Изменение № 1 ГОСТ Р 51249-99 Дизели судовые, тепловозные и промышленные. Выбросы вредных веществ с отработавшими газами. Нормы и методы определения

Утверждено и введено в действие Постановлением Госстандарта России от 09.03.2004 № 128-ст

Дата введения 2004-07-01

Наименование стандарта изложить в новой редакции:

«Двигатели внутреннего сгорания поршневые. Выбросы вредных веществ с отработавшими газами. Нормы и методы определения

Internal combustion reciprocating engines. Emissions of harmful substances with the exhaust gases. Limit values and test methods».

По всему тексту стандарта (кроме разд. 2) заменить слово: «дизель» на «двигатель».

Раздел 1 изложить в новой редакции:

«1 Область применения

Настоящий стандарт распространяется на судовые, тепловозные и промышленные двигатели внутреннего сгорания (далее - двигатели) и устанавливает нормы и методы определения выбросов вредных веществ с отработавшими газами (далее - ОГ) при проведении стендовых испытаний новых и капитально отремонтированных двигателей.

Допускается применение настоящего стандарта в условиях эксплуатации при проведении испытаний силовых установок и агрегатов на базе судовых, тепловозных и промышленных двигателей.

Стандарт не распространяется на автомобильные, тракторные и авиационные двигатели».

Раздел 2. Заменить ссылку: «ГОСТ 12.4.051-87 ССБТ. Средства индивидуальной защиты органов слуха. Общие технические требования и методы испытаний»

на «ГОСТ Р 12.4.213-99 Система стандартов безопасности труда. Средства индивидуальной защиты органа слуха. Противошумы. Упрощенный метод измерения акустической эффективности противошумных наушников для оценки качества»;

исключить ссылку:

«ГОСТ 305-82 Топливо дизельное. Технические условия»;

дополнить ссылками:

«ГОСТ 30574-98 Дизели судовые, тепловозные и промышленные. Измерение выбросов вредных веществ с отработавшими газами. Циклы испытаний

ГОСТ Р ИСО 8178-7-99 Двигатели внутреннего сгорания поршневые. Выбросы вредных веществ с отработавшими газами. Часть 7. Определение семейства двигателей

ГОСТ Р ИСО 8178-8-99 Двигатели внутреннего сгорания поршневые. Выбросы вредных веществе отработавшими газами. Часть 8. Определение группы двигателей».

Пункт 5.1.2. Таблицу 3 изложить в новой редакции:

Таблица 3

Пункт 5.2 изложить в новой редакции (таблицу 4 исключить):

«5.2 Испытательные циклы и состав режимов испытаний в зависимости от назначения двигателя должны соответствовать ГОСТ 30574.

Двигатель считается находящимся на данном режиме испытаний, если соответствующие ему значения частоты вращения и мощности установлены с точностью по ГОСТ 10448».

Пункт 5.3. Формула (2). Экспликация. Первый абзац после слов «эквивалента по приведению» дополнить обозначениями: «»;

таблица 5. Графа «Вид топлива». Исключить слова: «по ГОСТ 305» (3 раза);

абзац после таблицы 5 изложить в новой редакции:

«Влажное» состояние ОГ принимают для случаев, когда влагосодержание неразбавленной пробы газов, подаваемой в газоанализатор, соответствует полному составу продуктов сгорания. «Сухое» состояние ОГ принимают для случаев, когда влагосодержание неразбавленной пробы газов, подаваемой в газоанализатор, меньше или равно равновесному при температуре ниже 298 К»;

последний абзац дополнить словами: «Методы углеродного и углеродокислородного балансов приведены в приложении В».

Раздел 6. Первый абзац изложить в новой редакции:

«Испытательный стенд должен быть оборудован системой пробоотбора и газоанализаторами для измерения состава ОГ, а также устройствами для измерения расходов воздуха, топлива и мощности двигателя. Рекомендуемая схема установки для измерения состава неразбавленных ОГ приведена на рисунке 1».

Пункт 6.1.1 Второй абзац. Заменить слова: «с помощью одного пробоотборного зонда» на «с помощью одного или нескольких пробоотборных зондов».

Пункт 6.2.2 дополнить словами: «и обеспечивать измерение концентрации углеводородов по эквиваленту CH_1,85 в диапазоне от 0,001 % до 0,2 %».

Пункт 6.2.3. Второй абзац исключить.

Пункт 7.1 дополнить абзацем (после первого):

«В условиях стабильного производства рекомендуется использовать концепции семейства и группы двигателей в соответствии с требованиями ГОСТ Р ИСО 8178-7 и ГОСТ Р ИСО 8178-8»;

третий абзац изложить в новой редакции:

«Мощность для расчета удельных средневзвешенных выбросов вредных веществ принимается в соответствии с заданной в технических условиях изготовителя на конкретный двигатель (номинальная или полная)».

Пункт 7.2. Четвертый абзац изложить в новой редакции:

«для двигателей без наддува, с наддувом от приводного нагнетателя или с комбинированным наддувом»;

последний абзац исключить.

