close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

2947.СБЕРЕЖЕНИЕ ЭНЕРГОЗАТРАТ И РЕСУРСОВ ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ МОБИЛЬНОЙ ТЕХНИКИ

код для вставкиСкачать
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА РОССИЙСКОЙ
ФЕДЕРАЦИИ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ
УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
РЯЗАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРОТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ
УНИВЕРСИТЕТ имени П. А. Костычева
СБЕРЕЖЕНИЕ ЭНЕРГОЗАТРАТ И РЕСУРСОВ
ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ МОБИЛЬНОЙ ТЕХНИКИ
МОНОГРАФИЯ
Рязань 2010
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Авторы: Бышов Н.В., Борычев С.Н., Успенский И.А., Кокорев Г.Д.,
Максименко О.О., Рембалович Г.К., Карцев Е.А., Юхин И.А., Булатов Е.П.,
Безруков Д.В.
УДК 631.35
ББК
Рецензенты: доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой
мобильных энергетических средств Мордовского ГУ им. Н.П. Огарева
А.П. Иншаков, доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой механизации переработки с/х продукции Мордовского ГУ им. Н.П. Огарева
А.В. Котин
СБЕРЕЖЕНИЕ ЭНЕРГОЗАТРАТ И РЕСУРСОВ
ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ МОБИЛЬНОЙ ТЕХНИКИ
МОНОГРАФИЯ
©Рязанский государственный агротехнологический университет имени
П.А. Костычева, 2010
©Коллектив авторов, 2010
2
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Содержание
Введение
6
Глава 1. Цель и задачи эффективного использования техники
7
Глава 2. Особенности организации использования техники
10
Глава 3. Энергетика и её проблемы
19
3.1. Общие понятия энергетики и энергии
19
3.2. Виды и формы энергии
22
3.3. Источники и ресурсы энергии
31
3.4. Преобразование и аккумулирование энергии
37
3.4.1. Преобразование и преобразователи
37
3.4.2. Аккумулирование энергии и аккумуляторы
39
3.5. Энергетика
41
3.6. Энергетика и прогресс общества
48
3.6.1. Топливные эры и технологические уклады
49
3.6.2. Изменение структуры потребления энергии в XX в.
50
3.6.3. Формирование цен на энергоресурсы
54
3.7. Энергетика и экология
57
3.8. Энергетика и транспорт
62
3.8.1. Энергетическая инфраструктура транспорта
62
3.8.2. Энергозатраты компонентов транспорта
66
3.8.3. Факторы формирования энергозатрат на перевозки
68
3.8.4. Статистика энергетики автомобильного транспорта
69
3.8.5. Логистический и геоинформационный подходы к
73
транспортной энергетике
3.9. Научно-технические проблемы и задачи транспортной
75
энергетики
Глава 4. Энергетика компонентов и инфраструктуры транспорта
78
4.1. Производство автотранспортных средств
78
4.2. Строительство и содержание автомобильных дорог
81
4.3. Поддержание работоспособности техники и персонала
95
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
4.3.1. Поддержание работоспособности подвижного состава
96
4.3.2. Производственно-технологические и коммунально-
97
бытовые тепло- и топливопотребители предприятий автомобильного транпорта
4.3.3. Нормирование расхода топлива на автомобильном
100
транспорте
4.4. Погрузочно-разгрузочные и транспортно-складские рабо-
103
ты
4.5. Связь и управление
107
4.6. Утилизация транспортных конструкций как завершение
110
их жизненного цикла
4.7. Парк машин на дорожной сети
111
4.7.1. уровни моделирования транспортного потока
111
4.7.2. Нестационарные режимы транспортных потоков
113
4.8. Энергетическая эффективность автомобильного транс-
116
порта
4.8.1. Единица измерения эффективности транспорта
116
4.8.2. Обобщенный коэффициент энергоэффективности пере-
117
возок
Глава 5. Экономия топливно-смазочных материалов
121
Глава 6. Пути сокращения расхода автотракторных масел
145
Глава 7. Восстановление и использование отработанных масел
156
7.1. Технологии восстановления отработанных масел
156
7.2. Аналитические предпосылки фазоразделения отработанных масел
168
7.3. Экономико-математическая модель оптимизации структуры и состава маслоперерабатывающих объектов
183
7.4. Организационно-технологическая модель централизованной системы маслоиспользования в структурах АПК
188
7.5. Методические основы проетирования системы маслоис4
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
пользования
195
Глава 8. Использование подержанной техники сельхозтоваропроизводителями (организация рынка)
8.1. Состояние подержанной техники в сельском хозяйстве
208
208
8.2. Методика определения остаточной стоимости поддержанных машин и цены при продаже после восстановления
209
8.3. Модернизация сельскохозяйственных машин, находящихся в эксплуатации
218
Глава 9. Применение энергосберегающих и природоохранных технологий на транспорте как способ защиты окружающей среды и общества
224
9.1. Взаимодействие транспортно-дорожного комплекса с
окружающей природной средой
224
9.2. Системы, обеспечивающие топливную экономичность,
снижение дымности и токсичности транспортных двигателей
внутреннего сгорания
231
9.3. Обеспечение экологической безопасности моторного
топлива, контроль его качества при испытаниях и реализации
238
Заключение
246
Литература
248
5
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Введение
Ресурсосбережение — это обеспечение экономного (рационального) расходования сырья, материалов, топлива, трудовых ресурсов при регламентированном использовании технических средств по назначению.
Для
обеспечения
конкурентоспособности
отечественной
сель-
скохозяйственной продукции необходимо систематически сокращать трудовые,
материальные и энергетические затраты при ее производстве, которые остаются
весьма высокими. Так, в России затраты труда на производство 1 т зерна составляют 9 чел.-ч, а в США — 2,6, свеклы — соответственно 7,5 и 1,1, картофеля — 26,5 и 2,2 молока — 85 и 4, говядины — 580 и 22, свинины — 330 и 8
чел.-ч . Удельный вес материальных и энергетических затрат в себестоимости
продукции АПК возрос с 4-10 до 20-35%. Ежегодно энергопотребление в сельхозпроизводстве возрастает на 1,1%. В западных странах разработаны и осуществляются государственные программы и системы мероприятий по энергосбережению, что обеспечивает снижение энергоемкости сельхозпроизводства
от 1 до 3% в год. Концепция ресурсосбережения при эксплуатации машин и
оборудования в отечественном АПК должна включать в себя:
- создание структуры федерального, регионального и отраслевого органов
управления ресурсосбережением;
- разработку нормативно-правового механизма ресурсосбережения,
включающего в себя закон о ресурсосбережении, региональные нормативы потребления энергоресурсов с системой их контроля, стандартизации продукции,
энергетического оборудования и технологий, услуг по их техническому обслуживанию и ремонту;
- формирование фондов ресурсосбережения и разработку экономического
механизма ресурсосбережения, обеспечивающую реализацию ценовой, кредитной и налоговой политики, формирование дифференцированных тарифов на
энергоресурсы, стимулирование ресурсосбережения на всех стадиях машиноиспользования.
6
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Глава 1. Цель и задачи эффективного использования техники
Цель повышения эффективности использования сельскохозяйственной
техники в рыночных условиях определяется как получение сельхозтоваропроизводителями максимального количества продукции при оптимальных затратах
ресурсов (труда, денежных средств, топлива и масел, удобрений и т.п.) при
экономической заинтересованности сельхозтоваропроизводителей, производителей техники, услуг, соблюдении экологической сбалансированности выполнения технологических процессов.
Основные задачи повышения эффективности использования техники:
• соблюдение оптимальных агротехнических сроков, продолжительности
и качества выполнения механизированных работ;
• получение
максимального
удельного
объема
сельхозпродукции
(руб/чел.-ч, т/чел.-ч);
• максимальная рентабельность производства сельхозпродукции;
• обеспечение нормативных экологических и эргономических показателей техники;
• взаимовыгодность работ сельхозтоваропроизводителя и исполнителей
его заказов;
• построение современной системы планирования и управления производственной и технической эксплуатацией машин и оборудования.
Первая задача связана с оптимальным выбором состава техники и формирования МТП при приобретении, аренде, использовании производственных
услуг, взаимопомощи, качественной досборкой, обкаткой, технической и технологической регулировкой машин, оптимизацией эксплуатационных параметров (оптимальные маршруты, скорости движения, загрузки энергетических
средств, соблюдение агрозоотехнических требований, стандартов на переработку).
