Загрузил Тетяна Валеріївна Лубяна

5 Охорона навколишнього середовища

Реклама
ОХОРОНА НАВКОЛИШНЬОГО
СЕРЕДОВИЩА
Діяльність, пов'язана з створенням та використанням авіаційної техніки
(АТ) є однією з сфер застосування інтелектуальних, технічних здібностей та є
однією з складових науково-технічного прогресу. Однак поряд з позитивним
впливом,
залишається
й
негативний:
забруднення
навколишнього
природного середовища, надмірне використання сировинних та енергетичних
ресурсів, вплив на здоров'я людини тощо.
Авіаційний
транспорт
належить
до
основних
забруднювачів
атмосферного повітря, водних ресурсів та ґрунту. Критичною проблемою є
утилізація та переробка відходів, що виникають при експлуатації повітряних
суден та після закінчення їх ресурсу. Частка авіатранспорту в загальному
об'ємі викидів шкідливих речовин (ШР) в атмосферу складає 17%.
Метою забезпечення екологічної та техногенної безпеки в галузі
авіатранспортних перевезень при функціонуванні авіаційних комплексів є:
 підтримка сприятливого для здоров'я людини екологічно безпечного
середовища;
 зменшення впливу на атмосферне повітря, водні ресурси та ґрунт;
 забезпечення раціонального природокористування;
 збалансованість
процесів
використання
відновлювальних
та
невідновлювальних природних ресурсів;
 збереження фонду видової та ландшафтної різноманітності флори та
фауни.
Через загострення проблеми охорони НПС, у зв'язку з підвищенням
інтенсивності діяльності цивільної авіації, потрібні нові, комплексні та
сучасні методи і принципи при конструюванні, обслуговуванні та ремонті
АТ.
95
3.1. Вплив авіатранспорту на природне середовище
Вплив транспорту на екосистему полягає:
 у забрудненні атмосфери, водних об'єктів та земель, зміні хімічного
складу ґрунту та мікрофлори, створенні виробничих відходів, у тому числі
радіоактивних та токсичних, золи та сміття. Забруднюючі речовини
негативно впливають не тільки на антропогенні, а й на природні системи.
 у використанні природних ресурсів - атмосферного повітря
(необхідного для робочого процесу в реактивних двигунах), нафтопродуктів
та природного газу, водних (використовуються при охолодженні двигунів,
при очищенні АТ від бруду) та земельних ресурсів (необхідні для
будівництва аеропортів, злітно-посадкових смуг тощо);
 у виділенні тепла в навколишнє середовище;
 у створенні високого рівня шумів та вібрації;
 у створенні негативних природних процесів, таких як: ерозія,
заболочування місцевості, зсувів, обвалів;
 у травматизмі та смерті людей, загибелі тварин при аваріях та
катастрофах;
 у руйнуванні ґрунтово-рослинного покриву та зменшенні врожаю
сільськогосподарських культур [11].
3.2. Інженерно-технічні заходи зменшення забруднення НПС
авіаційним транспортом
Заходи зменшення забруднення атмосферного повітря:
 збільшення економічності двигунів, що досягається вдосконаленням
їх конструкції;
 зниження маси конструкції за рахунок використання композитних
матеріалів;
 зменшення впливу опору повітря на ПС, що досягається продуманою
аеродинамічною формою та схемою;
 зниження
токсичності
відпрацьованих
газів,
що
досягається
встановленням фільтрів та використанням присадок для палива;
 застосування екологічно чистих видів палива;
96
 удосконалення технологічного процесу та створення "безвідхідного"
виробництва;
 очищення вентиляційних та технологічних викидів;
 більш широке використання електроенергії.
Заходи зменшення шуму та вібрації:
 створення менш шумних силових установок;
 використання більш досконалих повітрозабірників;
