Повышение эффективности использования мобильных машин при механизации процессов в животноводческих помещениях
На правах рукописи
Стопорева Татьяна Александровна
ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ
МОБИЛЬНЫХ МАШИН ПРИ МЕХАНИЗАЦИИ ПРОЦЕССОВ В
ЖИВОТНОВОДЧЕСКИХ ПОМЕЩЕНИЯХ
Специальность 05.20.01 - Технологии и средства
механизации сельского хозяйства
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени
кандидата технических наук
Барнаул - 2010
Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Алтайский государственный технический университет им. И. И. Ползунова»
доктор технических наук, профессор
Научный руководитель:
Новоселов Александр Леонидович доктор технических наук, профессор,
Официальные оппоненты:
Заслуженный деятель науки и техники РФ В.И. Земсков (ФГО ВПО «Алтайский государственный аграрный университет») кандидат технических наук, доцент П.А. Патрин (ФГО ВПО «Новосибирский го сударственный аграрный университет»
ГНУ «Алтайский научно-исследовательский
Ведущая организация:
институт сельского хозяйства»
Россельхозакадемии
Защита состоится «16» декабря 2010 года в 1300 часов на заседании дис сертационного совета Д 212.004.02 в ГОУ ВПО «Алтайский государственный технический университет им. И. И. Ползунова» по адресу: 656038, г. Барнаул, пр. Ленина, 46. http:www.alstu.ru;
тел/факс (3852) 36-71-
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГОУ ВПО «Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунова»
Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные гербовой печа тью учреждения, просим направлять по указанному адресу на имя ученого секретаря диссертационного совета Д 212.004.02.
Автореферат разослан и размещен на сайте http:www.alstu.ru «13» ноября 2010 г
Ученый секретарь диссертационного совета Д 212.004. доктор технических наук, профессор Л.В. Куликова
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность работы. Современное агропромышленное производство постоянно оснащается мобильной и стационарной техникой для осуществле ния механизации процессов во всех отраслях. Мобильные и стационарные энергетические установки оснащены тепловыми двигателями, в частности, ди зелями выбрасывающими в окружающую среду: от 10 до 12 г/(кВтч) оксида углерода СО;
от 20,5 до 30 г/(кВтч) оксида азота NOx;
от 2,3 до 8,0 г/(кВтч) углеводородов СхНу и от 0,8 до 2,0 г/(кВтч) твердых частиц ТЧ.
Это обстоятельство создает проблемную ситуацию, связанную с обеспе чением требуемых параметров микроклимата в животноводческих помещени ях при использовании мобильной техники для процессов механизации в сель скохозяйственном производстве, безопасных условий труда персонала, усло вий содержания животных.
Недостаточное обеспечение инженерными методами и оборудованием для защиты персонала и животных от вредного воздействия токсичных ве ществ, выбрасываемых двигателями в атмосферу, приводит к значительному ущербу в животноводстве.
Вопрос о последствиях использования техники с тепловыми двигателями в животноводческих помещениях в зимних условиях мало изучен. Если в ряде отраслей народного хозяйства успешно ведутся работы по применению раз личных инженерных методов для решения задач снижения дымности и ток сичности двигателей мобильной техники, то в сельскохозяйственном произ водстве эти работы практически отсутствуют. В то же время решение пробле мы должно приводить не только к обеспечению безопасных условий труда персонала, но и к снижению ущерба от негативного влияния отработавших га зов на микроклимат животноводческих помещений, повышению выпуска то варной продукции и ее качества.
Микроклимат помещения определяется не только физическими фактора ми - температурой, влажностью, движением воздуха, но и химическими - кон центрацией кислорода, углекислого газа, аммиака, сероводорода и др. Одним из критериев увеличения производства продуктов питания в животноводстве является оптимизация микроклимата, несоответствие которого санитарно гигиеническим нормам приводит к снижению надоя молока на 12-20%, сниже нию среднесуточного привеса крупного рогатого скота на 10-20%.
Актуальность настоящей работы заключается в решении проблемы обес печения оптимальных параметров микроклимата, без увеличения расхода при точного воздуха, при использовании мобильной техники с тепловыми двигате лями для механизации процессов в животноводческом помещении.
Целью исследования - является повышение эффективности использова ния мобильных машин при механизации процессов в животноводческих по мещениях путем обеспечения безопасности труда рабочих и содержания жи вотных в зимний период при стойловом содержании.
Разрешение проблемы эффективности снижения техногенной нагрузки мо бильной техники и улучшения безопасности труда при механизации процессов в животноводстве, путем разработки инженерных методов, потребовало сформу лировать следующие задачи исследования:
1. Создать методики определения техногенной нагрузки и предотвращен ного ущерба от негативного влияния на микроклимат животноводческих по мещений вредных выбросов мобильной техники.
2. Разработать математические модели формирования вредных выбросов от параметров двигателей мобильных машин их регулировок и характеристик топлив.