Вторая задача определяет интенсификацию технологических процессов,
повышение производительности труда, реализация научно обоснованных приемов которой (применение совмещения операций, нулевых и минимальных тех7
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
нологий, комбинированных машин и агрегатов) обеспечивает повышение производительности труда в 1,5-2 раза.
Третья задача направлена на достижение максимальной рентабельности
путем снижения себестоимости механизированных работ за счет сокращения
амортизационных затрат, стоимости аренды техники, затрат на оплату труда и
ТСМ, удельных затрат на ремонтно-обслуживающее оборудование (руб/чел.-ч)
и обслуживающих работ, процентной ставки кредитов на покупку техники и
строительство помещений.
Четвертая задача — создание комфортных условий работы оператора,
снижение степени его утомляемости, сохранение здоровья людей, значительное
уменьшение загрязнения окружающей среды токсичными веществами.
Пятая задача обусловлена необходимостью создания и поддержания таких отношений между заказчиком - сельхозтоваропроизводителем и исполнителем, которые были бы им взаимовыгодны; чем больше прибыль сельхозтоваропроизводителя, тем больше должна быть прибыль всех обслуживающих его
структур.
Шестая задача вытекает из необходимости реализации оптимальных организационно-экономических, технологических и технических решений на основе достоверной и полной информации на всех уровнях производственных и
обслуживающих структур путем создания информационного обеспечения и
ускорения использования в производстве научных достижений и передового
опыта.
Повышение эффективности использования техники должно решаться в
два этапа. На первом этапе необходимо решение первоочередных задач по
устранению разбалансированности аграрной экономики, снижению интенсивности инфляционных процессов, установлению производственных связей при
существующем производственно-техническом потенциале. Должны получить
распространение мероприятия по повышению эффективности использования
существующей техники, организационно-экономических и технологических
рекомендаций по применению интенсивных экологически чистых технологий
8
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
возделывания и уборки сельскохозяйственных культур. В техническом аспекте
должны найти широкое распространение меры по экономии затрат труда, ТСМ,
электроэнергии и других материальных ресурсов. Решение первоочередных задач предусматривает создание государственных, кооперативных и подрядных
предприятий, обеспечение фермерских и коллективных хозяйств средствами
связи с диспетчерскими пунктами технического центра для оперативного выполнения заказов, получения необходимой информации в области материальнотехнического обеспечения, обоснованных рекомендаций по выполнению сельскохозяйственных работ. Первый этап может продлиться до 2009-2010 гг. На
втором этапе следует продолжать научное обоснование и расширять реализацию системы организационно-экономических, технических и технологических
мероприятий по повышению эффективности использования техники. При этом
необходимо учитывать поступление новых машин, отличающихся рациональным сокращением их номенклатуры, материало- и энергоемкости за счет агрегатной унификации, блочно-модульного построения, универсальности, комбинирования. Эти машины должны обеспечивать увеличение производства экологически чистой продукции при низких затратах труда, агрофильную обработку
почвы при резком улучшении условий труда сельхозтоваропроизводителей.
9
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Глава 2. Особенности организации использования техники
Прогрессивные организационные формы и методы использования техники должны включать в себя систему мероприятий по повышению производительности и обеспечению экономичности работ. К ним относятся повышение
степени использования времени смены и коэффициента сменности за счет тщательной подготовки полей при организации работы МТА на загоне, применения
поточно-циклового метода использования техники, технологического оснащения рабочих мест на фермах, в цехах по переработке продукции, а также обеспечение безотказности техники путем рациональной организации ее технического и технологического обслуживания.
Организация механизированных работ поточно-цикловым методом
предусматривает повышение производительности и сокращение потребности в
технике за счет более интенсивного ее использования в напряженные полевые
периоды. Этот метод, основанный на рациональном расчленении комплекса работ на отдельные циклы, позволяет:
- концентрировать для выполнения ограниченного числа циклов работ
наиболее производительную технику, средства для технического и технологического обслуживания, имеющиеся в хозяйстве кадры механизаторов, работников по ТОР машин и оборудования;
- организовать проведение всего комплекса работ того или иного напряженного периода постоянным по численности коллективом работников за счет
последовательного выполнения отдельных работ или группы циклов работ, в
том числе у фермеров.
Особенности использования техники в фермерских хозяйствах — малочисленность рабочих, сравнительно небольшие размеры сельхозугодий, недостаточная техническая оснащенность. В связи с этим ограничены возможности
повышения эффективности производства за счет разделения и специализации
труда. Интенсивность использования технологических машин и оборудования
снижается, а энергетических — возрастает. Требуются высокая квалификация и
универсальные знания каждого члена коллектива из-за необходимости выпол10
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
нения одними и теми же работниками всего комплекса технологических операций по подготовке машин, их техническому и технологическому обслуживанию, использованию по назначению.
Для обеспечения высокоэффективного использования техники в фермерских хозяйствах следует:
• обосновать рациональную производственную специализацию хозяйств и
их размеры, в комплексе обеспечивающие сокращение числа различных видов
техники, потребности в ней за счет повышения интенсивности использования;
• освоить выпуск для фермерских хозяйств специальных машин и оборудования более высокого технического уровня, надежности, универсальности,
способных выполнять несколько технологических операций при осуществлении комплекса полевых и животноводческих работ, приспособленных к технологическим регулировкам, ТОР, агрегатированию, а также обеспечивающих
более высокую комфортность работы на них;
• снабдить хозяйства совершенными и недорогими средствами для диагностирования и ТОР;
• освоить различные формы организации использования техники и ее
ТОР, механизмы их реализации, обеспечивающие своевременную подготовку
техники к работе, снабжение хозяйств запасными частями, ТСМ и другими материалами;
• использовать в хозяйствах наемных высококвалифицированных работников в напряженные периоды для организации многосменного применения
техники, для этого в регионах необходимо иметь рынок труда соответствующих работников;
•
разработать и организовать систему подготовки и переподготовки
работников хозяйств для повышения их квалификации.
Повышение эффективности использования техники на уборке урожая. Уборка сельскохозяйственных культур — наиболее ответственный этап
сельскохозяйственного производства, предполагающий обеспечение поточности и непрерывности технологического процесса. При этом необходимо свести
11
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
до минимума простои с/х техники из-за несогласованности работы, убрать
урожай в агротехнические сроки и подготовить поле для использования в следующем году. Эти задачи решаются более эффективно при использовании техники в составе уборочно-транспортных комплексов, сознание которых целесообразно в условиях крупных хозяйств, где может быть обеспечена оптимальная
загрузка машин в течение сезона полевых работ. Для обслуживания мелких
сельских товаропроизводителей перспективна организация подобных комплексов в составе прокатных пунктов и предприятий производственного сервиса.
Организация уборочно-транспортных комплексов должна предусматривать:
• заблаговременное составление комплексных планов подготовки к уборочным работам;
• концентрацию техники и людских ресурсов;
• разделение труда на уборочных операциях и полную завершенность всего цикла работ;
• широкое маневрирование техническими средствами и трудовыми ресурсами в ОАО, ТОО, ассоциации, между фермерскими хозяйствами и районами;
•
выполнение всех механизированных работ в оптимальные аг-
ротехнические сроки на основе поточной технологии;
• оперативное и квалифицированное управление производственной и технической эксплуатацией машин и комплексов, трудовыми ресурсами и техническим сервисом.
В составе уборочно-транспортного комплекса (например, для уборки зерновых культур) следует иметь специализированные звенья по подготовке полей
к уборке, косовице и транспортировке зерна, уборке незерновой части урожая,
первичной обработке почвы, инженерно-техническому и культурно-бытовому
обслуживанию персонала. Уборочно-транспортные комплексы необходимо
применять и при уборке картофеля, свеклы, кукурузы, других сельскохозяйственных культур.
12
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
При больших объемах специализированных работ (кормопроизводство,
производство овощей, внесение удобрений, борьба с вредителями, болезнями и
сорняками), требующих применения специальных комплексов машин, в крупных хозяйствах необходимо организовать постоянные отряды (комплексы),
оснащенные соответствующей техникой. Они выполняют работы во всех подразделениях хозяйства, а также по заказу в фермерских хозяйствах. Для повышения занятости механизаторов таким отрядам следует поручать выполнение
нескольких видов работ, не совпадающих по календарным срокам их исполнения.
