконцентрирована в
крупных и крупнейших городах, воздух этих городов не только обедняется
кислородом, но и загрязняется вредными компонентами отработавших газов.
Эффективным
мероприятием
по
снижению
вредного
влияния
автомобильного транспорта на горожан является организация пешеходных зон с
полным запретом въезда транспортных средств на жилые улицы. Менее
эффективное, но более реальное мероприятие - это введение системы
пропусков, дающих право на въезд в пешеходную зону только специальным
автомобилям, владельцы которых живут в конкретной зоне жилой застройки.
При этом должен быть полностью исключён сквозной проезд автотранспорта
через жилой квартал.
В наше время, воздействие автотранспорта на окружающую среду -самая
насущная и актуальная проблема современного общества. Последствия этого
воздействия сказываются не только на нашем поколении, но могут сказаться и
на будущем поколении, если мы не примем серьёзные меры по снижению и
даже устранению последствий воздействия и самого воздействия.
2.3 ПОСЛЕДСТВИЯ ЗАГРЯЗНЕНИЯ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ
Воздействие сернистого газа и его производных на человека и животных
проявляется прежде всего в поражении верхних дыхательных путей, под
влиянием сернистого газа и серной кислоты происходит разрушение
хлорофилла в листьях растений, в связи с чем ухудшается фотосинтез и
дыхание, замедляется рост, снижается качество древесных насаждений и
урожайность
сельскохозяйственных
культур,
а
при
более
высоких
и
продолжительных дозах воздействия растительность погибает.
Загрязненная
атмосфера
вызывает
увеличение
числа
заболеваний
дыхательных путей. Состояние атмосферы сказывается на показателях
заболеваемости даже в разных районах индустриальных городов. Например, в
Москве
предрасположенность
к
бронхиальной
астме,
бронхиту,
конъюнктивиту, фарингиту, тонзиллиту, хроническим отитам на 40-60% выше в
районах с повышенным уровнем загрязнения атмосферного воздуха.
Загрязнения оказывают и другие неблагоприятные воздействия, приводя к
таким проблемам как парниковый эффект, озоновые “дыры”, смоги, “кислотные
дожди”.
Накопление углекислого газа в атмосфере - одна из основных причин
парникового эффекта, возрастающего от разогревания Земли лучами Солнца.
Этот газ не пропускает солнечное тепло обратно в космос.
По сравнению с доиндустриальной эпохой концентрация двуокиси
углерода в атмосфере увеличилась на 28%. Если человечество не примет меры,
чтобы сократить выбросы этих газов, к середине будущего века средняя
глобальная температура приземной атмосферы повысится на 1,5-4,5С.
Последняя цифра относится к высоким российским широтам. Произойдет
перераспределение осадков на территории страны, увеличится число засух,
изменится режим речного стока и режим работы гидроэлектростанций. Растает
верхний слой вечной мерзлоты, занимающий в России около 10 млн.м2 (60%
территории страны), что повлияет на устойчивость фундаментов инженерных
сооружений. Уровень Мирового океана поднимется к 2030 г. на 20 см, что
приведет к затоплению низколежащих побережий.
Одним из главных источников загрязнения атмосферы углекислым газом
является автомобильный транспорт. Есть несколько путей борьбы с этим видом
загрязнений:
техническое
совершенствование
двигателей,
топливной
аппаратуры; повышение качества топлива, снижение содержания токсичных
веществ в выхлопных газах в результате применения дожигателей топлива,
каталитических катализаторов; использование альтернативных видов топлива и
др.
Существует мощный потребитель СО2 - это растительность суши,
потребляющая 20-30 млрд. т. углерода в форме СО2, и водоросли мирового
океана, потребляющие около 40 млрд. т. углерода в год. Однако они не в
состоянии переработать атмосферу, в связи с чем проблема глобального
потепления является насущной и решение которой требует безотлагательных
мер.
Стратосферный озоновый слой защищает людей и живую природу от
жесткого
ультрафиолетового
и
мягкого
рентгеновского
излучения
в
ультрафиолетовой части солнечного спектра. Каждый потерянный процент
озона в масштабах планеты вызывает до 150 тыс. дополнительных случаев
слепоты из-за катаракты, на 2,6% увеличивает число раковых заболеваний
кожи. Установлено, что жесткий ультрафиолет подавляет иммунную систему
организма.
Озоновая защитная оболочка очень невелика: всего 3 млрд. т. газа,
наибольшая концентрация - на высоте 20-25 км; если гипотетически сжать эту
оболочку при нормальном атмосферном давлении, получится слой всего в 2 мм,
однако без него жизнь на планете невозможна.
Запуск мощных ракет, полеты реактивных самолетов в высоких слоях
атмосферы,
испытания
ядерного
и
термоядерного
оружия,
ежегодное
уничтожение природного озонатора - миллионов гектаров леса - пожарами и
хищнической рубкой массовое применение фреонов в технике, парфюмерной и
химической продукции в быту - главные факторы разрушения озонового экрана
Земли.
В 1987 г. правительства 56 стран, в том числе и СССР, подписали
Монреальский протокол, по которому обязались в ближайшее десятилетие
вдвое сократить производство фторуглеродов и других веществ, разрушающих
озоновый слой. Более поздние соглашения (в 1990 г. в Лондоне, в 1992 г. в
Копенгагене) содержат призыв постепенно прекратить производство таких
веществ.
В 1997 г. исполнилось 10 лет с момента подписания Монреальского
протокола.
За
это
время
осуществлялось
широкое
международное
сотрудничество по охране озонового слоя Земли. Благодаря согласованным
усилиям международного сообщества за эти годы производство и потребление
веществ, наиболее опасных для озонового слоя, сократилось более чем вдвое.
Остановлен рост содержания в атмосфере озоноразрушающих веществ. Ученые
полагают, что уже в ближайшие годы начнется восстановление озонового слоя.
Но пока эта проблема остается актуальной.
С 30-х гг. над Лос-Анджелесом в теплое время года стал появляться смог туман влажностью около 70%. Это явление назвали фотохимическим туманом,
так как для его возникновения необходим солнечный свет, вызывающий
сложные фотохимические превращения смеси углеродов и окислов азота,
поступивших в воздух в результате автомобильных выбросов, в вещества,
значительно превышающие по своей токсичности исходные атмосферные
загрязнения.
Фотохимический туман сопровождается неприятным запахом, резко
снижается видимость, у людей воспламеняются глаза, слизистые оболочки носа
и горла, возникает удушье, обостряются легочные заболевания, бронхиальная
астма. Фотохимический туман повреждает и растения. Сначала на листьях
появляется водное набухание, через некоторое время нижние поверхности
листьев приобретают серебристый или бронзовый оттенок, а верхние
становятся пятнистыми с белым налетом. Затем наступает быстрое увядание.
Фотохимический туман вызывает коррозию металлов, растрескивание
красок резиновых и синтетических изделий, портит одежду. Нарушает работу
транспорта.
В настоящее время во многих крупных городах мира - Нью-Йорке,
Чикаго, Бостоне, Детройте, Токио, Милане - образуется фотохимический туман.
В городах России подобных явлений не наблюдалось, однако условия для них
могут возникнуть.
Кислотные дожди, содержащие растворы серной и азотной кислот,
наносят значительный ущерб природе. Земля, водоемы, растительность,
животные и постройки становятся их жертвами. На территории России в 1996 г.
вместе с осадками выпало более 4 млн. т серы и 1,25 млн. т нитратного азота. В
Москве и Санкт-Петербурге с кислотными дождями на землю в год выпадает до
1500 кг серы на 1 км2.
Увеличение кислотности водоемов приводит к гибели рыб и водяных
растений.
Огромный вред наносят кислотные дожди лесам. Леса высыхают,
развивается суховершинность на больших площадях.
Все больший ущерб кислотные дожди наносят сельскохозяйственным
культурам: повреждаются покровные ткани растений, изменяется обмен
веществ в клетках, растения замедляют рост и развитие, уменьшается их
сопротивляемость к болезням и паразитам, падает урожайность.
Кислотные дожди не только убивают живую природу, но и разрушают
памятники архитектуры. Прочный, тверды мрамор, смесь окислов кальция (СаО
и СО2), реагирует с раствором серной кислоты и превращается в гипс (СаSO4).
Смена температур, потоки дождя и ветер разрушают этот мягкий материал.
Исторические памятники Греции и Рима, простояв тысячелетия, в последние
годы разрушаются прямо на глазах. Такая же судьба грозит и Тадж-Махалу шедевру индийской архитектуры периода Великих Моголов, в Лондоне - Тауэру
и Вестминстерскому аббатству. На соборе Св. Павла в Риме слой портлендского
известняка разъеден на 2,5 см. В Голландии статуи на соборе Св. Иоанна тают,
как леденцы. Черными отложениями изъеден королевский дворец на площади
Дам в Амстердаме.
Спасать природу от закисления необходимо. Для этого придется резко
снизить выбросы в атмосферу окислов серы и азота, но в первую очередь
сернистого газа, так как именно серная кислота и ее соли на 70-80%
обусловливают кислотность дождей, выпадающих на больших расстояниях от места промышленного сброса.
Таким
образом,
проблема
“кислотных
дождей”
также
является
актуальной.
2.4 НОРМИРОВАНИЕ ПРЕДЕЛЬНО ДОПУСТИМЫХ ВЫБРОСОВ
НА ТРАНСПОРТЕ
Нормативы предельно допустимых выбросов и сбросов вредных веществ,
а также вредных микроорганизмов и других биологических веществ,
загрязняющих атмосферный воздух, воду и почву, устанавливаются с учетом
производственных мощностей объектов ТДК и данных о наличии мутагенного
эффекта и вредных последствий по каждому источнику загрязнения - согласно
действующим нормативам предельно допустимых концентраций вредных
веществ в окружающей природной среде.
Нормативы предельно допустимых концентраций вредных веществ дают
экологическую и санитарно-гигиеническую оценку состояния окружающей
природной среды, но не указывают на источник вредного воздействия и не
регулируют его поведение. Эту функцию выполняют нормативы предельно
допустимых выбросов и сбросов вредных веществ (ПДВ).
Согласно ГОСТ 17.2.3.02-78 (Охрана природы. Атмосфера. Правила
установления допустимых выбросов вредных веществ промышленными
предприятиями) ПДВ устанавливаются для каждого источника загрязнения при
условии, что выбросы вредных веществ от данного источника или от
совокупности источников города или другого населенного пункта с учетом
перспективы развития промышленных предприятий и рассеивания вредных
веществ в атмосфере не создадут приземную концентрацию, превышающую их
предельно допустимые концентрации (ПДК) для населения, растительного и
животного мира.
Под выбросами понимается поступление вещества из соответствующего
источника в атмосферу [ГОСТ 17.2.1.04-77 (Охрана Природы. Атмосфера.
Источники
выбросы
и
метеорологические
Термины
и
факторы
определения)];
загрязнения.
сброс
-
Промышленные
поступление
вещества,
находящегося в сточных одах, в вводный объект [ГОСТ 17.1.1.01-77 (Охрана
природы, гидросфера. Использование и охрана вод. Основные термины и
определения)].
Регулирование выбросов вредных веществ автотранспортом практически
началось с 1970 г. Его развитие идет по трем вправлениям: первое - разработка
и совершенствование нормативов выбросов вредных веществ и выхлопных
газов автомобиля, второе - повышение экономичности двигателя, третье внедрение малотоксичного экологически чистого топлива.
2.5
НОРМИРОВАНИЕ
ЭКОЛОГИЧЕСКИХ
ПАРАМЕТРОВ
ТРАНСПОРТНЫХ СРЕДСТВ
Нормируются экологические требования к объектам транспорта и
транспортным технологиям в виде предельно допустимых норм выброса
токсичных веществ с отработавшими азами транспортных средств, уровней
шума, вибрации, электромагнитных полей, удельных объемов потребления
отдельных видов природных ресурсов, уровня комфорта и др.
Эти нормы напрямую не связаны с ПДК отдельных примесей в
атмосферном воздухе, воде, почве на конкретных площадях территории и
устанавливаются как компромисс в удовлетворении разнонаправленных
требований (общественная потребность, техническая возможность реализации,
стоимость). Подходы к решению этой комплексной проблемы (взаимоувязки
экологических нормативов объектов транспорта с санитарно-гигиеническими
нормами) можно найти, например, в работе.
Нормирование токсичности отработавших газов транспортных средств
осуществляется с целью получения сопоставимых оценок экологического
совершенства различных конструкций и управления уровнем воздействия на
ОС.
Комплекс
стандартов
включает
два
вида
испытаний:
проверку
автотранспортного средства (АТС) в эксплуатации экспресс-методами и
сертификационные испытания автомобилей или двигателей на стендах.
Эксплуатационные испытания осуществляются без снятия двигателя с
автомобиля
портативной
аппаратурой
и
предназначены
для
оценки
технического состояния АТС путем измерения концентрации в отработавших
газах двигателей с искровым зажиганием СО и СХНУ, также дымности дизелей.
Сертификационные
испытания
(приемочные,
инспекционные)
АТС
производятся при сертификационных испытаниях на заводах или в специальных
центрах. Токсичность оценивается при выполнении заданной совокупности
режимов, называемых циклами.
Для оценки экологических показателей АТС полной массой до 3,5т
применяются 5 типов испытаний на специальных стендах, в результате которых
проверяется соответствие нормам:
1 -уровня содержания в выхлопных газах СО, СХНУ, NOX,
2 твердых частиц после запуска холодного двигателя при имитации
3 движения автомобиля;
4 - концентрации СО в режиме холостого хода;
5 - выбросов картерных газов;
6 - выбросов в результате испарения топлива из системы питания;
5 - долговечности устройств, предназначенных для предотвращения
загрязнения воздуха.
В табл. 4 приведены значения норм выбросов новых автомобилей типа
Ml, N1 в европейских странах по первому типу испытаний (в ездовых циклах).
(Приложение №1)
Экологические нормативы (токсичность отработавших газов) остальных
типов транспортных средств, а также тракторов, судов устанавливаются по
результатам испытаний только двигателей на тормозных стендах. Динамика
значений норм выбросов дизельных грузовых и пассажирских АТС типов М2,
МЗ, N2, N3 в европейских странах приведена в табл. 5.
Таблица 4.
Динамика значений норм выбросов легковыми АТС массой до 1250
кг, г/км
Ступень
EURO 1 *
EURO 2
EURO3
EURO 4***
Год ведения
1993
1996
2000
2005
Частицы
-/0,14
-/0,08
-/0,05
-/0,025
NO,
0,97/0,97**
0,5/067**
0,14/0,5
0.07/0,25
CxHy
0,17/0,06
0,08/0,05
СО
2,72/2,72
2,2/1,0
1,5/0,6
0.7/0.47
Примечание. Числитель/знаменатель - бензиновые/дизели.
* - Россия с 1999 г.
** - CxHy+NOx
*** - Проект
Таблица 5.
Динамика норм выбросов дизельных грузовых АТС и автобусов,
г/(кВт-ч)
Ступень
EURO 1**
EURO 2
EUR0 3
EURO 4
EURO 5***
Год введения
1993
1996
2000
2005
2008
Частицы
0,36
0,15
0,1
0,02
0,02
NO2
8,0
7,0
5,0
3,5
2.0
СхНу
1,1
1,1
0,66*
0,46*
0,25*
СО
4,5
4,0
2.1
1,5
1.5
Примечание: * - Неметановые углеводороды.
** - Россия с 1999г.
*** - Проект
Таблица 6.
Нормы
токсичности
бензиновых
грузовых
АТС
и
автобусов
российского производства
Год введения и литраж Предельные выбросы, г/(кВт ч)
двигателя
СО
Подготовленный
Серийный
двигатель
двигатель
1994 (>5 л)
95
11О
1994 (<5 л)
50
60
1996(>5л)
80
95
1996(<5 л)
30
40
CxHy + NOx
Подготовленный
двигатель
20
22
17
21
Серийный
двигатель
23
27
20
27
2.6 СИСТЕМА ЭКОЛОГИЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ
Транспортно-дорожный комплекс является одним из загрязнителей
окружающей среды и вносит в нее неблагоприятные изменения. Особенность
его в том, что ни автомобиль, ни дорогу нельзя изолировать от мест обитания
людей и чем больше плотность населения, тем выше потребность в
автомобильном транспорте.
Факторы воздействия автомобильных дорог и транспорта на окружающую
среду следует разделить на следующие виды:
-акустическое загрязнение (шум, вибрация и др.);
тепловое загрязнение (образуется в результате испарения органических
вяжущих материалов с поверхности покрытия при воздействии солнечной
энергии и динамической нагрузки);
-физическое загрязнение атмосферного воздуха углекислым (угарным)
газом, пылью, сажей и др.;
-химическое загрязнение, источниками которого могут быть как
технологические процессы, так и транспортные средства. При борьбе с зимней
скользкостью или при обеспыливании дорог без покрытия часто применяются
различные виды химических реагентов. Химически токсичные вещества
находятся и в составе строительных материалов, получаемых из отходов
химической промышленности.
Значительное влияние на загрязнение окружающей среды в период
эксплуатации автодорог оказывает состояние дорожного покрытия. Выбоины и
неровности покрытия приводят к дополнительному росту уровней шума на 2-4
ДБА. Для многих дорог характерно превышение ПДК по пыли в десятки раз и,
прежде всего, это связано с невыполнением требований по своевременному
ремонту покрытий. В большей степени это относится к городским дорогам.
В ряде развивающихся стран мира, в том числе и в России, защита
окружающей среды поставлена в административных методах регулирования.
Экологический контроль - одна из проявлений экологической функции во
всех предприятиях современного государства. Вместе с тем, он является
составной частью механизма реализации эколого-правовых норм и нормативнотехнических актов. В целом экологический контроль - это проверка соблюдения
предприятиями, учреждениями, организациями и гражданами республики
требований по охране окружающей природной среды и обеспечению
экологической безопасности общества [20,26,39,40].
Для решения проблемы экологической безопасности в сферах дорожного
хозяйства недостаточно ограничиваться результатами отдельных научных
исследований
необходимо
и
разработанными
овладение правилами
техническими
экологически
требованиями.
безопасного
Здесь
поведения
исполнителями и руководителями всех уровней.
Цель данного направления - осуществление экологического контроля
охраны
окружающей
среды
путем
предупреждений
и
устранения
правонарушений. Формы контроля: информационный и предупредительный.
Информационный
контроль
выражается
в
сборе
и
обобщении
необходимой экологической информации для передачи ее соответствующим
предприятиям
дорожного
хозяйства
страны
с
целью
принятия
предупредительных мер.
Предупредительный - направлен на предотвращение наступления вредных
последствий, которые могли бы возникнуть вследствие несоблюдения
нормативных документов и законодательных актов по охране окружающей
среды и невыполнения необходимых мероприятий для осуществления
экологической безопасности.
Такие мероприятия могут дать большой эффект при работе независимых
экологических экспертных Советов, имеющих аттестованные лаборатории.
Экологический
контроль
может
осуществляться
на
государственном,
производственном, общественном (независимые экологические лаборатории) и
ведомственном уровнях.
Из опыта развитых стран мира известно, что при усилении экологическоправовых требований путем предупреждения об устранении правонарушений
значительно снижался ущерб от вредного воздействия на окружающую среду
при производственной и технологической деятельности предприятий дорожного
хозяйства. Улучшалось качество строительства, ремонта и содержания
автомобильных дорог и искусственных сооружений, повышался уровень
ответственности руководящих кадров и специалистов при выполнении
требований нормативных документов и правовых актов по охране окружающей
среды.
Прежде всего, необходимо разработать и утвердить в установленном
порядке
законодательные
акты
на
государственном
уровне,
а
также
нормативно-технические и другие регламентирующие документы на разных
уровнях управления.
Основными задачами экологической службы дорожной отрасли являются
обоснование, мониторинг и контроль соблюдения нормативов биопотребления
и энергопотребления при производстве дорожных работ. Для этой цели должен
быть разработан экономический механизм регулирования уровней био- и
энергопотребления в отраслях дорожного строительства.
Механизм экологического мониторингового контроля в ТДК можно
систематизировать в трех уровнях:
экологический мониторинг;
государственный экологический контроль;
производственный (ведомственный) контроль.
Экологический мониторинг осуществляет наблюдение за состоянием
атмосферного
воздуха,
земного
и
космического
пространства.
При
мониторинговом контроле информация передается в двух формах - текущей и
оперативной.
Служба государственного мониторинга окружающей среды работает на
трех уровнях: посты и станции наблюдения по различным регионам страны где
происходит сбор и первичная обработка информации; территориальные,
региональные и ведомственные центры обработки информации. Обобщенная
информация передается по назначению.
Государственный экологический контроль представляет собой один из
видов государственной административно-управленческой деятельности. Его
непосредственные задачи - обеспечение всеми хозяйствующими субъектами и
гражданами
соблюдения
экологических
требований
законодательства
и
нормативов качества окружающей среды.
Основной задачей производственного контроля является выполнение
предприятиями обязательных мероприятий по охране окружающей среды и ее
отдельных компонентов. Общественный контроль не ограничен какой-либо
частью
объекта
экологического
контроля.
Он
относится
и
к
сфере
государственного, и к области производственного контроля.
Экологичность и эффективность работы автомобильного транспорта
непосредственного зависит от транспортно-эксплуатационного состояния
автомобильных дорог, которое в значительной мере характеризуется основными
эксплуатационными показателями земляного полотна, дорожной одежды и
элементов конструкции инженерных сооружений. Методы оценки транспортноэксплуатационного состояния автомобильных дорог (ТЭСАД), влияющие на
уровень загрязнения окружающей среды можно разбить на 3 ступени:
(Приложение №2)
визуальная оценка;
полевые исследования;
лабораторные испытания.
2.7 ЭКОЛОГИЧЕСКИЙ МОНИТОРИНГ В ТДК
Большое значение в системе ТДК имеет организация экологического
контроля за уровнем отрицательного воздействия подвижного транспортного
состава, автомобильных дорог и дорожных коммуникаций, а также предприятий
ТДК на окружающую среду. К сожалению, полный мониторинговый контроль
за изменением экологических систем под воздействием автомобильных дорог и
транспорта в настоящее время невозможен. Первым этапом в этом направлении
должен быть биоэкологический контроль, рассматривающий аспекты влияния
автомобильных дорог и городских улиц на здоровье людей.