3. Обосновать использование инженерных методов снижения вредных выбросов двигателей мобильных машин в окружающую среду животноводче ских помещений.
4. Создать конструкции устройств, обеспечивающих использование ин женерных методов для решения проблемы.
5. Обосновать выбор свойств материалов для каталитических блоков нейтрализаторов, обеспечивающих низкую стоимость и высокое качество очи стки отработавших газов двигателей мобильных машин.
6. Создать экспериментальные установки для апробирования и оценки эффективности разработанных инженерных методов и устройств для сниже ния техногенной нагрузки на микроклимат животноводческих помещений.
Объект исследования - процесс загрязнения атмосферы животноводче ских помещений с привязным содержанием коров, вредными выбросами мо бильных машин при механизации работ.
Предмет исследования – изучение негативного влияния мобильных ма шин на безопасность труда и содержания животных при механизации техноло гических процессов в животноводческих помещениях.
Научную новизну работы представляют:
- методики определения техногенной нагрузки и предотвращенного ущерба создаваемой двигателями мобильных машин при механизации процес сов в животноводстве;
- математические модели формирования вредных выбросов от парамет ров двигателей мобильных машин и распространения их в животноводческих помещениях;
- результаты исследований по использованию природного газа и катали тической очистки отработавших газов;
- результаты исследований влияния температуры и расхода отработавших газов на качество очистки газов;
- результаты исследований на созданных экспериментальных установках по снижению техногенной нагрузки и ущерба окружающей среде животновод ческих помещений.
Настоящая работа выполнена по заказу Министерства образования и науки в рамках научно-исследовательской работы по теме: «Разработка мате матических моделей и направлений в области наук о рисках, повышения ус тойчивости технических систем и объектов снижения техногенного воздейст вия на окружающую среду», выполняемых при непосредственном участии ав тора в Алтайском государственном техническом университете (АлтГТУ) в пе риод с 2006 по 2010 год.
Практическая значимость работы состоит в том, что:
- создание методики определения техногенной нагрузки и предотвращен ного ущерба от загрязнения окружающей среды вредными выбросами мо бильной техники при механизации процессов в животноводстве, позволяет при разработке инженерных методов снижения техногенной нагрузки производить оценку эффективности отдельных из них и в комплексах;
- разработка математических моделей формирования вредных выбросов от параметров двигателей мобильных машин и их регулировок и характери стик топлив, используемых при механизации работ в животноводстве, позво ляет осуществлять малотоксичные регулировки и подбирать топлива для мо бильных машин используемых в животноводстве, выбирать режимы эксплуа тации по следующим параметрам: давление наддува, угол опережения впры ска, удельный эффективный расход топлива двигателя;
- разработанная конструкция каталитического нейтрализатора, компо нуемого в подкапотном пространстве тракторов позволяет доводить удельные выбросы по основным токсичным веществам до требуемых норм ГОСТ 17.2.2.05-97 и ГОСТ 17.2.2.02-98;
- обоснован выбор материалов для каталитических блоков с низким со держанием благородных и редкоземельных металлов (РЗМ).
Реализация и внедрение результатов исследований. Оборудование, созданное при выполнении диссертационной работы, используется в учебном процессе и при выполнении научных исследований в АлтГТУ.
Разработанные в диссертации инженерные методы приняты к внедрению крестьянским (фермерским) хозяйством «Заздравных» в п. Советское, Алей ского района, Алтайского края и крестьянским хозяйством «Золотарь» в с. Бельмесево, Алтайского края.
Апробация работы. Материалы диссертации доложены и обсуждены на трех международных, шести всероссийских и других научных (научно технических) конференциях. Основными из них являются: приоритетные на правления науки и техники, прорывные и критические технологии «Энергети ческие, экологические и технологические проблемы экономики» //Материалы Всероссийской н-п конф. с международным участием, Барнаул, 2007;
про грамма У.М.Н.И.К. Третья Международно-практической конференции «Вир туальные и интеллектуальные системы (ВИС-2008)», Барнаул;
5-я, 6-я, 7-я Всероссийская научно-техническая конференция студентов, аспирантов и мо лодых ученых «Наука и молодежь» (НИМ-2008, 2009, 2010гг.)», Барнаул;
10-я городская научно-практическая конференция молодых ученых «Молодежь Барнаулу» (2008 г.);
научное творчество студентов и сотрудников автотранс портного факультета /67-я н-т конф. студ, аспир., и ППС тех. ун-та, посвящен ная 200-летию транспортного образования в России. Ч1 – Барнаул: АлтГТУ 2009;
5-ая международная научно-практическая конференция «Аграрная наука – сельскому хозяйству», АГАУ, Барнаул - 2010 г;
VII Всероссийская научно техническая конференция "Наука и молодежь - 2010", Секция "Автомобили, транспорт, сельхозмашины", АГТУ, Барнаул - 2010.
Публикации. Результаты исследований опубликованы в 22 печатных ра ботах, в том числе 2 статьи в журналах рекомендованных перечнем ВАК.