Эффективность использования техники при производстве кормов должна
обеспечиваться применением блочно-модульного конструирования, базовых
машин, оснащенных наборами быстросъемных зональных рабочих органов,
адаптеров, приставок, кормопроизводящей техники с высокой адаптивностью к
зональным почвенно-климатическим условиям; разработкой и внедрением малоэнергоемких, экологически чистых технологий производства кормов на основе совмещения технологических операций, применения многооперационной
техники с активными рабочими органами, агрегатируемой с интегральными реверсивными энергосредствами.
Комплексное решение проблемы эффективного использования техники
при производстве кормов в фермерских хозяйствах должно обеспечиваться за
счет применения экономичных и экологически безопасных машинных технологий, фронтального агрегатирования, многофункциональной техники, управляемой и обслуживаемой одним человеком.
Обеспечение населения овощами и фруктами — важнейшая проблема,
для успешного решения которой необходимы разработка и внедрение в хозяйствах автоматизированных рассадных комплексов на базе пленочных теплиц,
оборудованных агромостовыми системами с микропроцессорным управлением,
автоматизированных комплексов (внедрение для закрытого грунта) на базе
микропроцессорных систем управления для выращивания овощных культур на
13
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
малообъемных субстратах в контейнерах, методов производства овощных
культур по безгербицидной технологии (биологическое земледелие).
Обеспечение
качества
механизированных
работ
и
сельскохо-
зяйственной продукции. Высокое качество механизированных работ как важнейший фактор повышения эффективности использования техники обеспечивается путем выполнения их в установленные агрозоотехнические сроки с заданными технологическими требованиями. Соблюдение этих требований достигается в процессе использования машин и оборудования по назначению путем
предварительной проверки технического состояния, технологического регулирования рабочих органов в зависимости от состояния почвы и растений, качества семян и удобрений, вида и состояния кормов и т.д. Для этого в растениеводстве следует использовать контрольно-регулировочные площадки на машинных дворах или других местах стоянки техники. Качество работы необходимо обеспечивать также путем полевых технологических регулировок, выбора
оптимальной скорости движения машин и режимов их загрузки.
Существенное значение в рыночных условиях придается контролю качества произведенной сельхозпродукции. Контроль качества работ и продукции
должны осуществлять специалисты сельхозпредприятий, фермерских хозяйств
в соответствии со стандартами работ и продукции. При этом необходимо следующее:
- специалисты предприятий «Росагропромтехники» должны разрабатывать мероприятия по повышению качества работ, адаптированные к достигнутому уровню технологий механизированных работ, использованию техники с
учетом требований государственных стандартов, доводить стандарты предприятий и иные требования до каждого хозяйства, а также пути и средства обеспечения качества;
- для обслуживания малых предприятий (фермы, малые предприятия по
переработке продукции и др.) на всех административных уровнях должны
функционировать службы по оказанию услуг в вопросах качества работ и продукции;
14
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
- функции служб качества и состав их услуг определяются только требованиями хозяйств по качеству, их спросом на услуги и требованиями внешнего
заказчика сельхозпродукции.
Для успешного функционирования служб качества работ и продукции
необходимы методическая и приборная обеспеченность служб качества, достаточная нормативно-правовая база, регламентирующая требования к качеству,
регулирующая отношения по контролю за соблюдением установленных требований, а также в области ответственности за нарушение юридически закрепленных требований к качеству.
Для обеспечения требований к качеству сырья и продукции, оценки экологической безопасности производства в АПК должны быть созданы региональные органы надведомственного контроля. Полноценная деятельность
служб качества на предприятиях АПК возможна лишь при обеспечении достаточных экономических интересов всех участников производства.
Управление процессами производственной и технической эксплуатации техники — целенаправленное изменение технических, технологических и
экологических параметров ее состояния с помощью управляющих показателей
свойств машин (МТА) и оборудования, ведущее к достижению поставленной
цели — увеличению производства сельхозпродукции.
Выполнение техникой производственных функций в определенных почвенно-климатических условиях осуществляется при работоспособном техническом состоянии, характеризующемся совокупностью выходных параметров.
Производственная эксплуатация обеспечивает максимальное использование
техники при условии, что выходные параметры состояния находятся в заданных пределах, техническая эксплуатация обеспечивает максимальную безотказность машин, поддержание технического состояния в заданных пределах, а в
случае выхода из заданных пределов — оперативное восстановление значений
параметров.
Управляющими показателями в производственной эксплуатации техники
служат ее технические характеристики, загрузка, режимы использования,
15
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
маршруты движения, ширина захвата, суточная продолжительность работы.
Управляющими показателями технической эксплуатации машин и оборудования являются допускаемые значения структурных параметров, периодичность
их контроля, степень восстановления параметров при ТОР, сроки службы. Процесс управления использованием техники предусматривает: выявление, постановку и решение задач управления производственной и технической эксплуатацией техники;
- создание и расширение информационного банка данных для решения
задач обработки, хранения и передачи полученной информации;
- создание материально-технической базы для управления использованием техники;
- передачу товаропроизводителю и применение им полученной информации по эффективному использованию техники;
- получение информации по обратной связи о результатах использования
техники, корректировка, наращивание и улучшение имеющейся информации.
Материально-техническая база передачи новых знаний управления использованием техники отличается большой номенклатурой показателей в зависимости от уровня хозяйствования, структуры и задач управления. Она представлена радио-, телефонной или другой связью, персональными компьютерами с различными быстродействием и памятью, локальной сетью ЭВМ с определенным числом абонентских пунктов (терминалов), разветвленной сетью
ЭВМ, охватывающей информационной связью область, республику, Федерацию.
Компьютеризация сельского хозяйства Российской Федерации значительно отстает от таковой экономически развитых стран. В связи с этим на
уровне фермерского хозяйства, в первую очередь, следует иметь рацию или телефонную связь с тем, чтобы передавать заказы на устранение последствий отказов машин, доставку ГСМ, запасных частей, перевозку сельскохозяйственной
продукции, выделение техники для проведения сельскохозяйственных работ,
получать консультацию по возникающим вопросам и др.
16
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
На уровне крупного хозяйства, агропромышленного комбината, ассоциации следует иметь персональный компьютер с набором прикладных программ
для решения задач производственной и технической эксплуатации машин, материально-технического снабжения, учета расходуемых ресурсов и других задач. Это следует осуществить на первом этапе электронизации сельского хозяйства (до 2009-2010 гг.), в дальнейшем необходимо переходить в крупных хозяйствах на сети ЭВМ, в первую очередь локальные.
На уровне области, республики, Федерации вначале следует в отдельных
регионах внедрять и повсеместно использовать распределенные сети ЭВМ, интегрированные с международными сетями.
Управление производственной эксплуатацией техники включает в себя
следующее:
создание бортовых компьютеров для тракторов, самоходных сложных
машин, оснащение агрегатируемых машин, а также машин для животноводства
и переработки средствами автоматического контроля их технического состояния и технологических процессов (обработка почвы, посев, внесение удобрений, уход за посевами, защита растений, уборка сельскохозяйственных культур,
приготовление и раздача кормов и т. п.);
- разработка и применение компьютерных технологий эффективного использования техники на основе пакетов прикладных программ, в том числе оптимизация состава и использования техники, составление и контроль графика
работы МТА, оптимизация загрузки, скорости, маршрутов движения мобильных агрегатов и транспортных средств, использования транспортных средств и
тарифов на их оплату, допускаемых значений технологических и экологических
параметров состояния машин в зависимости от производственной ситуации;
- выбор оптимальной формы производственного сервиса (покупка новой
или подержанной машины, кратко- и среднесрочная аренда, простой или финансовый лизинг, подряд);
- материально-техническое снабжение для эксплуатации техники.
17
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Современное техническое переоснащение диспетчерской системы управления предусматривает создание на предприятиях автоматизированных систем
управления (АСУ), организацию автоматизированных рабочих мест (АРМ).
18
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Глава 3. Энергетика и ее проблемы.
3.1
Общие понятия энергетики и энергии
Общее понятие энергетики. Энергетика — это область деятельности,
связанная с производством и потреблением энергии. В системном плане энергетика представляет собой совокупность подсистем, служащих для преобразования, распределения и использования энергетических ресурсов всех видов.