Особенно велико и опасно это влияние в городах и других населенных
пунктах, где автомобили выбрасывают токсичные примеси непосредственно в
зоне дыхания населения. Система контроля загрязненности воздуха в ТДК
должна складываться из следующих частей: 1) контроль содержания токсичных
выбросов в отработавших газах автомобилей; 2) контроль за загрязнением
атмосферы производственными предприятиями дорожного строительства и
строительства;
3)
контроль
загрязненности
атмосферного
воздуха
на
придорожных территориях с помощью стационарных и передвижных пунктов
наблюдения.
Ограничения
вредных
выбросов
автомобилями,
находящимися
в
эксплуатации, и организационные принципы контроля и снижения этих
выбросов определены в ГОСТ 17.2.2.03-87 «Нормы и методы измерений
содержания окиси углерода и углеводородов в отработавших газах автомобилей
с бензиновыми двигателями» и в ГОСТ 21393-75 «Автомобили и дизели.
Дымность отработавших газов».
В соответствии с ГОСТ 17.2.2.03-87, в зависимости от частот вращения
коленчатого вала двигателя (пmin и nпов) установлено предельно допустимое
содержание объемных долей в отработавших газах автомобилей:
а) СО, при nmin-l,5%: при ппов-2%;
б) CnHm, для двигателей с числом цилиндров: до 4 - при
nmjn-1200 млн -1, при ппов-600 млн -1; более 4 - соответственно 3000
и 1000 млн -1.
Предприятия изготовители автомобилей могут устанавливать более
низкие нормы содержания СО и CnHm в отработавших газах. Эти нормы также
должны выдерживаться в эксплуатационных условиях.
Определение содержания СО и СnНm производится при работе двигателя
на холостом ходу на двух частотах вращения вала двигателя, значения которых
устанавливаются в технических условиях и в инструкции по эксплуатации
автомобилей предприятием-изготовителем: минимальной (пт1п) и повышенной
(ппов), равной 0,8пnов
При проверках в эксплуатационных условиях органами Госкомприроды
допускается содержание СО (на частоте вращения nmin) до 3%.
Контроль содержания СО и СnНm необходимо производить при каждом
техническом обслуживании №2 (для автомобилей индивидуальных владельцев при любом техническом обслуживании), после ремонтов, влияющих на
содержание этих веществ в отработавших газах, а также при обкатке капитально
отремонтированных автомобилей. С целью предотвращения нарушения
регулировки,
карбюратор
предприятия-изготовителя
должен
и
пломбироваться,
эксплуатационного
причем
пломбы
предприятия
должны
отличаться по цвету.
Органами ДП МВД РК должен осуществляться постоянный контроль за
техническим состоянием автомобилей, в том числе и в части соблюдения норм
выброса ими вредных веществ.
Для автомобилей с дизельными двигателями нормируемым параметром
дымности является оптическая плотность отработавших газов, определяемая по
ГОСТ 21393-75.
Для производственных предприятий дорожного строительства важным
является также определение концентрации окислов серы, образующихся в
воздухе при сжигании серосодержащих топлив, при помощи газоанализаторов.
Из приборов для измерения содержания пыли в воздухе при контроле
атмосферного воздуха вблизи производственных предприятий дорожного
строительства применяют ППА, АЭР-4, ПРИЗ, ИЗВ, ИЗВ-3, ФЭКП-3, ЭПП,
ИКП-1, ЗИП-1, ЗИП-2, КДМ-1, ТДМ-2, МС-1 (РФ), G-2ДТ, РДМ-10 (США) и
модели 215, 225, 245, 550 фирмы «Коултер электрик» (США).
Для измерения транспортного шума в селитебных зонах, находящихся
рядом с автомобильными (городскими) дорогами необходимо использовать
приборы-шумомеры, состоящие из измерительного микрофона, усилителя и
измерительного прибора.
Под
экологическим
мониторингом
понимают
систему
контроля,
обследований и анализа состояния окружающей среды. Различают мониторинг
оперативный и периодически повторяющийся. Организации оперативного
мониторинга должно предшествовать комплексное обследование состояния
атмосферы, почвы и воды.
Цель организации единой государственной системы экологического
мониторинга - обеспечение всех уровней управления в государстве, области,
крае, республике, регионе, районе, городе информацией о состоянии
окружающей среды, в том числе и прогнозами вероятного его изменения, а
также обеспечение информацией о результатах реализации механизма
улучшения экологического состояния. При организации мониторинга должны
реализовываться следующие принципы:
1.
Минимум затрат на мониторинг:
2.
Максимальное использование ведомственных систем контроля.
3.
Широкий доступ к собираемой информации государственных
структур и общественности.
В настоящее время выделяют несколько уровней мониторинга:
Объектный уровень - включает пункты (посты) наблюдений на отдельных
предприятиях.
Локальный - представляет собой сеть станций наблюдения, специальных
полигонов и лабораторий.
Территориальный (например, областной, краевой и т.п.) - предполагает
привлечение
научно-исследовательских
организаций,
высших
учебных
заведений для решения конкретных экологических задач данной территории, а
также для сбора и анализа экологической информации. Возможна передача
части полномочий в региональные природоохранные центры.
Региональный уровень - формируется путем создания экологических
региональных центров.
Контроль на придорожных территориях за состоянием экосистем или
отдельных компонентов экосистем (атмосферы, растительности, животного
мира, водной среды, почвы и т.д.) - задача так называемого экологического
дорожного
мониторинга, цель
которого
заключается
в
своевременном
предупреждении нежелательных последствий при воздействии автомобильных
дорог или городских улиц на окружающую среду.
В частности, экологический дорожный мониторинг является составной
частью общегосударственной службы наблюдения и контроля за уровнем
загрязнения
атмосферы,
почвы
и
водных
объектов,
контролируемой
Госкомгидрометом.
Согласно ГОСТ 17.2.3.01-77 «Охрана природы. Атмосфера. Правила
контроля качества воздуха населенных пунктов» для контроля устанавливают 3
категории постов наблюдений за загрязнением атмосферы: стационарный,
маршрутный и передвижной. Посты первых двух категорий располагаются в
местах наибольшего загрязнения воздушной среды, в том числе на территориях,
примыкающих к автомобильным магистралям с интенсивным движением.
Для оценки загрязнения атмосферы на постах при дорожном мониторинге
используют отечественные контрольно-измерительные комплексы «Пост-1» и
«Воздух-1». Комплексы на станции снабжены автоматическими анализаторами
для непрерывной регистрации загрязнения воздуха, имеют оборудование для
отбора
проб
воздуха,
анализируемых
в
лабораториях,
фиксируют
метеорологические факторы (скорость и направление ветра, температуру и
влажность воздуха, атмосферное давление).
Регистрация
степени
загрязнения
и
метеорологических
факторов
производится в строго фиксированное время (например, в 1, 7, 13, 19 ч. по
местному
декретному
времени).
Фиксируются
разовые
концентрации
загрязнений, а также определяются среднесуточные, среднемесячные и
среднегодовые концентрации.
Разовые, среднесуточные и среднегодовые концентрации сопоставляют с
уровнем ПДК для каждого вида загрязнения и в случае значительного их
превышения принимаются меры для снижения.
По примеру США, где определены индексы концентрации основных
загрязнителей но степени их опасности для здоровья людей, установлены
следующие уровни загрязнения воздуха в придорожной полосе (табл. 7).
Таблица 7.
Уровни загрязнения воздуха по степени воздействия на здоровье
людей
Степень
опасности
1
2
3
Кратность превышения ПДК концентрациями
основных загрязнителей
Среднесуточными
Разовыми
Твердые
СО
SO2
NOx,
О3
взвеси
1,5
1,5
2
5
2,5
3
3
5
15
5
4
10
7
20
7
Основным
мониторинга
направлением
является
создание
развития
Воздействие на здоровье человека
Опасное
Очень опасное
Смертельно опасное
экологического
автоматизированных
систем
дорожного
контроля
загрязнения на придорожных территориях путем соединения используемых
газоанализаторов (мониторов) с персональными ЭВМ, которые имеют
возможности: автоматического сбора; анализа и представления результатов
измерений; автоматического расчета усредненных во времени концентраций;
автоматического запуска тревожной сигнализации при достижении опасных
уровней загрязнения; представления результатов в виде таблиц, гистограмм или
графиков; долгосрочных оценок и прогноза уровней загрязнения; построения
полей загрязнения.
Для
автоматизированных
систем
контроля
загрязнения
наиболее
целесообразно использовать отечественную систему АНКОС-АМ на базе
ПЭВМ типа ИБМ ПК.
Комплексное обследование начинается с предварительного ознакомления
с объектом, сбора и анализа информации по городу или промышленному
району о состоянии воздушного бассейна, который будет изучаться и
составления программы работ. Основные этапы комплексного обследования:
проведение
специальных
метеорологических
экспериментальных
наблюдений;
обследование
работ;
воздушного
проведение
бассейна
промышленного района; обработка и анализ материалов.
Общая продолжительность периода работы по комплексному изучению
атмосферы не менее двух лет, а в условиях сложного рельефа - не менее трех
лет. В отдельных случаях работы могут проводиться периодически, но не менее
одного месяца в каждый сезон (теплый и холодный). Работы повторяются в
течение трех-пяти лет до тех пор, пока не будет получен статистически
достоверный материал об уровнях загрязнения атмосферы в исследуемом
районе, закономерностях распространения вредных веществ и причинах
изменения концентрации вредных веществ. Продолжительность комплексного
изучения в целом определяется размерами обследуемого района, количеством
источников выбросов, рельефом местности и др.
В период предварительного ознакомления с объектом проводятся
следующие мероприятия:
изучение
физико-географического
положения
города
(района),
особенностей метеорологического режима, размещения основных источников
загрязнения (промышленные предприятия, крупные автострады и др.), жилых и
промышленных районов, водных объектов, а также территории перспективного
строительства и определение основных выбрасываемых примесей;
оценка уровня загрязнения атмосферы города (района) в целом по
имеющимся данным Госкомгидромета РК и СЭС;
ознакомление с основными принципами технологии производства, а
также с количественной характеристикой выбросов вредных веществ по всем
ингредиентам, условиями выбросов, размещением источников выбросов по
площади, стабильностью выбросов в течение суток и др.;
согласование
с
другими
организациями
вопросов
о
совместном
проведении обследования.
2.8 ВИДЫ НАБЛЮДЕНИЙ ЗА ЭКОЛОГИЧЕСКИМ СОСТОЯНИЕМ
КРУПНЫХ
ГОРОДОВ
И
НАСЕЛЕННЫХ
ПУНКТОВ,
РАСПОЛОЖЕННЫХ ВДОЛЬ МАГИСТРАЛЬНЫХ ДОРОГ
Стационарные наблюдения. Если в городе проводится систематический
контроль уровня загрязнения атмосферы, то существующая сеть пунктов не
меняется, а принимается за основу, так как имеется дополнительный период
наблюдений, который позволяет выявить отклонения в режиме концентрации
примесей. На время обследования сеть пунктов измерения значительно
расширяется. Она должна широко охватить различные участки города из
расчета один стационарный пункт на 3-5 км2.
Выбранные пункты должны располагаться по возможности равномерно в
городе на площадках с непыляшим или малопылящим покрытием на
проветриваемых местах. Целесообразно также организовать за пределами
города один стационарный пост на расстоянии 1-3 км с наветренной стороны по
преобладающему направлению ветра и второй на расстоянии 2 и 5 км - с
подветренной стороны.
Сроки отбора проб воздуха на стационарных постах и при маршрутных
наблюдениях должны быть разделены равномерно в течение суток, чтобы
охватить возможные изменения концентрации примесей в связи с суточными
колебаниями метеорологических элементов и выбросов вредных веществ.
Оптимальными ежедневными сроками являются 1, 4, 7, 10, 13, 16, 19, 21 ч.
местного (декретного) времени.
Для оценки уровня загрязнения воздуха в городах и промышленных
населенных пунктах создается сеть стационарных наблюдательных постов.
Одним из важных факторов является оптимальное размещение постов
наблюдений.
Местоположение
гидрометеорологической
согласовывается
с
и
постов
выбирается
санитарно-эпидемиологической
главным
архитектором
города.
совместно
службами
и
Ведомственные
промышленные лаборатории согласовывают места отбора проб воздуха с
указанными службами. Число постов определяется в зависимости от
численности населения и площади города: до 50 тыс. человек - 1 пост; 50-100
тыс. человек - 2 поста; 100-200 тыс. человек - 2-3 поста; 200-500 тыс. человек 3-5 постов; 500-1000 тыс. человек - 5-10 постов; более 1 млн. человек 10-20
постов.
Наблюдение за выхлопными газами автотранспорта. Исследование
уровня загрязнения воздуха выбросами автотранспорта проводится в комплексе
с
изучением
загрязнения,
обусловленного
выбросами
промышленных
источников.
Оценка уровня загрязнения атмосферного воздуха на автомагистралях и в
прилегающей жилой застройке может быть дана на основе широких натурных
наблюдений
с
определением
в
воздухе
концентрации
как
основных
компонентов выхлопных газов (оксиды углерода, углеводородов, оксидов азота,
акролеина,
формальдегида,
соединений
свинца),
так
и
продуктов
их
фотохимических превращений (озона, суммарного количества фотооксидантов).
Для изучения особенностей загрязнения воздуха автотранспортом
организуют специальные наблюдения в результате которых:
определяют максимальные значения концентраций основных примесей,
выбрасываемых автотранспортом в районах автомагистралей и периоды их
наступления при различных метеорологических условиях и интенсивности
движения автотранспорта;
определяют границы зон и характер распределения примесей с удалением
от отдельной магистрали или группы автомагистралей, расположенных
параллельно на некотором расстоянии друг от друга или пересекающихся;
выявляют особенности распространения примесей в жилых кварталах
различного
типа
застройки
и
в
зеленых
зонах,
примыкающих
к
автомагистралям.
Пункты наблюдений. Пункты наблюдений выбираются непосредственно
на городских улицах и районах с интенсивным движением транспорта:
на участках улиц до и после светофоров, а также на участках подъема, на
неровных и скользких дорогах, где отмечается торможение автомобилей и
выбрасывается наибольшее количество вредных примесей;
в местах скопления вредных примесей за счет слабого расслоения,
обусловленного архитектурно-планировочными особенностями (под мостами,
путепроводами, в тоннелях, на узких участках улиц и дорог с многоэтажными
зданиями);
в зонах пересечения двух или более улиц с интенсивным движением
транспорта.
Пункт, наиболее удаленный от автомагистрали, должен располагаться не
менее чем в 0,4 м от стены здания. На улицах, пересекающих основную
автомагистраль, пункты наблюдений размещаются на краях тротуаров и на
расстояниях, равных 0,5 ширины магистрали и превышающих ее в 2 и 8 раз.
Места для размещения приборов. Места для размещения приборов
выбираются на тротуаре и на середине разделительной полосы, при ее наличии.
Если тротуар удален от проезжей части, приборы размещаются на расстоянии
половины ширины проезжей части одностороннего движения.
В кварталах старой застройки (сплошные ряды зданий с отдельными
арочными проемами в них) места для размещения приборов наблюдений
выбираются в центральной части арочного проема и в центре внутри
квартального пространства.
Наблюдения за осадками. Осадки - важный фактор самоочищения
атмосферы
от
различных
примесей
естественного
и
искусственного
происхождения. Следовательно, химический состав атмосферных осадков
является чувствительным индикатором загрязнения окружающей среды и
может использоваться как один из параметров при изучении переноса примесей
от источников загрязнения. Анализ данных о химическом составе осадков
позволяет определить зону влияния города или промышленного района на
прилегающую территорию, а также районы с фоновым уровнем загрязнения.
Выпадающие атмосферные осадки всегда содержат некоторое количество
вымываемых из атмосферы растворенных примесей, поэтому концентрация
примесей в осадках является показателем загрязнения воздуха.
Содержание растворенных веществ в осадках невелико - около
миллиграмма и даже доли миллиграмма на литр воды. В связи с этим
предъявляются особые требования к сбору и хранению химического состава
осадков. Основными определяемыми компонентами являются: сульфаты,
хлориды, нитраты и аммиак, металлы (кальций, магний, натрий, калий),
щелочность (или кислотность), электропроводность и рН.
Сбор проб атмосферных осадков проводится на метеорологических
станциях, а их анализ - в химических лабораториях. В зависимости от
установленной программы собираются суммарные пробы, включающие все
выпавшие в течение месяца осадки, и единичные пробы осадков - отдельные
дожди и снегопады.
Для сбора твердых и смешанных осадков применяются эмалированные
или пластмассовые кюветы 30x40 см, высотой 3-5 см, присылаемые на
метеостанцию в чистых полиэтиленовых мешках, в которых они и хранятся на
станции.
В
зимнее
время
сбор
суммарных
проб
атмосферных
осадков
осуществляется в установке. С этой целью штативы со стола убирают и вместо
них к доске стола привинчивают шурупами ветровую защиту. Ветровая защита
представляет собой фанерный ящик с дном, но без крышки. Размеры ящика:
высота 50-60 см, ширина 40 см, длина 50 см. Одна из боковых сторон ящика
изготавливается в виде открытой дверцы на петлях и имеет в нижней части
крючок для закрывания. При выпадении твердых осадков (снега) откидную
дверцу ветровой защиты открывают и внутрь вставляют кювету для сбора
осадков.
При
одновременном
сборе
суммарных
и
единичных
проб
устанавливают две кюветы (для суммарных и единичных проб).
Метод для определения хлор-ионов в составе снега или льда,
образовавшихся на поверхности проезжей части дорог и тротуаров, основан на
осаждении хлор-иона в нейтральной или слабощелочной среде азотнокислым
серебром в присутствии хлорнокислого калия в качестве индикатора. После
осаждения хлорида серебра в точке эквивалентности образуется хромокислое
серебро, при этом желтая окраска раствора переходит в оранжево-желтую.
Точность метода 1 -3 мг/л.
Методы отбора снежных или ледяных проб, образовавшихся на
поверхности проезжей части дорог и тротуаров:
Отбор проб проводят по ГОСТ 2874-82 и ГОСТ 4979-49.
Объем пробы воды для определения содержания в составе снега или льда
хлор-ионов должен быть не менее 250 мм.
Пробы льда или снега, предназначенные для анализа в составе хлоридов,
не консервируют.
2.9
МЕТОДЫ
И
ПРИБОРЫ
ДЛЯ
ОПРЕДЕЛЕНИЯ
ЗАГРЯЗНЕННОСТИ ВОЗДУХА ПРОИЗВОДСТВЕННОЙ ПЫЛЬЮ И
ВЫХЛОПНЫМИ ГАЗАМИ
Способы измерения концентрации пыли по числу частиц основаны на
том, что из известного, в большинстве случаев небольшого объема воздуха, на
прозрачную
поверхность осаждается пыль,
видимые частицы
которой
подсчитываются под микроскопом. Осаждение частиц пыли осуществляется в
основном следующими четырьмя способами:
пыль задерживается во время прохождения пробы воздуха на мембранном
фильтре;
поток воздуха направляется на клейкую прозрачную поверхность, к
которой прилипают частицы пыли;
пылевые частицы осаждаются в результате термофореза на охлажденных
деталях прибора;
частицы задерживаются в жидкости при пропускании пробы через
специальные промывные склянки (отражатели), в которых пузырьки воздуха
ударяются о стеклянные поверхности.
Подсчет частиц с помощью микроскопа проводится на прозрачной или
непрозрачной подложке на светлом или темном поле. Для облегчения подсчета
в отраженном свете можно использовать соответствующие цветные фильтры.
Результаты подсчета по одному из перечисленных выше методов дают
количество частиц в 1 см воздуха. Поэтому, как правило, приходится
удовлетворяться использованием числа частиц как относительного показателя
для качественной оценки пылевого загрязнения. Однако обязательным является
постоянство распределения частиц по размерам и их одинаковый химический
состав. Для приближенной и неточной оценки могут использоваться следующие
соотношения:
Число частиц в 1 см
500 2000 20000
Концентрация пыли, мг/м3 2 10 100
Ниже приводится описание некоторых приборов для определения числа
частиц.
Малый прибор (пылесборник) Дрегера состоит из выполненной в виде
диска-насадки к насосу, используемому вместе с газоанализатором. Насадка
предназначена для размещения круглого мембранного фильтра, на поверхности
которого равномерно распределяется содержащаяся в пробе воздуха пыль (один
рабочий ход насоса =100 см3 воздуха).
Фильтру придается прозрачность путем смачивания его иммерсионным
маслом. Затем под микроскопом могут проводиться обычные наблюдения.
Выпускаемый фирмой Sartorius прибор Konimater состоит из микроскопа,
на предметное стекло которого с помощью небольшого поршневого насоса
подается 2,5 или 5 см3 воздуха. Рассчитанное на 36 проб пыли круглое
предметное стекло покрыто слоем клейкого вещества, к которому прилипают
частицы пыли. В комплект микроскопа с 200-кратным увеличением входит
разделенная
на
2
сектора
по
18°
каждый
микрометрическая
сетка,
предназначенная для подсчета пылевых частиц.
Электрический метод. Для определения содержания в атмосферном
воздухе
диоксида
серы,
сероводорода,
хлора
и
озона
используются
газоанализаторы «Атмосфера-1» и «Атмосфера-2», в основу работы которых
положен кулонографический метод анализа.
Газоанализатором «Атмосфера-1» определяют содержание диоксида серы
(сернистого
газа)
и
сероводорода;
содержание хлора и озона.
газоанализатором
«Атмосфера-2»
-
Газоанализаторы «Атмосфера» при определении концентраций веществ
работают в следующих диапазонах (табл. 8):
Таблица 8.
Диапозон измерений газоанализаторов типа «Атмосфера»
Вещество
Диапазон
измерений, мг/м3
Сернистый газ
0-0,5;2
Сероводород
0-0,5
Хлор
0-0,2 0-1
Озон
0-0,1 0-0,5
Газоиндикаторы «Атмосфера» предназначены для работы в следующих
условиях эксплуатации: температура окружающей среды 0-50°С, относительная
влажность окружающего воздуха 30-90%, атмосферное давление 91-105 кПа
(680-785 мм рт. ст.).
Таблица 9.