Структуры и объем работы. Диссертационная работа состоит из введе ния, четырех глав, основных результатов и выводов по работе. Текст диссер тации изложен на 167 страницах машинописного текста, включает 42 рисунка, 34 таблиц, 166 наименований использованной литературы.
Основные положения, выносимые на защиту:
- результаты планирования эксперимента и математические модели фор мирования вредных выбросов мобильных машин от параметров двигателей, регулировок подачи и характеристик топлив, используемых при механизации работ в животноводстве;
- методики определения техногенной нагрузки и предотвращенного ущерба от негативного влияния на микроклимат животноводческих помеще ний вредных выбросов мобильной техники при механизации процессов;
- результаты оценки безопасности содержания животных и условий рабо ты персонала, при использовании мобильной техники для механизации про цессов;
- результаты влияния разработанных инженерных методов на уровни вредных выбросов двигателей мобильных машин и необходимый воздухооб мен в животноводческих помещениях;
- обоснование выбора свойств материалов для каталитических блоков нейтрализаторов при низкой стоимости и высоком качестве очистки газов мо бильных машин;
- результаты оценки ущерба наносимого окружающей среде животновод ческого помещения в случае использования разработанных инженерных мето дов.
СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Во введении обоснована актуальность решаемых в диссертационной ра боте задач, сформулирована цель и задачи исследования, показана научная но визна, определен объект и предмет исследования, сформулированы основные положения диссертации, выносимые на защиту.
Первая глава включила в себя анализ работ, выполненных по тематике рассматриваемой проблемы.
Обеспечению экологической безопасности в сельскохозяйственном про изводстве посвящен целый ряд работ - П. Бертокса, Г.К. Волкова, Г.П. Дегтя рева, О.Н. Елгаева, В.А. Лиханова, А.Л. Новоселова, В.И. Земскова, А.А.
Мельберт, Н.С. Маликовой и других авторов, в том числе вопросам разраба тываемых требований и оценочных экологических показателей. В данной ра боте рассматривается улучшение параметров микроклимата путем разрабо танных каталитических методов очистки отработавших газов.
Проанализировано состояние вопроса об антропогенном воздействии двигателей мобильных машин, выбрасывающих вместе с отработавшими га зами вредные вещества в окружающую среду и атмосферу животноводческих помещений. Нарушая микроклимат животноводческих помещений вредные вещества отработавших газов дизелей неблагоприятно воздействуют на здоро вье и продуктивность животных.
На основе анализа ряда зарубежных и отечественных ученых, рассмотре ны пути повышения эффективности работы мобильной техники методом эф фективной каталитической очистки отработавших газов дизелей от вредных выбросов. Обосновано применение природного газа в качестве топлива для дизелей мобильных машин совместно с оснащением систем выпуска катали тическими нейтрализаторами.
Во второй главе представлены результаты физического моделирования.
Разработана модель загрязнения окружающей среды вредными выбросами ди зелей мобильных машин, используемых для механизации технологических процессов в животноводстве, позволяющая решать задачи определения кон центраций отработавших газов в любой точке как на открытом пространстве, так и в животноводческих помещениях. Концентрации токсического вещества с учетом времени эксплуатации дизеля в помещении описаны уравнением для дизеля с наддувом:
102GтТк(0,0675) 4,148 2 (0,0675) т Tк н 4,148 Мв 10 G п Сf (Cf ) ехр( ) (1) МвРк Vп МвРкСf где Сfн - начальная концентрация f-го токсичного вещества;
Мв - количество пода ваемого системой вентиляции воздуха, м3/ч;
Vп - объем помещения, м3, Тк - темпе ратура воздуха после компрессора, К;
GT - часовой расход топлива, кг/ч;
– коэф фициент избытка воздуха;
Рк - давление воздуха после компрессора, МПа.
Расчет ущерба, наносимого окружающей среде животноводческого по мещения, производился по выражению:
Wущ.= 103 · ог · dj · · Мог/Rp, тыс. руб. в год, (2) где ог -размерная константа перевода бальной оценки ущерба в экономиче ский;
dпку - коэффициент учета природно-климатических условий;
р - коэф фициент учитывающий относительную опасность загрязнения атмосферы в зависимости от рельефа местности.
Величина выбросов вредных веществ в атмосферу дизелем определяется f по выражению: M ог m f f, ут/г, (3) A f f где Af - коэффициент агрессивности вредных веществ, f - коэффициент би нарности. Расчет годовых выбросов f-го компонента за расчетный период про изводится по выражению:
m T Km m 0,0675 m c fm, ут/г, (4) m f 15,03 10 12 T Г G Tm P Km m где ТГ - средняя годовая продолжительность эксплуатации в расчетный пери од;
m - количество характерных режимов ;
GTm - часовой расход топлива на m-том режиме эксплуатации;
cfm - выбросы f -го вещества на m-том режиме, г/м3;
m - коэффициент избытка воздуха на m -том режиме эксплуатации.
