[11-2018] Снижение вредных выбросов тепловозов ЧМЭЗ

[Admin]

Снижение вредных выбросов тепловозов ЧМЭЗ

Инж. С.С. ВОДОЛАЗСКИЙ, технолог сервисного локомотивного депо Самара ООО «СТМ-Сервис»

В качестве штатной силовой установки на маневровых тепловозах чехословацкой постройки ЧМЭЗ применяется дизель-генератор K6S310DR, который имеет открытую систему вентиляции картерных газов. Данная конструкция системы газовоздушного тракта имеет один существенный недостаток— выбросы продуктов горения топливовоздушной смеси и масляного тумана производятся в атмосферу, что негативно сказывается на состоянии окружающей среды.

На величину расхода картерных газов дизелей, которые содержат значительное количество токсичных веществ, влияют многочисленные факторы, основными из которых являются:

> конструкция двигателя (форма камеры сгорания, тип охлаждения, топливная аппаратура и т.п.);

> режимы работы двигателя;

> частота вращения коленчатого вала;

> особенности конструкции цилиндропоршневой группы;

> состояние и конструкция поршневых колец;

> тепловое состояние двигателя;

> параметры окружающей среды.

Ввиду большого срока службы тепловозов ЧМЭЗ состояние цилиндро-поршневой группы дизелей K6S310DR с течением времени утратило ряд своих конструктивных параметров. Это привело к дополнительному увеличению выбросов картерных газов в атмосферу. Характер работы маневрового локомотива имеет различные цикличные нагрузки, которые, в свою очередь, негативно отражаются на тепловом балансе цилиндро-поршневой группы дизеля, что является дополнительным фактором увеличения расхода картерных газов.

Для предотвращения выбросов картерных газов в атмосферу применяются различные замкнутые системы вентиляции, что приводит к их перераспределению (дожигу) во впускном тракте двигателя. Такое конструктивное решение является наилучшим для решения данной проблемы.

Закрытая система вентиляции картера весьма эффективна, однако при этом во впускном тракте оседает смола, что приводит к нарушению смесеобразования и увеличению расхода масла.

Решить данную проблему можно путём доработки конструкции газовоздушного тракта дизеля K6S310DR. Его доработка позволит:

- снизить расход моторного масла;
- уменьшить количество выбросов токсичных веществ в окружающую среду;

- повысить работоспособность и простоту обслуживания тягового генератора локомотива;

- улучшить культурное состояние тепловоза.

На рис. 1 приведена схема закрытой системы рециркуляции картерных газов двигателя внутреннего сгорания с турбонагнетателем. У дизеля тепловоза ЧМЭЗ такой параметр, как разрежение в картере, здесь имеет нулевое значение. Таким образом, перераспределение картерных газов не внесет негативных факторов в выдавливание моторного масла по уплотнениям двигателя, что является неоспоримым достоинством. Также на тепловозе ЧМЭЗ предусмотрены технологические отверстия и масляные магистрали, которые облегчают процесс монтажа дополнительного трубопровода.

При реализации данной системы будет решена проблема чрезмерного замасливания коллектора и остова тягового генератора локомотива (рис. 2). Замазучивание генератора, в свою очередь, позволит снизить количество отказов по параметру снижения сопротивления изоляции этого узла. Будет также снижен расход моторного масла локомотива и значительно улучшится культурное состояние тепловоза (рис. 3). Самым главным же преимуществом данной модернизации является снижение токсичных выбросов в атмосферу.

В ОАО «ВМТЗ» (г. Владимир) были проведены сравнительные испытания серийного дизеля Д120 с перепуском картерных газов обратно в цилиндры и без перепуска. В ходе испытаний было установлено заметное влияние перепуска на дымность N отработавших газов при частоте вращения коленчатого вала 2000 об/мин. Дымность отработавших газов была уменьшена в 2,1 раза при нагрузке двигателя свыше 60 %. Аналогичный характер зависимости дымности и выбросов NOX имеет место и при частоте вращения коленчатого вала 1500 об/мин — дымность уменьшается в 1,17 раза при нагрузке двигателя свыше 60 %. Исследование проводилось на дизелях, имеющих технические характеристики, близкие к идеальным.

При всех достоинствах данной доработки остается только один пока нераскрытый ее недостаток — образование смолистых отложений во впускном тракте, что, в свою очередь, нарушает смесеобразование и несколько увеличивает расход масла. Для решения данной проблемы в трубопровод по дожигу картерных газов монтируется маслосборник с фильтрующим металлогубчатым элементом (рис. 4).

Применение фильтра позволяет задерживать масляные включения картерных газов и препятствует дальнейшему их транспортированию в картер дизеля. Тем самым снижается расход масла и, как следствие, не происходит закоксовывания впускной магистрали дизеля. Благодаря этому смесеобразование остается на прежнем уровне, а характер работы дизель-генераторной установки приближен к штатному режиму работы тепловоза.