Назначение энергетики состоит в том, чтобы обеспечить производство энергии
путем преобразования первичной энергии (например, химической, содержащейся в нефти) во вторичную (допустим, электрическую энергию) и эффективное использование ее конечным потребителем (к примеру, троллейбусом).
Производство и потребление энергии проходят следующие стадии:
- получение и концентрация энергетических ресурсов — нефти, угля;
- передача сырья к преобразующим установкам (нефти — на нефтеперерабатывающий завод (НПЗ), угля — на теплоэлектростанцию (ТЭС));
- преобразование первичной энергии сырья во вторичную с новым носителем (в топливо — на НПЗ, электрическую энергию — на ТЭС);
- передача вторичной энергии потребителям (топлива — автомобилям,
электроэнергии — троллейбусам, в отопительные и осветительные системы);
- потребление доставленной энергии (автомобилем — для совершения
транспортной работы, отопительными системами — для обогрева помещений).
Теоретическую основу энергетики составляет ряд научных дисциплин:
термо- и газодинамика, тепло- и электротехника, гидромеханика и др.
Базовые понятия энергетики включают в себя энергию, ее виды и формы;
энергоносители и топливо; измерители энергии и системы единиц; основные
законы и методы преобразования энергии, типы преобразователей; способы передачи и аккумулирования энергии. Только при знании всех этих элементов в
их взаимосвязи можно составить системное представление об энергетике в целом и возможностях эффективного функционирования ее подобласти — транспортной энергетики, связанной с осуществлением перевозок.
19
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Энергия, работа, единицы измерения. Термин «энергия» происходит от
греческого слова energeia — действие. Энергия пронизывает и объединяет многие процессы, является универсальной количественной мерой движения и взаимодействия всех видов материи. Энергия — скалярная характеристика движения материи и работы, совершаемой материальными телами. Работа производится под действием силы. Сила возникает при наличии полей, окружающих
тела. Каждой форме движения материи соответствует свой вид энергии: механическая, тепловая, химическая, электрическая, ядерная (атомная) и др.
Сумма всех видов энергии в объекте составляет полную энергию Е, которая связана с его массой т и скоростью света с законом Эйнштейна: Е = тс2.
Массе 1 г соответствует энергия 1014 Дж. Превращение внутренней энергии тела в ее внешние формы называют освобождением энергии. При химических реакциях освобождается 5∙10-9% общего запаса энергии тела, при ядерных — 0,09
%, термоядерных — 0,65 %, а при аннигиляции элементарных частиц — 100 %.
Энергия может превращаться из одного вида в другой. При этом полная
энергия изолированной системы в соответствии с законом сохранения энергии
остается неизменной. Из данного закона вытекает другой общий закон: запас
энергии тела (системы), совершающего работу, уменьшается, а запас энергии
тела при приложении к нему внешней силы, производящей работу, увеличивается.
Полная энергия тела (системы) состоит из кинетической энергии движения тела, потенциальной энергии, обусловленной наличием силовых полей, и
внутренней энергии. Механическая кинетическая энергия присуща движущимся предметам, а механическая потенциальная энергия — объектам, расположенным выше уровня базовой поверхности.
Тепловой энергией обладают нагретые предметы. Химическая энергия содержится в топливе и пище. Электрическая энергия генерируется в основном
на электростанциях. Лучистая энергия (энергия электромагнитного излучения)
в форме солнечной энергии служит для Земли источником теплоты и света.
20
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Ядерная энергия является разновидностью потенциальной энергии, связанной с
наличием внутриядерных силовых полей.
Энергию содержат в себе и переносят ее физические носители (табл. 3.1).
Таблица 3.1
Виды энергии и ее физические носители
Вид энергии
Механическая
Физические носители
Совокупность электронов, атомов и молекул в массивном
теле
Тепловая
Атомы и молекулы, находящиеся в хаотическом движении
Химическая
Электроны внешних орбит
Электрическая
Электроны и ионы, движущиеся по проводам, в водном
растворе или вакууме
Солнечная
Электромагнитное поле
Ядерная
Нуклоны
С энергией связана способность совершать работу; она обеспечивает
функционирование промышленности, транспорта и других отраслей хозяйства.
Наиболее широко используется электрическая энергия, вырабатываемая в
основном ТЭС, атомными (АЭС) и гидроэлектростанциями (ГЭС), а также получаемая из других источников. На транспорте значительна доля тепловой
энергии.
Энергия, обеспечивающая конечные производственные процессы —
электрофизические, механические, тепловые, освещение, передачу информации, представляет собой конечную энергию.
Энергия, которая содержится в энергоносителях и обеспечивает работу
конечных энергетических установок, называется подведенной.
Коэффициент полезного действия η характеризует степень совершенства
устройства, осуществляющего передачу или преобразование энергии. Он равен
21
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
отношению полезной энергии Епол или мощности Nпол соответственно к подводимой энергии Е или мощности N:
η = Enoл/E = Nnon/N.
Чем выше КПД устройства, тем больше подводимой энергии используется им или преобразуется. Смена поколений машин и преобразователей энергии
всегда сопровождалась повышением КПД. Паровые машины в первой половине
XIX в. имели КПД 5...7 %. КПД энергоустановки паровоза был повышен до 10
%, а тепловоза — до 28 %. У современных поршневых паровых машин и двигателей внутреннего сгорания (ДВС) КПД не превышает 35 %, а у паровых и газовых турбин — 40 %.
Единицей измерения энергии в Международной системе единиц СИ является джоуль (1 Дж = 1 Н∙м).
В тепловых расчетах применяют калорию (1 кал = 4,1868 Дж).
В производстве и быту пользуются единицей, называемой киловатт-часом
(1кВт∙ч = 3,6∙106Дж = 860076 кал).
Для оценки запасов источников энергии в качестве ее единицы часто
применяется тонна условного топлива — угля (т у.т.). При полном сгорании 1 т
у. т. выделяется энергия 7∙103 ккал.
3.2.
Виды и формы энергии
Механическая энергия. Механическая энергия характеризует движение и
взаимодействие тел в пространстве и времени. Этот вид энергии, лежащий в
основе действия механических устройств, изучается теоретической и технической механикой. Поскольку механическая энергия является конечным видом
энергии для транспорта, вспомним основные положения механики [12].
Р а б о т а силы и м о м е н т а силы. Механическая энергия вводится с использованием понятий работы силы и работы момента силы. Элементарной работой силы dL на элементарной длине пути ds называется скалярное произведение вектора силы P и вектора элементарного перемещения d r
22
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
dL = P d r = Р cosαds,
где r — радиус-вектор, α — угол между векторами P и d r .
Работой на участке пути является интеграл по пути:
S2
L   P  Cosds
(3.1)
S1
При вращательном движении работу производит момент силы М. Заменяя
в выражении (3.1) силу Р моментом М, а путь ds — углом поворота dφ и полагая, что cosα = 1, для работы момента сил получим
2
L   Md
1
где М= Ph; h — плечо силы, равное кратчайшему расстоянию между
направлением ее действия и осью вращения.
Единицей измерения момента силы в СИ является Н∙м.
По форме энергию подразделяют на кинетическую и потенциальную.
К и н е т и ч е с к а я э н е р г и я . При действии на тело силы его кинетическая энергия Ек возрастает на величину dEK = dL. Интегрируя dEK для тела,
движущегося поступательно (cosα=1), получим
L
S
S
t
v
dv
Ek   dL   Pds  mads   m vdt   mvdv  mv 2 / 2
dt
0
0
0
0
0
где m — масса; v — линейная скорость; а — линейное ускорение тела.
При вращательном движении роль массы играет момент инерции тела I, а
роль скорости — угловая скорость ω = dφ/dt. Поэтому для вращающегося тела
получим
Ек = I∙ω2/2.
При вращательном движении аналогом линейного ускорения а является
угловое ускорение ε = dω/dt и момент инерции связан с моментом силы зависимостью I=M/ε.
В СИ момент инерции измеряется в кг∙м2.
Если тело одновременно участвует в поступательном и вращательном
движениях, его энергия
23
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Ек = тv2/2 +Iω2/2.
Потенциальная энергия. При воздействии потенциальной силы, работа
которой определяется только начальным и конечным положениями тела, величина энергии, равная работе силы на пути между этими положениями, называется потенциальной энергией Еп.
З а к о н с о х р а н е н и я м е х а н и ч е с к о й э н е р г и и . Данный закон
записывается в виде
Е = Ек+ Еп = const.