В главе 3 описаны разработки методики обследования уровней загрязне ния воздушной среды двигателя мобильной техники, используемой при меха низации технологических процессов в животноводстве при стойловом содер жании скота.
Были обследованы уровни загазованности зон животноводческих поме щений (рисунок 1). В-1, В-2, В-3, В-4, В-5 - вертикальные зоны обследования, а Г-1, Г-2, Г-3, Г-4, Г-5 - горизонтальные плоскости. Зона В-3 представляет со бой центр прохода машинотракторного агрегата (МТА) - 4,75 м от стены;
В-2, В-4 - это зоны дыхания животных - 2,95 м от стены;
В-1 и В-5 - зоны над кана лами навозоудаления. Горизонтальная плоскость Г-1 расположена в зоне вен тиляции;
Г-2 - уровень выбросов газов из трубы МТА- 2,8 м от пола;
Г-3 - зона дыхания человека - 1,7 м;
Г-4 - плоскость дыхания животных - 1,1 м от уровня пола;
Г-5 это зона над каналами навозоудаления находится на 40 см от пола (проект здания 801-2-104.13.87).
Рисунок 1 - Схема зон обследования воздушной среды в животноводческих помещениях Разработана экспериментальная установка с дизелем Д-245 для апроба ции инженерных решений, предназначенных для снижения вредных выбросов с отработавшими газами, представляющая собой дизель с тормозным устрой ством, оснащенный измерительной аппаратурой согласно ГОСТ 18509-88, до полнительно оборудованный газовым смесителем, каталитическим нейтрали затором и приборами для измерения дымности и токсичности отработавших газов согласно ГОСТ 17.2.2.02-98 и 17.2.2.05-97.
1-корпус;
2-внешние и 3-внутренние стенки;
4- теплоизоляция между ними;
5-блоки фильт рации твердых частиц, с 6-пористыми проницаемыми металлокерамическими каталитиче скими окислительным,7-восстановительным,8 -окислительно-восстановительным блоками, 9-поперечные перегородки со сквозными окнами, 10-входные и 11-выходные патрубки;
12, 13, 14, 15-промежуточных плоскостей;
16-фланцы и 17- крышка Рисунок 2 - Конструкция нейтрализатора для тракторного дизеля Д- Таблица 1 -Воздействие каталитической очистки отработавших газов дизеля Д-245 в нейтрализаторе, изготовленном с применением СВС-фильтров из раз работанного материала на основе оксида железа с добавлением Cu, Cr2O3, Cr, Ni, Al, Ir, Rh Величины оценочных показателей, г/(кВт·ч) Степень превышения Допустимые Оценочные с частичной подачей ДТ допустимых выбросов ДТ без КН С КН ОГ показатели выбросы ПГ вредных ЕВРО- ЕВРО- ЕВРО- ЕВРО-3 ЕВРО- выбросов ДТ без КН / ДТ без КН / ПГ / ДТ с КН ПГ / ДТ с КН qОЦ, NOX 5,00 3,50 2,00 15 10 3,12 3/2/0,6 4,3/2,3/0, qОЦ, CO 2,10 1,50 1,50 1,3 0,31 0,1 0,6/0,14/0,05 0,87/0,2/0, qОЦ, C X H Y 0,60 0,46 0,25 0,5 2,8 0,43 0,8/4,7/0,72 1/6/0, qОЦ, ТЧ 0,10 0,02 0,02 1,2 0,4 0,018 12/4/0,18 60/20/0, Учитывая опыт Алтайского государственного технического университета по созданию устройств для каталитической очистки газов, была разработана конструкция каталитического нейтрализатора для трактора МТЗ-82 с дизелем Д-245, он хорошо компонуется под капотом и сохраняется координата распо ложения выхлопной трубы (рисунок 2).
Проведена предварительная проверка эффективности очистки газов в ка талитическом нейтрализаторе, подтвердившая высокое качество очистки.
Из данных таблицы видно, что с применением каталитического нейтра лизатора, соблюдаются нормы ЕВРО стандартов.
Для получения моделей вредных выбросов по отдельным компонентам отработавших газов применено математическое планирование эксперимента.
При планировании эксперимента был выбран ортогональный план второ го порядка Бокса-Уилсона. Построением ортогонального плана второго поряд ка были найдены оптимальные условия, при которых отклик принимает мак симальное значение, в заданном факторном пространстве.
Таблица 2 - Интервалы варьирования факторов для газодизельного Д-245 с установленным КН Рк gе Z1 Z2 Z нижний верхний нижний верхний нижний верхний 0,15 0,18 26 31 192 В результате планирования эксперимента получены многофакторные ма тематические модели описывающие концентрации вредных веществ для дви гателя Д-245 работающего на природном газе (ПГ) с установленным КН:
NOх= 6,67Рк-0,005·ge +0,94 +0,71ge-0,001ge2-83,2;
(5) СО = 30Рк+0,06ge – 89Рк2 -0,0022 +0,09-0,0001ge2-9,9;
(6) СН =1,2 Рк·ge-0,03-224,2 Рк-0,184ge+35,4 (7) ТЧ=1,3 Рк+0,002ge+0,0032-0,18+1,96 (8) Таблица 3 - Значения критерия Фишера NOx СО СН ТЧ 3,59 2,78 1,83 2, F расч.
