Процессы в камерах сгорания ГТД Лефевр А. (1014188), страница 94
Текст из файла (страница 94)
Выбросы загрязняющих атмосферу веществ ВВЕДЕНИЕ В настоящее время общепризнано, что загрязнение окружающей среды выбросами продуктов сгорания') опасно. Применительно к авиационным газотурбинным двигателям важны два аспекта этой проблемы: 1) загрязнение городских территорий в окрестностях аэропортов и 2) загрязнение стратосферы. Измерения свидетельствуют о том, что лишь около половины всего загрязнения среды в аэропортах создается самолетами, тогда как остальное автомобилями. Однако, по мере того как контроль за выбросами от автомобилей становится все более эффективным, неконтролируемые выбросы от двигателей самолетов могут превратиться в основной источник загрязнения.
Дым представляет собой наиболее очевидный загрязнитель, свойственный газотурбинным двигателям, поскольку его можно видеть невооруженным глазом. Другими загрязняющими веществами, с котороми следует считаться, являются окись углерода (СО), несгоревшие углеводороды (ГАНС), окислы азота ()х)0„) и окислы серы ($0,). 0 вредном воздействии СО и НО, на все живое широко сообщалось в литературе (см., например, 11, 2) ). Выбросы дыма, включающие твердые частицы, нежелательны, так как снижают прозрачность атмосферы; кроме того, высказывались предположения, что частицы дыма (сажи) могут содержать канцерогенные вещества. Несгоревшие углеводороды являются основным источником неприятного запаха, преобладающего в аэропортах и их окрестностях.
Оксиды серы (в основном 50з и 50з) образуются в результате реакций между содержащими серу компонентами топлива и кислородом воздуха в камере сгорания. Окислы серы токсичны, вызывают коррозию и могут приводить к образованию капель серной кислоты.
Так как практически вся содержащаяся в топливе сера окисляется до 80„, единственный эффективный метод снижения выбросов 50, — очистка топлива от серы в процессе рафинирования. По ') В отечественной литературе выбросы загрязняющих веществ, содержащихся в продуктах сгорания, часто называют эмиссией (по аналогии с английским епнзюопз). Однако ГОСТ 17.2.1.02 — 76 исключает употребление термина «эмиссияз и предписывает термин «выбросым — 77щыс перев. 47б Глава И этой причине окислы серы здесь более подробно не рассматриваются.
По-видимому, наибольшую опасность для стратосферы представляют следующие выбросы от двигателей: 1. Водяной пар и двуокись углерода — из-за опасности возникновения в атмосфере «парникового эффекта», 2. Соединения серы, вызывающие образование в атмосфере твердых частиц,.
которые не пропускают солнечное излучение. 3. Окислы азота — из-за опасности разрушить озонный слой в атмосфере, что привело бы к увеличению ультрафиолетовой радиации на поверхности земли. Первая проблема в настоящее время не считается заслуживающей внимания. Вторая проблема может быть решена, как уже указывалось, очисткой топлива от серы. Остается проблема окислов азота и их реагирования в атмосфере с озоном. Кинетический механизм этого процесса может быть представлен следующим образом: 1ЧО+ Ов —, ХОв+ Оь 1ЧОв+ 0 — ~ ЫО+ 0» Первая реакция отражает процесс исчезновения озона, а вторая — процесс воспроизводства ХО, благодаря которому молекулы окиси азота могут вновь и вновь вступать в реакцию с молекулами озона.
Насколько этот механизм важен для стратосферного озона и отражательной способности планеты Земля, пока еще неясно. Но именно вследствие такого пробела в наших сегодняшних знаниях снижение уровня выбросов НО„является и останется в ближайшем будущем важной задачей при конструировании перспективных авиационных двигателей. НОРМИРОВАНИЕ ВЫБРОСОВ В соответствии с положениями закона «О чистом воздухе», принятого в США в 1970 г., федеральное Агентство по охране окружающей среды (ВРА) предприняло исследования с целью выяснения степени воздействия выбросов загрязняющих веществ с выхлопными газами авиационных двигателей на качество воздуха. В результате этих исследований был сделан вывод о необходимости введения ограничений на выбросы СО, ПНС, ХО« и дыма от двигателей летательных аппаратов, совершающих операции в зоне аэропорта.
Были разработаны соответствующие национальные стандарты США, опубликованные в 1973 г. 131. Стандарты на дымление начали действовать с 1976 г. С тех пор в стандарты вносились различные поправки, отчасти для того, чтобы сделать возможным продолжение производства разрабо- Выбросы загрязняющих атмосферу веществ 477 таиных авиационных двигателей, но также и для того, чтобы учесть тот прогресс в знаниях и технологии, который был достигнут в результате значительных усилий со стороны правительства и промышленности [4]. Для того чтобы при нормировании выбросов классифицировать двигатели по типам и размерам, ЕРА установило классы двигателей, перечисленные в табл. 11.1. К классу Т1 относятся Таблица (В1 Классификация ЕРА авиационных двигателей Класс даитате- лаа Определение Прииснсиис Т1 Общего назначения Турбореактивные (ТРД) и турбовентиляторные (ТРДД) с взлетной тягой менее 35,6 кН ТРД и ТРДД с взлетной тягой 35,6 кН и более Двигатели семейства 3ТЗО Двигатели семейства ЛТ80 Двигатели для сверхзвуковых полетов Поршневые двигатели Турбовинтовые двигатели (ТВД) Т2 Широкофюзеляжные самолеты Самолеты В797, ОС-8 Самолеты В727, В737, ОС-9 Сверхзвуковые пассажирские самолеты Общего назначения Тз Т4 Т5 Р! Р2 небольшие турбовентиляторные двигатели (ТРДД) общего назначения с взлетной тягой менее 35,5 кН, тогда как более крупные двигатели коммерческой (пассажирской и транспортной) авиации вошли в класс Т2.
