Экологические и экономические аспекты работы

Размещено на http://www.allbest.ru/

РГУ им. С.А. Есенина

Экологические и экономические аспекты работы трактора К-701 с газобаллонным оборудованием в СПК «Авангард» Чучковского района Рязанской области

УДК 630.377.44:631.17

В статье приводятся данные сравнительного эколого-экономического анализа результатов полевых исследований работы трактора К-701, оборудованного газобаллонным устройством для работы на компрессированном природном газе, в сравнении с работой на дизельном топливе. В ходе испытаний определяли мощностные, топливно-экономические, экологические, эксплуатационно-технологические параметры, показатели безопасности и эргономичности функционирования трактора К-701 с микропроцессорной системой контроля и управления режимами работы на газодизельном топливе двигателя ЯМЗ-240 БМ2.

Ключевые слова: трактор К-701, загрязнение окружающей среды, отработавшие газы, эколого-экономический анализ, полевые испытания, газобаллонное оборудование, токсичные вещества, органическое топливо, микропроцессорная система управления, мощность двигателя, стендовые испытания, тяговые испытания, экономическая эффективность

Воздействие транспорта и обеспечивающей его функционирование инфраструктуры на окружающую природную среду сопровождается значительным ее загрязнением. В качестве основных видов воздействия транспортно-дорожного комплекса России на окружающую среду можно отметить загрязнение атмосферного воздуха токсичными компонентами отработанных газов транспортных двигателей, выбросы в атмосферный воздух стационарных источников загрязнения, загрязнение водных объектов, образование производственных отходов и воздействие транспортного шума.

С транспортно-дорожным комплексом связаны газообразные, жидкие и твердые отходы, которые поступают в атмосферу, поверхностные водоемы и подземные воды, почвы. В результате сжигания органического топлива в двигателях транспортных средств в атмосферу поступает значительное количество углекислого газа и вредных веществ: свинца, сажи, углеводородов, оксидов углерода, серы и азота (табл.1).

По данным Госкомстата России, ежегодно около 53% выбросов загрязняющих веществ в атмосферу приходится на выбросы от транспортных и других передвижных средств, в т.ч. автомобильных, воздушных, водных” железнодорожных, тракторов и самоходных сельскохозяйственных машин и др. Общий объем выбросов загрязняющих веществ автомобильным транспортом в атмосферу России составляет примерно 70% от всех видов транспорта, или около 40% общего количества антропогенного загрязнения атмосферы /1/.

Таблица 1. Состав отработанных газов двигателей внутреннего сгорания

Доля использования жидкого топлива в сельском хозяйстве России составляет около 40% от его общего потребления в стране. Основные потребители жидкого топлива на селе -тракторы, автомобили, сельскохозяйственные самоходные комбайны.

Полнота сгорания топливной смеси в двигателе определяется экспериментальными методами посредством полного анализа состава отработавших газов. Используемые в настоящее время методы анализа позволяют осуществлять весьма точную количественную оценку компонентов, содержащихся в отработавших газах, в том числе токсичных /2/.

На основании данных о количественном составе отработавших газов можно получить ряд ценных сведений о процессе работы двигателя, в частности:

- определить конечные результаты процесса сгорания, а также установить степень полноты сгорания, обусловленную физическими и химическими факторами;

- оценить качество процессов образования смеси и газообмена;

- установить влияние различных факторов на протекание процесса сгорания с целью эффективного воздействия на отдельные его стадии.

Зная количественный состав продуктов сгорания, можно определить:

- коэффициент избытка воздуха;

- количественное и качественное различие смеси в отдельных цилиндрах многоцилиндрового двигателя;

- характер протекания процесса сгорания;

- потери энергии в случае неполного или некачественного сгорания;

- степень токсичности отработавших газов.

Присутствие в отработавших газах несгоревших соединений, таких, как окись углерода СО, водород Н₂, метан СН₄, углеводороды C_nH_m или элементарный углерод С в виде сажи, является свидетельством неполного сгорания. Наличие горючих газовых смесей СО, Н₂, СН₄ свидетельствует о некачественном сгорании.

Выбросы отработавших газов из низкорасположенных выхлопных труб вызывают такое загрязнение окружающей природной среды, которое можно сравнить с воздействием на атмосферу крупных промышленных предприятий (это объясняется особенностями загрязнения приземного слоя).

Отставание в развитии транспортных систем, их экологической защищенности и конкурентоспособности на внутреннем и мировом рынках во многом обусловлено отсутствием системы экологической сертификации в нашей стране, необходимой законодательной и нормативной базы, низким экологическим качеством выпускаемой продукции, отсутствием необходимых механизмов стимулирования проведения работ по снижению токсичности новых и эксплуатируемых автомобилей, включая проведение единой государственной политики в этой области. Наиболее серьезным препятствием к внедрению международных стандартов остается использование свинецсодержащих присадок к моторным топливам, не позволяющих применять каталитические нейтрализаторы (платино-палладиевые) /3/.