3,6 3,6 3,6 3, F таб.
Проверку адекватности провели при помощи критерия Фишера, как вид но из таблицы 3, гипотеза об адекватности не отвергается.
Полученные аппроксимирующие зависимости для двигателя, работаю щего на природном газе с установленным каталитическим нейтрализатором позволяют всесторонне оценить токсичность двигателей при любых сочетани ях параметров: давления наддувочного воздуха - Рк, МПа;
угла опережения впрыска -,о;
удельного эффективного расхода топлива - ge, г/кВт·ч.
В результате планирования эксперимента для двигателя Д-245 работаю щего на природном газе с установленным КН были получены рациональные значения параметров: Рк = 0,14 МПа;
= 28,5о ;
ge = 188 г/кВт·ч. При этих зна чениях выбросы вредных концентраций NOх, СО, СН и ТЧ соответствуют стандартам ГОСТов: 0,4NOx1;
0,18СН1,1;
0,02СО0,1;
0,02ТЧ0,11. Из этого следует, что перевод двигателя Д-245 на природный газ с установкой ка талитического нейтрализатора, плюс применение рациональных параметров согласно планирования эксперимента - Рк,, ge, приведет к значительному уменьшению выбросов NOх, СО, СН и ТЧ (рисунок 3).
Рисунок 3 - Профили предсказанных значений и обобщенные графики желательности по концентрациям NOх, СО, СН и ТЧ для двигателя Д-245 ра ботающего на природном газе с установленным катализатором В результате проведенных работ была создана методическая, экспе риментальная и приборная база, обеспечивающая достоверность проведенных исследований и получены результаты рационализации методом планирования эксперимента.
В четвертой главе приведены результаты экспериментального исследо вания уровней вредных выбросов дизеля Д-245 и выбора каталитических ма териалов для нейтрализаторов.
Таблица 4-Сравнение оценочных показателей вредных выбросов с отработав шими газами дизеля Д-245 при работе на дизельном и газообразном топливе Нормы выбросов по Оценочные удельные ГОСТ17.2.2.02-98 и Действительные Превышение норм ГОСТ 17.2.2.05-97 выбросы, г/(кВт·ч) стандартов компонентам выбросы по г/(кВт·ч) Дизели в Дизели в Трактор- Трактор условиях условиях ные Работа на Работа на ные ограни- ограни дизели Дизельном природном дизели в ченного ченного в составе топливе газе составе воздухо- воздухооб МТА МТА обмена мена 18,0 9,0 15 10 0,83/0,56 1,67/1, qОЦ, NOX 10,0 4,0 1,3 0,31 0,13/0,031 0,3/0, qОЦ, CO 3,0 1,5 0,5 2,8 0,17/0,9 0,3/1, qОЦ, C X H Y qОЦ, ТЧ 0,35 0,35 1,2 0,4 3,4/1,14 3,4/1, на дизельном топливе;
на на дизельном топливе;
на природном газе;
на природном га- природном газе;
на природном га зе и установкой каталитического нейтра- зе и установкой каталитического нейтра лизатора отработавших газов лизатора отработавших газов Рисунок 4 - Изменение концентрации ок- Рисунок 5 - Значение необходимой пода сида углерода в зоне дыхания животных чи дополнительного воздуха в зону дыха при проходе трактора МТЗ-82 ния животных при использовании тракто ра МТЗ- Величина удельного нормообъема U (м3/кВт·ч) характеризует количество дополнительного воздуха, необходимого для разбавления концентраций вред ных веществ до безвредных, в единицу времени. Значения U после прохода трактора на дизельном топливе возрастала в 17,3 раза, а при применении ней трализатора и природного газа в качестве топлива всего в 4,7 раза.
Таблица 5 - Данные о нормообъемах при использовании отдельных инженер ных методов воздействия на вредные выбросы тракторного дизеля в атмосфе ру животноводческого помещения Варианты инженерных Суммарный нормообъем и его составляющие (м3/кВт·ч) решений U UNOx UCO UCxHy UТЧ Работа на ДТ 22054 12928 6184 2008 Доля, % 100 58,6 28 9,1 4, Работа на ПГ 16849 10260 5301 1066 Доля, % 100 60,9 31,5 6,3 1, Работа на ПГ с КН 6053 4104 1590 226 Доля, % 100 67,8 26,3 3,7 2, Данные таблицы 5 свидетельствуют о том, что использование предлагае мых инженерных методов приводит к снижению значений суммарного нормо объема на 72,5% и первоочередное внимание необходимо уделять снижению выбросов оксидов азота и оксидов углерода.