Очень большое количество находя- шихся в эксплуатации двигателей семейств ЯТЗР и ЛТ81) было сочтено достаточно веским основанием для выделения этих семейств в отдельные классы, обозначенные в табл. 11.1 как ТЗ и Т4. Аналогичным образом двигатель «Олимп» 593, установленный на самолете «Конкорд», включен в класс Т5, который ограничен двигателями сверхзвуковых пассажирских и транспортных самолетов.
К классу Р1 относятся поршневые двигатели, а к классу Р2 — турбовинтовые. Нормирование выбросов загрязняющих веществ от авиационных газотурбинных двигателей с целью снижения этих выбросов базируется иа эксплуатационных режимах, характерных для зоны аэропорта и определяемых условно как стандартный цикл взлетно-посадочных режимов. Этот цикл включает все операции, совершаемые самолетом от момента, когда он при заходе на посадку пересечет отметку высоты 914 м (3000 фут), и до момента пересечения этой же отметки при наборе высоты после Гнева 44 взлета. Ясно, что суммарное количество загрязняющих веществ, выброшенное самолетом в течение цикла взлетно-посадочных режимов, зависит от продолжительности цикла и от величины массовой скорости выброса этих веществ.
Указанные факторы в свою очередь зависят от типа самолета, числа, размера и особенностей конструкции его двигателей. Данные о характерных величинах суммарного выброса за цикл взлетно-посадочных режимов для трех главных классов самолетов приведены в табл. 11.2. В этой таблице наземные операции самолета вклю- Гоблнйп 11.2 Выбросы загрязняющих веществ от самолетов за цикл взлетно-посадочных режимов 121 Выбросы, ктгеамолетсцикл Класс самолетов Операции дымовые частицы ыо, со оно 74,52 5,08 79,60 2,38 3,63 6,01 дальнего радиуса, реактивные Среднего радиуса, реактивные Ближнего радиуса, реактив- ные Наземные Полетные Сумма 32,07 8,62 40,69 0,36 0,91 1,27 0,51 1,06 1,57 Наземные Полетные Сумма 12,38 1,45 13,83 2,45 0,41 2,86 1,12 1,51 2,63 1,06 0,06 1,12 0,05 0,08 0,13 Наземные Полетные Сумма 37,97 1,68 39,65 3,67 0,09 3,76 ') Одновременно с разработкой и совершенствованием национальных стандартов США в Международной организации гражданской авиации (1САО) прн участии советских специалистов был разработан проект ме>кдународных норм на выбросы загрязняющих веществ.
Опубликованные 1САО в 1981 г. максимально допустимые значения норм выброса СО, ()НС и ХО* значительно отличаются от принятых в стандарте США 1981 г. Предусматривается, что для всех турбореактивных двигателей (дозвуковых пассажирских самолетов) с взлетной тягой более 26,7 кН, изготовленных после 1 января чают холостой ход (на стоянке с включенными двигателями), руление, разбег при взлете и пробег после посадки, а полетные операции — снижение при заходе иа посадку (с высоты 914 м) и набор высоты (914 м). Стандарты ЕРА определяют для различных классов двигателей максимально допустимые уровни выбросов четырех основных загрязняющих веществ: СО, (ЗНС, (чО„н дыма.
Ук~азанные уровни выражены в граммах веществ (за цикл) на 1 кН взлетной тяги и названы нормами выбросов ЕРА 1981 г. Стандарты ЕРА для различных классов эксплуатируемых двигателей и диапазонов взлетной тяги устанавливают следующие нормы выбросов '). 479 Выбросы загрязняющих атмосферу веществ 1. Для двигателей в классе Р1, в классе Т! при взлетной тяге менее 27 кН и в классе Р2 при максимальной мощности менее 2 МВт ограничения выбросов не устанавливаются.
2. Для двигателей в классах Т1, Т2, ТЗ и Т4 при взлетной тяге в диапазоне от 27 до 90 кН (с 1 января 198! г.): а) СО: 169,47 10 ', б) БНС; 26,51 10-'""" иг, где КР— взлетная тяга в кН. 3. Для двигателей в классах Т2, ТЗ и Т4 при взлетной тяге более 90 кН (с 1 января 1981 г., по МО„с 1 января 1984 г.): а) СО: 36,1, б) ()НС: 6,7, в) ХО,: 33/(гРК/25)о' [(гТз)/288,15— 2,774), где гРК вЂ” степень повышения давления в компрессоре двигателя при взлете, а гТ, — температура воздуха за компрессором при взлете. 4. Для двигателей в классе Т5 (с 1 января 1980 г.): а) СО: 237, б) !.1НС: 30,7, в) ИОз .
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