Значения концентрации (мг/м3) мешающих веществ
Определяющее
вещество
Диоксид серы
Озон
Хлор
Мешающее вещество
озон
0,1
0,06
Хлор
0,12
0,6
Серо водород
0,25
0,01
0,01
Диоксид серы
Диоксид азота
0,8
0,1
0,1
0,1
В газоанализаторе «Атмосфера-1» определение концентрации сернистого
газа и сероводорода (табл. 9) основано на поглощении этих газов раствором
йода в серной кислоте с последующим электроокислением образующихся
иодид-ионов. На дне камеры измерительного электрода ячейки находятся
кристаллы J2 в 3%-ном растворе H2SO4. Анализируемая газовая смесь попадает
в камеру измерительного электрода и, если смесь содержит сернистый газ, то
SO2 реагирует с йодом до образования йодоводорода:
+ J2 + 2H2O 2HJ + Н2SO4,
В результате этой реакции S+4 отдает 2ё и при этом окисляется до S+6:
+4-2e->S+6,
Йод восстанавливается из свободной (окисленной) формы
до йод-ионов:
°+2e->2j.
Чем больше SO2 поступает в электрохимическую ячейку, тем больше
образуется
вокруг
измерительного
электрода
йодид-ионов,
несущих
отрицательный заряд, и тем более концентрированным будет раствор серной
кислоты.
Серная кислота - сильный электролит. В водном растворе молекула
серной кислоты диссоциирует на ионы:
Бром,
образовавшийся
в
результате
химической
реакции,
элек-
тровосстанавливается на измерительном электроде, причем электрический ток,
возникающий при этом, является мерой концентрации хлора в газе.
На измерительном электроде происходит следующая реакция:
(32) происходит
H2SO4  2H++SO2-4
При выделении озона из газовой смеси используется реакция озона с
бромистым натрием с образованием брома, который затем количественно
электровосстанавливается на измерительном электроде, причем электрический
ток является мерой концентрации озона. В ячейке при этом происходят
следующие реакции:
в измерительной камере (в растворе):
О3 + 2Вг  О2 + О2-+Br2
на измерительном электроде (катоде): Вг2 -2е- 2Вг-,
на вспомогательном электроде (аноде):
+O2- СО + 2е-,
Определение концентрации хлора основано на количественном
определении свободного брома, имеющегося на катоде (измерительном
электроде), который образуется в растворе по реакции:
2Вг + Cl 2C1 + Вг2,
Вг2 +2е- 2Вг-,
На вспомогательном электроде электроокисление углерода по реакции:
С + О2 СО+2eИнфракрасный метод. Для определения содержания в атмосферном
воздухе оксида углерода используются газоанализаторы ГМК-3 и ГИАМ-1, в
основу работы которых положен инфракрасный метод анализа. Принцип метода
основан на измерении поглощения энергии излучения анализируемым газом.
Газоанализатор ГМК-3 представляет собой автоматический стационарный
прибор, предназначенный для непрерывного измерения микроконцентраций
оксида углерода в газовых смесях. Прибор может быть использован для анализа
воздуха городов и производственных помещений, а также для выдачи командой
информации в системах автоматического контроля, управления и
регулирования. Газоанализатор имеет три диапазона измерения: 0-40, 0-80, 0400 мг/м3. Основная погрешность на шкале 0-80 мг/м3 не превышает +5%, на
шкале 0-40 и 0-400 мг/м3 -  10%.
Условия выполнения измерений должны быть следующими: температура
окружающей среды 10-35°С: атмосферное давление 91-105 кПа (680-785 мм рт.
ст.), относительная влажность 10-90%. Окружающая среда не должна быть
агрессивной и взрывоопасной. Питание газоанализатора осуществляется от сети
переменного тока частотой 50 Гц, напряжением 220 В.
Газоанализатор может быть использован как для анализа отдельных проб,
так и для непрерывной регистрации. При анализе отдельных проб
газоанализатор устанавливают в химлаборатории, а при использовании для
непрерывной регистрации СО в атмосфере на стационарных постах.
При использовании газоанализатора для непрерывной регистрации СО
необходимо следить за расходом газовой смеси, вести наблюдение за
измерительными приборами, проверять и при необходимости регулировать
нулевые показания и чувствительность газоанализатора. Расход воздуха
контролируют по показаниям ротаметров, установленных на передней панели
датчика. В газоанализаторах, где отсутствуют встроенные ротаметры, для
проверки расхода воздуха на вход датчика подключают ротаметр с пределом
измерений (1  0,2) л/мин.
Для анализа отдельных проб воздуха предварительно производят их отбор
в емкости, в качестве которых обычно используются резиновые камеры,
полиэтиленовые пакеты и стеклянные пипетки. Объем отобранной пробы
должен быть не менее 1,5 л. Резиновые камеры заполняют анализируемым
воздухом с помощью груши пульверизатора.
Оптико-акустический газоанализатор ГИАМ-1 предназначен для
непрерывного измерения концентрации оксида углерода на стационарных
постах, а также автоматических станциях контроля загрязнения атмосферы. По
сравнению с газоанализатором ГМК-3 он обладает рядом преимуществ:

имеет более высокий класс точности (класс 5);

предусмотрена автоматическая коррекция нуля и чувствительности;

осуществляется интегрирование измеряемой концентрации за
каждые 20 мин;

предусмотрена очистка анализируемой газовой смеси от влаги,
механических примесей и пыли; возможно дистанционное управление
газоанализатором;

имеет реперное устройство для проверки работоспособности
газоанализатора без контрольных газовых смесей;

для коррекции нулевых показаний используется атмосферный
воздух, очищаемый от оксида углерода при помощи реактора расположенного в
блоке пробоподготовки, что позволяет сократить потребность в газовых смесях
при эксплуатации газоанализатора.
Люминесцентный метод. Люминесценцией называется излучение света
телами, превышающее тепловое при той же собственной температуре тел, и
имеющее длительность более 10-10 с. Это излучение может быть вызвано
бомбардировкой вещества электронами и другими заряженными частицами,
пропусканием через вещество электрического тока (нетепловое действие),
освещением вещества видимым светом, рентгеновскими и гамма лучами, а
также некоторыми химическими реакциями в веществе.
Для определения концентрации оксидов азота (NO, N02), углерода (СО),
серы (S02), озона (О3), аммиака (МН4) и др. применяют высокочувствительные
газоанализаторы, работающие на принципе хемилюминесценции.
Химические реакции, сопровождающиеся хемилюминесценцией, могут
протекать как при повышенных, так и при комнатных температурах. Так,
определение
концентрации
оксида
углерода
возможно
за
счет
хемилюминесценции, возникающей при горении оксида углерода в атомарном
кислороде:
CO + O CO2+hv,
где h - постоянная планка, v - частота испускаемого света.
Хемилюминесцентное излучение обнаруживается в видимой области
света по длине волны  =400 мм. Предел обнаружения СО-0,5 мг/м3.
Концентрацию оксида азота определяют по экзотермической реакции (с
выделением тепла) между NO и О3, в результате которой получаются NO2, O2
и около 10% электронно-возбужденного NO2. При переходе NO2 в
невозбужденное состояние возникает излучение, интенсивность которого
пропорциональна количеству NO в реакционной камере. При определении
суммарного содержания NO и NO2 в воздухе NO2 предварительно
восстанавливают до NO.
Газоанализатор 667 ФФ-01 предназначен для определений концентрации
диоксида серы в атмосферном воздухе в составе газоизмерительной
автоматической многоканальной системы (ГАМС), автоматической станции
контроля загрязнения атмосферы (АСКЗА) или комплекса лабораторий
«Воздух» и «Пост-2». Метод измерения, положенный в основу работы
газоанализатора, флюоресцентный. Сущность метода состоит в регистрации
флюоресцентного излучения молекул диоксида серы (802), возникающего под
действием возбуждающего ультрафиолетового излучения. Возбуждение
молекул диоксида серы происходит в спектральной области 220-240 нм,
выделяемой с помощью первичного светофильтра, из спектра излучения
импульсной ксеновой лампы ИСК 20-1. В этой области спектра молекулы воды
и оксидов азота не влияют на флюоресценцию. Процесс возбуждения
описывается формулой:
2 +hvi ->S0  2,
где h - постоянная Планка и Vi - частота возбуждающего излучения.
Возбужденная SO*2 переходит в основное состояние с излучением кванта
света:
 2 SO2+hv2,
где v2 - частота излучения при флюоресценции.
Газоанализатор имеет три диапазона измерения концентрации О2: 0-0,5
мг/м3, 0-1,5 мг/м3; 0-5,0 мг/м3. Цена деления шкалы каждого диапазона 0,01
мг/м , 0,1 мг/м соответственно.
Газоанализатор может эксплуатироваться как в ручном режиме
управления («Нуль», «Репер», «Анализ»), так и в автоматическом. В
автоматическом режиме конструкция газоанализатора обеспечивает:
возможность дистанционного управления по командам от устройства сбора и
обработки информации (УСОИ); автоматическое переключение диапазонов
измерения концентрации диоксида серы со световой сигнализацией о номере
диапазона.
Электрическое питание газоанализатора осуществляется переменным
однофазным током напряжением 220 В, частой 50 Гц.
Дальнейшим развитием автоматических методов газового анализа
является использование для этих целей лазерных лучей. На этой основе созданы
портативные анализаторы атмосферных газов (например, типа Маран 1Б2),
портативные приборы для определения концентрации пыли в воздухе и анализа
ее частиц (типа ГРИММ) и другие.
Современные методы анализа загрязнения воды и почвы основаны на
использовании спектрофотометров (работающих на батареях от аккумуляторов
или сети переменного тока). Оптическая система спектрофотометра показана на
рисунке 1. (приложение №3).
Свет, излучаемый вольфрамовой лампой, преломляется параболическим
зеркалом и рассеивается, дважды проходя через высокодисперсную призму.
Волны избранной длины проходят через подвижную щель, повышающую
равномерность спектральной полосы пропускания. Луч света определенной
длины волны, проходя через образец (вода, грунт, грязь) попадает на
фотодетектор. Работа спектрофотометра возможна в трех режимах: определение
концентрации загрязнителя, абсорбции и коэффициента пропускания (для
оценки замутненности воды).
Рис. 1. Оптическая система спектрофотометра:
- источник света; 2 - параболическое зеркало; 3 - призма;
- зеркало; 5 - подвижная щель; 6 - кювета из оптического
стекла с образцом; 7 - фотодетектор
автомобильный экологический загрязненность транспорт
2.10 ПРИБОР ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЗАПЫЛЕННОСТИ ВОЗДУХА
Поглотительные приборы. Вещества в газо- и парообразном состоянии
обычно
улавливаются
определяемое
жидкими
вещество
либо
поглотительными
непосредственно
средами, в
которых
растворяется,
либо
взаимодействует с поглотительным раствором.
Для лабораторных исследований атмосферного воздуха используется
большое количество поглотительных приборов. Существенное значение имеет
материал, из которого изготовлены приборы: он должен быть инертен по
отношению к исследуемым веществам. Наиболее широкое применение
получили два типа жидкостных поглотительных приборов: U-образный прибор
с пористой стеклянной пластинкой и прибор Рихтера. Оба типа поглотительных
приборов обеспечивают эффективное управление исследуемых веществ
сравнительно небольшим количеством раствора реактива (6 мл).
U-образный поглотительный прибор представляет собой стеклянную Uобразную трубку с впаянным в виде пластинки фильтром. Фильтр сделан из
особо приготовленной спекшейся массы стекла с различными по размеру
порами. Воздух при помощи пористой пластинки разбивается на множество
мелких пузырьков, чем обеспечивается большая поверхность соприкосновения
с поглотительной средой. Чем меньше пузырьки, тем больше поглотительная
способность прибора. Входом поглотителя является отросток, подводящий
воздух снизу к колбе поглотителя, а выходом - верхний отросток.
Поглотительный раствор в прибор вносят через выходной отросток. Отбор проб
U-образными поглотителями осуществляется при скорости протягивания
воздуха до 3 л/мин.
Для широкого диапазона скоростей аспирации воздуха через жидкие
поглотители (табл. 10) разработаны следующие модели поглотительного
прибора Рихтера: ТУ-25-11-1081-75.
Таблица 10.
Диапазон скорости аспирации воздуха через различные поглотители
Марка
Пределы скорости аспирации воздуха,
л/мин
0,5-5 1-15 2-20 2-50 3-100
1P ЗР 7Р 10Р 12Р
Модернизирован поглотительный прибор Зайцева, широко применяемый
в анализе воздушной среды. Оптимальная скорость аспирации через этот
прибор повышена до 3 л/мин.
Быстрым и эффективным способом отбора проб является аспирация
воздуха через «кипящий» (псевдосжиженный) слой сорбента, небольшое
сопротивление которого позволяет доводить скорость аспирации до 20 л/мин.
Электроаспираторы. В общем виде электроаспиратор представляет собой
устройство, состоящее из двух функциональных узлов: побудителя расхода
воздуха и расходомера. В качестве побудителей расхода воздуха применяются
пылесосы, ротационные воздуходувки, вихревые вентиляторы, а в качестве
расходомеров - ротаметры и газовые счетчики.
Для
отбора
проб
воздуха
на
газовые
примеси
применяются
электроаспираторы модели 822, ЭА-1А, ЭА-1. Для отбора проб пыли - ЭА-2
(для разовых проб), ЭА-2с, ЭА-2см, ЭА-3 (для суточных проб).
Объем пробы (л) определяется как произведение скорости аспирации
(л/мин.) на время отбора пробы (мин.), если в качестве расходомера в
электроаспираторе используется ротаметр или как разность начального и
конечного отсчетов (м3) при использовании газового счетчика. Некоторые
модели электроаспираторов имеют встроенные реле времени, с помощью
которых задается временная программа работы прибора. При отсутствии реле
времени отсчет ведется по секундомеру. Отбор проб и анализ атмосферного
воздуха тесно связаны с последующим методом определения искомой примеси.
Для протягивания воздуха через фильтрующие
электроаспирационные
достаточной
приборы
мощностью
и
различной
материалы применяют
конструкции,
обеспечивающие
обладающие
необходимую
скорость
протягивания. (Приложение №4)
Таблица 11.
Аналитические аэрозольные фильтры
Марка
АФА-В
АФА-Х
АФА-ХА-18
АФА-ХП-18
АФА-ХС-18
Техническая характеристика
Выполнены в виде кружков с опрессованными краями,
вырезанными из перхлорвинилового фильтующего материала
(ткань ФПП-15). Материал гидрофобен, поэтому масса
фильтров остается постоянной и не зависит от влажности
воздуха. Фильтры выускают двух типоразмеров: АФА-В-10,
АФА-В-18.
Рабочая поверхность 18 см3. Выпускают четыре вида.
Изготовляют из ацетилцеллюлозного гидрофобного
фильтрующего материала (ткань ФПА-15), нестойкого к
химически агрессивным средам, не растворимого в
органических растворителях.
Изготовляют из перхлорвинилового фильтрующего
материала (ткань ФПП-15). По свойствам весьма близки к
фильтрам типа АФА-В.
Изготовляют из полистирольного гидрофобного
фильтрующего материала стойкого к кислотам и щелочам.
Назначение
Для определения массовой
концентрации аэрозолей
Для микрохимических и
радиометрических анализов
дисперсной фазы аэрозолей
Для поглощения пыли и
различных аэрозолей из
воздуха
Для отбора проб аэрозолей
при анализе воздуха
Для микрохимического
анализа аэрозолей,
дисперсная фаза которых
растворима в щелочах.
2.11 МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ РАСХОДА И СКОРОСТИ ГАЗА
(ВОЗДУХА)
Расход газа (воздуха) в газоходе (воздуховоде) определяется по значению
средней
скорости,
вычисленной
на
основании
замеренной
величины
динамического (скоростного давления). Расход чистого воздуха определяют по
формуле:
= Wcp F 3600, м3/ч,
где Wcp - средняя скорость газа (воздуха), м/с; F - площадь сечения
воздуховода (газовода), м2. Средняя скорость воздуха (газа) находится из
уравнения:
2g
Pd
Wср= P
где Рд - усредненное динамическое давление, кгс/м2; Р -плотность
воздуха (газа), кг/м2; g - ускорение свободного падения, g=9,81 м/с2.
Для определения скорости применяют пневмометрическую трубку МИОТ
с микроманометром типа ММН, а также комбинированный приемник высокого
давления (ПВДК). ПВДК представляет собой разборную конструкцию, которая
выполнена в соответствии с требованиями ГОСТ 12.3.018-79 «ССБТ. Системы
вентиляционные. Методы аэродинамических испытаний». Основными деталями
являются: приемник полного давления, приемник систематического давления,
полая державка и эластичный шланг.
Измерительную трубку устанавливают так, чтобы ось вращения
кронштейна проходила через нуль шкалы. Шкала измерительной трубки имеет
длину 300 мм, наименьшее деление шкалы 1 мм. Для установки кронштейна с
измерительной трубкой на требуемый угол наклона к плите 1 прикреплена
дугообразная стойка 12 с пятью отверстиями, соответствующими определенным
постоянным значениям прибора К (0,2; 0,3; 0,4; 0,6; и 0,8), величины которых
обозначены на стойке против каждого отверстия. Кронштейн 10 фиксируется на
стойке 12 в необходимом положении с помощью фиксатора 9, который
укреплен на втулке кронштейна. Для установки микроманометра в
горизонтальное положение на плите имеются два уровня 8 с цилиндрическими
ампулами. Прибор приводится в горизонтальное положение двумя
регулировочными винтами 2.
Микроманометр заполняют спиртом через отверстие в крышке с пробкой
6, а выливают через сливной кран 7, расположенный в нижней части резервуара.
Для измерения прибор подключается резиновыми шлангами, надеваемыми на
штуцеры трехходового крана. Трехходовый кран имеет три шнура (см. рис. 2),
обозначенных буквами «а», «б», «в» и отверстие для сообщения с атмосферой.
Штуцер «а» используется для постоянного соединения крана со стеклянной
измерительной трубкой.
Каналы в трехходовом кране расположены таким образом, что при
повороте его против часовой стрелки до упора резервуар и измерительная
трубка сообщаются с атмосферой, а отверстия к штуцерам «б» и «в» перекрыты.
При этом положении крана проверяют нуль прибора. При повороте крана по
часовой стрелке до упора штуцер «в» сообщается с резервуаром, а штуцера «а»
и «б» сообщаются между собой и с измерительной трубкой. При этом отверстие
для сообщения с атмосферой перекрываются. При измерении давления
резиновая трубка, идущая от места замера, надевается на штуцер «в», а при
измерении разрежения - на штуцер «б». При измерении динамического
давления плюсовая трубка надевается на штуцер «в», а минусовая - на штуцер
«б». Действие прибора основано на гидростатическом принципе. При равенстве
давления над спиртом в резервуаре и в стеклянной трубке уровень его
устанавливается на одном горизонте. Включают прибор таким образом, чтобы
давление над спиртом в резервуаре было всегда больше, чем в измерительной
трубке. При этом уровень спирта в резервуаре понижается, а в измерительной
трубке повышается. (Приложение №5)
а)
б)
Рис. 2. Микрометр типа ММН-240:
а - общий вид; б - схема включения трехходового крана.
I - при контроле нуля; II - при замерах.
- плита; 2 - регулировочный винт; 3 - резервуар; 4 -
трехходовый кран; 5 - регулятор нулевого положения мениска; 6
пробка; 7 - сливной кран; 8 - уровень с цилиндрической
ампулой; 9 - фиксатор; 10 - кронштейн; 11 - измерительная
стеклянная трубка; 12 - дугообразная стойка.
Для устранения влияния пульсации воздушного потока на положение
мениска жидкости в трубке микроманометра в один из резиновых шлангов
вставляют демпфер, соединяющий микроманометр с пневмометрической
трубкой. Давление, измеряемое микроманометром, определяется следующей
зависимостью:
Р=Н

с

sin a  Рск,
где Н - отчет по шкале прибора, мм; с - тарировочный коэффициент; sines
- синус угла наклона трубки микроманометра; Рск - плотность спирта, г/см3,
при температуре 20 °С.
Обычно произведение С sin a  Реп обозначается буквой «К» и называется
постоянным множителем прибора. Значения «К» нанесены на дугообразной
стойке прибора.
Если при измерении применяют жидкость с плотностью, не совпадающей
с плотностью спирта, или температура спирта (tж.) отлична от t=20°C, то
необходимо пересчитать полученный результат по следующей зависимости:
Pж
1

Н к
0
.
8095
1


(
t

20
)
ж
=
где  - коэффициент объемного расширения. Для спирта-  =0,0011, для
воды-  =0,00015.
Пример 1. Отсчет по шкале микроманометра Н=100 мм при постоянном
множителе К=0,2. Температура воздуха в месте установки прибора t = 0°С.
Плотность спирта /"„,=0,83 г/см3 при t = 0°С. Определяем величину
действительного давления. Решение по формуле находим:
0.83
1

100 0.2  21кгс / м 2
0
.
8095
1

0
.
001
(
0

20
)
P=
На практике не редки случаи, когда замеренные величины динамического
давления в сечении имеют не только большие расхождения но и принимают
нулевые или отрицательные значения. В этом случае средние значения
скоростных давлений, замерейных в данном сечении воздуховода,
определяются по формуле:
Pск1  Рск2  Рскп
ск=(
n
)2
где Рскь Рск2,..., Рск„ - значения скоростных давлений, замеренных по
отдельным точкам площади сечения; п - число точек замеров.
Пример 2. При измерении искаженного потока получены следующие
значения динамического давления: 15;  0,0; 12,3; 44,5; -7,1; 20,4; 15,6; -3,1; 
0,0; 31,4 кгс/м2.
Определить среднее значение Рск.
По формуле вычисляем среднее скоростное давление
28 .118
)  7.91
10
Рск=
кгс/м2.
(
Число в знаменателе включает все измерения, в том числе
положительные, отрицательные и нулевые значения. Если бы были учтены
только положительные измерения, то результат составил
28 .118 2
)
Рск = 6
=21,96кгс/м2
(
и был бы явно завышен, так как в действительности поток протекает со
средней скоростью, соответствующей динамическому давлению не по всему
поперечному сечению воздуховода.
На практике, при проведении замеров, возможны случаи засорения трубки
МИОТ, шлангов и микроманометра пылью (при условии больших
концентраций дымовых газов). В таких случаях замеры динамического
давления следует производить в трубопроводе до начала технологического
процесса (вхолостую на чистом воздухе) с последующим вводом поправки на
запыленность воздуха. Расход чистого воздуха (L) при этом определяется по
формуле.
Расход газа равен (Lr)
Lr=(l + k)L, (42)
где к - содержание пыли, мг/м3.