В результате экспериментального исследования обнаружены закономерно сти изменения концентрации отдельных веществ в зоне дыхания животных по времени, ч после прохода трактора МТЗ-82 в агрегате с кормораздатчиком, ра ботающего на природном газе с установленным каталитическим нейтрализато ром (КН). Закономерности описаны выражениями:
пгн 5 4 3 г/м3;
С NOx 0,005 0,15 1,6 7,1 8,9 18,4, (9) пгн С СО 0,003 5 0,09 4 0,9 3 3,5 2 3,2 8, г/м3;
(10) 3 пгн 0, 05 0,12, г/м3;
С СН 0,006 0,04 (11) пгн 4 2 С тч 0,006 0,12 0, 75 1, 01 2, 23, г/м3. (12) Аналогичные зависимости получены для работы двигателя на дизельном топливе. На рисунке 4 показано изменение концентраций оксида углерода после прохода трактора, по этой аналогии были построены графики для NOх, СН и ТЧ.
Проведена экспериментальная оценка и выбор составов материалов для каталитических блоков нейтрализатора. Основными требованиями к эффек тивности каталитической нейтрализации являлась высокая степень очистки отработавших газов от оксидов азота.
Подобран состав шихты для получения каталитических блоков нейтрали затора, содержащий Fe2O3 - 47,5%, Cr2O3 - 18,3%, Cr - 6%, Ni - 6%, Al - 18%, Ir - 0,1%, Rh - 0/1%, Cu - 4%.
Определено влияние температуры и расхода газов на качество очистки от вредных веществ, экспериментально подобран состав шихты с низким содер жанием благородных и РЗМ.
Проведена технико-экономическая оценка результатов исследования и сравнения экономических показателей по технологии за период стойлового содержания (зимний период равный 230 дням) при работе двигателя Д-245 в составе МТА на дизельном топливе без применения катализатора и при работе на природном газе с применением каталитического нейтрализатора.
Ущерб наносимый окружающей среде животноводческого помещения составил WУЩДТ = 206 тыс. руб/расч. пер. - Д-245, дизельное топливо;
WУЩПГКН = 12 тыс. руб/расч. пер. - Д-245, природный газ с катализатором.
В результате проведенных расчетов было выявлено, что применение КН отработавших газов при выполнении технологических процессов в животновод стве путем механизации мобильными машинами, сократило общий предотвра щенный экологический ущерб окружающей среде животноводческого помеще ния на 194 тыс. руб за расчетный зимний период стойлового содержания.
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ 1. Созданы методики определения техногенной нагрузки и предотвра щенного ущерба от загрязнений микроклимата животноводческого помещения вредными выбросами мобильной техники при механизации процессов, в ре зультате был рассчитан ущерб окружающей среде животноводческого поме щения при работе на дизельном топливе - Wущ.дт = 206 тыс.руб./ расч. период;
с применением комплекса природный газ и нейтрализатор Wущ.пгн = 12 тыс.руб./ расч. период.
2. Обосновано использование инженерных методов снижения вредных выбросов двигателей мобильных машин в атмосферу при конвертировании двигателя Д-245 для работы на природном газе с установкой в подкапотное пространство каталитического нейтрализатора отработавших газов.
3. Обоснован выбор материалов для каталитических блоков - Cu - Cr - Pd, справедливость которого подтверждается экспериментальными исследования ми, показавшее, что при использовании природного газа удельные выбросы снижаются по оксидам азота на 62-80%, оксидам углерода на 74-78%, углево дородам на 72-85%, твердым частицам до 78%, что приводит к выполнению требований ГОСТ 17.2.2.02-98.
4. Создана экспериментальная установка с дизелем Д-245 для оценки вредных выбросов с отработавшими газами. В результате экспериментов дока зано, что комплексное использование природного газа с КН приводит к вы полнению ГОСТ 17.2.202-98 для помещений с определенным нормообъемом, что повышает эффективность использования мобильной техники в животно водческом помещении путем соблюдения параметров микроклимата, улучше ния условий работы персонала и содержания животных.
5. Разработаны математические модели формирования вредных вы бросов двигателей мобильных машин от параметров, регулировок и характе ристик топлив при механизации работ в животноводстве. В результате полу чены аппроксимирующие зависимости от давления наддувочного воздуха, уг ла опережения впрыска и удельного эффективного расхода топлива, которые дают возможность построить универсальные характеристики для оценки эко логических показателей двигателей, позволяющие в процессе проектирования и подготовки технологических карт оценивать уровень загрязнений в конкрет ных точках помещений. В результате планирования стало ясно, что нахожде ние параметров рационализации дизеля Д-245 не дает нужного экологического эффекта в отличие от того же двигателя работающего на природном газе с ус тановленным каталитическим нейтрализатором. В совокупности применение инженерных методов в виде конвертирования двигателя на природный газ с установкой каталитического нейтрализатора и применение рациональных па раметров Рк = 0,14 МПа;
= 28,5о;
ge = 188 г/кВт·ч, приводит к значительному уменьшению вредных выбросов по нормируемым компонентам: 0,4NOx1;
0,18СН1,1;
0,02СО0,1;
0,02ТЧ0,11.