За последние годы реализация ранее действовавшей программы использования газомоторного топлива в России значительно затормозилась, в то время как потенциальные возможности созданной сети из 186 автомобильных газонаполнительных компрессорных станций позволяют сэкономить более 1,5 млн. т бензина и дизельного топлива в год. Кроме того, применение газомоторного топлива позволит значительно снизить поступление в атмосферу токсикантов, образующихся при сжигании органического топлива (табл. 2).

Данные, приведенные в таблице 2, свидетельствуют о преимуществе двигателей, работающих на газомоторном топливе, по сравнению с дизельными и, особенно, карбюраторными двигателями практически по всем показателям.

Сравнительный эколого-экономический анализ проводился на базе ООО «Касимовавтогаз» по результатам полевых испытаний трактора К-701, оборудованного для работы на компримированном природном газе, а также по данным учетной ведомости работы грузового автотранспорта СПК «Авангард» Чучковского района Рязанской области и данным обследования легкового автомобиля ВАЗ 2105 с газобаллонным оборудованием, проведенным кафедрой «Техническая эксплуатация транспорта» РГСХА /4/.

Таблица 2. Образование токсичных веществ при сжигании органического топлива, г/кг

Целью испытаний работы трактора К-701 с газобаллонным оборудованием являлось определение мощностных, топливно-экономических, эксплуатационно-технологических параметров, а также показателей безопасности и эргономичности функционирования трактора К-701 с микропроцессорной системой контроля и управления режимами работы на газодизельном топливе двигателя ЯМЗ-240 БМ2. Испытания проводились в сравнении с аналогом, в качестве которого использовался тот же трактор, но работающий на дизельном топливе.

Основные показатели трактора (базовой модели и газобаллонной модификации) приведены в таблице 3.

Таблица 3. Техническая характеристика газобаллонного трактора К-701 с микропроцессорной системой управления

Основные показатели двигателя ЯМЗ-240 БМ2 представлены в таблице 4.

Результаты проведённых стендовых испытаний трактора К-701 показали, что установленное на нем газобаллонное оборудование позволяет его двигателю работать на чисто дизельном топливе и на смеси жидкого топлива и компримированного природного газа. Функционирование на смешанном топливе с использованием микропроцессорной системы управления обеспечивает значения показателей регуляторной характеристики ЯМЗ-240 БМ2, очень близкие к показателям работы на дизельном топливе. При максимальной мощности двигателя 202,8 кВт часовой расход смешанного топлива составил 48,0 кг/час (при работе на дизельном топливе - 197 кВт и 49,3 кг/час), в том числе дизелъного - 15 кг/час (26,7%), природного газа - ЗЗкг/час (73,3%). Крутящий момент 1276 кН на газодизельной смеси получен сопоставимым с крутящим моментом при работе на дизельном топливе 1378 кН при более низком коэффициенте запаса (25% против 40%) /5/.

Тяговые испытания трактора были проведены 31.10.03. Тип фона - асфальтобетон. Эксплуатационная масса - 15550 кг. Результаты испытаний представлены в таблице 5.

Трактор газодизельный К-701 агрегатируется с комплексом машин (дисковые бороны различных модификаций, плуги, комбинированные агрегаты и др.), но имеются недостатки, обусловленные снижением обзорности из-за установленных на задней полураме секций баллонов. В результате увеличивается трудоёмкость агрегатирования, так как для соединения трактора с машинами требуется не менее двух человек.

Таблица 4. Основные показатели двигателя ЯМЗ-240 БМ2, зав. № 97002269, трактора К-701, зав. № 980384, по результатам испытаний

*В числителе расход топлива запального дизельного топлива, в знаменателе - расход природного газа. Показатели определены по ГОСТ 7057-81. трактор экологический газобалонный двигатель

Эксплуатационно-технологическая оценка трактора проводилась при работе с комплексом сельскохозяйственных машин на ряде технологических операций: дисковом лущении стерни различных культур, пахоте, предпосевной комбинированной обработке почвы. Установлено, что на смеси жидкого и газобаллонного топлива трактор К-701 при выполнении технологических операций обеспечивает производительность и качество работы на уровне дизельного аналога. При этом отмечено снижение расхода дизельного топлива на 63-73 %. При определении удельных затрат использовались значения цен поставки ГСМ, действовавших на момент испытаний: на дизельное топливо - 7,2 руб./кг и на природный газ - 3,5 руб./кг. Снижение затрат на единицу выполненной работы составило 40-45 %. Отмечено общее улучшение тягово-сцепных свойств трактора, обусловленное догрузкой задней полурамы установленными баллонами.

Таблица 5. Тяговые испытания трактора

Определение тягово-скоростных характеристик при пахоте девятикорпусным навесным плугом производилось на участке поля, имеющем спуск и подъем (15-20°), путем компьютерной регистрации графиков изменения частоты вращения двигателя на фиксированных отрезках пути в дизельном и газодизельном режимах работы.

При проведении оценки безопасности трактора К-701 с установкой газобаллонного оборудования выявлено несоответствие требованиям безопасности ГОСТ ряда показателей:

- уровня звука на рабочем месте оператора;

- показателей обзорности;

- характеристики изоляции электрических цепей и трубопроводов.

Часть этих несоответствий может быть устранена при подготовке к серийному производству, так как не требует изменения конструкции.

Экологические и экономические эффекты определяются через комплекс мероприятий, связанных с улучшением качества земельных угодий, почвенного покрова, природной среды, биоресурсов, с обеспечением благоприятных условий для развития растений, с охраной почв, земельных и водных ресурсов. Критериями эколого-экономической эффективности являются степень улучшения экологического состояния агроэкосистем, повышения плодородия почв, их окультуренности, снижения загрязненности атмосферного воздуха и земель, прирост биологического, экономического потенциала сельскохозяйственных растений.

Расчёт экономической эффективности применения газодизельного трактора К-701 произведён в соответствии с ОСТ 10 2.18-2001 и представлен в таблице 6 (в расчетах были учтены только дополнительные затраты на оснащение трактора К-701 газовым оборудованием).

Таблица 6. Экономические показатели

Низкая стоимость комплексного газодизельного топлива обеспечила годовой экономический эффект в сумме 50,936 тыс. руб. в расчёте на один трактор, что свидетельствует о целесообразности продолжения работ по использованию природного газа метана в качестве топлива для дизельных двигателей сельскохозяйственных тракторов.

В таблице 7 приведен расчет экономических показателей при производстве механизированных работ.

Таблица 7. Исходные данные и расчет экономических показателей

Сравнительный экономический анализ данных работы автотранспорта в СПК «Авангард» позволил сделать вывод, что эксплуатация автопарка, состоящего из 18 автомобилей, использующих в качестве основного вида топлива природный газ, позволит сократить затраты на приобретение ГСМ (при прочих равных условиях) на 63,6%.

По данным кафедры «Техническая эксплуатация транспорта» РГСХА использование газобаллонного оборудования при эксплуатации легкового автомобиля ВАЗ 21053 позволяет снизить затраты на топливо в среднем на 20-30%.

Выводы

1. Установленные на серийном тракторе К-701 газобаллонное оборудование и микропроцессорная система управления подачей газа позволяют двигателю ЯМЗ-240 БМ2 устойчиво работать на двух видах топлива: дизельном и смешанном (смеси дизельного топлива и природного газа - метана). При этом основные показатели двигателя на обоих видах топлива соответствуют техническим требованиям.

2. На сельскохозяйственных работах по производительности и качеству работы газодизельный трактор К-701 не уступает дизельному аналогу, обеспечивая снижение массового расхода дизельного топлива до 73%.

3. Эффективность газодизельного трактора К-701 в настоящее время ограничена по ряду причин: снижение обзорности, увеличение трудоемкости агрегатирования, отсутствие надежного мобильного заправщика газом.

4. Эколого-экономические эффекты определены степенью улучшения экологического состояния агроэкосистемы, повышением плодородия почв, их окультуренности, снижением загрязненности атмосферного воздуха и земли, приростом биологического и экологического потенциала сельскохозяйственных культур.

При выполнении данной работы автору помогали доктор технических наук И.А. Успенский и кандидат технических наук Л.Ю. Макарова со своими лаборантами.

Литература

1. В.Н. Луканин и др. Промышленно-транспортная экология. М.: «Высшая школа», 2001.

2. В.Н. Майстренко и др. Эколого-аналитический мониторинг супертоксикантов. М.: «Химия», 1996.

3. Ю. Якубовский Автомобильный транспорт и защита окружающей среды. М.: «Транспорт», 1979.

4. Акт полевых испытаний трактора К-701, оборудованного для работы по газодизельному циклу на компримированном природном газе от 21.05.2003.

5. Протокол № 07-87-2002 (1010031) приемочных испытаний трактора газодизельного К-701 с микропроцессорной системой управления от 09.12.2002.

Размещено на Allbest.ru