Раздел 8. Последний абзац изложить в новой редакции:

«Результаты измерений и расчетов оформляют в виде отчета, содержание которого должно соответствовать [1]».

Пункт 9.5. Заменить ссылку: ГОСТ 12.4.051 на ГОСТ Р 12.4.123.

Стандарт дополнить приложением - В:

«ПРИЛОЖЕНИЕ В

(рекомендуемое)

Расчет расхода отработавших газов методами углеродного и углеродокислородного балансов

В приложении приведены методы расчета расхода отработавших газов и (или) расхода воздуха двигателем. Методы основываются на измерениях состава отработавших газов и расхода топлива. Приложение включает два метода для расчета массового расхода отработавших газов. Первый метод (углеродный баланс) применяется при использовании жидких углеводородных топлив, содержащих кислород и азот в сумме не превышающих 1 % по массе. Второй метод универсальный (углеродокислородный баланс) применяется при использовании жидких и газообразных топлив с содержанием Н, С, S, О, N в любых соотношениях,

В таблице В.1 приведены символы величин, используемые в формулах для расчетов, их наименования и единицы величин.

Таблица В.1

1 МЕТОД УГЛЕРОДНОГО БАЛАНСА

Метод включает шесть этапов расчета расхода отработавших газов по измеренным концентрациям углеродосодержащих компонентов с учетом состава топлива.

1.1 Первый этап: расчет необходимого количества воздуха для сгорания стехиометрической смеси.

Процесс полного сгорания:

С + О₂ → СО₂                                                      (В.1)

4Н + О₂ → 2Н₂О                                                     (В.2)

S + О₂ → SO₂                                                       (В.3)

STOIAR = (BET/12,011 + ALF/(4 × 1,00794) + GAM/32,06) × 31,9988/23,15.       (В.4)

1.2. Второй этап: Расчет коэффициента избытка воздуха при условии полного сгорания топлива по концентрации СО₂.

EAFCDO = [BET × 10 × 22,262/(12,011 × 1000)]/(CO2D/100) +

+ STOIAR × 0,2315/1,42895 - BET × 10 × 22,262/(12,0111000) -

- GAM × 10 ×21,891/(32,06 × 1000)]/[STOIAR × (0,7685/1,2505 + 0,2315/1,42895)].          (В.5)

1.3 Третий этап: Расчет отношения водород/углерод

HTCRAT = ALF × 12,011/(1,00794 × BET).                             (B.6)

1.4 Четвертый этап: Расчет коэффициента состава топлива для пересчета состава отработавших газов при их переходе из «влажного» состояния в «сухое».

1.4.1 Пересчет концентрации компонентов с «сухой» основы на «влажную»:

conc_wet = conc_dry[1 - FFH×(расход топлива/расход «сухого» воздуха)];               (В.7)

FFH×(расход топлива/расход «сухого» воздуха) = (объем воды в процессе сгорания/полный объем «влажных» отработавших газов),                                                                                         (В.8)

Полный объем «влажных» отработавших газов = азот в воздухе для сгорания + избыточный кислород + аргон в воздухе для сгорания + вода в воздухе для сгорания + вода процесса сгорания + СО₂ процесса сгорания + SО₂ процесса сгорания.

          (В.9)

где MVH2O = 22,401 дм³/моль;

MVCO = 22,622 дм³/моль;

MVSO2 = 21,891 дм³/моль.

1.4.2 Формула для расчета коэффициента состава топлива после преобразований:

              (В.11)

и

FFH = (0,111127×ALF)/[0,773329 + (0,0555583×ALF - 0,000109×BET -

- 0,000157GAM)×(GFUEL/GAIRD)].                                            (B.12)

1.5 Пятый этап: Расчет коэффициента избытка воздуха

1.5.1 Расчет коэффициента избытка воздуха при полном сгорании топлива

lv = расход воздуха/расход топлива × стехиометрическое количество воздуха); (В.13)

EAFCDO = GAIRD/(GFUEL × STOIAR);                               (В.14)

GAIRD = EAFCDO × GFUEL × STOIAR;                               (B.15)

CWET = CDRY × (1 - FFH × GFUEL/GAIRD) =

= CDRY × [1 - FFH × GFUEL/EAFCDO × GFUEL × STOIAR)] =

= CDRY × [1 - FFH/(EAFCDO × STOIAR)];                          (B.16)

CDRY = CWET × [1 - FFH/(EAFCDO × STOIAR) =

= CWET × EAFCDO × STOIAR/(EAFCDO × STOIAR - FFH);             (B.17)

HCD = HCW × EAFCDO × STOIAR/(EAFCDO × STOIAR - FFH).      (B.18)

1.5.2 Расчет коэффициента избытка воздуха при неполном сгорании топлива

EXHCPN = (CO2D/100) + (COD/10⁶) + (HCD/10⁶);                        (B.19)

        (B.20)

1.6 Шестой этап: Расчет массового расхода отработавших газов

Расход отработавших газов = расход топлива + расход воздуха на сгорание.        (В.21)

Расход воздуха на сгорание = lv × расход топлива × стехиометрическое количество воздуха.       (В.22)

Расход отработавших газов = расход топлива × (1 + lv × стехиометрическое количество воздуха.