6. Расчет экономии от ущерба окружающей среде животноводческого помещения в случае использования разработанных инженерных методов со ставляет 194 тыс. руб. Экономическая эффективность от применения комплек са инженерных методов составила 41,9 тыс. руб. за расчетный зимний период стойлового содержания.
ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНЫ В СЛЕДУЮЩИХ РАБОТАХ:
В изданиях по перечню ВАК:
1. Стопорева, Т.А. Методика оценки распространения в атмосфере и на поверхности почв токсичных веществ, выбрасываемых отработавшими газами дизеля [Текст]/ Т.А Стопорева., А.Л. Новоселов // Вестник АГАУ. - 2010. - № (67). - С. 57-61.
2. Стопорева Т.А. Исследование последствий использования мобильной техники при механизации процессов в животноводческих помещениях [Текст] // Вестник АГАУ. - 2010. - № 12 (74). - С.70 -72.
В других изданиях:
3. Стопорева, Т.А. Уровни вредных выбросов транспортных дизелей.
[Текст] / Т.А. Стопорева, Н.Н. Грабовская, А.А. Унгефук, Ю.В. Павлова // Ползуновский вестник. - 2009. - № 1-2. - С. 88-92.
4. Новоселов, А.Л. Использование СВС- материалов для каталитической очистки отработавших газов дизелей. [Текст]/А.Л. Новоселов, Т.А. Стопорева, Н.Н. Грабовская// Научные проблемы транспорта Сибири и Дальнего Востока. 2008. -№ 1.-С. 191-194.
5. Стопорева, Т.А. Воздействие средств механизации в животноводче ских помещениях на обслуживающий персонал и животных // Экологическая безопасность при эксплуатации дизелей в животноводческих помещениях: Сб.
статей / Под ред. д.т.н., профессора, А.А.Мельберт / Российский союз научных и инженерных организаций, АлтГТУ им. И.И. Ползунова. - Барнаул: Изд-во АлтГТУ, 2010. - С.10-14.
6. Стопорева, Т.А. Исследования эффективности инженерных методов снижения токсичности дизелей/ Т.А. Стопорева, Д.С. Печенникова // Экологи ческая безопасность при эксплуатации дизелей в животноводческих помеще ниях: Сб. статей / Под ред. д.т.н., профессора, А.А.Мельберт / Российский со юз научных и инженерных организаций, АлтГТУ им. И.И. Ползунова. - Барна ул: Изд-во АлтГТУ, 2010. - С.46-52.
7. Стопорева, Т.А. Оценка безопасности содержания животных и усло вий работы персонала при использовании мобильной техники для механиза ции процессов // Экологическая безопасность при эксплуатации дизелей в жи вотноводческих помещениях: Сб. статей / Под ред. д.т.н., профессора, А.А.Мельберт / Российский союз научных и инженерных организаций, АлтГ ТУ им. И.И. Ползунова. - Барнаул: Изд-во АлтГТУ, 2010.-С.26-31.
8. Стопорева, Т.А. Программа, методики проведения исследований и экспериментальная установка/ Т.А. Стопорева, Г.В. Медведев, Н.Н. Грабов ская // Экологическая безопасность при эксплуатации дизелей в животновод ческих помещениях: Сб. статей / Под ред. д.т.н., профессора, А.А.Мельберт / Российский союз научных и инженерных организаций, АлтГТУ им. И.И. Пол зунова. - Барнаул: Изд-во АлтГТУ, 2010. - С.40-46.
9. Стопорева, Т.А. Санитарно-гигиенические требования к содержанию сельскохозяйственных животных в помещениях / Т.А. Стопорева, А.А. Мель берт// Экологическая безопасность при эксплуатации дизелей в животноводче ских помещениях: Сб. статей / Под ред. д.т.н., профессора, А.А.Мельберт / Российский союз научных и инженерных организаций, АлтГТУ им. И.И. Ползунова. - Барнаул: Изд-во АлтГТУ, 2010. - С.5-10.
10. Стопорева, Т.А. Снижение техногенной нагрузки путем каталитиче ской нейтрализации отработавших газов автомобилей /Стопорева Т.А., Боль шанина Ю.П., Грабовская Н.Н.//Ползуновский альманах, № 4, 2008- С. - 88- 11. Мельберт, А.А. СВС - технологии для получения пористых каталити ческих материалов/А.А. Мельберт, А.А. Жуйкова, А.А. Новоселов, Т.А. Сто порева// Повышение экологической безопасности автотракторной техники: сб.
статей/ под ред. д.т.н., профессора, академика А.Л. Новоселова/ Академия транспорта РФ, АлтГТУ им. И.И. Ползунова. - Барнаул, 2007. - С.21-27.