Он является частным случаем закона сохранения и превращения полной
энергии.
Мощность. Согласно определению мощность — это работа, совершаемая
в единицу времени: N = dL/dt. При поступательном движении N=Pv при вращательном N=Мω. Одну и ту же мощность можно получить различными сочетаниями силы Р и скорости v или момента силы М и угловой скорости ω.
Мощность в СИ измеряется в ваттах: 1 Вт = 1 Дж/с. Внесистемной единицей мощности является лошадиная сила — работа, производимая силой 75 кгс
на пути 1 м за 1 с: 1 л.с. = 735,5 Вт.
Тепловая энергия. Теплота представляет собой форму проявления внутреннего беспорядочного (хаотического) движения частиц тела (системы). Мерой теплоты является ее количество, получаемое или отдаваемое телом при
теплообмене. Это количество теплоты называют тепловой энергией.
Проблемы, связанные с осуществлением тепловых процессов, рассматриваются термодинамикой и теплотехникой. Термодинамика изучает процессы в
системах путем анализа превращения теплоты в различные виды энергии. Теплотехника охватывает производство, распределение, транспортирование и утилизацию теплоты.
Основные законы термодинамики.
Согласно первому началу (закону) термодинамики количество теплоты q,
сообщаемое единице массы системы, расходуется на увеличение ее внутренней
энергии Δu и совершение системой работы l над внешней средой:
24
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
q=Δu+l
Внутренняя энергия является функцией состояния системы: ее значение
полностью определяется параметрами состояния и не зависит от пути, приведшего вещество в данное состояние. Внутренняя энергия включает в себя кинетическую и потенциальную энергию частиц вещества. Первый закон термодинамики можно рассматривать как одну из формулировок закона сохранения и
превращения энергии, примененного к тепловым процессам.
Второе начало (закон) термодинамики устанавливает необратимость реальных процессов и определяет их направление. Этот закон связан с понятием
энтропии. Как и внутренняя энергия, энтропия характеризует состояние системы и является ее функцией. Энтропия изменяется при сообщении телу или отборе у него теплоты и является мерой молекулярного хаоса и неупорядоченности физической системы. При необратимых адиабатных процессах энтропия
растет, и это является законом природы при наличии антропогенного воздействия на нее.
В соответствии с третьим началом (законом) термодинамики при приближении температуры к абсолютному нулю энтропия системы также стремится к нулю, что дает возможность рассчитывать абсолютное значение энтропии.
Теплообменом называется необратимый самопроизвольный процесс передачи теплоты. Знание законов теплообмена позволяет эффективно передавать
теплоту потребителям и уменьшать ее потери в линиях теплопередачи. Существуют следующие виды передачи теплоты: теплопроводность, конвекция и лучистый теплообмен.
В природе и технике источниками тепловой энергии являются химические реакции, электрический ток, электромагнитное излучение и ядерные реакции.
Химическая энергия. Этот вид энергии представляет собой часть внутренней энергии вещества, обусловленную взаимодействием атомов в молекуле.
Выделяющаяся при сжигании топлива энергия используется для получения
теплоты.
25
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вещества подразделяются на органические и неорганические. К органическим относятся углеродосодержащие вещества — нефть, уголь, спирт и др.
Примерами неорганических веществ могут служить вода, песок и минералы.
Вещества вступают во взаимодействие — реакции, и тогда образуются
новые вещества. Реакцию характеризует энергия активации, необходимая для
разрыва связей реагирующих веществ и способствующая образованию новых
связей и веществ. Скорость протекания реакции зависит от природы реагирующих веществ, термодинамических параметров состояния и внешнего воздействия.
Реакции бывают экзотермическими и эндотермическими. Первые протекают с выделением энергии, вторые — с ее поглощением. К экзотермическим
реакциям, в частности, относятся реакции сжигания топлива.
Процесс сжигания топлива называется горением. Для горения характерно
интенсивное выделение энергии, значительный нагрев, образование пламени,
свечение, превращение твердого и жидкого топлива в газ. При горении образуется дым — аэрозоль, состоящий из твердых частиц размером 0,1... 10 мкм,
взвешенных в газовой среде. После горения остается зола — минеральный
остаток, содержащий Si02, Fe203 и другие соединения.
О р г а н и ч е с к о е топливо. В состав этого вида топлива входят углерод,
водород, кислород, азот, сера, вода и другие элементы и вещества. В зависимости от агрегатного состояния оно бывает твердым (уголь, древесина, торф),
жидким (керосин, бензин, солярка, мазут) и газообразным (природные и искусственные газы).
Природным топливом являются древесина, природный газ, полезные ископаемые растительного происхождения (каменный и бурый уголь, антрацит,
торф, горючие сланцы); искусственным — бензин, керосин, солярка, мазут, водород, кокс, коксовые и генераторные газы и др.
Энергетическая эффективность топлива определяется удельной теплотой
сгорания, равной теплоте, выделяющейся при сгорании 1 кг топлива. Различают
высшую удельную теплоту сгорания Н0 — без учета потерь на испарение влаги,
26
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
содержащейся в топливе, и низшую удельную теплоту сгорания Ни — с учетом
этих потерь. Из природного топлива наибольшей теплотой сгорания обладает
природный газ (H0 = 50 МДж/кг). Значительную теплоту сгорания имеет водород (Н0 = 116 МДж/кг).
Таблица 3.2
Удельная теплота сгорания
органического топлива,
МДж/кг
Топливо
Ни
Н0
Бурый уголь
Антрацит
Каменный уголь
Мазут
14
21
24
40
Природный газ
48 50
27
34
35
42
Для сопоставления разных видов топлива и его суммарного учета
используют понятие воображаемого
условного топлива с низшей удельной теплотой сгорания, равной 29,3
МДж/кг. Масса условного топлива
ту выражается через массу натурального топлива тн с помощью со-
отношения ту = Ни тн/29,3.
В табл. 3.2 приведены усредненные значения удельной теплоты сгорания
некоторых видов органического топлива. П е р с п е к т и в н ы е
виды топлива.
Приведем краткое описание некоторых из них.
Водород имеет удельную теплоту сгорания втрое более высокую, чем у
нефти, а при его сгорании образуется экологически безопасная вода. При его
использовании в двигателях в воздух не выбрасывались бы несгоревшие углеводороды, соединения свинца и оксид углерода. Однако бензин, залитый в бак
вместимостью 80 л, имеет массу 56 кг; эквивалентное по энергосодержанию
количество водорода имеет массу 20 кг, но стальные резервуары для этого количества газа должны иметь массу несколько тонн. Получение водорода пока
дорогостоящий процесс.
Недостатком этого вида топлива является также то, что водород более
взрывоопасен, чем компоненты природного газа.
В качестве топлива могут быть использованы спирты — метанол СН3ОН
и этанол С2Н5ОН. Применение спирта требует доработки ДВС, но 20%-ная добавка этанола к бензину делает эту смесь (газохол) приемлемой для обычных
27
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
двигателей. Двигатель, работающий на спирте, выделяет гораздо меньше продуктов сгорания, чем бензиновый двигатель.
Городские отходы на 40...60 % состоят из веществ, не уступающих по
теплоте сгорания низкосортным маркам угля. Решая проблему утилизации отходов, необходимо предусмотреть возможность использования этой теплоты.
Наиболее разработанные технологии биоэнергетики — биохимическая или
термохимическая конверсия отходов в биогаз и этанол.
Электрическая энергия. Это единственный вид энергии, который удается производить в больших количествах, передавать на значительные расстояния
и сравнительно просто распределять. Электроэнергия легко преобразуется в
другие виды энергии.
Электрическая энергия обусловлена наличием заряженных тел, электрического тока, электрических и магнитных полей. Природу электрических явлений изучает электродинамика, а методы получения, передачи, распределения и
использования электрической энергии — электротехника. Вспомним основные
понятия, связанные с электромагнитными явлениями, получением и применением электрического тока.
Электрический ток — это упорядоченное движение свободных электрических зарядов. Ток характеризуется направлением, силой и напряжением. В
СИ сила тока I измеряется в амперах (А), а напряжение U — в вольтах (В).
Магнитное поле создается электрическим током. Характеристики поля
таковы: напряженность — измеряется в СИ в амперах на метр (А/м); магнитная
индукция — в теслах (Тл), 1 Тл = = 1 Н/(А∙м).