Для измерения скорости движения воздуха в открытых каналах
применяются анемометры: механические крыльчатые типа АСО-3 (диапазон
измеряемых скоростей 0,2-5 м/с), чашечные типа МС-13 (1+20м/с) и
электрические (термоанемометры) конструкций ЛИОТ, ВНИИГС Уральского
Промстройпроекта (0,1 + 1,0 м/с).
Сборку аппаратуры для отбора проб производят в следующей
последовательности:
.Предварительно взвешенный на аналитических весах и пронумерованный
фильтр вместе с защитными кольцами включают в гнездо корпуса аллонжа (при
этом выступ бумажного чехла пропускают в соответствующую прорезь),
закрывают аллонж верхним кольцом (крышкой) и, поворачивая его до отказа,
плотно закрепляют между фланцами закрытого аллонжа.
.Сборный аллонж присоединяют резиновой трубкой к всасывающему
патрубку аспиратора. Плотно завинчивают выбранный наконечник к
пылеотборной трубке, а другой ее конец вставляют в отросток аллонжа со
стороны крышки и тщательно герметизируют соединение с помощью
эластичной резиновой муфты или изоляционной ленты.
Примечание: Наружный диаметр пылеотборной трубки должен быть чуть
меньше внутреннего диаметра патрубка крышки аллонжа. При соединении
встык возможно оседание пыли в зазор между трубкой и аллонжем.
.Собранное пылеотборное устройство проверяют на герметичность
следующим образом: плотно закрывают отверстие наконечника и наблюдают за
положением поплавка. При герметичности системы, т.е. отсутствии подсоса
воздуха, поплавок ротаметра должен оставаться на нулевом делении.
. Вводят пылеотборную трубку в воздуховод навстречу потоку, включают
электродвигатель и регулировочным вентилем устанавливают предварительно
рассчитанный расход воздуха и фиксируют особенности технологического
режима.
. В рабочем журнале записывают номер фильтра, начало отбора пробы,
величину расхода воздуха и т.д.
. Отбор проб производится интегральным способом путем равномерного
перемещения пылеотборной трубки по двум взаимоперпендикулярным
направлениям сечения воздуховода, причем нельзя допускать касания стенок
воздуховода концом наконечника.
.Отбор аспирируемого воздуха зависит от предполагаемого содержания
пыли и определяется необходимостью накопления в фильтре такого качества
пыли, которое достаточно для надежного определения привеса (1-2 мг) и не
превысит пылеемкости применяемого фильтра.
Ориентировочные объемы воздуха при отборе проб можно установить по
табл. 12
Таблица 12.
Рекомендуемые расходы воздуха
Предполагаемая концентрация
пыли, мг/м3
Менее 2 2-10 10-50 свыше 50
Объем воздуха, м3
1,0 0,5 0,25 0,1
Отбор пробы заканчивается включением аспиратора с фиксацией времени
набора пробы в рабочем журнале.
. Извлекают пылезаборную трубку из воздуховода и, повернув ее
вертикально вверх, отсоединяют от аллонжа. Отвинчивают крышку и за выступ
защитных колец извлекают фильтр с пробой из нижнего корпуса аллонжа.
Раскрывают защитные кольца и чистыми руками перегибают фильтрующий
элемент запыленной стороной внутрь, фильтр с защитными кольцами
обертывают калькой и вставляют в бумажную кассету. При всех этих операциях
следят за тем, чтобы на фильтрующий элемент не попали посторонние
загрязнения и чтобы не допустить потерь пыли.
Фильтры с пробами доставляют в лабораторию для взвешивания, и в
течение 30 мин их выдерживают при комнатной температуре в исходных
условиях для приведения их в равновесие с температурой и влагой
окружающего воздуха.
Привес фильтра определяется на тех же весах, на которых проводилось
взвешивание чистых фильтров.
Концентрацию пыли вычисляют по формуле:
q 2  q1
Q= V2
где Q - содержание пыли в воздухе, мг/м ; q2 - вес фильтра с пылью, мг; qi
- вес чистого фильтра, мг; V2 - объем воздуха, м3, приведенный к нормальным
условиям, т.е. такому объему,
который он занимал бы при температуре 0°С и давлении 760мм рт.ст. и
определяется по формуле:
Vt  273 B
0
0= (273 t )  760
где Vt = V • 10-3 - объем воздуха, протянутого через аллонж при данной
температуре и давлении, м3; В - атмосферное давление, мм рт.ст.; t° температура воздуха, °С; Vo - скорость пропускания воздуха через аллонж,
л/мин; Т - время пропускания, мин.
Валовые выбросы вредных веществ в атмосферу определяются по
формуле:
M = Q  V1  10-3
где М - валовые выбросы вредных веществ в атмосферу, r/c; Q концентрация вредных веществ в удаляемом воздухе, мг/м"; V - объем воздуха,
удаляемого вентустановкой (м3/с), определяется по формуле:
2 gPd
V1=F P
где F - площадь сечения воздуховода, м2; g - ускорение свободного
падения, 9,8 м/с2; Рд- динамическое давлене, кг/м2; Р - плотность воздуха при
замеренной температуре и атмосферное давление, кг/м .
Валовые выбросы вредных веществ за год определяются по формуле:
Мг= 3600  М  Т  10-6
где Мг - валовые выбросы вредных веществ в год, т/год; М - валовые
быбросы вредных веществ в секунду, г/с; Т - годовой фонд времени работы
вентустановки, (определяется в каждом конкретном случае с учетом количества
смен работы на асфальтовом заводе и фактического времени атмосферного
выброса в год, час).
Отбор проб предполагает полное удаление анализируемого вещества из
воздуха, причем количество этого вещества должно быть достаточным для его
надежного определения принятым методом анализа. Аспирация излишних
объектов воздуха приводит к неоправданному усреднению результатов, при
недостаточном объеме воздуха снижается точность анализов.
Оптимальный объем воздуха, необходимый для определения токсичной
примеси, можно рассчитать по формуле:
aV
Vc= C 0V1
где Vc - объем воздуха при 0°С и атм. давл., м; а - чувствительность
определения, вещества в анализируемом объеме пробы мг (обычно
соответствует содержанию вещества в первой пробирке стандартной шкалы); V
- общий объем пробы, мл; V] - объем пробы взятый на анализ, мл; Со предельно допустимая концентрация анализируемого вещества, мг/м3.
Расчет результатов анализа. В странах СНГ предельно допустимые
концентрации токсичных веществ в воздухе выражают в миллиграммах на 1м3,
поэтому результат анализа
вычисляют в мг/м"*. Концентрацию вещества в воздушных выбросах X
(мг/м3) вычисляют по формуле:
X
a V
V1  V0
где V - общий объем исследуемого раствора, мл; а - количество вещества,
найденное в анализируемом объеме раствора, мг; V] -объем исследуемого
раствора, взятый для анализа, мл; Vo - объем исследуемого воздуха,
приведенный к нормальным условиям.
3. ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКАЯ ЧАСТЬ
3.1
АНАЛИЗ
СОСТОЯНИЯ
АТМОСФЕРНОГО
ВОЗДУХА
Г.АКТОБЕ
г. Актобе является областным центром Актюбинской области. Население
города составляет около 350 тыс. человек. В черте города расположены ряд
промышленных объектов, ежегодно выбрасывающих по данным областного
управления охраны окружающей среды огромное количество вредных для
здоровья человека веществ.
Существенный вклад в загрязнение атмосферного воздуха города вносит
автомобильный транспорт. По данным управления дорожной полиции в области
в 2005г. имелось в наличии 78тыс. единиц автотранспорта, в том числе в
г.Актобе 62 тыс. единиц.
Выбросы от автотранспорта в целом по области в 2005г. составили 82,5
тыс. тонн в т.ч. по г.Актобе - 56,2 тыс. тонн. В последнее время наблюдается
увеличение количества вредных выбросов в атмосферу, осуществляемых как
стационарными, так и передвижными источниками. Объем выбросов вредных
веществ в атмосферу за последние десять лет носит переменчивый характер, в
некоторые годы наблюдалось снижение количества выбросов, в другие годы
наоборот отмечено увеличение количества выбросов.
Так за период с 1995г по 2001г в Актюбинской области наблюдалось
относительное снижение уровня выбросов вредных веществ в атмосферу от
передвижных источников, что связано с некоторым снижением в данный
период количества автотранспортных средств в области, экономической
ситуацией обусловившей спад совокупного спроса на бензин и, следовательно,
его потребления.
Начиная с 2002г по 2005г наблюдается значительное увеличение
выбросов вредных веществ в атмосферу от передвижных источников, что
связано со значительным увеличением в этот период автотранспортных средств
в области.
В 2002г в целом по области количество выбросов вредных веществ от
автотранспортных средств составило 75,9 тыс.тонн.
В 2003г данный показатель несколько снизился, в этот период валовый
объем выбросов вредных веществ в атмосферу от передвижных источников
составил 59,8 тыс.тонн.
В истекшем 2005г в целом по области количество выбросов вредных
веществ от автотранспорта составило 82,5 тыс.тонн.
Кроме
того,
неблагоприятная
обстановка
складывается
по
так
называемому индексу загрязнения атмосферы, характеризующему уровень
загрязненности воздушного бассейна. Индекс загрязнения атмосферы по
г.Актобе в 2004 году представлен следующими цифрами: (приложение №6)
1кв. - 10,2;
2кв. - 10,2
3кв. - 8,17;
4кв - 8,3.
Таким образом средний индекс загрязнения атмосферы за 2004 год
составил 9,22.
В 2005 году данные показатели незначительно снизились;
1кв. - 8,8;
2кв. - 9,2
3кв. - 8,7;
4кв - 8,2.
То есть в 2005 году средний индекс составил 8,72, что на 0,49 ниже чем в
предыдущем году. Однако все же и это достаточно высокий показатель, так как
нормой индекса загрязнения атмосферы считается цифра не превышающая
показатель равный 5.
Необходимо
отметить
особенность
механизма
воздействия
автотранспорта на окружающую среду в отличие от выбросов стационарных
источников, предприятий.
- выбросы от автотранспорта происходят на небольшой высоте и
загрязняют тот слой атмосферы, который является средой обитания человека;
- непрерывно растущие темпы увеличения численности автотранспорта;
- концентрация большого количества автотранспортных средств на
сравнительно ограниченных территориях, их массовое проникновение в зоны
жилой застройки;
- низкие удельные показатели экологической безопасности и сложность
значительного улучшения их в ближайшей перспективе.
В целях снижения уровня загрязнения атмосферного воздуха по решению
Акима области и в соответствии со ст.26,27 Закона Республики Казахстан «Об
охране атмосферного воздуха» на территории области ежегодно проводится
операция «Чистый воздух».
Мероприятие
проводится
управлением
дорожной
полиции
УВД
Актюбинской области, областным управлением транспортного контроля,
областной санитарно-эпидемиологической станцией, областным управлением
охраны окружающей среды по согласованному плану.
В
рамках
операции
«Чистый
воздух»
проводятся
проверки
автопредприятий и автоцехов, проводятся рейды на автодорогах и городских
маршрутах. Контроль проводится инструментальным методом на соответствие
токсичности (дымности) требованию ГОСТ 17.2.2.03-87.
В истекшем году были проверены автотранспорт крупных предприятий,
таких как ОАО «Актобемунайгаз», ОАО «Донской ГОК», ОАО «Феррохром»,
ТОО «Автопарк», ТОО «Актобе Эталон», а также предприятий с количеством
машин свыше 30 единиц.
Практически на всех предприятиях техническое состояние автотранспорта
не
отвечает
экологическим
требованиям.
Связано
это
с
отсутствием
надлежащего контроля за выбросами со стороны предприятия. Работа
контрольно-регулировочных пунктов (КРП) ведется формально. Своевременно
не производится ремонт и регулировка узлов и агрегатов, влияющих на
токсичность (дымность) выбросов.
Особое внимание уделялось контролю автотранспорта на городских
маршрутах, владельцами которых являются ТОО «Автопарк» и ТОО «Актобе
Эталон». Интенсивное движение по городским маршрутам, длительные стоянки
на остановках приводят к повышению загазованности воздуха, следовательно
требуют повышенного внимания к техническому состоянию машин, что не
подтверждают результаты проверок.
На балансе ТОО «Автопарк» имеется 220 единиц автотранспорта, кроме
того, для обслуживания пассажиров арендуется частный автотранспорт.
Основная масса собственного автотранспорта относительно обновленная, но
несмотря на это, общее техническое состояние машин на соответствие
экологическим требованиям не удовлетворительное. До 40% автотранспорта на
маршрутах эксплуатируется с превышением норм токсичности.
На балансе ТОО «Актобе Эталон» имеется чуть более 100 единиц
автотранспорта, из них 98 переведены на газообразное топливо. Кроме того,
арендуется порядка 90 единиц частного автотранспорта, техническое состояние
которых также не в полной мере отвечает экологическим требованиям.
Анализ
результатов
операции
«Чистый
воздух»,
а
также
ранее
проведенные проверки автотранспортных предприятий показывают, что
техническое состояние автотранспорта в области не в полной мере отвечает
экологическим требованиям. Основной причиной является изношенность
автомобильного парка. Большой процент машин с выработанным ресурсом,
пополнение парка автомобилями бывшими в эксплуатации, определяют его
плохое техническое состояние.
Недостаточен контроль со стороны госорганов, связанный с отсутствием
необходимых средств и несовершенством законодательства.
Вызывает тревогу экологическая обстановка на привокзальной площади, в
районе колхозного рынка. Привокзальная площадь является не только местом
скопления большого количества людей (отъезжающих и приезжающих
пассажиров), но и густонаселенным жилым массивом, от жителей которых
постоянно поступают жалобы.
В свое время проведенные изменения маршрутов и конечных стоянок
автобусов №7, 14, 15 и т.д. способствовали некоторому улучшению
экологической обстановки. На настоящий момент более 10 маршрутов
городского пассажирского транспорта проходят через привокзальную площадь.
Основную массу которых составляют маломестные микроавтобусы, идущие
непрерывным потоком. Загрязнение воздушного бассейна происходит и
выбросами от тепловозов, кроме того, непосредственно на привокзальной
площади организована стоянка автотранспорта, такси, которые также являются
источниками выбросов. Все это токсичные выбросы, наносящие вред здоровью
людей и окружающей среды. Ситуация усугубляется тем, что на привокзальной
площади
открыто
большое
количество
торговых
точек,
кафе,
баров,
шашлычных, которые в процессе своей деятельности также воздействуют на
окружающую среду, загрязняя ее отходами и выбросами.
Наряду с вышеуказанными проблемами имеются и положительные сдвиги
в решении этих проблем. Активизировалась работа по переводу автотранспорта
на газообразное топливо. Так на ТОО «Актобе Эталон», ОАО «Актюбинская
ТЭЦ», ОАО «Облтрансгаз» основная масса автотранспорта переведена на
газообразное топливо. Вместе с тем нет сдвигов в решении вопросов по
увеличению электротранспорта.
В целях снижения уровня загрязнения атмосферного воздуха, считается
необходимым принять меры по усилению контроля за выбросами от
автотранспорта, усилению ответственности со стороны должностных и
физических лиц. Для улучшения состояния воздушного бассейна города
необходимо вернуться к вопросам разгрузки транспортных потоков на
привокзальной площади и центрального колхозного рынка, к увеличению
электротранспорта на городских маршрутах, к переводу автотранспорта на
газообразное топливо.
Немаловажное значение в снижении уровня загрязнения атмосферного
воздуха имеет усиление контроля со стороны госорганов.
Расчет выбросов вредных веществ автотранспортными средствами
осуществляется
государственными
органами
на
основе
применения
определенных коэффициентов и формул.
Учитывая, что опасность автомобильного транспорта как источника
загрязнения воздушной среды в первую очередь определяется его техническим
состоянием, первостепенное значение при эксплуатации подвижного состава
должно придаваться мероприятиям по обеспечению надлежащего состояния
систем и узлов, ответственности со стороны должностных лиц.
Гарантом в деле выполнения этих и других мероприятий по повышению
экологической
безопасности
автотранспорта
призвана
стать
система
госконтроля за охраной атмосферного воздуха.
Развитие транспортных средств является частью общего научнотехнического прогресса, оно необходимо и не может быть приостановлено.
Конфликт между транспортными средствами и средой обитания человека
серьезен и необходимо упорно работать над созданием условий для
гармоничного сосуществования транспорта и экологических систем.
Транспорт сыграл огромную роль в формировании современного
характера расселения людей, централизации промышленности и сферы
обслуживания. Благодаря развитой транспортной сети стало возможным
быстрое перемещение грузов и пассажиров в нужном направлении. Обладая
высокой мобильностью, маневренностью, возможностью доставки грузов от
«ворот» до «ворот», автомобильный транспорт стоит вне конкуренции.
Казахстан
располагает
всеми
видами
современного
транспорта:
автомобильным, железнодорожным, воздушным и водным.
Однако с ростом автомобилизации возникает ряд серьезных проблем,
связанных с вредными для окружающей среды и общества последствиями,
которые сопровождают этот процесс. Воздействие автомобильного транспорта
на окружающую среду сопровождается не только потреблением природных
ресурсов, но и загрязнением окружающей среды.
Причиной загрязнения атмосферы является низкое КПД двигателей,
отсутствие надлежащего контроля за токсичностью (дымностью) выхлопных
газов автомобилей на заводах-изготовителях и служб технической эксплуатации
автопредприятий, низкий уровень технического обслуживания и ремонта
автомобилей при эксплуатации, использование топлива низкого качества,
нерациональное планирование транспортных потоков.
Низкое КПД двигателей заключается в неполном и неравномерном
сгорании топлива. Всего около 20% его расходуется на движение автомобиля, а
80% выбрасывается в атмосферу в виде отработавших газов, проще говоря
«летит на ветер». У лучших образцов автомобильных двигателей эти потери
составляют более 55%. В выхлопных газах двигателей внутреннего сгорания
содержится очень много вредных компонентов, в том числе монооксид
углерода, оксиды азота, алканы, ароматические углеводороды, кетоны, оксиды
серы, альдегиды, сажа и т.д., а также продукты содержащие свинец, хлор, бром
и фосфор - все это производные прямо обязанные своим появлением неполному
сгоранию топлива в двигателе.
Если рассматривать выбрасываемые вещества по их токсичности то на
первое место (с учетом массы) выходит оксид углерода (СО), оксиды азота,
акролеин, ацетальдегид, этилен, бензол, формальдегид (НСОН) и т.д.
Все токсичные вещества, содержащиеся в отработавших газах делятся на
нормируемые и ненормируемые. Список нормируемых веществ, изучаемых в
разных странах, включает в общей сложности порядка 20 химических агентов,
для которых существуют нормы и методы измерения, однако регулярному
контролю у нас и в странах СНГ подлежит не более 6-8 ингредиентов. В их
числе оксид углерода (СО), оксиды азота NOx, углеводороды (СН), сажа,
диоксид серы (SO2), свинец Pb, а также формальдегид (НСОН). Так, например,
токсичность отработавших газов карбюраторных двигателей обуславливается
главным образом содержанием окиси углерода и окислов азота, а дизельных
двигателей окислов азота и сажи.
Первый государственный стандарт (ГОСТ) был введен на территории
СССР в 1970 году, который претерпел некоторые изменения. На сегодняшний
день на территории Республики Казахстан предельно допустимое содержание
токсичных
веществ
в
отработавших
газах
бензиновых
двигателей
регламентировано ГОСТом - 17.2.2.03-87.
Норму дымности отработавших газов определяет ГОСТ 21393-75. Кроме
того, имеется ряд отраслевых стандартов, непосредственно для производителей
транспорта.
Введение указанных стандартов позволило несколько упорядочить
токсичность
(дымность)
автомобилей.
Однако
из-за
необеспеченности
автотранспортных предприятий и контролирующих органов необходимой
приборной
базой
и
отсутствия
необходимых
законодательных
актов
эффективность указанных стандартов в полной мере реализовать не удается.
С целью снижения токсичности выбросов были разработаны проекты
стандартов,
предусматривающие
применение
систем
нейтрализации
отработавших газов. Внедрение каталитических нейтрализаторов позволило бы
значительно оздоровить экологическую обстановку, но для этого необходимо
обеспечить перевод автомобилей на неэтилированный бензин, поскольку
присутствие в выбросах свинца нарушает процесс каталитического окисления и
приводит к выходу из строя нейтрализаторов.
При
сложившихся
экономических
условиях
переход
на
выпуск
неэтилированного бензина в ближайшее время практически невозможен. Кроме
того, фактически не организовано промышленное производство самих
нейтрализаторов.
Поэтому необходимо вести непрерывную работу в этом направлении.
Низкий уровень технического обслуживания и эксплуатации автомобиля
приводит к расстройству узлов и систем автомобиля. В результате выбросы
вредных веществ возрастают, намного превышая установленные нормы. Если
все узлы автомобильного двигателя будут правильно отрегулированы, то
выбросы вредных веществ в атмосферу уменьшатся в 3-5 раз.
Особое внимание обращает на себя проблема слабой обновляемости
автомобильного
парка.
Согласно
оценкам
специалистов
срок
службы
автомобилей у нас в 2-3 раза выше, чем в любой развитой стране. Кроме того,
значительное пополнение происходит за счет подержанных автомобилей
иностранного производства.
Не секрет, что увеличение срока службы автомобилей сопровождается
ухудшением не только его технического состояния, но и показателей выбросов.
Поддержание автомобильного парка в исправном техническом состоянии
обеспечивает значительный экологический эффект.
В
настоящее
время
разрабатываются
стандарты,
включающие
диагностические показатели работы двигателя. Пределы изменения этих
показателей позволят оценивать техническое соответствие двигателя нормам
выбросов.
В
интересах
повышения
экологических
показателей
работающих
автомобилей необходима организация сети пунктов контроля технического
состояния
двигателей
нормам выбросов с оснащением необходимыми
приборами.
Отсутствие
надлежащего
контроля
за
качеством
ввозимого
и
реализуемого топлива, приводит к ухудшению его качества, что в свою очередь
приводит к увеличению выбросов. Об этом свидетельствуют частые нарекания
со стороны специалистов и водителей. Эта задача усложнилась в связи с
изменениями, в системе обеспечения области нефтепродуктами. Поэтому еще
одной важной мерой по снижению выбросов от автотранспорта является
постоянный контроль за качеством топлива.