 використання вібро-, звукопоглинаючих та захисних екранів та
капотів;
 герметизація обладнання та комунікацій;
 розосередження джерел шуму по території аеродрому;
 використання стаціонарних та рухомих шумопоглинаючих пристроїв
при апробації двигунів на землі;
 виконання спеціальних способів зльоту та посадки, застосування
"малого газу" при виконанні руління, більш крутих траєкторій зльоту та
посадки тощо [12].
3.3. Розрахунок емісії двигунів повітряного судна
Кількісною характеристикою викидів шкідливих речовин авіаційними
двигунами є індекс емісії EI, який вказує скільки грамів шкідливих речовин
викидається в повітря при спалюванні 1 кг палива.
EI характеризує якість організації процесу згорання в камері згорання
кожного
зразка
двигуна
і
тому
пов'язаний
з
конструктивними
і
експлуатаційними характеристиками камери згоряння.
Вміст інгредієнтів СО та CXHY обумовлений неповнотою згорання
палива в двигуні, цей процес залежить від величини коефіцієнта згорання η
та режиму роботи двигуна. Максимальна повнота згорання палива
відбувається на злітному режимі (тяга є максимальною, η=0,9-0,99). При всіх
інших режимах η=0,75…0,85.
97
Вміст NOX у відпрацьованих газах залежить від величини температури
суміші в камері згорання (чим більше температура, тим більше виділяється
NOX) та від часу перебування суміші у камері згорання (чим довше
знаходиться суміш у камері, тим більше NOX).
За 1 рік сучасний авіалайнер виконує до 300 зльотів та посадок. При
цьому за 1 добу двигунами викидається приблизно 3,5 т - СО, 2 т - СХНY,
1,7 т - NOX. Частка забруднення атмосферного повітря вуглеводнями в
аеропортах близько 20%.
Згідно з цією статистикою, виникла необхідність обмеження викидів
авіаційними двигунами, тому міжнародна організація цивільної авіації
(ICAO) розробила норми на кількість викидів наступних шкідливих речовин:
- монооксид вуглецю (СО);
- вуглеводні сполуки, що не згоріли (СxHy);
- оксиди азоту (NOx);
Норми ICAO по контрольному параметру емісії для великих
магістральних літаків, тяга яких перевищує 27кН такі:
MCO/R0=118 г/кН;
MCхНу/R0=19,6 г/кН;
MNOx/R0=(40-80) г/кН,
де Mi – маса викинутої шкідливої речовини за деякий визначений час роботи
двигуна (в грамах), R0 – злітна тяга двигуна (в кН).
3.3.1. Розрахунок контрольних параметрів емісії
двигуна Д-436
Розрахуємо
контрольні
параметри
емісії
двигуна
Д-436,
який
застосовується на повітряному судні, що проектується в даній дипломній
роботі.
Кількість шкідливих речовин, що викидаються літаком в зоні аеропорту
знаходиться як сума викидів під час наземних операцій і викидів шкідливих
речовин під час зльоту і посадки:
М
іАП
М
іН
М
іЗП
Викиди під час наземних операцій знаходяться за наступною формулою:
М
іН
 K  G Пн ,
і
де Kі - коефіцієнт викиду і-го інгредієнта під час наземних операцій,
98
G Пн  С ПИТмг  R мг  t мг - маса пального
СПИТмг - питома витрата пального на режимі малого газу
R мг - тяга на режимі малого газу
t мг - час операції на режимі малого газу
Викиди шкідливих речовин під час зльоту та посадки
М
іЗ - П
 W T W T W T ,
і1 1 і 2 2
і3 3
кг 
де W = 
 - масова швидкість емісії, що вказує скільки речовини
і
 год 
виділяється на даному режимі роботи двигуна за 1 годину часу,
T , Т , T - час злітно-посадочних операцій.
1 2 3
Вихідні дані для розрахунків:
Тяга двигуна
R0=64 кН
Тяга двигуна на режимі малого газу
RМГ=4,5 кН
Питома витрата пального
С ПИТмг  0.057 
Час зльоту
T =0,0117 год
1
Час набору висоти
Т =0,0367 год
2
Час заходу на посадку
T =0,067 год
3
кг 