GEXHW - GFUEL × (1 + EAFEXH × STOIAR).                             (B.24)

2 Метод универсальный углеродокислородного баланса

2.1 Расчет массового расхода отработавших газов на основе углеродного баланса:

          (В.25)

2.1.1 Условие полного сгорания:

                         (В.26)

2.2 Расчет массового расхода отработавших газов на основе кислородного баланса:

           (В.27)

где

         (B.28)

и

             (B.29)

2.2.1 Условие полного сгорания:

                                         (B.30)

2.3 Вывод кислородного баланса с учетом неполного сгорания

2.3.1 Кислород на входе (г/ч):

GAIRW × TAU × 10 + GFUEL × EPS × 10.                                    (В.31)

2.3.2 Кислород на выходе (г/ч):

            (B.32)

Формула (В.32) базируется на следующих расчетах.

Для расчета выбросов отдельных компонентов (г/ч) принимают «влажное» состояние отработавших газов:

                            (B.33)

                    (B.34)

                      (B.35)

                   (B.36)

   (B.37)

                       (B.38)

                              (B.39)

                (B.40)

                         (B.41)

2.3.3 Кислород на входе (г/ч) (В.31):

        (B.42)

EXHDENS рассчитывают по формуле (В.66).

2.3.4 Выражение (В.42) в первых скобках - Factor 1, во вторых - Factor 2 [см. также формулы (В.28) и (В.29)],

где GEXHW = GAIR + GFUEL.                                          (B.43)

2.3.5 Массовый расход потребляемого воздуха и отработавших газов рассчитывают по следующим формулам:

                  (B.44)

и, следовательно:

           (B.45)

2.4 Вывод углеродного баланса с учетом неполного сгорания

2.4.1 Углерод на входе (г/ч):

GFUEL × BET × 10.                                                       (В.46)

2.4.2 Углерод на выходе (г/ч):

              (B.47)

2.4.3 Формула (В.47) базируется на следующих расчетах.

Для расчета выбросов отдельных компонентов принимается «влажное» состояние отработавших газов:

                      (B.48)

                (B.49)

                (B.50)

                                     (B.51)

2.4.4 Условие баланса:

углерод на входе = углероду на выходе.

     (B.52)

2.4.5 Расчет массового расхода отработавших газов на основе углеродного баланса:

                         (B.53)

2.5 Расчет объемных расходов компонентов отработавших газов и их плотности с учетом неполноты сгорания:

VCO = COW × 10^-6 × VEXHW;                                             (B.54)

VNO = NOW × 10^-6 × VEXHW;                                            (B.55)

VNO2 = NO2W × 10^-6 × VEXHW;                                        (B.56)

VHC = HCW × 10^-6 × VEXHW;                                             (B.57)

           (B.58)

(B.59)

где CO2AIR - концентрация СО₂ в воздухе для сгорания, % (по объему).

     (B.60)

               (B.61)

      (B.62)

                                      (B.63)

VEXHW = VH2O + VCO2 + VO2 + VN2 + VSO2 + VCO +

+ VNO + VNO2 + VHC;                                                        (B.64)

VEXHD = VEXHW - VH2O;                                                  (B.65)

EXHDENS = GEXHW/VEXHW;                                            (B.66)

KEXH = VEXHD/VEXHW.                                                    (B.67)

2.6 Расчет коэффициентов состава топлива FFD и FFW при определении расхода отработавших газов

                                                    (B.68)

                                                  (B.69)

2.6.1 Формулы для расчета расхода отработавших газов во «влажном» и «сухом» состоянии:

VEXHW = VH2O + VCO2 + VO2 + VN2 + VSO2;                       (В.70)

VEXHD = VCO2 + VO2 + VN2 + VSO2.                                       (В.71)

2.6.2 Расчет коэффициента состава топлива для отработавших газов во «влажном» состоянии

      (B.72)

После преобразований получаем численный вид формулы (В.72) для «влажных» отработавших газов:

FFW = 0,05557 × ALF - 0,00011 × ВЕТ - 0,00017 × GAM +

+ 0,0080055 × DEL + 0,006998 × EPS.                                     (В.73)

2.6.3 Расчет коэффициента состава топлива для отработавших газов в «сухом» состоянии

     (B.74)

После преобразований получаем численный вид формулы (В.74) для «сухих» отработавших газов:

FFD = -0,05564 × ALF - 0,00011 × BET - 0,00017 × GAM +

+ 0,0080055 × DEL - 0,006998 × EPS.                                               (В.75)».

Стандарт дополнить приложением - Г:

«ПРИЛОЖЕНИЕ Г

(справочное)

Библиография

[1] ИСО 8178-6:1995 Двигатели внутреннего сгорания поршневые. Измерение выбросов вредных веществ. Часть 6. Отчет по результатам измерений и испытаний».

(ИУС № 6 2004 г.)