Снижение выбросов вредных веществ может быть достигнуто также
соответствующей организацией движения и перевозок, исключающих порожние
пробеги,
выбор
кратчайших
или
наименее
загруженных
маршрутов,
магистралей с безостановочным движением, установление оптимальных
скоростей движения.
3.2 ВЛИЯНИЕ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ДВИГАТЕЛЯ И
РЕЖИМА
РАБОТЫ
АВТОМОБИЛЯ
НА
ТОКСИЧНОСТЬ
ОТРАБОТАВШИХ ГАЗОВ
По
мере
увеличения
пробега
автомобиля
происходит
изменение
регулировочных параметров систем питания и зажигания. Так, изменение
регулировки карбюратора на режиме холостого хода двигателя происходит при
пробеге автомобиля в пределах 8-9 тыс. км. При этом экономичность
ухудшается на 1,6%, а токсичность отработавших газов увеличивается в 2-4
раза.
Резкое открывание дроссельной заслонки на режиме разгона вызывает
значительное обеднение горючей смеси, нарушающее устойчивую работу
двигателя, пропуски в зажигании и как следствие - повышение токсичности
отработавших газов.
На величину выброса токсичных веществ наибольшее влияние оказывают
система холостого хода и главная дозирующая система карбюратора.
При нормальной регулировке карбюратора на постоянных режимах
работы двигателя количество СО незначительно и при коэффициенте избытка
воздуха а=1 составляет 0,4%. При полном открытии дросселя (а = 0,8)
количество СО резко возрастает и максимуму мощности соответствует
примерно 6% содержания СО.
Изменение угла опережения зажигания в определенных пределах не
влияет на содержание СО в отработавших газах. Однако при позднем зажигании
смеси ухудшается процесс ее сгорания и увеличивается количество СО и СН в
отработавших газах.
В дизельном двигателе поздний впрыск топлива ухудшает индикаторные
показатели. Уменьшение угла опережения начала впрыска вследствие снижения
максимальной температуры цикла значительно уменьшает количество NОХ.
Количество СО не зависит от угла начала впрыска и равно 0,06%.
Увеличение гидравлического сопротивления воздухоочистителя на 3040% повышает токсичность отработавших газов на 15-20%, а нарушение
зазоров в газораспределительном механизме увеличивает содержание СН до
50%.
Систематическая проверка системы холостого хода позволяет уменьшить
содержание СО с 7 до 2%.
Увеличение содержания токсичных веществ в отработавших газах
карбюраторных двигателей вызывается следующими основными причинами:
изменением технического состояния карбюратора (засорением главного и
вспомогательного жиклеров; неисправностью устройства, регулирующего
уровень
топлива
карбюратора);
в
поплавковой
камере;
неправильной
регулировкой
неисправностями в системе зажигания, вызывающими неправильную
установку зажигания и ослабление искры (подгоранием контактов прерывателя,
нарушением изоляции проводов, замыканием обмоток катушки высокого
напряжения и др.);
износными
явлениями,
нарушением
регулировок
в
газораспределительном механизме, отложением нагара в цилиндрах двигателя
карбюраторного двигателя и скорости движения автомобиля.
К неисправностям дизельных двигателей, вызывающим повышенное
содержание токсичных веществ в отработавших газах, следует отнести:
засорение сопловых отверстий форсунок; заедание иглы форсунки; износ
прецизионных
пар,
негерметичность
топливоподающей
аппаратуры
и
неправильная ее регулировка.
Поэтому при проведении технического обслуживания особое внимание
необходимо уделять контрольным и регулировочным работам по системам
питания, зажигания и газораспределительному механизму двигателя.
Засорение воздушного фильтра при замкнутой системе вентиляции
картера ведет к нарушению регулировки карбюратора (переобогащению смеси).
В этом случае подвергаются проверке главный топливный жиклер и воздушные
жиклеры.
Содержание СО в отработавших газах существенно зависит от износа
цилиндропоршневой
группы
и
от скорости
движения
автомобиля. У
изношенного двигателя количество СО увеличивается более чем в 3 раза по
сравнению с отрегулированным и неизношенным двигателем.
Загрязнение
деталей
двигателя
отложениями,
образовавшимися
в
процессе эксплуатации, увеличивает выброс токсичных веществ. Ухудшение
подвижности поршневых колец в канавках поршней вызывает потерю
компрессии, при этом в картер уносится до 35% СН.
Периодическая промывка системы, смазка промывочными маслами
снижает выброс СО в среднем на 27%, а выброс органических аэрозолей в
среднем на 45%.
Работа автомобиля характеризуется частой сменой скоростных и
нагрузочных
режимов
работы
двигателя.
Установлено,
что
удельная
токсичность отработавших газов с увеличением нагрузки на двигатель
уменьшается, достигая для карбюраторных двигателей минимальной величины
при 80%-ной нагрузке. Для дизельных двигателей этот минимум приходится на
60-70%-ную нагрузку.
В области холостого хода и малых нагрузок (дроссель открыт от 0 до
25%) количество горючей смеси очень мало, зажигание весьма затруднено, а
поэтому для нормальных условий работы двигателя используют обогащенную
смесь. В результате содержание СО в отработавших газах увеличивается и
может достигать 7-10%.
При работе на средних нагрузках (открытие дросселя от 25 до 80%) в
цилиндры поступает обедненная смесь (а=1,05-1,1), соответствующая наиболее
экономичной работе двигателя. При этом содержание СО в отработавших газах
минимальное и по сравнению с обогащенной смесью (а = 0,9) оно уменьшается
в 8-12 раз.
При работе в области, близкой к полной мощности (открытие дросселя от
80 до 100%), в цилиндры подается обогащенная смесь, соответствующая полной
мощности, с некоторой потерей в экономичности, что приводит к увеличению
содержания СО (до 5%) и СН.
В дизельных двигателях с увеличением нагрузки расход топлива
увеличивается, а расход воздуха не меняется, поэтому уменьшается а и резко
увеличивается содержание СН в отработавших газах.
Наибольшее количество бенз(а)пирена выделяется при пусках двигателя,
особенно в зимнее время.
Автомобили, двигающиеся с постоянной скоростью, по сравнению с
переменным режимом выделяют меньше токсичных веществ. Исследования
движения легкового автомобиля в Москве показали, что продолжительность
работы двигателя на холостом ходу равна 20-22%, на режимах ускорения - 2025%, замедления - 22-25%, а на постоянной скорости - лишь 27-37% от общего
баланса времени пребывания на линии.
В городских условиях эксплуатации автомобилей возможен режим
принудительного холостого хода, т. е. когда двигатель приводится во вращение
от трансмиссии. Этот режим наблюдается при торможении автомобиля
двигателем и составляет для грузовых автомобилей 18%, а для легковых- 16,4%
от общего баланса времени. При этом в цилиндрах создается сильное
разрежение, смесь получается богатой и нарушается процесс сгорания, а
следовательно, процентное содержание СО и СН в отработавших газах
увеличивается. Наиболее вредной считается работа автомобиля с полной
нагрузкой на максимальных скоростях. При этом в атмосферу попадает
значительно большее количество токсичных веществ, чем при работе на
холостом ходу, вследствие увеличения (в 6-10 раз) количества продуктов
сгорания.
Метеорологические условия также влияют на степень загрязнения
атмосферы при работе автомобиля. С увеличением влажности воздуха от 40 до
90% при постоянной температуре токсичность отработавших газов возрастает
на 38%. При понижении температуры окружающего воздуха от 25° до 15°С
содержание СО в отработавших газах увеличивается с 1,7 до 2,8%
4. ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ
4.1ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ МЕРОПРИЯТИЯ ПО ПОВЫШЕНИЮ
ЭКОЛОГИЧНОСТИ АВТОТРАНСПОРТНЫХ СРЕДСТВ
Основными эксплуатационными мероприятиями, направленными на
снижение токсичности отработавших газов являются следующие:
Для карбюраторных двигателей
. Своевременное регулирование карбюраторов по оптимальному составу
рабочей смеси;
. Оптимизация характеристики ускорительного насоса при разгоне
автомобиля;
. Поддержание оптимальной регулировки зазоров между торцами
стержней клапанов и носками коромысел газораспределительного механизма;
. Контроль и регулировка оптимального угла опережения зажигания.
Поддержание нормального зазора в контактах прерывателя.
. Повышение минимальной частоты вращения коленчатого вала двигателя
на 50-100 об/мин;
. Периодическая промывка системы смазки специальным промывочным
маслом;
. Периодическая проверка герметичности цилиндропоршневой группы;
. Движение, по возможности, с постоянной скоростью;
. Систематическая промывка топливных и воздушного фильтров систем
питания двигателя;
. Работа двигателя на средних скоростных режимах и нагрузках 60-80% от
максимальной мощности;
. Добавка в бензин 3% антитоксичного изопропилового спирта;
Для дизельных двигателей
. Систематический контроль оптимального угла опережения начала
подачи топлива. Он должен быть до ВМТ;
. Поддержание постоянной цикличности подачи топлива для каждого
цилиндра. Допускается неравномерность подачи топлива ±5%;
. Контроль и регулировка оптимальной максимальной подачи топлива,
исключающей дымный выхлоп;
. Своевременный контроль технического состояния и регулировка
оптимального давления начала впрыска топлива каждой форсункой;
.Разогрев двигателя и его систем перед началом движения автомобиля до
температуры не ниже 30°С и полная нагрузка двигателя при температуре
охлаждающей жидкости не ниже 55°С;
. Работа двигателя на средних скоростных режимах и нагрузках 60-70% от
максимальной мощности;
. Периодическая проверка герметичности цилиндропоршневой группы;
. Движение, по возможности, с постоянной скоростью;
. Своевременная промывка топливных и воздушных фильтров;
Чтобы судить о своевременном выполнении вышеуказанных мероприятий
на автотранспортных предприятиях, организуется контроль за токсичностью
отработавших газов с применением современных газоанализаторов.
Углубленная проверка исправного технического состояния топливных
систем двигателей обычно проводится 2 раза в год. При этом проверяют:
 производительность топливных жиклеров;
 износ
деталей
привода
ускорительного
насоса
и
его
производительность;
-
систему балансировки поплавковой камеры.
Хорошая взаимосвязь системы холостого хода карбюратора и главной
дозирующей системы обеспечивают автомобилю хорошие ходовые качества.
При техническом обследовании технического состояния карбюратора и
воздушного фильтра проверяют в первую очередь, т.е, контролируют: состояние системы холостого хода;
- положение винта минимального открытия дросселя;
- минимальные обороты холостого хода и содержание СО в отработавших
газах. Затем проверяют техническое состояние аккумуляторных батарей и
системы зажигания.
У дизельных двигателей в первую очередь определяется техническое
состояние топливной системы. То есть проверяется исправность топливной
аппаратуры (форсунок, топливных насосов). Обращается также внимание на
техническое
состояние
воздухоочистителя,
топливных
фильтров
и
их
герметичность.
Кроме того, автомобили с дизельными двигателями проверяются на
дымность при техническом обслуживании и при проведении годовых
технических осмотров.
Основные направления, мероприятия, методы и средства по снижению
токсичности и дымности отработавших газов:
1. Новые схемы двигателя:
 с турбокомпаундированием;
 с утилизацией теплоты в цикле Ренкина-Стирлинга;
 комбинированные;
 газотурбинные;
 аксиальные;
 двухтактные;
-
электрические.
2. Совершенствование рабочего процесса:
 оптимизация камеры сгорания;
 оптимизация параметров топливоподачи;
 улучшение наполнения цилиндров;
 оптимизация структуры воздушного вихря;
 оптимизация фаз газораспределения;
 разработка малотоксичных рабочих процессов;
 теплоизоляция камеры сгорания;
 предварительная физико-химическая обработка топлива, воздушного
заряда, рабочей смеси;
 совершенствование систем турбонадува;
 совершенствование систем впуска и выпуска.
3. Совершенствование конструкции и технологии изготовления ДВС:
 снижение механических потерь;
 утилизация теплоты отработавших газов;
 ужесточение допусков;
 оптимизация степени сжатия;
 совершенствование систем теплоподачи;
 совершенствование узлов и деталей дизеля;
 совершенствование систем охлаждения и смазывания;
 создание электронных систем управления.
4. Разработка средств и методов снижения токсичности и дымности ДВС:
-
воздействие на рабочий процесс:
 регуляция отработавших газов;
 впрыскивание воды, присадки и эмульсии;
-
устанавливаемых в системе выпуска:
 каталитические или жидкостные катализаторы,
 фильтры, термореакторы;
 прочие устройства;
 комбинированные системы очистки отработавших газов;
 химические поглотители.
5. Применение альтернативных топлив и масел:
 жидкие топлива;
 водород;
 сжатый газ (природный, синтетический и др.);
 сжиженный газ (природный, синтетический и др.);
 антидымные присадки;
 масла;
 смеси топлив, масел и присадок;
 метанол, этанол;
 подсолнечное, рапсовое масла.
6.
Технологическое
обеспечение,
эксплуатация,
техническое
обслуживание и ремонт:
 обкатка;
 ремонт;
 диагностика;
 эксплуатация;
 обслуживание;
 -хранение;
 повышение качества моторных масел.
 7. Комбинированные методы и средства:
 гаражные навесные системы очистки отработавших газов;
 стационарные системы очистки отработавших газов;
 малотоксичные режимы обкатки;
-
оптимальная организация движения;
- оптимизация транспортных потоков.
Наличие в транспортном потоке автотранспортных средств с различными
эксплуатационными свойствами приводит к возрастанию неравномерности
движения и расхода топлива. С ростом загрузки магистралей, естественно,
возрастают и выбросы отработавших газов. Создание однородных потоков
возможно дифференцированием полос движения для легковых и грузовых
автотранспортных средств, выделением магистралей для пассажирского и
грузового
движения,
выделением
отдельных
полос
для
маршрутного
пассажирского транспорта, специализацией полос при подходе к пересечению
по дальнейшему направлению движения.
Воздействие на скоростной режим транспортного потока также дает
положительный эффект по снижению токсичных выбросов двигателей
внутреннего сгорания.
Снизить вредные выбросы автотранспортных средств можно путем
внедрения автоматизированных систем управления движением (АСУД).
Внедрение АСУД способствует снижению числа задерживаемых транспортных
средств и времени их задержки у перекрестка, уменьшением неравномерности
движения на перегонах магистралей.
4.2 АЛЬТЕРНАТИВНЫЕ ВИДЫ ТОПЛИВА
Специалисты разных стран ведут исследования в области применения
новых видов топлива и источников энергии на автомобильных транспортах. Это
связано со значительным ростом численности автотранспортных средств и все
большим загрязнением окружающей среды окружающей среды.
К наиболее эффективным и перспективным видам моторного топлива
следует отнести природный газ, водород, пропан-бутановую смесь, метанол и
др.
Перспективное автомобильное топливо - это любой химический источник
энергии, использование которого в традиционных или разрабатываемых
автомобильных
двигателях
позволяет
в
какой-то
степени
решить
энергетическую проблему и уменьшить вредное воздействие на окружающую
среду.
Исходя
из
этого
формулируются
пять
основных
условий
перспективности новых источников энергии:
 наличие достаточных энергосырьевых ресурсов;
 возможность массового производства;
 технологическая и энергетическая совместимость с
 транспортными силовыми установками;
 приемлемые токсичные и экономические показатели
 процесса использования энергии;
- безопасность и безвредность эксплуатации.
Существует
автомобильных
несколько
топлив.
различных
Большой
классификаций
практический
интерес
перспективных
представляет
энергетическая классификация, в основу которой положена калорийность
традиционного жидкого углеродного топлива.
У традиционного жидкого углеводородного топлива самая высокая
энергоплотность, поэтому автомобиль, работающий на нем, имеет небольшие
размеры и массу топливного бака и топливной аппаратуры и не требует
сложной системы заправки и хранения топлива. Углеводородные газы и
водород обладают более высокой массовой энергоемкостью, но из-за малой
плотности у них значительно худшие объемные энергетические показатели.
Поэтому использование этих топлив возможно только в сжатом или сжиженном
состоянии, что в ряде случаев значительно усложняет конструкцию автомобиля.
Водородное топливо. Большие надежды возлагаются на водородное
топливо
как
на
топливо
будущего.
Обусловлено
это
его
высокими
энергетическими показателями, отсутствием большинства токсичных веществ в
продуктах сгорания и практически неограниченной сырьевой базой. Именно с
водородом связывают перспективное развитие энергетики.
По массовой энергоемкости водород превосходит углеводородные
топлива примерно в 3 раза; спирты - в 5-6 раз. Но из-за очень малой плотности
его энергоплотность низка. Водород обладает рядом свойств, сильно
затрудняющих его использование: сжижается при 24К; обладает высокой
диффузионной
способностью;
предъявляет
повышенные
требования
к
контактирующим материалам, взрывоопасен. Однако несмотря на это, ученые
многих стран ведут работы по созданию автомобилей, работающих на
водородном топливе. Многочисленные схемы возможного его применения в
автомобиле делятся на две группы: водород как основное топливо и как добавки
к современным моторным топливам. Основной трудностью при использовании
водорода в сжиженном состоянии является его низкая температура. Обычно
жидкий водород транспортируется в криогенных резервуарах с двойными
стенками, пространство между которыми заполнено изоляцией. Для безопасной
эксплуатации
жидкого
водорода
необходимы
полная
герметизация
топливоподающей системы и обеспечение сброса избыточного давления.
Водородная технология, водородная энергетика - о них говорят все
настойчивее по той причине, что этот химический элемент - основа
единственного известного сегодня топлива, не образующего при сгорании
пресловутого угарного газа и потому экологически наименее вредного. К тому
же запасы его в природе практически неисчерпаемы. Вот почему уже много лет
предпринимаются попытки использовать водород для двигателей внутреннего
сгорания. В этом направлении еще в 30-е годы работали Московский
автомеханический институт, МГТУ имени Баумана и ряд других институтов.
Во время Великой Отечественной войны идею водородного топлива
практически применили для автомобилей в войсках противовоздушной обороны
на Ленинградском фронте.
В послевоенные годы академик Е. А. Чудаков и профессор И. Л.
Варшавский использовали водород для питания одноцилиндрового двигателя в
Автомобильной лаборатории АН СССР. Занимались этой проблемой академик
В. В. Струминский и другие исследователи. Однако эксперименты тогда не
получили широкого размаха. Они стали более актуальными и возобновились
позднее. Только в США к 1976г. по этой теме вели исследования 15
экспериментально-конструкторских групп, которые создали 42 разновидности
«водородных» двигателей. Аналогичные поиски развернуты учеными ФРГ и
Японии.
Столь большой интерес к водороду как к топливу объясняется не только
его преимуществами экологического характера, но и физико-химическими
свойствами: теплота сгорания у него втрое выше, чем у нефтепродуктов,
воспламеняемость смеси с воздухом имеет широкие пределы, водород обладает
высокой скоростью распространения пламени и низкой энергией воспламенения
- в 10-12 раз ниже, чем бензин.
В нашей стране обширные работы по использованию водорода для
автомобильных двигателей активно ведут многие научные центры.
Метод получения этого химического элемента с применением так
называемых энергоаккумулирующих веществ детально разработан Институтом
проблем
машиностроения
АН
Украины,
который
проводит
также
фундаментальные исследования процессов сгорания водородовоздушных и
бензоводородовоздушных
смесей,
разрабатывает
принципиальные
схемы
силовой установки автомобиля при различных методах хранения нового
горючего на борту.
Водород
обусловленные
как
его
моторное
топливо
свойствами.
имеет
Широкие
некоторые
пределы
особенности,
воспламеняемости
позволяют лучше регулировать протекание рабочего процесса двигателя. В
результате удается повысить экономичность при частичных нагрузках - режиме,
в котором автомобильный двигатель «живет» довольно долго. Теплотворность
однородной смеси водорода с воздухом ниже, чем у бензина. Поэтому
мощность двигателя на водороде в большей степени, чем при использовании
бензина, зависит от способа смесеобразования.
Исследования детонационной стойкости бензоводородовоздушных и
водородовоздушных смесей показали, что их склонность к детонации в
значительной степени зависит от коэффициента избытка воздуха. И в этом
отношении при использовании водорода в качестве топлива выявлены иные
закономерности,
чем
для
бензина.
Изучение
работы
двигателей
на
водородовоздушных и бензоводородовоздушных смесях показало высокую
стабильность рабочего процесса. Сравнивая пределы изменения оптимального
угла опережения зажигания при работе на водороде и бензине, можно заметить,
что в первом случае он существенно зависит от коэффициента избытка воздуха.
При
обогащении
смеси
наивыгоднейший
угол
опережения
зажигания
значительно уменьшается. Поэтому при работе на водороде двигателю нужны
иные регулировки этого параметра.
Наконец, при сгорании водорода отработавшие газы не содержат таких
вредных компонентов, как СО, углеводороды, РЬО. Остается только один
токсичный компонент в выхлопе - NО (и то в меньших количествах, чем при
работе на бензине). При использовании водорода в качестве добавки
содержание вредных компонентов резко сокращается благодаря полноте
сгорания. Кроме того, уменьшается необходимость использования вредных
антидетонационных свинцовых присадок к бензинам.
Эксперименты показали, что двигатели внутреннего сгорания могут с
успехом работать как на чистом водороде, так и на смеси его с парами бензина.
Любопытно, что уже 10-процентная добавка (от массы расходуемого топлива)
водорода
может
оказать
существенное
влияние,
снижая
токсичность
отработавших газов и улучшая экономические показатели. Она намного
расширяет пределы воспламеняемости смеси, что создает условия для
эффективного регулирования процесса сгорания. Практически это означает
возможность устойчивой работы на очень бедных бензоводородовоздушных
смесях с большим коэффициентом избытка воздуха, чем обеспечивается
значительная экономия бензина. Учитывая то обстоятельство, что двигатель в
городских условиях до 30% времени работает на холостом ходу или режимах
неполной нагрузки, можно представить себе, какие экономические выгоды
несет использование водорода. А работа двигателя при высоких коэффициентах
избытка
воздуха
сопровождается
почти
полным сгоранием
смеси,
и,
следовательно, в отработавших газах нет токсичных компонентов. В Институте
проблем машиностроения АН Украины уже разработаны автомобильные
силовые установки, действующие на водородном топливе. Для них водород
получают из воды (с применением энергоаккумулирующих веществ, в основе
которых лежат окислы металлов), а также из гидридов - веществ, способных
при охлаждении поглощать водород, а при нагревании - отдавать его.