 Н  год 

Коефіцієнти викиду шкідливих речовин під час наземних операцій :
К
СО
 0,0193
кг
,
кг
К
СН
 0,0034
кг
,
кг
К
NO
 0,0084
x
кг
кг
Масова швидкість емісії під час зльоту :
кг
W
 0,2
,
со1
год
кг
W
 0,5
,
сн1
год
кг
W
 98
no 1
год
x
Масова швидкість емісії під час набору висоти :
кг
W
 0,8
,
со2
год
кг
W
 0,8
,
сн2
год
W
no 2
x
 29
кг
год
Масова швидкість емісії під час посадки :
кг
W
 1,3
,
со3
год
кг
W
 0,07
,
сн3
год
кг
W
 10,5
no 3
год
x
99
Викиди СО становлять:
М соН  K
СО
 С ПИТмг  R мг  t мг
М соН  0,0193  0,057  4500  0,367  1,8168 кг
М
М
соЗ - П
 W T W
T W
T
соЗ - П
со1 1
со 2 2
со3 3
 0,2  0,0117  0,8  0,0367  1,3  0,067  0,1188 кг
М
М
соАП
соАП
 М соН  М
соЗП
 1,8168  0,1188  1,9356 кг
Контрольний параметр емісії СО:
М
3
соАП  1,9356 10  30,24 гр
R
64
кН
0
Викиди СН становлять:
М снН  K
М
снН
СН
 С ПИТмг  R мг  t мг
 0,0034  0,057  4500  0,367  0,32кг
 W T W
T W
T
снЗ - П
сн1 1
сн2 2
сн3 3
 0,5  0,0117  0,8  0,0367  0,07  0,067  0,0399 кг
М
М
снЗ - П
М
М
снАП
снАП
 М снН  М
снЗП
 0,32  0,0399  0,3599 кг
Контрольний параметр емісії СН:
М
3
снАП  0,3599 10  5,62 гр
R
64
кН
0
Викиди NOX становлять:
M no Н  K no  СПИТмг  R мг  t мг
x
x
M
 0,0084  0,057  4500  0,367  0,79кг
no Н
x
W
T W
T W
T
no З - П
no 1 1
no 2 2
no 3 3
x
x
x
x
М
 98  0,0117  29  0,0367  10,5  0,067  2,91кг
no З - П
x
М
 Мno Н  М
noxАП
noxЗП
x
М
100
М
noxАП
 0,79  2,91  3,7кг
Контрольний параметр емісії NOX:
М
no АП 3,7 103
гр
x

 57,81
R
64
кН
0
Виконавши розрахунок викидів шкідливих речовин двигуном Д-436,
встановлено,
що
даний
двигун
задовольняє
стандартам
ICAO
за
контрольними параметрами емісії, так як жодна з цих величин не перевищує
допустимі норми.
3.4. Способи зниження емісії авіаційних двигунів
Заходи, що спрямовані на підвищення економічної складової двигуна
ведуть до зменшення викидів СО та СхNy, але не сприяють зниженню викидів
NOх, тому необхідно впроваджувати спеціальні заходи, які
не повинні
негативно впливати на експлуатаційні характеристики ПС.
Одним з способів регулювання викидів є оптимальний вибір часу
перебування палива в зоні горіння, який дозволяє раціонально збалансувати
викиди ШР.
При потраплянні в камеру згоряння багатої суміші, процес горіння
палива є задовгим, що призводить до зростання викидів ШР. Для уникнення
цього ефекту використовують змішування палива з повітрям за допомогою
форсунок
з
аерацією
паливного
факела,
пристроїв
з
попереднім
випаровуванням палива, дволанкових камер згоряння, спалювання збіднених
сумішей, застосування каталітичних пристроїв.
Під час руління після посадки вимикається частина двигунів, тому
працюючі двигуни збільшують тягу, тим самим зменшуючи викиди СО та
СхNy.
Буксирування ПС до злітно-посадкової смуги за допомогою засобів на
електричній тязі також є одним з засобів зменшення викидів шкідливих
речовин [10].
101
Відповідність
двигунів
нормам
визначається
вимірюванням
концентрації шкідливих речовин у вихлопних газах під час сертифікаційних
випробувань [14].
3.5. Висновки до частини
1.
Авіаційний
транспорт
є
одним
з
головних
забруднювачів
навколишнього середовища за рахунок викидів шкідливих речовин в
атмосферне повітря, створення шуму та вібрації тощо.
2. З проведеного аналізу емісійних характеристик двигунів, видно, що
не всі двигуни відповідають стандартам ICAO, а оскільки сучасні літаки
мають щонайменше два двигуна, то проблема забруднення атмосферного
повітря, а як наслідок навколишнього середовища, постає дуже гостро.
3. Виконавши розрахунок викидів шкідливих речовин двигуном Д-436,
який застосовується на проектованому повітряному судні, встановлено, що
даний двигун задовольняє стандартам ICAO за контрольними параметрами
емісії, але, якщо взяти до уваги, що на літаку є два турбореактивні двигуни,
то можемо зробити висновок, що літак не задовольняє вимогам.
4. Конструктори функціональних систем, в тому числі паливної, мають
проектувати нові більш економічні агрегати та модернізувати ті, що вже
знаходяться в експлуатації, створювати та поширювати інструкції, які
сприяють більш екологічній експлуатації паливної системи, створювати
паливну систему з використанням фільтрів, що сприяють зниженню
токсичності відпрацьованих газів та вдосконалювати технологічний процес
для забезпечення "безвідходного" виробництва.
Вже
багато
зроблено,
але
проблема
охорони
навколишнього
середовища потребує подальшого вивчення та вирішення.
102
Скачать