12. Мельберт, А.А. Разработка методики оценки ущерба окружающей среде при использовании тепловых двигателей при механизации процессов в животноводстве / А.А. Мельберт, Т.А. Стопорева, К.С. Боков // Экологиче ская безопасность при эксплуатации дизелей в животноводческих помещени ях: Сб. статей / Под ред. д.т.н., профессора, А.А.Мельберт / Российский союз научных и инженерных организаций, АлтГТУ им. И.И. Ползунова. - Барнаул:
Изд-во АлтГТУ, 2010. - С.31-35.
13. Мельберт, А.А. Уровни вредных выбросов тракторного дизеля в ат мосферу животноводческого помещения /А.А. Мельберт, А.А. Жуйкова, Т.А.
Стопорева // Экологическая безопасность при эксплуатации дизелей в живот новодческих помещениях: Сб. статей / Под ред. д.т.н., профессора, А.А.Мельберт / Российский союз научных и инженерных организаций, АлтГ ТУ им. И.И. Ползунова. - Барнаул: Изд-во АлтГТУ, 2010. - С.52-58.
14. Мельберт, А.А. Содержание родия в блоках и качество очистки отра ботавших газов дизеля/ А.А. Мельберт, С.Н. Павлов, Т.А. Стопорева и др.// Повышение экологической безопасности автотракторной техники: сб. статей/ под ред. д.т.н., профессора, академика А.Л. Новоселова/ Академия транспорта РФ, АлтГТУ им. И.И. Ползунова. - Барнаул, 2009. - С.36-41.
15. Новоселов, А.Л. Возможности снижения техногенной нагрузки, соз даваемой вредными выбросами дизеля, за счет их каталитической нейтрализа ции / А.Л. Новоселов, М.Л. Тихомиров, Т.А. Стопорева, А.А. Жуйкова // По вышение экологической безопасности автотракторной техники: сб. статей /под ред. д.т.н., профессора, академика А.Л. Новоселова /Академия транспорта РФ, АлтГТУ им. И.И. Ползунова - Барнаул, 2008. - С. 13-28.
16. Новоселов, А.Л. Модель загрязнения окружающей среды вредными выбросами тепловых двигателей в составе мобильных машин при механизации процессов в животноводстве / А.Л. Новоселов, Т.А.Стопорева, Н.Н. Грабов ская// Экологическая безопасность при эксплуатации дизелей в животноводче ских помещениях: Сб. статей / Под ред. д.т.н., профессора, А.А.Мельберт / Российский союз научных и инженерных организаций, АлтГТУ им. И.И. Пол зунова. - Барнаул: Изд-во АлтГТУ, 2010. - С.20- 17. Новоселов, А.Л. Оценка эффективности использования медноники леевого сплава при очистке отработавших газов дизеля/ А.Л. Новоселов, Л.С.
Шуцкая, Т.А. Стопорева// Повышение экологической безопасности автотрак торной техники: Сб. статей;
под ред. д.т.н., профессора, академика РАТ А.Л.
Новоселова;
Российская академия транспорта, АлтГТУ им. И.И. Ползунова. Барнаул: Изд-во АлтГТУ, 2009. - С. 83-88.
18. Новоселов, А.Л. Расход газов и каталитические свойства комплексов металлов в составе СВС-блоков нейтрализаторов для дизелей / А.Л. Новосе лов, Т.А. Стопорева, Н.П. Тубалов// Ползуновский альманах.-2009.- №3, Т.1. С.111-113.
19. Новоселова, Н.Д. Оценка каталитических свойств СВС-материалов/ Н.Д. Новоселова, А.А. Жуйкова, Т.А. Стопорева// Повышение экологической безопасности автотракторной техники: сб. статей/ под ред. д.т.н., профессора, академика А.Л. Новоселова/ Академия транспорта РФ, АлтГТУ им. И.И. Пол зунова. - Барнаул, 2007. - С.35-39.
20. Павлова, Ю.В. Экспериментальная оценка и выбор составов материа лов для каталитических блоков нейтрализатора /Ю.В. Павлова, С.Н. Павлов, Т.А. Стопорева // Экологическая безопасность при эксплуатации дизелей в животноводческих помещениях: Сб. статей / Под ред. д.т.н., профессора, А.А.Мельберт / Российский союз научных и инженерных организаций, АлтГТУ им. И.И. Ползунова. - Барнаул: Изд-во АлтГТУ, 2010. - С.66-78.
21. Печенникова, Д.С. Эффективность использования палладия при очи стке отработавших газов дизеля/ Д.С. Печенникова, А.А. Жуйкова, Т.А. Сто порева и др. // Повышение экологической безопасности автотракторной тех ники: Сб. статей;
под ред. д.т.н., профессора, академика РАТ А.Л. Новоселова;
Российская академия транспорта, АлтГТУ им. И.И. Ползунова. - Барнаул: Изд во АлтГТУ, 2009. - С23-30.
22. Титов, Д.Н. Оснащение установок для оценки эффективности очистки газов дизелей/Д.Н. Титов, Д.С. Печенникова, Т.А. Стопорева// Ползуновский альманах. - 2009. - № 3,Т.1 - С. 103-105.