Связывать водород гидридами необходимо в интересах безопасности, так
как при утечках из баллонов он образует, смешиваясь с воздухом, взрывчатую
смесь, которая легко воспламеняется (вспомните частые аварии дирижаблей с
емкостями, заполненными водородом). Но важнее тот факт, что гидриды
являются более рациональным методом хранения водорода на борту
автомобиля по объемным показателям.
Общая
схема
силовой
установки
топлива:
водородное
топливо,
получаемое в результате взаимодействия энергоаккумулирующих веществ с
водой, подается системой питания в двигатель. Мощность двигателя
регулируется компонентами, подаваемыми в реактор для освобождения
связанного водорода.
Силовая установка может быть выполнена как по открытому, так и
закрытому циклу. В первом случае на борту автомобиля размещаются только
емкости для энергоаккумулирующих веществ и воды, а продукты сгорания
выбрасываются в атмосферу. При замкнутом цикле дополнительно вводятся
теплообменник и конденсатор, позволяющие использовать пары воды из
выхлопных газов. Поступающая в реактор с энергоаккумулирующими
веществами вода снова служит источником для получения водорода. Так при
замкнутом
цикле
«носителем»
топлива
служит
вода,
а
энергией
-
энергоаккумулирующие вещества. Водородное топливо при обоих циклах
может использоваться в чистом виде или в качестве добавок (5-10% по массе). В
последнем случае на машине сохраняется система питания бензином.
«Извлечение» водорода из воды происходит в реакторе, содержащем
энергоаккумулирующие
вещества.
Наиболее
простым
является
реактор
постоянного действия, в котором давление поддерживается регулировкой
подачи компонентов в зону реакции.
Процесс получения в нем топлива происходит не мгновенно, т. е. он
обладает некой инерцией. Выделяющийся в реакторе водород поэтому должен
поступать к мотору через редуктор-регулятор, поддерживающий оптимальное
давление перед форсунками подачи.
По
разработанным
методикам
для
испытаний
с
применением
энергоаккумулирующих веществ на основе оксидов металлов, а также с
использованием гидридов были апробированы серийные легковые автомобили
«Москвич» и «ВАЗ».
Первый эксперимент (применение энергоаккумулирующих веществ автомобиль «Москвич») - система питания бензином оставлена без изменения.
На машине смонтированы два реактора 1, обеспечивающие получение водорода
из воды, и редуктор 5, предназначенный для дозирования подачи топлива на
разных режимах работы двигателя.
Реакторы
периодического
действия
имеют
постоянную
загрузку
энергоаккумулирующих веществ на основе кремния или алюминия с
регулируемой подачей воды. Насосы высокого давления 4, приводимые
электродвигателем, подают воду из бака через подогреватель и фильтр к
реактору, где ее распыляют форсунки. В водяной системе установлены
обратные клапаны, предотвращающие проникновение туда водорода при
прекращении подачи воды. Кроме того, в ней предусмотрен кран 3, который
переключает подачу воды с одного реактора на другой. Все агрегаты этой
экспериментальной установки смонтированы на общей раме и помещены в
багажнике.
Рис. 3.
Установка с применением энергоаккумулирующих веществ для питания
двигателя водородом: 1 - реакторы периодического действия; 2 - бак для воды; 3
- кран подачи воды в реактор; 4 - блок насосов с электроприводом; 5 - редуктор
в системе подачи водорода
Водород от реакторов поступает к крану, установленному на приборной
панели, которым водитель соединяет работающий реактор 1 с системой подачи
водорода. Последняя состоит из понижающего редуктора, влагоотделителя,
газового счетчика и редуктора регулирования подачи водорода (управляется
специальной
педалью).
Топливо
вводится
во
впускной
трубопровод,
непосредственно перед впускным клапаном.
Для работы на водороде, получаемом из гидридов, система питания
бензином также сохранена и дополнительно установлена система хранения и
подачи водорода (автомобиль «ВАЗ»). Она состоит из гидридного бака 1,
нагреваемого отработавшими газами, редуктора со всережимным вакуумным
регулятором 9 расхода водорода и смесителя 8, сделанного на базе серийного
карбюратора. Скорость выделения водорода гидридом система регулирует
автоматически
(блок
электромагнитным
управления
приводом
7
10,
на
реле
давления
выпускной
трубе),
2,
заслонка
с
поддерживает
постоянным, независимо от режима двигателя, давление водорода в системе.
Гидридный бак при зарядке охлаждается водой.
Рис. 4.
Установка с применением гидридов: 1 - гидридный бак; 2 - реле давления;
3 - вентиль заправки; 4 - выхлопной патрубок гидридного бака; 5 - глушитель; 6
- бензиновый бак; 7 - электромагнитный привод заслонки; 8 - смеситель; 9 регупятор давления и расхода водорода; 10 - блок электронного управления
Применение
водорода
в
качестве
дополнительного
топлива
для
карбюраторных двигателей открывает возможность принципиально нового
подхода к организации рабочего процесса. При минимальной модификации
двигателя, касающейся в основном системы питания, можно достичь
значительного повышения его топливной экономичности (эксплуатационный
расход бензина снижается на 35-40%) и уменьшить токсичность отработавших
газов.
Таблица 13
Токсичность отработавших газов,
Компоненты
СО
СН
NОх
Топливо
Бензин
100
100
100
Природный газ
10
80
90
Бензин с водородом
3
74
4,5
Водотопливные эмульсии. Применение воды в рабочем процессе
двигателя внутреннего сгорания не является новинкой последних лет. Впрыск
воды использовался для обеспечения работы двигателей внутреннего сгорания
на низкооктановых топливах еще в 30-е годы.
Сейчас основное внимание при использовании воды в качестве добавки к
топливу уделяется возможности повышения экономичности и снижения
токсичности отработавших газов автомобиля.
Водотопливные эмульсии - это жидкое топливо с мельчайшими каплями
равномерно распределенной по объему топлива воды. Эмульсия приготовляется
непосредственно на автомобиле. Для предотвращения расслоения эмульсии в
топливо добавляется эмульгатор в количестве 0,2-0,5%. Содержание воды в
водотопливной эмульсии может достигать 30-40%.
Применение водотопливных эмульсий возможно как в карбюраторном,
так и дизельном двигателе. Но в карбюраторном двигателе применение
водотопливных эмульсий в ряде случаев приводит к ухудшению некоторых
показателей (в частности, топливной экономичности), отказам при полном
открытии дроссельной заслонки, перебоям при движении с низкой скоростью.
Наилучшие результаты дает использование водотопливных эмульсий на
дизельных двигателях. Подача в камеру сгорания воды обеспечивает
дополнительное распыление топлива за счет дробления перегретыми парами
воды. Удельный расход топлива при этом снижается на 4-10%.
Добавка воды к топливу позволяет снизить содержание некоторых
токсичных веществ в отработавших газах за счет уменьшения максимальных
температур в камере сгорания, величина которых определяет количество NОх.
При применении водотопливных эмульсий количество NOх может снизиться на
40- 50%. Снижается также дымность отработавших газов, так как сажа при
наличии паров воды взаимодействует с ними с образованием углекислого газа и
азота. Выделение СО остается практически неизменным по сравнению с
работой двигателя внутреннего сгорания на топливе без добавки воды, а
выделение СпНш несколько увеличивается. Этот вид топлива пока не нашел
широкого применения на автомобильном транспорте, поскольку усложняется
конструкция автомобиля, возникает ряд проблем при эксплуатации в зимний
период, недостаточно изучено влияние воды на условия работы и долговечность
двигателя внутреннего сгорания.
Синтетические спирты. В качестве топлива для двигателя внутреннего
сгорания автомобилей нашли применение метанол и этанол как в чистом виде,
так и в составе многокомпонентных смесей.
Наибольшее распространение автомобили, работающие на спиртовом
топливе, получили в Бразилии, которая ввозит 80-85% нефтепродуктов,
расплачиваясь за них валютой. Расходы на горючее растут из года в год и
исчисляются миллиардами долларов. Поэтому в стране с энтузиазмом был
встречен
объявленный
президентом
в
1975г.
проект
«алкоголизации
транспорта». Топливные баки бразильских автомобилей заправляются смесью
спирта и бензина в пропорции 1:4.
Со временем предполагается перевести весь автопарк на использование
этилового спирта вместо бензина. Спирт получают из сахарного тростника
(Бразилия - крупнейший в мире производитель этой культуры). Возможно
получение до 80 т биомассы с 1га в год. Плантаций,
занимающих
2%
территории страны, будет достаточно, чтобы обеспечить потребность в новом
горючем.
По расчетам специалистов 1л спирта обходится на 30- 35 % дешевле
бензина.
Мексика, вторая по численности населения страна Латинской Америки,
готова последовать бразильскому примеру. В США также проявляется интерес
к производству топливного спирта из древесных, сельскохозяйственных и иных
отходов.
С энергетической точки зрения преимущество спиртовых топлив
заключается в высоком КПД рабочего процесса и высокой антидетонационной
стойкости топлива, но теплота сгорания спиртов примерно вдвое ниже, чем у
бензинов. Низкая энергоемкость спиртов ведет к увеличению удельного расхода
топлива.
Использование спиртов требует сравнительно небольшого изменения
конструкции автомобиля. Основные мероприятия сводятся к увеличению
объема топливных баков и установке устройств, обеспечивающих стабильный
пуск двигателя в любую погоду. Требуется также замена некоторых металлов и
прокладочных материалов, в частности облицовка пластмассой метанольного
бака.
Это
связано
с
высокой
коррозийной
активностью
спиртов
и
необходимостью более тщательной герметизации топливоподающей системы,
поскольку
метанол
является
нервно-сосудистым
ядом.
Применение
бензометанольной смеси выдвигает ряд других специфических требований. В
частности, ужесточаются требования к давлению насыщенных паров бензина,
поскольку даже с 5 %-ной добавкой метанола оно значительно увеличивается.
Чтобы избежать расслоения смеси, при ее хранении, транспортировке и
применении необходимо соблюдать определенную температуру и не допускать
попадания в нее воды. Некоторые синтетические материалы, используемые в
системах подачи топлива и в автомобильных системах питания, оказались
нестойкими к бензометанольной смеси. При переводе автомобиля с бензина на
бензометанольную
смесь
пришлось
изменить
пропускную
способность
жиклеров, при этом несколько увеличился общий расход топлива. Вместе с тем
установлено, что смесь с содержанием метанола до 15 % не ухудшает основных
технико-эксплуатационных
показателей
грузовых
автомобилей.
Высокие
антидетонационные показатели спиртов позволяют повышать степень сжатия
двигателя внутреннего сгорания до 14-15 единиц.
Использование спиртовых топлив снижает содержание токсичных
веществ в отработавших газах, что объясняется более низкой температурой
горения спиртового топлива.
С начала 70-х годов, когда резко обострилась энергоэкологическая
ситуация, практически все промышленно развитые страны развернули широкий
поиск альтернативных энергоносителей, способных заменить бензин и
дизельное топливо. Среди альтернативных топлив особое внимание уделяется
водороду: его использование для двигателей внутреннего сгорания позволяет
решить как сырьевую, так и экологическую проблемы, причем сделать это без
коренной перестройки технической базы современного двигателестроения. В
частности, исследования показали, что применение водорода в качестве
основного или дополнительного топлива для двигателей с принудительным
воспламенением заряда повышает их топливную экономичность на 30-40% и
резко снижает токсичность отработавших газов, так как моторные свойства
позволяют двигателям работать на бедных смесях при качественном
регулировании мощности. За рубежом работы по созданию автомобильных
«водородных»
развитыми
двигателей
странами
уже
внутреннего
давно
и
сгорания
довольно
ведутся
успешно.
передовыми
В
частности,
автомобильная компания «Даймлер-Бенц» (Германия) изготавливала легковые
автомобили и микроавтобусы на базе серийных моделей, двигатели которых
питаются как бензином с добавкой водорода, так и «чистым» водородом. Из
трех приемлемых для автотранспортных средств способов аккумулирования
водорода - в сжатом до 20 МПа, сжиженном при температуре 20К или
химически связанном в металлогидридах состоянии - на экспериментальных
автомобилях фирмы «Даймлер-Бенц» применялся последний.
5. КОНСТРУКТОРСКАЯ ЧАСТЬ
5.1
КОНСТРУКТИВНЫЕ
УСОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ
ДВИГАТЕЛЕЙ
Совершенствование конструкции современного двигателя внутреннего
сгорания с искровым зажиганием является одним из основных мероприятий
снижения
отработавших
существующими
газов
стандартами.
до
величин,
Наибольшее
регламентированных
влияние
на
токсичность
отработавших газов оказывают изменения, вносимые в систему питания и
зажигания двигателей внутреннего сгорания, поскольку эти системы во многом
определяют
процесс
совершенствование
воспламенения
системы
питания
и
сгорания
двигателя
рабочей
внутреннего
смеси,
сгорания,
позволяющее добиться более равномерного распределения рабочей смеси по
цилиндрам, обеспечить ее оптимальный состав для каждого режима работы и
возможность работы на бедных смесях, влияет в основном на количество
продуктов неполного сгорания в отработавших газах.
Работы ведутся в следующих направлениях:
улучшение качества процесса смесеобразования во впускной системе;
улучшение распыливания топлива в карбюраторе;
обеспечение равномерного распределения смеси по цилиндрам.
Улучшение качества процесса смесеобразования и распыливания топлива
позволяет повысить предел обеднения рабочей смеси и увеличить полноту ее
сгорания. При использовании карбюраторов, в которых распыливание топлива
происходит при высоких (близких к звуковым) скоростях движения воздуха,
значительно улучшается процесс смесеобразования, особенно в режимах
холостого хода. При этом снижается содержание углеводородов в отработавших
газах, двигатель устойчиво работает на холостом ходу.
Подогрев
впускного
трубопровода
тоже
приводит
к
улучшению
смесеобразования, так как при этом быстрее и полнее происходит испарение
топлива:
выделение
СО
и
CnHm
уменьшается,
но
выделение
NOx
увеличивается. Подогрев смеси целесообразно вводить при работе двигателя
внутреннего сгорания на холостом ходу и малых нагрузках. Особенно
необходим подогрев смеси при эксплуатации автомобиля в зимнее время года.
В случае отключения жиклера холостого хода снижается расход топлива и
выброс СО, но увеличивается выброс CnHm, так как часть топлива из каналов
холостого хода уносится воздухом. При переходе с режима принудительного
холостого хода наблюдаются «провалы», неустойчивая работа двигателя на
холостом ходу. Поэтому применяется, как правило, одновременное отключение
подачи топлива и воздуха в режиме принудительного холостого хода. При этом
снижаются выбросы СО и CnHm.
В многоцилиндровых карбюраторных двигателях нередко наблюдается
неравномерное распределение рабочей смеси по цилиндрам, что вызывает
повышенное содержание продуктов неполного сгорания в отработавших газах.
Эффективный метод снижения неравномерности распределения смеси по
цилиндрам - применение систем непосредственного впрыска топлива. Впрыск
бензина обычно осуществляется во впускной коллектор и бывает одноточечным
(с одной форсункой, установленной вместо карбюратора) и многоточечным, или
распределенным, когда форсунки ставятся непосредственно перед впускными
клапанами. Первое время широко применялся механический впрыск, но сейчас
он повсеместно вытеснен электронным. Наилучшие результаты получены при
электронном управлении впрыском топлива. Легкий пуск в любую погоду,
разгон без «провалов» на непрогретом моторе. Легкость перенастройки
электронной системы: для этого достаточно заменить или перепрограммировать
микросхему в бортовом компьютере - и можно, например, перевести мотор с 95го на 93-й бензин или из «экологичного» режима на «мощностной» или
«экономичный». Но многоточечный впрыск гораздо дороже одноточечного.
Недостатком впрыска является его требовательность к качеству топлива, а
любая
его
неисправность
требует
диагностики
и
ремонта
только
в
специализированных технических центрах.
Существенное влияние на состав отработавших газов оказывает также,
как отмечалось выше, регулировка системы холостого хода. Оптимальная
регулировка позволяет снизить содержание СО на 30% и CnHm на 15% при
некотором
увеличении
(до
5%)
NOx.
В
конструкциях
современных
карбюраторов сейчас применяются различные ограничивающие устройства,
исключающие перерегулировку системы холостого хода в больших пределах в
процессе эксплуатации.
Совершенствование системы зажигания играет большую роль в процессе
сгорания рабочей смеси в цилиндрах. На многих автомобилях в системе
зажигания предусмотрены устройства, обеспечивающие установку поздних
углов опережения зажигания, иногда даже после верхней мертвой точки. При
этом процесс сгорания смеси затягивается на такте расширения, нередко до
открытия выпускного клапана. Концентрация СО и NOx в отработавших газах
двигателей внутреннего сгорания практически не меняется, а концентрация
CnHm уменьшается. Это объясняется увеличением температуры отработавших
газов и догоранием CnHm в выпускной системе. Отрицательным последствием
работы двигателя внутреннего сгорания при позднем зажигании является
снижение КПД и некоторое увеличение расхода топлива.
Второе направление совершенствования системы зажигания - обеспечение
стабильной мощной искры на свече. Это привело к появлению систем
зажигания с увеличенным временем разряда или подачей серии искр.
Применение транзисторных систем зажигания, обеспечивающих мощный
разряд, позволяет снизить содержание CnHm в отработавших газах до 10% с
одновременным повышением надежности системы.
Как уже отмечалось, отработавшие газы двигателей внутреннего сгорания
являются не единственным источником загрязнения атмосферы CnHm. Около
35% CnHm попадают в атмосферу с картерными газами и при испарении
топлива из карбюратора и топливного бака.
Самым распространенным способом предотвращения попадания в
атмосферу CnHm с картерными газами является использование замкнутой
системы вентиляции картера.
Отработавшие газы (CnHm), попавшие в картер двигателя внутреннего
сгорания, очищаются в маслоотделителе от капелек масла, поступают в
воздушный фильтр, а затем в карбюратор, и сгорают в цилиндре. При замкнутой
системе вентиляции картера выброс уменьшается на 10-50%.
Для уменьшения испарения топлива на автомобили устанавливается
система улавливания паров бензина. Такие системы монтируются на
автомобилях ВАЗ, предназначенных для экспорта в Северную Америку.
Система улавливания паров бензина работает следующим образом: при
неработающем
двигателе
внутреннего
сгорания
в
случае
достижения
определенного давления паров в топливном баке они через трехпозиционный
клапан
поступают
в
адсорбер,
представляющий
собой
емкость
с
активированным углем.
В адсорбере пары топлива накапливаются. При работающем двигателе
внутреннего сгорания через адсорбер просасывается воздух, который уносит
накопившиеся пары топлива во впускную систему двигателя. При работающем
двигателе магистраль, связывающая топливный бак и адсорбер, перекрыта.
У автомобиля, оборудованного системой улавливания паров бензина,
количество CnHm, попадающего в атмосферу при испарении топлива,
уменьшается в 5 раз.
Состав
отработавших
газов
в
наибольшей
степени
определяется
техническим состоянием двигателя внутреннего сгорания. На двигатели
внутреннего сгорания приходится 84% неисправностей, влияющих на выброс
токсичных веществ. Очевидно, что старые автомобили в эксплуатации имеют
значительно более высокую токсичность отработавших газов, чем новые. Это
объясняется изменением в результате эксплуатации технического состояния и
регулировок систем питания и зажигания, газораспределительного механизма,
износом цилиндропоршневой группы, отложением нагара на стенках камеры
сгорания, увеличением потерь в трансмиссии и сил сопротивления движению.
Поддержание
технического
состояния
автомобиля
в
период
его
эксплуатации позволяет значительно уменьшить загрязнение атмосферы
продуктами неполного сгорания топлива (в среднем на 30-40% для одного
автомобиля). В итоге цифра получается очень значительная, поскольку
основную часть парка составляют автомобили со средними и большими
пробегами.
Токсичность двигателя с искровым зажиганием можно существенно
уменьшить путем совершенствования конструкции и формы камеры сгорания,
впускной и выпускной систем двигателя, введения оптимальных регулировок
состава смеси и угла опережения зажигания, применения непосредственного
впрыска топлива, организации послойного смесеобразования, перепуска
отработавших газов во впускную систему, впрыска воды, поддержания
двигателя в должном техническом состоянии, рациональной его эксплуатации.
На выделение токсичных веществ двигателем с искровым зажиганием
большое влияние оказывает состав смеси и угол опережения зажигания.
Подбирая оптимальные в отношении токсичности регулировки указанных
параметров, можно значительно уменьшить выделение токсичных веществ. Это
в равной мере относится и карбюраторным, и к дизельным двигателям.
Наибольшее количество токсичных веществ двигатель выделяет при
ускорении и замедлении автомобиля, а также на режиме холостого хода.
Поэтому в первую очередь указанные выше параметры регулируются на этих
режимах.
Оптимальные
регулировки
двигателя
являются
эффективным
средством для уменьшения токсичности двигателей (по продуктам неполного
сгорания).
Признанным
методом
уменьшения
выделения
оксидов
азота
с
отработавшими газами является перепуск части газов во впускную систему
двигателя. Концентрация NOx в отработавших газах двигателя зависит от
максимальной температуры и наличия свободного кислорода в продуктах
сгорания.
Уменьшение
выделения
NOx
с
помощью
рециркуляции
части
отработавших газов объясняется понижением максимальной температуры
процесса сгорания из-за уменьшения количества топлива, поступающего в
цилиндр при рециркуляции, и большей теплоемкости продуктов сгорания по
сравнению с теплоемкостью воздуха.
Введение системы рециркуляции несколько ухудшает динамические
качества автомобиля. При работе двигателя на этилированном бензине в
системе рециркуляции и камере сгорания образуются отложения, которые
содержат в основном свинец. Это приводит к нарушению ее нормальной
работы.
Впрыск воды во впускной трубопровод двигателя приводит к понижению
максимальной температуры цикла и, следовательно, к снижению концентрации
NOx
при
работе. Впрыск
воды
несколько
улучшает
мощностные и
экономические показатели двигателя.
Однако для массового автомобиля система вряд ли найдет применение изза усложнения конструкции и необходимости иметь запас воды, соизмеримый с
запасом топлива.