Электромагнитная индукция — явление возникновения электродвижущей силы в проводнике, если он движется в постоянном или покоится в меняющемся магнитном поле. Это явление используется для получения электрического тока генераторами и преобразования переменного тока трансформаторами. Магнитный поток измеряется в веберах (Вб), 1 Вб = 1 Тл∙м2.
Одновременное существование в области пространства переменных электрического и магнитного полей обусловливает электромагнитное поле. Пере28
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
менные во времени электромагнитные поля называются электромагнитными
колебаниями.
Постоянный электрический ток характеризуется тем, что его сила и
направление не меняются со временем. В СИ единицей электрического сопротивления R является ом (Ом). Ток, проходя через потребитель, совершает работу L = IUt. Мощность тока определяется работой, совершаемой им в единицу
времени:
N = dL/dt = IU= I2R = U2/R.
Работа и мощность тока в СИ измеряются соответственно в джоулях (Дж)
и ваттах (Вт), 1 Вт = 1 А∙В. Внесистемной единицей работы тока является киловатт-час (кВт∙ч).
Переменный электрический ток — это ток, изменяющийся во времени по
величине и направлению. Мгновенное значение силы тока
где Imax — амплитуда; (ωt+ψ) — фаза тока; ω — циклическая частота (ω=
2nv); ν— частота колебаний; ψ — начальная фаза. Закон Ома для переменного
тока принимает вид
Imax=Umax/Z
где Umax — амплитуда напряжения; Z — полное сопротивление цепи,
включающее в себя активное и реактивное сопротивления.
Важными для практики являются понятия действующих силы тока,
напряжения и мощности:
I  I max / 2,U  U max / 2
N = U2/R = I2/R = I2maxR/2 = U2max/(2R).
Напряжения 220 В (в быту) и 110 кВ (в линии передачи) являются действующими напряжениями переменного тока.
Для цепи с активными и реактивными элементами, в которой ток и
напряжение изменяются с разностью фаз φ, средняя мощность тока за период
N  IU cos  ,
учитывающая потери электрической энергии, носит название активной
мощности, а величина cosφ — коэффициента мощности. Активная мощность
29
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
в СИ измеряется в ваттах (Вт), полная — в вольт-амперах (В∙А), реактивная —
в реактивных вольт-амперах (вар).
Трехфазная электрическая цепь по сравнению с однофазной позволяет
экономить цветной металл в линиях электропередачи (до 25 %), создавать вращающееся магнитное поле статора асинхронного электродвигателя, снижать
пульсации тока при получении постоянного тока из переменного, а также использовать два рабочих напряжения — линейное (380 В) и фазное (220 В).
Механическое действие тока реализуется в работе электродвигателей. В
электродвигателях постоянного тока возможно плавное регулирование скорости вращения ротора. Они применяются для привода колесных пар электротранспорта.
На транспорте используются также асинхронные электродвигатели трехфазного переменного тока. В статоре такого двигателя при помощи трехфазного тока создается вращающееся магнитное поле. Частота вращения ротора
меньше, чем у магнитного поля, причем со снижением нагрузки она возрастает,
с увеличением — уменьшается.
Асинхронные электродвигатели находят применение в приводах станков,
кранов, лебедок, лифтов, эскалаторов, насосов и других механизмов.
Тепловое действие тока проявляется в проводниках, через которые проходит ток. Количество выделяющейся теплоты Q в неподвижном проводнике
равно работе электрического тока.
Солнечная энергия. Свет представляет собой электромагнитные волны
— поток фотонов. Ежесекундно Солнце излучает энергию 3,9∙1026 Дж. Поверхности Земли достигает 4,5 ∙10-8 % этой энергии. Мощность такого потока равна
1,78∙1017 Вт. Энергией, поступающей на поверхность площадью 20 тыс. км2,
можно обеспечить потребность в ней всего населения земного шара. Энергетическая освещенность атмосферы составляет 1,4 кВт/м2, а поверхности Земли —
0,8... 1,0 кВт/м2. Затруднения в использовании солнечной энергии вызваны ее
низкой поверхностной плотностью вблизи Земли (800 ккал/м2).
30
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Преобразование солнечной энергии в теплоту осуществляется в сооружениях типа теплиц посредством нагревания теплоносителей в теплоизолированных приемниках излучения, а также на солнечных тепловых электростанциях.
Прямое преобразование солнечной энергии в электрическую осуществляется двумя методами — термо- и фотоэлектрическим. Электроэнергия от солнечных батарей пока в 100 раз дороже вырабатываемой тепловыми электростанциями.
Преобразование солнечной энергии в механическую принципиально возможно при использовании эффекта солнечного паруса. Поток фотонов оказывает давление на поверхность Земли, равное 5 мкПа. Эффект солнечного паруса
обусловлен разницей давлений света на идеально отражающую и полностью
поглощающую поверхности.
Ядерная энергия. По прогнозам, для обеспечения человечества энергией
природных запасов органического топлива хватит на полстолетия. В будущем
основным энергоресурсом может стать солнечная энергия. На переходный же
период требуется источник энергии, практически неисчерпаемый, дешевый,
возобновляемый и не загрязняющий окружающую среду. И хотя ядерная энергия не отвечает полностью этим требованиям, эта область энергетики интенсивно развивается.
Ядерными реакторами называются устройства, в которых осуществляются управляемые ядерные цепные реакции, сопровождающиеся выделением теплоты. Основными элементами ядерного реактора являются активная зона, где
находится ядерное топливо и протекает цепная реакция, замедлитель и отражатель нейтронов, теплоноситель для отвода теплоты, образующейся в реакторе,
регуляторы скорости развития цепной реакции и радиационная защита.
3.3.
Источники и ресурсы энергии
Существующие источники и ресурсы. Ресурсы — это средства, ценности, источники ценностей, запасы, возможности. Подмножеством этой катего31
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
рии являются энергетические ресурсы. Энергоресурсы — это средства, сутью
которых является их энергосодержание, а целью использования — извлечение,
преобразование и потребление содержащейся в них энергии для реализации
производственных процессов и удовлетворения различных потребностей.
Субстанция, содержащая энергию, называется энергоносителем, важной
характеристикой которого является плотность содержащейся в нем энергии
(например, удельная теплота сгорания). Энергоресурсы и энергоносители характеризуются общей величиной запаса (энергоемкостью, массой) и темпом
исчерпания (скоростью выемки из хранилища, интенсивностью процесса потребления).
В понятие энергоресурсов входят также источники, их доступность и степень освоения. От этих характеристик зависит объем энергоресурсов, предназначенный для практического применения.
Место энергоресурсов во множестве ресурсов, используемых обществом,
рассмотрим с помощью диаграммы классов UML (рис. 3.1).
Структура системы характеризуется диаграммами классов с множеством
типов отношений. Обобщение, например, позволяет реализовать принцип
наследования: общие свойства и поведение размещаются в верхних по иерархии (родительских) классах, а нижние классы (потомки) обращаются за информацией к родительским классам. Наследование может быть множественным,
когда потомок приобретает черты многих родителей (например, класс ВоднРесурс («Водные ресурсы») на рис. 3.1 наследует свойства классов Энергоресурс и
НеЭнергоресурс).
На одной диаграмме также можно отображать наследование свойств по
нескольким признакам (как, например, класс Природный Ресурс подразделяется
на подклассы по признакам «Энергосодержание» и «Неисчерпаемость»). Множественное наследование позволяет отобразить сетевой характер классификации сложной системы (например, класс МинералРесурс можно определить по
признаку «Энергосодержание», а также как Невозобновляемый и Исчерпаемый).
32
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
33
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Обобщение отображается стрелкой со светлым треугольником, направленной в сторону родительского класса. В качестве имени класса используют
акроним — написанное слитно сочетание морфем ключевых слов (или самих
слов), начинающихся с заглавной буквы. Имена абстрактных классов пишутся
курсивом, а конкретных (состоящих из одного определенного объекта) либо
конечных в иерархии — прямым шрифтом.
Ресурсы в целом подразделяются на природные и экономические.
Природные (первичные) ресурсы — компоненты окружающей среды
(ОС), используемые в процессе общественного производства для удовлетворения материальных и культурных потребностей. Совокупность природных ресурсов можно разделить на энергоресурсы и неэнергетические ресурсы.
