Влияние режима работы карьерного самосвала на состав атмосферы рабочей зоны

Карьерная техника с дизельными двигателями эксплуатируется в широких диапазонах сезонно-климатических и географических условий. Загазованность и задымленность рабочей атмосферы часто приводит к остановке карьера, пока содержание вредных веществ в воздухе не снизится до нормы. На состав и объем выделяющихся отработавших газов оказывают влияние горно-технологические условия и режим работы двигателя. Влияние режима работы двигателя и внешних условий на дымность отработавших газов исследовалось при стендовых испытаниях дизельного двигателя 6ДМ-185 с турбонаддувом производства ООО «Уральский дизель-моторный завод». Цилиндровая мощность двигателя составляет 144 кВт/цил, что близко к цилиндровой мощности двигателя 12ДМ-185А (155 кВт/цил) карьерного самосвала БЕЛАЗ-75319 грузоподъемностью 240 тонн. Значительную часть времени карьерные самосвалы работают в режимах малых и средних нагрузок. При этом снижается давление наддува и соответственно уменьшается количество поступающего в цилиндры воздуха. С повышением нагрузки на двигатель его дымность пропорционально уменьшается. Повышение температуры окружающей среды негативно сказывается на наполнении цилиндров воздухом и является причиной увеличения дымности двигателя, а при температуре окружающей среды равной 45 °С (жаркое лето) величина дымности отработавших газов превышает лимитирующие значения, установленные ГОСТ 24028—2013, в 1,5—3,0 раза. Для эффективной борьбы с сажей в отработавших газах, кроме организации внутрицилиндрового рабочего процесса, следует обратить внимание на термоизоляцию выпускного коллектора для снижения влияния температуры окружающей среды на температуру отработавших газов перед турбиной, а также на применение альтернативных видов топлива. Температура отработавших газов перед турбиной значительно влияет на работу самой турбины и величину наддува.

Фурзиков В. В., Хазин М. Л. Влияние режима работы карьерного самосвала на состав атмосферы рабочей зоны // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2021. — № 11-1. — С. 111—120. DOI: 10.25018/0236_1493_2021_111_0_111.

Фурзиков Виталий Витальевич — начальник бюро исследовательских испытаний, ООО «Уральский дизель-моторный завод», Екатеринбург, Россия;
Хазин Марк Леонтьевич — докт. техн. наук, профессор, Уральский государственный горный университет, Екатеринбург; e-mail: Khasin@ursmu.ru.

1. Quiros D. C. Smith J., Thiruvengadam A., Huai T. Greenhouse gas emissions from heavy-duty natural gas, hybrid, and conventional diesel on-road trucks during freight transport // Atmospheric Environment. 2017. Vol. 168. Pp. 36—45. DOI.org/10.1016/j. atmosenv.2017.08.066

2. Хазин М. Л., Тарасов П. И., Фурзиков В. В., Тарасов А. П. Эколого-экономическая оценка использования карьерных самосвалов // Известия вузов. Горный журнал. –2018. –№ 7. — С. 85—94. doi: 10.21440/0536—1028—2018—7.

3. Hsueh M-H., Wang C-N., Hsieh M-C., et al. An Analysis of Exhaust Emission of the Internal Combustion Engine Treated by the Non-Thermal Plasma // Molecules 2020, 25, 6041; doi:10.3390/molecules25246041

4. Чернецов Д. А. Токсичность отработавших газов дизелей и их антропогенное воздействие //Вопросы современной науки и практики. Университет им. ВИ Вернадского. — 2010. — №. 10—12. — С. 54—59.

5. Холод Н. М., Малышев В. С., Эванс М. Снижение выбросов чёрного углерода карьерными самосвалами // Горная Промышленность. –2015. — №3 (121). — С.72—76.

6. Kachuri L., Villeneuve P. J., Parent M.-Е., Johnson K. C. Workplace exposure to diesel and gaso-line engine exhausts and the risk of colorectal cancer in Canadian men // Environmental Health. 2016. Vol. 15. No. 1. Pp. 4—16. doi.org/10.1186/s12940—016—0088—1

7. Taxell P., Santonen T. Diesel engine exhaust: basis for occupational exposure limit value // Toxi-cological Sciences. 2017. Vol. 158. No. 2. Pp. 243—251. DOI.org/10.1093/ toxsci/kfx110.

8. Thiruvengadam A., Besch M., Carder D., Oshinuga A. Unregulated greenhouse gas and ammonia emissions from current technology heavy-duty vehicles //Journal of the Air & Waste Management Association. 2016. Vol. 66. No 11. Pp. 1045—1060. doi.org/10.1080/10 962247.2016.1158751.

9. Jacobs W., Hodkiewicz M. R., Bräunl T. A Cost–Benefit Analysis of Electric Loaders to Reduce Diesel Emissions in Underground Hard Rock Mines //IEEE Transactions on industry applications. 2015. Vol. 51. No 3. Pp. 2565—2573. DOI: 10.1109/TIA.2014.2372046

10. Колчин А. И., Демидов В. П.. Расчет автомобильных и тракторных двигателей: Учеб. пособие для вузов — 4-е изд., стер. — М.: Высш. шк., 2008. — 496 с.

11. ГОСТ 24028—2013 Двигатели внутреннего сгорания поршневые. Дымность отработавших газов. Нормы и методы определения. М.: Стандартинформ, 2016. 15 с.

12. Хазин М. Л. Горные машины и экологические стандарты стран мира // Известия УГГУ. — 2020. Вып. — 1(57). — С. 156—163. DOI 10.21440/2307-2091-2020-1-156-163

13. Lappi M. K., Ristimäki J. M. Comparison of filter smoke number and elemental carbon from thermal optical analysis of marine diesel engine exhaust // Journal of Engineering for the Maritime Environment. 2019. Vol. 233, No 2. Pp. 602—609. doi. org/10.1177/1475090218776196

14. Тарасов П. И., Хазин М. Л., Фурзиков В. В. Повышение ресурса карьерных самосвалов // Горная промышленность. — 2019. — № 6. — С. 118—122. DOI 10.30686/1609—9192—2019—6-148—118—122.

15. Sharma A. K., Sharma P. K., Chintala V., Khatri N., Patel A. Environment-Friendly Biodiesel/Diesel Blends for Improving the Exhaust Emission and Engine Performance to Reduce the Pollutants Emitted from Transportation Fleets // Int. J. Environ. Res. Public Health. 2020. Vol. 17. No 11. Pp. 3896. doi.org/10.3390/ijerph17113896

16. Lin C-Y., Chen L-W, Wang L-T. Correlation of black smoke and nitrogen oxides emissions through field testing of in-use diesel vehicles // Environ Monit Assess. 2006.Vol. 116. No 1—3. Pp. 291—305. doi: 10.1007/s10661—006—7402—2.

17. Dumakor N. K., Temeng V. A., Bansah K. J. Optimising Shovel-Truck Fuel Consumption using Stochastic Simulation // Ghana Mining Journal. 2017. Vol. 17. No 2. Pp. 39—49.

18. Khazin M. L., Furzikov V. V., Tarasov P. I. Increasing mining dump trucks operation efficiency with the use of gas piston engines // Известия вузов. Горный журнал. 2020. № 2. С. 77—85. DOI: 10.21440/0536—1028—2020—2-77—85