Для уменьшения выделения всех основных токсичных компонентов
целесообразно применять глубокое расслоение смеси, при котором в первой
стадии процесс сгорания происходит в зоне обогащенной смеси, а во второй
стадии - в зоне обедненной смеси. Выход оксидов азота в первой стадии
ограничивается недостатком кислорода, а во второй - низкой температурой. При
послойном
смесеобразовании
обогащенная
смесь
находится
в
зоне
расположения свечи зажигания. Это создает благоприятные условия для
воспламенения смеси электрической искрой и формирования начального очага
пламени, что обеспечивает устойчивую работу двигателя на обедненных смесях
и уменьшение цикловой неравномерности. В настоящее время известно много
способов
послойного
смесеобразования
и
сжигания
неравномерно
распределенной смеси.
На выделение токсичных веществ двигателями влияет большое число
различных эксплуатационных факторов: режим работы, температура деталей
камеры сгорания, нагарообразование, износ цилиндропоршневой группы,
состояние топливоподающей системы и системы зажигания.
Уменьшение выделения токсичных веществ с картерными газами может
быть достигнуто двумя методами: уменьшением прорыва газов в картер
двигателя и предотвращением попадания картерных газов в атмосферу.
К системам, разрабатываемым в соответствии с этими методами,
предъявляются следующие требования: высокая эффективность, простота
конструкции и надежность ее работы, большой срок службы. Кроме того,
применяемые устройства не должны ухудшать эксплуатационные показатели
двигателя и увеличивать токсичность отработавших газов.
Более рациональным представляется первый метод, однако второй проще
реализовать. Поэтому в настоящее время более разработанными являются
системы, предотвращающие попадание картерных газов в атмосферу.
Уменьшение выброса углеводородов в атмосферу вследствие испарения
топлива из карбюратора и топливного бака возможно различными способами:
применением топлив с меньшей испаряемостью; адсорбцией паров топлива в
специальных фильтрах; герметизацией топливного бака; сбором паров топлива
в
специальную
емкость
(или
картер)
при
неработающем
двигателе;
конденсацией паров топлива; вентиляцией топливного бака во впускную
систему двигателя; вентиляцией топливного бака для уменьшения колебаний
температуры топлива в нем.
К
системе,
предотвращающей
образование
паров
топлива
или
улавливающей их, предъявляются следующие требования: значительное
уменьшение потерь топлива за счет испарения, универсальность, т.е.
возможность применения системы на различных автомобилях, простота
конструкции, компактность и большой срок службы. Кроме того, система не
должна увеличивать выделение токсичных веществ с отработавшими газами
(через воздействие на процесс сгорания) и ухудшать эксплуатационные
показатели двигателя.
Способы воздействия на основные токсические компоненты можно
сгруппировать
так:
уменьшение
токсичности
двигателей
путем
усовершенствования рабочего процесса и конструкции; регулировка угла
опережения впрыска топлива и подбор топливной аппаратуры.
В отработавших газах дизелей доминируют такие токсичные вещества,
как оксиды азота и сажа; кроме того, также необходимо обращать внимание на
дымность и запах. Запах отработавших газов дизелей связан с присутствием в
них ряда веществ (альдегидов и др.). В настоящее время проводятся работы по
установлению связи между запахом и химическим составом отработавших
газов. Борьба с запахом может проводиться как в направлении его устранения,
так и превращения его из неприятного в приятный (добавка присадок).
Уменьшение угла опережения впрыска топлива на 1 градус снижает
концентрацию NOx в отработавших газах. Содержание сажи в отработавших
газах уменьшается с увеличением угла опережения впрыска. Таким образом,
уменьшая угол опережения впрыска топлива, можно существенно снизить
выделение оксидов азота дизелями, но при этом выделение сажи заметно
возрастает, и для его уменьшения необходимо принимать специальные меры.
Большое влияние на токсичность дизелей оказывают характеристики топливной
системы:
продолжительность
впрыска
и
размеры
сопловых
отверстий
распылителя. Следовательно, подбирая топливную аппаратуру, можно влиять
на токсичность отработавших газов дизеля, особенно на их дымность.
Большое влияние на выделение токсичных веществ с отработавшими
газами дизелей оказывает организация процессов смесеобразования и сгорания.
Установлено, что двухкамерные (вихрекамерные и предкамерные) дизели
выделяют примерно 50% оксидов азота от выбрасываемых однокамерными.
Одним из средств уменьшения выделения NOx с отработавшими газами
дизелей является применение рециркуляции отработавших газов.
Дымность отработавших газов двигателей может быть уменьшена
применением специальных устройств, корректирующих работу циркулятора.
Эти устройства часто выполняют в виде амортизатора, который ограничивает
скорость
перемещения
рейки
топливного
насоса
высокого
давления
относительно положения, соответствующего максимальной подаче.
Определенное снижение дымности автотранспортных средств можно
получить и более простым способом, ограничив ход рейки установкой
постоянного
упора
простейшей
конструкции
(прокладка,
шайба,
ограничительный винт), величину снижения пусковой подачи подбирают из
условий нормального запуска двигателя. Такого рода регулировка должна иметь
сезонный характер.
5.2
ПРИМЕНЕНИЕ
ПЕРСПЕКТИВНЫХ
ТРАНСПОРТНЫХ
ДВИГАТЕЛЕЙ
Дизельные двигатели внутреннего сгорания. На ближайшую перспективу
поршневые двигатели внутреннего сгорания останутся основным типом
автомобильных двигателей, причем большое развитие должны получить
дизельные двигатели внутреннего сгорания. Дизельные двигатели внутреннего
сгорания начали широко применяться после второй мировой войны на грузовых
автомобилях большой грузоподъемности. Но в последние годы такие
преимущества дизельного двигателя внутреннего сгорания, как меньший
удельный
расход
топлива
(на
30-35%)
и
более
низкая
токсичность
отработавших газов, обусловили их широкое применение не только на грузовых
автомобилях большой и средней грузоподъемности и автобусах, но и на
легковых автомобилях. У многих массовых зарубежных моделей легковых
автомобилей существуют модификации с дизельным двигателем внутреннего
сгорания.
В
дизельных
двигателях
внутреннего
сгорания
(в
отличие
от
карбюраторных) в цилиндры поступает, а затем сжимается только чистый
воздух, необходимый для обеспечения процесса горения топлива.
Топливо подается форсункой при подходе поршня в верхнюю мертвую
точку. К этому времени давление в цилиндре достигает 3,5-5,5МПа, а
температура - 500 - 600С. В этих условиях смесь топлива с воздухом
самовоспламеняется.
Небольшое, по сравнению с карбюраторным двигателем внутреннего
сгорания, содержание СО и CnHm в отработавших газах дизельного двигателя
внутреннего сгорания объясняется особенностью его рабочего процесса. Для
дизельного двигателя внутреннего сгорания обычно коэффициент избытка
воздуха составляет 1,3-1,4; особенно сильно смесь обедняется при работе
двигателя на холостом ходу. Максимальное содержание NOx в отработавших
газах, как и у карбюраторного двигателя внутреннего сгорания, соответствует
наиболее
экономичным
режимам
работы
и
объясняется
высокими
температурами в камере сгорания.
К недостаткам дизельного двигателя внутреннего сгорания с точки зрения
токсичности отработавших газов относятся повышенное содержание сажи,
соединений серы и неприятный запах отработавших газов. Большое содержание
сажи связано с неоднородностью рабочей смеси, в результате чего распад
(пиролиз) углеводородных соединений топлива сопровождается выделением
чистого углерода. С отработавшими газами выносится только около 1%
углерода, а большая его часть сгорает в двигателе. Более высокое содержание
соединений серы объясняется тем, что в состав дизельного топлива входит до
1% серы, которая в процессе сгорания топлива окисляется до SO.
Отработавшие газы являются основным источником токсических веществ,
выделяемых при работе дизельного двигателя внутреннего сгорания. С
картерными газами и за счет испарений из топливной системы выделяется
очень небольшое (в отличие от карбюраторного двигателя внутреннего
сгорания) количество CnHm.
Работы по снижению токсичности отработавших газов дизельных
двигателей внутреннего сгорания в основном сводятся к уменьшению
выделения NOx и сажи. Добиваются этого как за счет совершенствования
процессов смесеобразования и сгорания рабочей смеси, так и путем установки
дополнительных устройств в системе выпуска, использования топлива с
различными присадками, уменьшающими образование сажи.
Роторно-поршневые
возможной
замены
двигатели
поршневого
внутреннего
сгорания.
двигателя внутреннего
В
качестве
сгорания было
сконструировано и предложено большое количество роторно-поршневых
двигателей внутреннего сгорания. Роторно-поршневой двигатель фактически
опередил изобретение поршневого двигателя внутреннего сгорания, к 1910г.
перечень роторно-поршневых двигателей насчитывал более 2000 моделей.
Наиболее удачной конструкцией является в настоящее время двигатель,
разработанный Ф.Ванкелем в 1954г., поэтому очень часто роторно-поршневые
двигатели называют двигателями Ванкеля. В середине 60-х годов несколько
фирм освоили серийное производство автомобилей с роторно-поршневыми
двигателями. В СССР была выпущена опытная партия автомобилей ВАЗ-21018
с роторно-поршневыми двигателями мощностью 48кВт (70 л.с.).
Рабочий
цикл
роторно-поршневого
двигателя
имеет
ту
же
последовательность процессов, что и поршневой четырехтактный двигатель
внутреннего сгорания с искровым зажиганием. В корпусе специальной формы
вращается ротор, который совершает планетарное движение относительно
эксцентрикового вала, постоянно касаясь поверхности корпуса. При этом
образуются три отдельные перемещающиеся камеры. Смесеобразование
происходит в карбюраторе обычного типа, воспламеняется смесь от свечи
зажигания.
Роторно-поршневые двигатели имеют ряд несомненных преимуществ по
сравнению с поршневыми: меньший вес и размеры; компактность, что особенно
важно при создании малолитражных автомобилей с передними ведущими
колесами; способность работы на бензине с низким октановым числом. Его
конструкция относительно проста: в роторно-поршневом двигателе всего две
вращающиеся детали - ротор и вал; практически отсутствуют вибрации при
работе. Роторно-поршневой двигатель высокооборотен и обладает большой
удельной мощностью.
Однако роторно-поршневой двигатель уступает поршневому двигателю
внутреннего сгорания с искровым зажиганием по токсичности отработавших
газов, особенно по содержанию CnHm. Это объясняется следующими
причинами.
Во-первых,
зона
гашения
пламени
у
роторно-поршневых
двигателей больше, чем у поршневого двигателя внутреннего сгорания с такой
же
степенью
сжатия.
Во-вторых,
основным источником повышенного
содержания CnHm в отработавших газах роторно-поршневого двигателя
являются утечки CnHm через уплотнения в выхлопную камеру. На малых
оборотах масса несгоревшей смеси, просачивающейся в выхлопную камеру,
может достигать 9% от общей массы рабочей смеси на впуске. С ростом числа
оборотов масса просачивающейся смеси уменьшается. Помимо более высокого
содержания CnHm в отработавших газах, к недостаткам роторно-поршневого
двигателя можно отнести худшую топливную экономичность, меньший срок
службы и необходимость применения ряда сложных уплотнений.
В то же время конструктивные особенности роторно-поршневого
двигателя позволяют более эффективно применять устройства для уменьшения
выделения CnHm с отработавшими газами. Высокая температура отработавших
газов и небольшие размеры двигателя дают возможность использовать
термический и окислительный каталитический нейтрализаторы, эффект от
которых в данном случае выше чем у поршневого двигателя внутреннего
сгорания.
Роторно-поршневой двигатель остается наиболее перспективным в
качестве силовой установки для легкового автомобиля.
Двигатель внутреннего сгорания с послойным смесеобразованием. Анализ
влияния состава смеси на токсичность отработавших газов показывает, что
уменьшение содержания токсичных компонентов в отработавших газах
возможно либо при обогащении смеси, либо при обеднении. Но работа
двигателя на обогащенной смеси приводит к большой концентрации в
отработавших газах продуктов неполного сгорания, а при сильно обедненной
смеси резко ухудшается работа двигателя внутреннего сгорания.
В результате многолетних исследовательских и опытно-конструкторских
работ появился ряд схем поршневых двигателей внутреннего сгорания с
послойным смесеобразованием. При послойном смесеобразовании обогащенная
смесь находится только в зоне свечи зажигания, а остальная часть камеры
сгорания заполнена обедненной смесью. Это создает благоприятные условия
для начального воспламенения и обеспечивает работу на бедных смесях.
Первоначально такие двигатели внутреннего сгорания разрабатывались для
улучшения экономичности и возможности работы на разных сортах топлива, но
работа двигателя внутреннего сгорания на бедных смесях позволила
значительно понизить токсичность отработавших газов по сравнению с
обычным двигателем.
Все
схемы
двигателя
внутреннего
сгорания
с
послойным
смесеобразованием можно разделить на двигатели с открытой камерой сгорания
и с разделенной камерой. Подробно рассмотрим только одну из разновидностей
двигателя внутреннего сгорания с разделенной камерой - двигатель внутреннего
сгорания с форкамерно-факельным зажиганием.
Отдельный карбюратор через впускной коллектор и отдельный впускной
клапан подают обогащенную смесь в форкамеру, в которой установлена свеча
зажигания. В форкамере смесь воспламеняется. Этим создаются благоприятные
условия для воспламенения бедной смеси в основной камере сгорания от факела
сгорающей богатой смеси. Обедненная смесь подается к основному впускному
клапану от отдельного карбюратора через свой впускной коллектор.
Конструктивно двигатель внутреннего сгорания с форкамерно-факельным
зажиганием несколько сложнее, чем обычный двигатель внутреннего сгорания,
но токсичность его отработавших газов значительно ниже (например,
выделение СО уменьшается в 2-2,5 раза). Уменьшается также на 8-10% расход
топлива.
Разработан четырехцилиндровый двигатель внутреннего сгорания с
форкамерно-факельным зажиганием, а также двигатель внутреннего сгорания с
форкамерно-факельным
зажиганием
для
автомобиля
ЗИЛ-130.
Однако
перспективы применения этих двигателей внутреннего сгорания скорее связаны
с легковыми автомобилями и грузовыми малой грузоподъемности. На всех
автомобилях средней грузоподъемности целесообразнее применять дизельный
двигатель внутреннего сгорания.
Автомобильные газотурбинные двигатели - относятся к двигателям с
внешним подводом теплоты. Интерес к ним автомобилестроение проявляет
давно. Но лишь в самое последнее время их появление на рынке стало
реальностью.
Слишком
долго
к
автомобилю
пытались
приспособить
уменьшенные модификации авиационных газовых турбин, упуская из вида
почти все особенности автомобильных силовых установок и специфические
требования к ним - многорежимность, небольшую стоимость, простоту
обслуживания, сроки службы и многое другое. Практически не принималось во
внимание и то очевидное обстоятельство, что во всех классах мощности
газотурбинным двигателям противостоят прекрасно освоенные поршневые
двигатели и для замены одних другими нужны весьма существенные выгоды.
Двигатели, способные удовлетворить этим требованиям, по своей
тепломеханической
схеме,
параметрам,
программам
регулирования
и
конструкции оказались для газотурбостроения совершенно новыми. Широкий
диапазон низких расходов топлива при использовании простых турбин и
компрессоров удалось обеспечить только при помощи очень большой (0,85-0,9)
степени регенерации теплоты отработавших газов: в этом случае допустимы
невысокие степени повышения давления и, главное, относительно невысокая
(~1270К) максимальная температура цикла. Ее увеличение до авиационного
уровня (1470-1570 К) в автомобильных газотурбинных двигателях практически
невозможно, так как высокотемпературные турбины с внутренним охлаждением
очень дороги, а само такое охлаждение при небольших размерах турбинных
лопаток малоэффективно.
Многорежимные компактные теплообменники, а также поворотные
сопловые аппараты турбин, необходимые для реализации рациональных
программ
регулирования
регенеративных
двигателей,
автомобильному
газотрубостроению пришлось осваивать самостоятельно. Особенно трудной
оказалась проблема теплообменников - они долгое время были практически
неработоспособными. Решить ее полностью, особенно применительно к
двигателям большой мощности (более 1000кВт), не удалось до сих пор, хотя за
рубежом разработкой металлических и керамических теплообменников для
автомобильных газотурбинных двигателей много лет занимаются крупные
специальные фирмы. Одним из наиболее работоспособных является, по всей
видимости,
металлический
вращающийся
теплообменник
Горьковского
автозавода; его конструкция с самого начала была подчинена требованиям
надежности и ресурса.
Применение теплообменника выявило целый ряд непредвиденных
проблем. Выяснилось, что двигатель со встроенным теплообменником
представляет собой мощный аккумулятор теплоты, существенно осложняющий
работу многих узлов. Например, после остановки двигателя температура
подшипников его ротора возрастает в течение 1,5-2 ч и, чтобы они не вышли из
строя, через них необходимо 15-20мин прокачивать масло; нестационарные
тепловые потоки на переходных режимах вызывают такое сильное коробление
опор вращающегося теплообменника, что в нескольких конструкциях пришлось
предусмотреть их жидкостное охлаждение.
В целом автомобильные газотурбинные двигатели оказались гораздо
более сложными, чем это предполагалось ранее, и недостаточно надежными.
Принципиальная схема современного автомобильного газотурбинного
двигателя показана ниже. Из реально выполненных схем к ней ближе всего две:
двигатели
GT-601
с
пластинчатым
теплообменником,
изготовленного
международным концерном ITI, и двигатели ГАЗ-903 с вращающимся
теплообменником.
Схемы двигателей других фирм от показанной отличаются некоторыми
элементами. К примеру, двигатели фирмы GMC имеют одноступенчатый
центробежный компрессор и вращающийся керамический теплообменник; у
двигателей фирмы «Вольво» тепломеханическая схема более сложная.
Все перечисленные автомобильные газотурбинные двигатели из обычных
для газотурбостроения материалов и рассчитаны на грузовые автомобили,
автобусы, сельскохозяйственные, дорожные и специальные машины. Их
мощность - в пределах 200-600 кВт: при меньшей мощности заметно возрастает
(из-за низких КПД малых турбомашин) расход топлива. Расширять названные
пределы в сторону увеличения до освоения менее мощных двигателей за
рубежом считают нецелесообразным, тем более, что как уже отмечалось выше,
соответствующие теплообменники сделать еще не удалось. Кроме того,
освоение двигателей средней мощности создает необходимую базу и для
маломощных двигателей легковых автомобилей, выполненных на основе
широкого использования керамики.
«Металлические»
автомобильные
газотурбинные
двигатели
рассматриваемого класса мощности разрабатывают многие фирмы («Дженерал
моторс», «Вольво», ITI, MTU, ГАЗ). Пробег опытных газотурбинных
автомобилей и автобусов с такими двигателями измеряется многими
миллионами километров. Поэтому оценить их перспективы можно достаточно
уверенно.
Электромобили являются самым радикальным средством борьбы за
чистоту атмосферы, особенно в больших городах, так как они не выбрасывают в
воздух токсичные выхлопные газы.
В настоящее время в мире эксплуатируются несколько десятков тысяч
электромобилей (только в Англии их около 30тыс.). Видимо и в дальнейшем
парк будет расти. Поэтому вопросы надежности таких автотранспортных
средств, безусловно представляют значительный интерес для практики. Данные
по надежности различных электромобилей, эксплуатирующихся в различных
странах мира уже имеются, хотя их и не так много.
Например, американская электромобильная ассоциация провела опытную
26-месячную эксплуатацию 74 электромобилей. При этом было установлено,
что средняя наработка на отказ (при среднем числе рабочих дней в месяце - 26)
составила 136,2 дня, но 80% всех отказов зарегистрировано в первый год
эксплуатации. Наработка на отказ для электромобилей с годовым пробегом до
3600км составила около 600км, а с пробегом более 3600км - 1800км.
Таблица 14
Надежность основных систем электромобилей
Элементы конструкции
Все электрооборудование
Импульсный преобразователь
Тяговая аккумуляторная батарея
Бортовое зарядное устройство
Предохранители
Счетчик энергии тяговой аккумуляторной батареи
Тяговый электродвигатель
Преобразователь (вторичный источник питания)
Механические узлы
Отказы
Число
403
93
62
28
33
77
5
105
143
%
73,8
17
11,4
5,1
6
14,1
1
19,2
26,2
Таким образом, было зафиксировано три наименее надежных системы на
электромобилях: электронный преобразователь вторичного источника питания,
импульсный тиристорный преобразователь и электронный счетчик энергии
тяговой аккумуляторной батареи.
При эксплуатации в Англии в течение двух лет пассажирских автобусов
«Лукас» было определено, что коэффициент технической готовности этих
машин
составил
0,26-0,52
против
0,8-0,85
для
дизельных
автобусов,
обслуживающих те же маршруты. Эксплуатация аккумуляторных и гибридных
(имеющих двигатель внутреннего сгорания и тяговую аккумуляторную
энергоустановку) электробусов осуществлялась также в Германии и Японии.
Испытания в Германии, где гибридные электробусы в городских перевозках
использовались достаточно широко, показали, что их техническое состояние
характеризуется высоким коэффициентом технической готовности. Срок
службы тяговых свинцово-кислотных аккумуляторных батарей, работающих в
составе гибридной энергоустановки составил циклов «заряд-разряд» (для
обычного электромобиля - 300 циклов).
В последние годы в мире ведутся настойчивые попытки найти замену для
свинцовых аккумуляторов, используемых на электромобилях. Работы ведутся
по различным новым типам аккумуляторов, особенно по железоникелевым,
цинкохлорным,
натриевосерным,
а
также
по
алюминиево-воздушному
топливному элементу, который является одной из перспективных систем
электропитания - в нем электрическая энергия образуется за счет химической
реакции металлического алюминия с кислородом атмосферного воздуха в
присутствии электролита. Восстановление работоспособности истощенного
алюминиево-воздушного топливного элемента осуществляется не путем
медленного заряда от сети, а доливкой воды в электролит через каждые 400600км пробега и заменой анодных алюминиевых пластин через каждые 16004800км пробега. При этом алюминий в качестве топлива способен выделить в 2
раза больше энергии на единицу массы, чем бензин при его сгорании в
двигателе внутреннего сгорания. Несмотря на очевидность и несомненность
преимуществ электромобильного транспорта перед автомобильным с точки
зрения экологии и защиты окружающей среды, основным фактором,
сдерживающим широкое применение электромобилей является ограниченный
запас их хода, обусловленный низкой удельной энергией существующих типов
аккумуляторных батарей. Кроме того, в настоящее время на электромобилях
лишь 40% энергии, запасенной в аккумуляторных батареях, затрачивается на
преодоление сопротивления движению, а остальная ее часть бесполезно
теряется в электроприводе, батареях и механических тормозах. Некоторые из
электромобилей снабжаются прицепами для запасных аккумуляторов, но
лишний груз создает неудобства и ограничивает скорость движения.
6. ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ
6.1
ЭКОНОМИЧЕСКИЕ
ПОКАЗАТЕЛИ
ПРИМЕНЕНИЯ
ГАЗОВОГО ТРАНСПОРТА
В больших городах весьма остро стоит проблема состояния окружающей
среды, здоровья населения и связанное с этим сокращение выброса
загрязняющих веществ автотранспортом.
Исходя из важности проблемы, в марте 2001 года правительствами стран
СНГ было подписано Межправительственное Соглашение «О сотрудничестве в
области использования природного газа в качестве моторного топлива для
транспортных средств». На Украине для комплексного решения проблемы в
сентябре 2001 года Министерство энергоресурсов разработало программу,
предусматривающую
расширение
использования
альтернативных
видов
топлива для транспорта.
В настоящее время наиболее перспективными альтернативными видами
топлива признаны: компримированный (сжатый) природный газ - метан,
сжиженный нефтяной газ - пропан-бутан, сжиженный природный газ - метан.
По объему замены бензина газом Украина занимает первое место среди
стран СНГ.
Исходя из изложенного, на Львовском автобусном заводе на базе автобуса
ЛАЗ-695Н с двигателем с искровым зажиганием с 1985 года была разработана
конструкция и начато производство автобуса ЛАЗ-695НГ, работающего на
компримированном природном газе и бензине. Только за первые десять лет
производства было выпущено 7725 таких автобусов, массовая эксплуатация
которых в различных условиях показала их существенные преимущества.
Экономичность автобуса, исходя из затрат на топливо за единицу пробега
автобуса при работе на бензине А-76 и на природном газе иллюстрируется в
нижеследующей таблице.
Кроме экономичности, важным преимуществом двигателя, работающего
на газе является низкая токсичность.
Очевидно, что при использовании природного газа в качестве моторного
топлива возникают дополнительные затраты, связанные с приобретением и
установкой
газобаллонного
экономического
оборудования.
обоснования
цены
и
По
результатам
эксплуатационных
технико-
показателей
газобаллонного автобуса ЛАЗ-695НГ, в сравнении с базовым автобусом ЛАЗ695Н можно сделать следующие выводы:
.
Автобус
ЛАЗ-695НГ
дороже
базового
автобуса
ЛАЗ-695Н
ориентировочно на 50590тг, в основном за счет высокой цены газовых
баллонов.
.
Себестоимость
транспортной
работы
автобуса
ЛАЗ-695НГ
составляет 0,183тг/пасс-км, что на 37% меньше себестоимости ЛАЗ-695Н, в
основном за счет существенной разницы затрат на топливо.
.
Годовые эксплуатационные затраты также меньше на 40% и
составляют 295130тг.
Таблица 15.
Расход топлива
Скорость движения
км/ч
40
50
60
70
Расход топлива и его стоимость на 100км.
Бензин, л.
29,0
30,1
32,9
35,6
Стоимость тг.
1450
1505
1645
1780
КПГ м3
31,5
28,5
31,7
33,9
Стоимость тг.
652,5
677,25
740,25
801
Таблица 16
Выбросы СО
Частота оборотов
коленчатого вала мин-1
Содержание СО %
Без нейтрализатора
С нейтрализатором
600
1900
Бензин
1,3
0,6
Газ
0,5
0,08
Бензин
0,03
0,03
Газ
0,012
Не выявлено
Таблица 17
Выбросы газов
Выбросы
Масса газов, мкг/км
Без нейтрализатора
Бензин
Газ
217,2
71,1
12,5
4,69
12,6
7,2
СО
СпНм
NOx
С нейтрализатором
Бензин
Газ
17,3
7,5
6,3
0,5
8,9
6,5
4.
Окончательная цена автобуса ЛАЗ-695НГ - 780590тг.
5.
Годовой экономический эффект от использования автобуса ЛАЗ-
695НГ - 346824тг.
.
Окупаемость некоторого увеличения себестоимости автобуса ЛАЗ-
695НГ вследствие снижения годовых эксплуатационных затрат при прочих
равных показателях составляет 2 месяца эксплуатации автобуса.
Наряду с производством серийных газовых автобусов на ЛАЗе
разработаны
конструкции
перспективных
моделей
автобусов,
переоборудованных для работы на газовом топливе. Одно из их преимуществ
заключается в возможности компактно разместить газовое оборудование и
газовые баллоны внизу под полом в багажных нишах автобусов.
Однако,
наиболее
эффективно
работают
на
компримированном
природном газе автобусы с двигателями с зажиганием от искры. Газодизельные
автобусы из-за наличия запальной дозы жидкого моторного топлива и
использования его при работе на малых оборотах - несколько менее
эффективны.
Поэтому
можно
полагать,
что
современные
большие
газобаллонные автобусы, оснащенные газовыми двигателями с воспламенением
от искры, могут составить серьезную конкуренцию парку автобусов с
двигателями с воспламенением от сжатия как по экономическим, так и по
экологическим показателям.
Тем не менее, при переходе на газодизельный цикл мощность двигателя
увеличивается более чем на 10%, а расход дизельного топлива составляет всего
17-20% от требуемого объема, остальное расход газа.
Поэтому
на
ОАО
ЛАЗ
ведется
конструкторско-технологическая
подготовка производства газодизельных автобусов в первую очередь модели
ЛАЗ-1414, которая сменит устаревшую модель ЛАЗ-695Н, и планируется к
производству в наибольших количествах как основная базовая модель завода.
Это
семейство
газодизельных
автобусов
типа
ЛАЗ-1414-03
универсального назначения (пригородные второго класса) имеет 35-39 мест для
сидения при общем количестве 55-66 пассажиров. Их снаряженная масса 92609360кг, объем багажников 2,0-2,8м3, линейная норма расхода топлива на 100км:
дизельного - 10,4л, газового - 24,5м3.
На автобусе установлены двигатели с зажиганием от сжатия российского
производства ЯМЗ-236А, ЯМЗ-236НЕ и ЯМЗ-236НЕ2, переоборудованные для
работы по газодизельному циклу. Это двигатели с V-образным размещением
шести цилиндров номинальной мощности 143 (195) - 169 (230) кВт (л.с.)
Шесть газовых баллонов украинского производства размещены в
багажном отсеке в базе автобуса под полом. Предпусковой подогреватель
модели «Webasto» или «Ржев». КПП - механическая, 5-ступенчатая модели
ЯМЗ-236Л.
Одно из преимуществ нового газодизельного семейства в сравнении с
базовым заключается в том, что при аналогичных показателях по годовому
пробегу (81,4тыс.км.) и производительности автобусов (3,15 млн.пасс/км),
себестоимость транспортной работы значительно снижена за счет уменьшения
затрат на топливо с 2,65тг./км до 1,95тг./км и смазочные материалы с 0,24тг./км
до 0,17тг./км, несмотря на некоторое увеличение затрат на зарплату водителя и
амортизацию с 2,76тг./км до 2,96тг./км. В результате стоимость 1км. пробега в
эксплуатации уменьшена с 6,84тг./км до 6,33тг./км и себестоимость 1 пасс.км. с 0,18 тг./км до 0,16тг./км, что позволило значительно уменьшить годовые
эксплуатационные затраты с 557205тг. до 515735тг.
По
результирующему
показателю
автобус
ЛАЗ-А1414-03
конкурентоспособен в диапазоне цен 1647060-1972550 тенге без НДС и
годовому экономическому эффекту в эксплуатации ориентировочно 392118
тенге
на
один
автобус.
Окупаемость
инвестиции
при
стоимости
дополнительного газового оборудования 112350 тенге составит 2,8 года.
Аналогичные
результаты
получены
в
процессе
конструкторско-
технологической подготовки производства среднего пригородного автобуса
ЛАЗ-42078G с двигателем ЯМЗ-236А мощностью 195л.с., переоборудованным
под газодизельный цикл, на 39-43 места для сидения.
6.2 ЭКОНОМИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ОЦЕНКИ ЗДОРОВЬЯ ГРАЖДАН
Специалисты в области экономики природопользования полагают, что
оценка последствий загрязнения окружающей среды для здоровья человека
может включать расходы на лечение, на профилактику болезни и расходы,
связанные с ограничением видов жизнедеятельности.
В США и Великобритании исследуется готовность населения платить за
предотвращение риска преждевременной смерти из-за профессиональной
деятельности или в связи с дорожно-транспортными происшествиями.
Из исследований американского экономиста Джона А.Диксона и других
следует, что ценность статистической жизни нельзя сопоставить со стоимостью
жизни отдельного человека. Ценность статистической жизни представляет
собой стоимость незначительного изменения степени риска, связанного с
гибелью некоего безымянного члена большой группы людей. Определение
финансового выражения степени риска, травмы или заболевания в отношении
большой группы людей является той задачей, которую общество обязано
решать в процессе повседневной деятельности, в том числе и при снижении
степени загрязнения окружающей среды.
Стоимость статистической жизни в США, рассчитанной на основе
дифференцированной надбавки к заработной плате, колеблющейся в пределах
от 100 до 800 долларов, при величине годового риска смерти, равной 0,0001.
Эта величина составляет от 1 до 8 млн. долларов, в расчете на статистическую
жизнь.
Другим методом оценки полученных выгод в результате предупреждения
преждевременной смерти является проведение опроса с целью определения
стоимости
сохранения
разновидностью
одной
анализа
жизни.
Этот
способ
«затраты-эффективность»
можно
считать
применительно
к
статистической жизни. Американские специалисты считают, что превентивные
мероприятия для спасения одной жизни бывают очень дорогими - до 52 млн.
долларов, для спасения одной жизни от заболевания раком при работе с
пестицидами и 49 млн. долларов при работе с асбестосодержащей продукцией.
Оценка стоимости жизни конкретного человека поднимает острые
моральные и этические проблемы. Разброс значений всегда достаточно велик,
среднее значение составляет примерно 3 млн. долларов (в Великобритании - до
1 млн. фунтов стерлингов).
В каждом конкретном случае оценка зависит от уровня медицинского
обслуживания в стране. Так, в США при госпитализации лиц с респираторным
заболеванием учитываются следующие показатели:
средняя продолжительность госпитализации - 10-13 дней;
средняя стоимость пребывания - 26898 долларов;
«потерянная» ежедневная заработная плата - 125 долларов.
Каждый случай заболевания дыхательных путей у детей обходится в 326
долларов, день ограниченной деятельности - 58 долларов, каждый случай
обращения за неотложной помощью - 258 долларов.
Как правило, стоимость человеческой жизни тем выше, чем выше
прожиточный уровень и степень экономического развития государства.
Для реализации социально-экономических программ на территории
Республики Казахстан, в том числе для определения ущерба, наносимого
здоровью населения неблагоприятной экологической обстановкой, можно
прибегнуть к следующим методологическим подходам.
В нашей стране в эпоху экономических реформ утверждается (или точнее
публикуется)
время
от
времени
сумма
прожиточного
минимума
или
потребительская корзина с набором продуктов питания и социальных услуг. Не
будем в данном случае брать региональный уровень, любому здравомыслящему
человеку даже не специалисту в области экономики, совершенно понятно, что
уровень жизни в столице резко отличается от уровня жизни на периферии.
Если остановиться на среднеказахстанских показателях, то в последнем
квартале 2002 года средний прожиточный минимум составлял немногим более
3 тыс.тенге.
Далее обратимся к демографической ситуации в Казахстане. Не станем
заниматься дискриминацией людей по половому признаку и возьмем среднюю
продолжительность жизни 65 лет, стоимость жизни (Стж ) будет равна:
Стж = 3000,0 * 12 * 65 = 2,34 млн.тенге.
От этой цифры и будем отталкиваться при следующих экологоэкономических расчетах в ходе определения ущерба, наносимого здоровью
граждан Республики Казахстан, при расчете возможных государственных и
частных субсидий за неблагоприятное качество окружающей среды, за
загрязнение атмосферного воздуха, почв и водных ресурсов.
Поскольку потеря здоровья граждан состоит в среднем на 20% вследствие
качества окружающей среды и несоблюдения мер экологической безопасности
можно предложить следующий методологический подход по выплате экологосоциальных дотаций гражданам в случае потери трудоспособности или
получения инвалидности по экологическим причинам в особо загрязненных
городах и регионах Казахстана.
Срок выплаты дотаций (Срв) будет составлять в среднем 20% от
среднеказахстанской продолжительности жизни:
Срв = 0,2 * 65 = 13 лет
Сумма дотаций (Сд) определяется от общеказахстанской стоимости
жизни:
Сд = 2,34 * 0,2 = 0,468 млн.тенге = 468 тыс.тенге
Поскольку
протяженность
выплаты
эколого-социальных
дотаций
составляет 13 лет, то ежегодные выплаты конкретному гражданину (Ежв) будут
равны:
Ежв = 468 / 13 = 36 тыс. тенге
Подобная выплата может производиться государственными или частными
(акционерными) предприятиями-природопользователями, по вине которых
произошло катастрофическое нарушение экологической безопасности, что
повлекло нанесение невосполнимого ущерба здоровью людей и потерю ими
полной или частичной трудоспособности.
Думается, что конкретные деньги на подобные цели получить с
природопользователей весьма непросто, но во что выливается произодственнотехнологическая деятельность для жизни граждан, знать все же необходимо.
Изложенные выше методологические подходы по оценке стоимости
жизни в Республике Казахстан и выделение экологической составляющей в
виде 20% от стоимости жизни могут быть реализованы в стране в виде
специального закона либо поправок к действующим закона.
Используя аналогичный методологический подход, можно определить
стоимость человеческой жизни и сумму компенсаций за нанесенный ущерб
здоровью населения в каждом отдельном регионе. Такие данные могут
рассчитываться
Областными
Республики Казахстан.
управлениями
Агентства
по
статистике
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Проблема охраны окружающей среды в настоящее время является одной
из наиболее актуальных и глобальных проблем человечества. Прежде всего, это
связано с интенсивным развитием транспорта, особенно в крупных городах.
Поэтому
давно
широкомасштабных
и
назрела
настоятельная
комплексных
потребность
мероприятий
по
принятия
предотвращению,
нейтрализации или хотя бы существенному сокращению тех негативных
последствий, которые порождаются автомобилизацией общества. Эту задачу
можно решить только комплексно, то есть с одной стороны - на стадии
изготовления автотранспортного средства, с другой на стадии его эксплуатации.
Под
комплексным
подходом
также
понимается
деятельность,
направленная на охрану окружающей среды, осуществляемая как государством,
так и обществом. Наблюдение за состоянием окружающей среды, контроль за
сохранностью
экологического
равновесия,
осуществляться
уполномоченными
прежде
государственными
всего,
должен
органами.
Однако,
общество тоже не должно оставаться в стороне. Каждый гражданин Республики
Казахстан должен осознавать свою ответственность за состояние окружающей
среды,
принимать
экологической
посильные
обстановки
действия
страны.
направленные
Необходимо
на
повышать
улучшение
уровень
экологических знаний населения, культуру гармоничного взаимодействия с
природой.
Урон, наносимый автотранспортом окружающей среде требует обращения
серьезного внимания на данную проблему. Основные пути снижения
экологического ущерба от транспорта выделяются в следующем:
1) оптимизация движения городского транспорта;
2) разработка альтернативных энергоисточников;
3) создание (модификация) используемых двигателей, и разработка новых
экологически более безопасных видов транспорта;
4) защита от шума, теплового воздействия, электромагнитных излучений,
вырабатываемых автотранспортом;
5) экономические меры по управлению автомобильным парком и
движением;
6) юридические меры воздействия, направленные на ужесточение
контроля за автотранспортным комплексом и повышение ответственности лиц,
нарушающих природоохранное законодательство.
Оптимизация
городского
движения
транспорта
тесно
связана
с
улучшением градостроительства и планировки дорог и улиц, созданием
транспортных
развязок,
улучшением
дорожного
покрытия,
контролем
скоростного движения.
Разработка альтернативных энергоисточников является главной задачей,
стоящей перед человечеством. Углеводородное сырье небезгранично и его
применение достаточно ущербно для окружающей среды. Необходим поиск
новых альтернативных видов топлива.
Вместе с тем, нужно вести целенаправленную работу по разработке
перспективных видов транспорта. Перспектива транспортной отрасли - это
электромобили, применение альтернативного топлива, строительство линий для
скоростного трамвая, метро и др.
Защита от шума, теплового воздействия и электромагнитных излучений,
вырабатываемых автотранспортом, также заключается в конструктивном
усовершенствовании транспортных средств.
Экономические меры - это применение системы налогообложения, а
также
иных инструментов экономического
воздействия
на владельцев
автотранспортных средств, организации, реализующие топливо, строящие
дороги. Экономические меры должны быть направлены на повышение
экологической безопасности транспортно-дорожного комплекса.
Юридические мероприятия включают в себя разработку законодательных
актов, нормативно-правовой базы обеспечивающей ужесточение контроля за
экологической безопасностью автотранспорта, повышение ответственности лиц,
халатно относящихся к соблюдению норм экологического законодательства.
Для того чтобы сохранить человечеству автомобиль необходимо если не
исключить, то свести к минимуму вредные выбросы. Работы в этом
направлении ведутся во всем мире и дают определенные результаты.
Автомобили, выпускаемые в настоящее время в промышленно развитых
странах, выбрасывают вредных веществ намного меньше, чем 10-15 лет тому
назад. Во всех развитых странах происходит ужесточение нормативов на
вредные выбросы при работе двигателя. Происходит не только количественное
ужесточение норм, но и их качественное изменение. Постоянно расширяется
список веществ, содержание которых должно находится под контролем.
Вполне понятно, что природоохранные мероприятия в первую очередь
связаны с уровнем развития экономики, потому что все они требуют больших
затрат. Поэтому есть надежда, что со стабилизацией и улучшением
экономической ситуации в стране необходимые средства для решения
экологических вопросов, возникающих при эксплуатации автотранспортных
средств будут выделяться в достаточном количестве, так как функционирование
автотранспортного комплекса в крупных городах, с точки зрения охраны
природы, может приводить к необратимым последствиям для человека и
окружающей среды.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ:
1.Закон Республики Казахстан от 15.07.1997г №160-1 «Об охране окружающей
среды»;
.Закон Республики Казахстан от 18.03.1997г №85-1 «Об экологической
экспертизе»;
.Закон Республики Казахстан от 11.03.2002г №302-II «Об охране атмосферного
воздуха»;
. А.К. Киялбаев, С.Т. Токкулов, Б.Б Телтаев: «Природоохранные меры по
защите окружающей среды в транспортно-дорожном комплексе». Алматы
2003г.;
. Л. А. Акметов, Е. В. Корнев, Т. З. Ситшаев: Автомобильный транспорт и
охрана окружающей среды - Ташкент: Мехнат, 1990г.;
. И.Я. Аксёнов., В.И. Аксёнов: Транспорт и охрана окружающей среды. - М.:
Транспорт, 1986г.;
. С.Б Байсалов: Вопросы и ответы по охране природы - Алма-Ата, Баспа, 1987г.;
. С.Б. Байсалов: Природа и закон - Алматы, 1996г.;
. Н. А. Бобровников: Защита окружающей среды от пыли на транспорте - М.:
Транспорт, 1984г.;
. В.В.Беднарский: Экологическая безопасность при эксплуатации и ремонте
автомобилей - Ростов-на-Дону: Феникс, 2003г.;
. М.М. Бринчук: Правовая охрана окружающей среды от загрязнения
токсичными веществами М. 1990г.;
. Г. Н. Голубев: Геоэкология - М.: ГЕОС, 1999г.;
. И. Р. Голубев, Ю. В. Новиков. Окружающая среда и транспорт - М.:
Транспорт, 1987г.;
. Г. Гухман: Воздействие транспортного комплекса на окружающую среду /
Энергия: экономика, техника, экология 11’99 , с. 42 - 45. - М.: Наука;
. И. Е. Евгеньев, В. В. Савин: Защита природной среды при строительстве,
ремонте и содержании автомобильных дорог - М.: Транспорт,1989г.;
. В.Я. Ерофеев: Экологическое право Республики Казахстан, Алматы, 1995г.;
. Защита окружающей среды при транспортных процессах. Под ред. В. Г.
Ененкова. - М.: Транспорт, 1984 г.;
. С.А.Иванов, В.Н.Сторчевус, В.К.Доброхотов: Экология и автомобилизация: Киев: Будивельник, 1983г.;
. Н.И.Игнатович, Н.Г.Рыбальский: Чем опасен транспорт для людей, животных
и растений? - М.: РЭФИА, 1996г.;
. Ю.М.Косой: Городской транспорт в зеркале экологии/ Энергия: экономика,
техника, экология 1’2001, с. 64 - 68. - М.: Наука;
. О.К. Кудрявцев: Город и транспорт. - М.: Знание, 1995г.
. Г. К. Лобачёва: Рынок вторичных ресурсов - Волгоград: ВолГУ, 1998г.;
. Г.К.Лобачёва, В. Ф. Желтобрюхов: Состояние вопроса об отходах и
современных способах их переработки - Волгоград: ВолГУ, 1999г.;
. Р.Г.Мамин: Безопасность природопользования - М: Юнити, 2003г.;
. П. П. Пальгунов, М. В. Сумароков: Утилизация промышленных отходов - М.:
Стройиздат, 1990г.;
. Н.Л.Пирогов, С.П.Сушон: Вторичные ресурсы: эффективность, опыт,
перспективы - М.: Экономика, 1987 г.;
. Природно-ресурсовое право и правовая охрана/ Под ред. В.С.Васильева. - М.,
Юнити 1999г.;
. В.Ф.Протасов, А. В. Молчанов: Экология, здоровье и природопользование в
России - М.: Финансы и статистика, 1995г.;
. Н.Ф.Реймерс: Эффективное природопользование - М.: Знание, 1990г.
. Г.Т. Сагыбаев: Основы экологии. Алматы. 1995г.
. Техническая эксплуатация автомобилей/ Под.ред. д.т.н. Г.В.Крамаренко - М,
Транспорт, 1983г.
. В.И. Фурсов, Т.Х.Ерголиев - Общая экология, Алматы, 1996г.
. Ю.Б Якубовский: Автомобильный транспорт и защита окружающей среды М.: Транспорт, 1999г.
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа