Количество выхлопных газов дизельного двигателя

Количество выхлопных газов дизельного двигателя

Группа: New
Сообщений: 14
Регистрация: 14.10.2010
Пользователь №: 76355

Здравствуйте коллеги,
Ввиду отсутствия данных и методики расчета для МО от двигателей внутреннего сгорания мощностью свыше 240 л.с. (ВСН 01-89 п.4.13 заканчивается данными «св. 240 л.с. — 800 м3/ч), предлагаю на рассмотрение свой вариант расчета для определения объема воздуха МО для двигателя самосвала каръерного Cat777G (один из самых мощных). У заказчика естественно никаких исх. данных кроме католожных нет, надо как то рассчитать систему. Если что прошу поправить.

Расчет газоотвода выхлопных газов производится на примере карьерного самосвала CAT 777G.
Исходные данные:
Мощность самосвала …………. 1025 л.с (данные производителя Cat 777G-Caterpillar СПб)
Температура выхлопных газов…. 570 C (данные производителя Cat 777G-Caterpillar СПб)
Максимальная температура работы вентилятора газоотвода…….90 С (данные производителя “Совплим”)
Температура воздуха внутри помещения…………………………. 20 С

Расчет:
Количество удаляемого воздуха от работающих двигателей в зависимости от их мощности следует принимать (ВСН 01-89): ….. св. 175 кВт (240 л.с.) — 800 м3/ч.
Ввиду отсутствия данные для двигателя мощностью 1025 л.с., найдем множитель n=800/240

4.
Lгазоотвода CAT777=800*4=3200 м3/ч
Найдем количество теплоты, которое необходимо затратить чтобы ассимилировать температуру выхлопных газов 570 C до рабочей температуры вентилятора 90 C.
Q=(c*ρ*∆t)/860
С- удельная теплоемкость воздуха при t=570 C …………. 1,12 кДж/кг*С
t=20 С…………….1,005 кДж/кг*С
ρ=353/(273+t)=353/273+570=0,42 кг/м3
Q=(1,12*0,42*(570-90))/860

Расчет подмеса свежего воздуха, необходимого для ассимиляции температуры от 20 до 90 C
Lпод=(3,6*Q)/(ρ*c*(t_(пр-t_(вн ) )))=(3,6*53000)/(1,2*1,005(90-20))=2300 м3/ч

Lсум= Lгазоотвода CAT777+Lпод=3500+2300

6000 м3/ч
Вывод : для вытяжного вентилятора системы газоотвода необходим вентилятор производительностью L=6000 м3/ч.

Группа: Участники форума
Сообщений: 173
Регистрация: 24.9.2008
Пользователь №: 22867

Группа: New
Сообщений: 14
Регистрация: 14.10.2010
Пользователь №: 76355

4 раза, далее 800*4=3200 м3/ч).
Я исхожу из того, что если теоретически к одному трубопроводу подключить 4 последовательных потребителя по 240 л.с., то на выходе будет мощность 960 л.с., что не противоречит требованиям ВСН.
Если есть какие-то соображения или иная методика расчета (со СНиП или учебников, пособий), прошу ее указать

Группа: Участники форума
Сообщений: 372
Регистрация: 25.6.2013
Пользователь №: 197092

Для расчёта мощность не даёт полезной информации — нужен рабочий объём двигателя. Из него считается объём приточки и выхлопных газов.

Сообщение отредактировал AVFRZN — 9.2.2014, 15:21

Группа: New
Сообщений: 14
Регистрация: 14.10.2010
Пользователь №: 76355

Группа: Участники форума
Сообщений: 3889
Регистрация: 19.3.2009
Из: Минск
Пользователь №: 30769

Группа: New
Сообщений: 14
Регистрация: 14.10.2010
Пользователь №: 76355

Группа: Участники форума
Сообщений: 3889
Регистрация: 19.3.2009
Из: Минск
Пользователь №: 30769

Группа: New
Сообщений: 14
Регистрация: 14.10.2010
Пользователь №: 76355

понял, спасибо за помощь,
Нашел ошибку в своем расчете, заодно подкорректировал неправильные данные которые дали в Совплим (рабочая температура вентилятора не 90 C, а 200 C).
Кстати наша родная «Веза» тоже выпускает вентиляторы, подходящие для этих целей (радиальные, в термостойком взрывозащищенном
исполнении). Откорректированный расчет прилагаю:

Расчет газоотвода выхлопных газов производится на примере карьерного самосвала CAT 777G.
Исходные данные:
Мощность самосвала …………. 1025 л.с (данные производителя Cat 777G-Caterpillar СПб)
Температура выхлопных газов…570 C (данные производителя Cat 777G-Caterpillar СПб)
Максимальная температура работы вентилятора газоотвода……200 С (данные производителя “Совплим”)
Температура воздуха внутри помещения…………………………20 С
Расчет:
Количество удаляемого воздуха от работающих двигателей в зависимости от их мощности следует принимать (ВСН 01-89): ….. св. 175 кВт (240 л.с.) — 800 м3/ч.

Ввиду отсутствия данные для двигателя мощностью 1025 л.с., найдем множитель n=1025/240

4.
Lгазоотвода CAT777=800*4=3200 м3/ч

Найдем количество теплоты, которое необходимо затратить чтобы ассимилировать температуру выхлопных газов 570 C до рабочей температуры вентилятора 200 C (Требования производителей вентиляторов “Совплим”, «Веза»).
Q=(c*ρ*L*∆t)/860
С- удельная теплоемкость воздуха при t=570 C …………..1,12 кДж/кг*С
t=20 С……………1,005 кДж/кг*С
ρ=353/(273+t)=353/273+570=0,42 кг/м3 (плотность воздуха при t=570 C)
Q=(1,12*0,42*3200*(570-200))/860

Расчет подмеса свежего воздуха, необходимого для ассимиляции температуры от 20 до 200 C
Lпод=(3,6*Q)/(ρ*c*(t_(пр-t_(вн ) )))=(3,6*648000)/(1,2*1,005(200-20))=10746 м3/ч
Lсум= Lгазоотвода CAT777+Lпод=10746+3200

Вывод : для вытяжного вентилятора системы газоотвода необходим вентилятор производительностью L=14000 м3/ч.

Отдельное пояснение для монтажников:
Данный расчет пока не опробован на практике. Если возьмете эти данные за исходные, не забудьте про компенсацию вытяжки притоком,
ибо L=14000 м3/ч расход огромный.
Берите Вытяжку L=14000 м3/ч, Приток L=11200 м3/ч (по ВСН 01-89, п.4.17).

Источник статьи: http://forum.abok.ru/index.php?showtopic=93358

Выхлопные газы, их состав и действие на организм человека

Выхлопные газы — основной источник токсичных веществ двухтактного и четырехтактного двигателя внутреннего сгорания, которые загрязняют нашу окружающую среду. Наиболее остро это ощущается в крупных городах. Отработавшие газы — это неоднородная смесь различных газообразных веществ с разнообразными химическими и физическими свойствами, состоящая из продуктов полного и неполного сгорания топлива, избыточного воздуха, аэрозолей и различных микропримесей (как газообразных, так и в виде жидких и твердых частиц), поступающих из цилиндров двигателей в его выпускную систему. В своем составе они содержат около 300 различных веществ, большинство из которых — токсичны.

Основными нормируемыми токсичными компонентами выхлопных газов двигателей являются оксиды углерода, азота и углеводорода. Кроме того, с выхлопными газами в атмосферу поступают предельные и непредельные углеводороды, альдегиды, канцерогенные вещества, сажа и другие компоненты.

Состав выхлопных газов

Компоненты выхлопного газа	Содержание по объему, %		Токсичность
	Двигатель
	бензин	дизель
Азот	74,0 — 77,0	76,0 — 78,0	нет
Кислород	0,3 — 8,0	2,0 — 18,0	нет
Пары воды	3,0 — 5,5	0,5 — 4,0	нет
Диоксид углерода	5,0 — 12,0	1,0 — 10,0	нет
Оксид углерода	0,1 — 10,0	0,01 — 5,0	да
Углеводороды неканцерогенные	0,2 — 3,0	0,009 — 0,5	да
Альдегиды	0 — 0,2	0,001 — 0,009	да
Оксид серы	0 — 0,002	0 — 0,03	да
Сажа, г/м3	0 — 0,04	0,01 — 1,1	да
Бензопирен, мг/м3	0,01 — 0,02	до 0,01	да

При работе двигателя на этилированном бензине в составе выхлопных газов присутствует свинец, а у двигателей, работающих на дизельном топливе — сажа.

Мероприятия по снижению концентрации токсичных веществ в выхлопных газах

В настоящее время Правительства всех стран вводит определенные нормы на концентрацию вредных веществ в выхлопных газах автомобилей. Поэтому производители автомобилей, чтобы попасть на рынок, вынуждены проводить модернизацию систем ДВС с целью снижения уровня токсичных веществ.

Такими системами могут служить каталитические нейтрализаторы, сажевые фильтры, мочевина и многое другое. Так, например, для дизельных двигателей устанавливаются нейтрализаторы выхлопных газов, которые позволяют снизить токсичность на 80%. В системах безниновых двигателй устанавливают антитоксикатор в систему питания, что также позволяет добиться снижения концентрации вредных веществ.

Недоксид или моноксид — он же угарный газ (CO)

Прозрачный, не имеющий запаха ядовитый газ, немного легче воздуха, плохо растворим в воде. Оксид углерода продукт неполного сгорания топлива, на воздухе горит синим пламенем с образованием диоксида углерода (углекислого газа). В камере сгорания двигателя CO образуется при неудовлетворительном распыливании топлива, в результате холоднопламенных реакций, при сгорании топлива с недостатком кислорода, а также вследствие диссоциации диоксида углерода при высоких температурах. При последующем сгорании после воспламенения (после верхней мертвой точки, на такте расширения) возможно горение оксида углерода при наличии кислорода с образованием диоксида. При этом процесс выгорания CO продолжается и в выпускном трубопроводе. Необходимо отметить, что при эксплуатации дизелей концентрация CO в выхлопных газах невелика (примерно 0,1 — 0,2%), поэтому, как правило, концентрацию CO определяют для бензиновых двигателей.

Оксиды азота (NO, NO2, N2O, N2O3, N2O5, в дальнейшем NOx)

Оксиды азота являются одними из наиболее токсичных компонентов отработавших газов. При нормальных атмосферных условиях азот представляет собой весьма инертный газ. При высоких давлениях и особенно температурах азот активно вступает в реакцию с кислородом. В выхлопных газах двигателей более 90% всего количества NOx составляет оксид азота NO, который ещё в системы выпуска, а затем и в атмосфере легко окисляется в диоксид (NO2). Оксиды азота раздражающе воздействуют на слизистые оболочки глаз, носа, разрушают легкие человека, так как при движении по дыхательному тракту они взаимодействуют с влагой верхних дыхательных путей, образуя азотную и азотистую кислоты. Как правило, отравление организма человека NOx проявляется не сразу, а постепенно, причем каких либо нейтрализующих средств нет.

Закись азота (N2O гемиоксид, веселящий газ) газ с приятным запахом, хорошо растворим в воде. Обладает наркотическим действием.

NO2 (диоксид) бледно-желтая жидкость, участвующая в образовании смога. Диоксид азота используется в качестве окислителя в ракетном топливе. Считается, что для организма человека оксиды азота примерно в 10 раз опаснее CO, а при учете вторичных превращений в 40 раз. Оксиды азота представляют опасность для листьев растений. Установлено, что их непосредственное токсичное влияние на растения проявляется при концентрации NOx в воздухе в пределах 0,5 — 6,0 мг/м3. Азотная кислота вызывает сильную коррозию углеродистых сталей. На величину выброса оксидов азота оказывает значительное влияние температура в камере сгорания. Так, при повышении температуры от 2500 до 2700 К скорость реакции увеличивается в 2,6 раза, а при уменьшении от 2500 до 2300 К — уменьшается в 8 раз, т.е. чем выше температура, тем выше концентрация NOx. Ранний впрыск топлива или высокие давления сжатия в камере сгорания также способствуют образованию NOx. Чем выше концентрация кислорода, тем выше концентрация оксидов азота.

Углеводороды (CnHm этан, метан, этилен, бензол, пропан, ацетилен и др.)

Углеводороды органические соединения, молекулы которых построены только из атомов углерода и водорода, являются токсичными веществами. В выхлопных газах содержится более 200 различных CH, которые делятся на алифатические (с открытой или закрытой цепью) и содержащие бензольное или ароматическое кольцо. Ароматические углеводороды содержат в молекуле один или несколько циклов из 6 атомов углерода, соединенных между собой простыми или двойными связями (бензол, нафталин, антрацен и др.). Имеют приятный запах. Наличие CH в отработавших газах двигателей объясняется тем, что смесь в камере сгорания является неоднородной, поэтому у стенок, в переобогащенных зонах, происходит гашение пламени и обрыв цепных реакций Не полностью сгоревшие CH, выбрасываемые с выхлопными газами и представляющие собой смесь нескольких сотен химических соединений, имеют неприятный запах. CH являются причиной многих хронических заболеваний. Токсичны также и пары бензина, которые являются углеводородами. Допустимая среднесуточная концентрация паров бензина составляет 1,5 мг/м3. Содержание CH в выхлопных газах возрастает при дросселировании, при работе двигателя на режимах принудительного холостого хода (ПХХ, например, при торможении двигателем). При работе двигателя на указанных режимах ухудшается процесс смесеобразования (перемешивания топливовоздушного заряда), уменьшается скорость сгорания, ухудшается воспламенение и, как результат, — возникают его частые пропуски. Выделение CH вызывается неполным сгоранием вблизи холодных стенок, если до конца сгорания остаются места с сильным локальным недостатком воздуха, недостаточным распыливанием топлива, при неудовлетворительном завихрение воздушного заряда и низких температурах (например, режим холостого хода). Углеводороды образуются в переобогащенных зонах, где ограничен доступ кислорода, а также вблизи сравнительно холодных стенок камеры сгорания. Они играют активную роль в образовании биологически активных веществ, вызывающих раздражение глаз, горла, носа и их заболевание, и наносящих ущерб растительному и животному миру.

Углеводородные соединения оказывают наркотическое действие на центральную нервную систему, могут являться причиной хронических заболеваний, а некоторые ароматические CH обладают отравляющими свойствами. Углеводороды (олефины) и оксиды азота при определенных метеорологических условиях активно способствуют образованию смога.

Смог от выхлопных газов.

Смог (Smog, от smoke дым и fog — туман) ядовитый туман, образуемый в нижнем слое атмосферы, загрязненной вредными веществами от промышленных предприятий, выхлопными газами от автотранспорта и теплопроизводящих установок при неблагоприятных погодных условиях. Он представляет собой аэрозоль, состоящую из дыма, тумана, пыли, частичек сажи, капелек жидкости (во влажной атмосфере). Возникает в атмосфере промышленных городов при определенных метеорологических условиях. Поступающие в атмосферу вредные газы вступают в реакцию между собой и образуют новые, в том числе и токсичные соединения. В атмосфере при этом происходят реакции фотосинтеза, окисления, восстановления, полимеризации, конденсации, катализа и т.д. В результате сложных фотохимических процессов, стимулируемых ультрафиолетовой радиацией Солнца, из оксидов азота, углеводородов, альдегидов и других веществ образуются фотооксиданты (окислители).

Низкие концентрации NO2 могут создать большое количество атомарного кислорода, который в свою очередь образует озон и вновь реагирует с веществами, загрязняющими атмосферный воздух. Наличие в атмосфере формальдегида, высших альдегидов и других углеводородных соединений также способствует вместе с озоном образованию новых перекисных соединений. Продукты диссоциации взаимодействуют с олефинами, образуя токсичные гидроперекисные соединения. При их концентрации более 0,2 мг/м3 наступает конденсация водяных паров в виде мельчайших капелек тумана с токсичными свойствами. Их количество зависит от сезона года, времени суток и других факторов. В жаркую сухую погоду смог наблюдается в виде желтой пелены (цвет придает присутствующий в воздухе диоксид азота NO2 капельки желтой жидкости). Смог вызывает раздражение слизистых оболочек, особенно глаз, может вызвать головную боль, отеки, кровоизлияния, осложнения заболеваний дыхательных путей. Ухудшает видимость на дорогах, увеличивая тем самым количество дорожно-транспортных происшествий. Опасность смога для жизни человека велика. Так, например, лондонский смог 1952 г. называют катастрофой, так как за 4 дня от смога погибло около 4 тыс. человек. Наличие в атмосфере хлористых, азотных, сернистых соединений и капелек воды способствует образованию сильных токсичных соединений и паров кислот, что губительно сказывается на растениях, а также сооружениях, особенно на исторических памятниках, сложенных из известняка. Природа смогов различна. Например, в Нью-Йорке образованию смога способствуют реакции фтористых и хлористых соединений с капельками воды; в Лондоне присутствие паров серной и сернистой кислот; в Лос-Анджелесе (калифорнийский или фотохимический смог) наличие в атмосфере оксидов азота, углеводородов; в Японии — присутствие в атмосфере частиц сажи и пыли.

Источник статьи: http://www.studiplom.ru/Technology-DVS/Exhaust_gases.html