Основные виды природных ресурсов — солнечная энергия (СолнЭнергия), энергия приливов (ПриливЭнергия), геотермальная энергия (ГеотермЭнергия), водные (ВоднРесурс), воздушные (Возд Ресурс), минеральные (МинералРесурс), земельные (ЗемРесурс) и растительные ресурсы (ФлорРесурс), а
также ресурсы животного мира (ФаунРесурс). Среди них солнечная энергия,
энергия приливов и геотермальная энергия являются чисто энергетическими
ресурсами. Земельные, растительные ресурсы и ресурсы животного мира отнесем к неэнергетическим ресурсам. И наконец, водные, воздушные и минеральные ресурсы можно считать комбинированными: они используются как в процессах, осуществляемых в энергетике, так и по другому назначению (воздух дает кислород для топливной энергетики, но также является основой всей аэробной жизнедеятельности).
Запасы первичных источников энергии, Дж, на Земле таковы [13]: ядерная энергия деления — 1,97∙1024; химическая энергия горючих веществ —
1,98∙1023; внутренняя теплота Земли — 4,82∙1020; энергия приливов —
2,52∙1023; энергия ветра — 6,12∙1021; энергия рек — 6,5∙1019.
Минеральные ресурсы (МинералРесурс) — это полезные ископаемые, заключенные в недрах. В зависимости от области их применения выделяют следующие группы ресурсов:
34
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
а) топливно-энергетические нефть, природный газ, уголь, урановые руды
(ТоплЭнергоресурс);
б) рудные, являющиеся сырьевой основой для черной и цветной металлургии;
в) горно-химическое сырье — поваренная и другие соли, сера и ее соединения и др.;
г) природные строительные материалы;
д) гидроминеральные (группы б—д на схеме условно объединены в класс
НеТоплЭнергоресурс).
Природные ресурсы классифицируют и по другому признаку — практической неисчерпаемости: неисчерпаемые и исчерпаемые. Класс последних, в
свою очередь, подразделяется на возобновляемые и невозобновляемые. Восстановление запаса возобновляемых ресурсов (гидроресурсы, ветер) обеспечивает
природа. Запас невозобновляемых ресурсов (минеральное топливо, уран) ограничен (на схеме показано для минеральных ресурсов в целом). Невозобновляемость обусловлена различием темпов потребления и создания ресурсов природой. Например, за сутки сжигается столько топлива, сколько его запасала природа в минералах в течение тысячи лет.
Экономические ресурсы являются составляющими общественного производства, в том числе энергетики.
Трудовые ресурсы кроме экстенсивного показателя — численности обладают такими важными характеристиками, как интеллектуальный потенциал и
технологическая подготовленность.
Материальные ресурсы носят вторичный характер и представляют собой
промежуточные или конечные продукты цепи процессов переработки природного сырья (топливо, получаемое из нефти, товарный уголь и газ), а также тепловые отходы производственных процессов (отработанный пар, горячие газы).
Энергоресурсы подразделяют также на топливные и нетопливные. Разнообразные энергоресурсы обладают взаимозаменяемостью (вместо жидкого топлива может быть использован газ). При принятии решений о наилучшем ис35
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
пользовании энергоресурсов их сопоставляют количественно. Удобно проводить сравнение их удельной теплоты сгорания, Дж/кг.
Теплота сгорания может также измеряться в англо-американских единицах British Thermal Units (Btu):
1 Btu = 252 кал = 1055 Дж = 2,93∙10-4 кВт∙ч.
Применение понятия условного топлива позволяет соизмерять различные
виды топлива. В отечественной практике в качестве основы используется так
называемый угольный эквивалент — 7000 ккал (29,3 МДж) — теплота, которая
выделяется при сжигании 1 т высококачественного угля (обозначается 1 т у.т.).
Тонна нефти при сгорании выделяет примерно 10 000 ккал (42 МДж). Это означает, что для перевода массы нефти в угольный эквивалент следует эту массу
умножить на коэффициент 1,43; 1 кВт∙ч (3,6 МДж) электроэнергии эквивалентен 0,123 кг у-т.
Из всех первичных видов топлива наибольшей удельной теплотой сгорания обладает нефть. К высококачественным энергоресурсам относится природный газ с коэффициентом перевода объема 1000 м3 на уровне 1,15... 1,2.
Источники энергии разделяют на коммерческие и некоммерческие. Коммерческие источники энергии включают в себя твердые (уголь, торф, сланцы),
жидкие (нефть, газовый конденсат), газообразные (природный газ) виды топлива и электроэнергию, произведенную на электростанциях всех типов. Некоммерческие источники энергии — древесное топливо, сельскохозяйственные и
промышленные отходы, мускульная сила человека и рабочего скота.
Перспективные источники энергии для транспорта. Работа современного транспорта зависит от невозобновляемых источников. В будущем человечество перейдет к преобладающему использованию возобновляемых источников энергии. К числу перспективных источников энергии для транспорта относятся: в ближайшем будущем — уголь и горючие сланцы; в отдаленном —
внутренняя теплота Земли, движение вод в реках и морях, ядерная энергия. Из
этих источников можно получить энергию в форме, пригодной для непосредственного использования, например жидкое топливо, электричество и водород.
36
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
3.4.
Преобразование и аккумулирование энергии
3.4.1. Преобразование и преобразователи
Тепловые двигатели. На автомобильные ДВС приходится около 25 %
общего количества потребляемой энергии и около 60 % общего количества всех
видов загрязнений воздуха. Отработавшие газы автомобилей содержат С02, Н20,
СО и другие вещества. Максимальный теоретический КПД бензиновых ДВС
составляет около 58 %, дизелей — 64%. КПД реальных ДВС вдвое меньше.
Двигатели внешнего сгорания. В этих двигателях топливо сгорает вне
цилиндра. Горение происходит непрерывно. Вибрация и шум практически отсутствуют. Вредные выбросы продуктов сгорания незначительны. Недостаток
этих двигателей — недолговечность теплонапряженной стенки цилиндра
вследствие отсутствия соответствующих конструкционных материалов.
Газотурбинные установки. Воздух сжимается в компрессоре, смешивается с топливом, и смесь воспламеняется. Отработавшие газы проходят через
турбину. Ее первая ступень приводит в действие компрессор. Последующие
ступени вырабатывают механическую энергию, используемую потребителем. В
турбореактивном двигателе разница между количеством движения воздуха на
входе в компрессор и газов на выходе из турбины создает реактивную тягу.
Холодильные машины. В этих машинах некоторое количество теплоты
отбирается от холодного источника, а ее большее количество отдается горячему
приемнику. Разность этих количеств теплоты представляет собой работу, совершаемую внешними силами над рабочим телом (хладагентом). Работа холодильной машины связана с изменением агрегативного состояния хладагента:
плавлением твердого вещества либо испарением жидкости вблизи холодного
источника и обратным процессом вблизи горячего приемника.
Термоэлектрические генераторы. Если в замкнутой цепи, состоящей из
двух разных металлов или полупроводников, нагревать один из контактов, то в
37
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
цепи появится ЭДС и потечет ток. В настоящее время КПД теплоэлектрических
генераторов составляет 10... 12%.
Магнитогидродинамические генераторы (МГД-генераторы). Их действие основано на явлении электромагнитной индукции при движении ионизированного рабочего тела (газ, плазма) в магнитном поле. В одной из возможных
схем генератора воздух, сжатый в компрессоре, подается в камеру сгорания.
Продукты сгорания из камеры попадают в разгонное сопло. По выходе из
него газ попадает в МГД-канал, в котором происходит отвод генерируемой
электрической энергии. КПД преобразования энергии пока составляет несколько процентов.
Та б ли ц а 3.3
КПД энергетических установок, тепловых машин и преобразователей
энергии
Наименование
КПД, %
достигнутый
возможный
Тепловые электростанции:
паротурбинные
40...42
43...45
с МГД генераторами
36...40
55...60
с термоэмиссионными модулями
41 ...45
48...52
с газотурбинными установками
24... 30
32...36
с парогазовыми установками
42...46
45...50
Теплоэлектроцентрали
Атомные электростанции
Двигатели внутреннего сгорания:
тихоходные дизели
быстроходные дизели
дизели с наддувом
карбюраторные двигатели
Газотурбинные установки
Установки прямого преобразования
энергии:
МГД-генераторы
топливные элементы
термоэлектрические генераторы
термоэмиссионные преобразователи
фотоэлектрические преобразователи
66...70
30...36
72...77
40...41
32... 39
32...41
42...45
25...30
35...41
36...43
48...50
28...32
31 ...37
38...40
32...38
60...70
20... 25
17...20
10... 15
50...55
80...85
30...35
30... 35
20... 25
38
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Электрохимические генераторы. Это устройства, преобразующие химическую энергию непосредственно в электрическую. Первые электрохимические генераторы назывались гальваническими элементами.
Топливные элементы (ТЭ). В ТЭ электрический ток генерируется за
счет регулируемого «электрохимического сжигания» топлива. Реакция происходит в системе топливо — электролит — окислитель. ТЭ — электрохимический элемент, отличающийся тем, что активные вещества подаются извне, а материал электродов в электрохимических превращениях не расходуется.
Достоинствами ТЭ являются высокий КПД (около 60 %), отсутствие подвижных частей, бесшумность, отсутствие выделения теплоты с отработавшими продуктами (Н20 и С02), способность работать при комнатных температурах.
К недостаткам ТЭ относятся их ограниченный срок службы, относительно высокая стоимость газообразного топлива и получаемой электроэнергии
(2000 долл./(кВт- ч)).
Заключим обзор преобразователей энергии сводными данными об их
КПД (табл. 1.3).
3.4.2. Аккумулирование энергии и аккумуляторы
Аккумулирование энергии. Значение аккумулирования энергии для
электроэнергетики постоянно возрастает. Существующие проблемы, например
связанные с неравномерностью потребления электроэнергии в течение суток,
удалось бы разрешить при наличии недорогого электрического аккумулятора
большой емкости с достаточно высоким КПД.
Предоставление автомобильному транспорту малогабаритного и легкого
электрического аккумулятора большой емкости с высоким КПД способствовало бы применению электромобилей, значительному снижению загрязнения
воздуха и потребности в нефтяном топливе.
Рассмотрим некоторые способы аккумулирования энергии.
39
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Аккумулирование энергии на гидроаккумулирующих электростанциях (ГАЭС). Это емкие аккумуляторы энергии. Когда снижается потребность
в электроэнергии, ее излишек используется для перекачки воды из нижнего резервуара в верхний, т. е. избыточная электрическая энергия превращается в потенциальную механическую. При повышенном спросе на электроэнергию осуществляется перепуск воды из верхнего резервуара в нижний, и гидротурбогенераторы направляют энергию в сеть. Самая мощная (1872 МВт) ГАЭС возведена в США. ГАЭС вырабатывают там 2 % всей электроэнергии страны.
Аккумулирование энергии в сжатых газах. Излишняя электроэнергия
применяется для нагнетания воздуха под давлением в подземную полостьхранилище. Когда запасенную энергию нужно использовать, сжатый воздух
направляется в газотурбинную установку, вырабатывающую электроэнергию.
Общий КПД такого способа аккумулирования энергии 70 %.
Аккумулирование энергии с помощью маховиков. Аккумулятор представляет собой маховик, раскручиваемый до высокой частоты вращения. Этот
способ аккумулирования имеет ряд достоинств: высокий КПД (до 90%), бесшумность, отсутствие загрязнений и быстрота зарядки, однако с ростом частоты вращения маховика возможен его разрыв.
Данный принцип аккумулирования энергии удобен для реализации на автомобильном транспорте. Применение маховиковых накопителей способствует
повышению экономичности автотранспортных средств (АТС) благодаря возможности использования аккумулированной энергии в нужный момент, особенно при движении АТС с частыми остановками и разгоном, когда необходимо выводить двигатель из зон его работы с низким КПД. Маховиковой накопитель позволяет осуществлять рекуперативное торможение, повышая КПД автомобиля. Этот накопитель энергии наиболее эффективен в сочетании с бесступенчатой трансмиссией.
Электрические системы аккумулирования энергии. Простейшим аккумулятором является конденсатор, обеспечивающий значительную нагрузку в
течение нескольких микросекунд, например, в системе зажигания ДВС'
40
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Что касается электрохимических аккумуляторов, то при их зарядке электрическая энергия преобразуется в химическую, а при разрядке происходит обратный процесс.
Основным недостатком существующих электрохимических аккумуляторов является низкое значение удельной (на 1 кг массы аккумулятора) запасаемой энергии. Если попытаться создать из современных материалов мощный аккумулятор для приведения в движение автомобиля с запасом хода в сотни километров, то масса аккумулятора будет соизмерима с массой перевозимого груза.
Свинцово-кислотный аккумулятор обладает удельной энергией немногим
более 100 кДж/кг, дорогостоящий серебряно-кадмиевый — около 400 кДж/кг.
Поэтому АТС с электрохимическими аккумуляторами находят пока ограниченное применение. Из перспективных разработок, направленных на обеспечение
большой удельной энергоемкости, быстрой зарядки и возможности глубокой
разрядки, известны железоникелевые, хлорно-цинковые, натрий-серные, алюминий-воздушные варианты аккумуляторов.
Тепловые аккумуляторы используют энергию Солнца: днем запасают
теплоту, а ночью отдают ее. Они подразделяются на две группы:
- накапливающие теплоту путем нагревания рабочего тела (вода, щебень);
- запасающие теплоту в результате перехода рабочего тела (соли) из одного агрегатного состояния в другое (при этом температура тела изменяется незначительно).
Передача теплоты потребителю от аккумуляторов первой группы происходит при охлаждении рабочего тела, а от аккумуляторов второй группы — при
возвращении тела в исходное агрегатное состояние.
3.5.
Энергетика
Процесс энергообеспечения экономики и общества.
41
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Энергоресурсы, энергоносители, энергия являются сырьем, продуктами
энергетического комплекса. Процессы воспроизводства, доставки, преобразования, распределения, передачи и конечного потребления энергоресурсов представляют собой стадии единого процесса энергообеспечения общества.
В о с п р о и з в о д с т в о п е р в и ч н ы х э н е р г о р е с у р сов. Эта стадия
начинается с разведки запасов. Результатом разведки является прирост запасов
энергоресурсов, которые подразделяются на категории в зависимости от их
изученности и подготовленности к эксплуатации: А — детально разведанные и
подготовленные; В — геологически обоснованные и относительно подготовленные; С — предполагаемые и слабо разведанные; D — предполагаемые исходя из геологической изученности местности. Эти категории, вместе взятые, составляют достоверные запасы.
Выделяют также прогнозные запасы. Сумма достоверных и прогнозных
запасов представляет собой общегеологические запасы. Та их часть, которая
может быть использована для разработки в настоящее время, называется балансовыми запасами.
Стадия воспроизводства включает в себя добычу минерального топлива и
привлечение нетопливных энергоресурсов: гидро-, ветроэнергии и др.
Доставка э н е р г о р е с у р с о в к установкам, преобразующим энергию.
Доставка осуществляется с помощью транспортных магистралей: железных дорог, трубопроводов, водных путей и др.
П р е о б р а з о в а н и е и п р о и з в о д с т в о вторичных э н е р г о р е с у р с о в . На данной стадии проводятся:
- переработка угля с целью получения высококачественных топливных и
химических продуктов;
- переработка нефти и производство из нее бензина, керосина, мазута и
смазочных масел;
- выработка электрической и тепловой энергии на электростанциях и в
котельных;
42
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
- вовлечение в хозяйственный оборот тепловых отходов — горючих или
горячих газов, отработанного пара энергоустановок и др.
Р а с п р е д е л е н и е и п е р е д а ч а э н е р г и и к о н е ч ным э н е р г е т и ч е с к и м установкам. Эти процессы осуществляются с использованием транспортной инфраструктуры, и главную роль здесь играют электрические и тепловые сети.
Конечное потребление. На данной стадии энергообеспечения подведенная энергия может преобразовываться еще раз (например, энергия топлива — в
механическую энергию), но может потребляться и без изменения ее формы
(отопление).
Энергетика и ее отрасли. Традиционные отрасли энергетики — электро-,
тепло-, гидро- и атомная энергетика. Ведущей, включающей в себя компоненты
других отраслей, является электроэнергетика, охватывающая производство,
передачу и распределение электроэнергии. Теплоэнергетика занимается производством, передачей и распределением тепловой энергии. Гидроэнергетика
решает проблемы преобразования потенциальной энергии водных ресурсов в
электроэнергию. Атомная энергетика связана с преобразованием ядерной
энергии в тепловую и электрическую энергию.
Электроэнергетика хорошо освоена за время ее существования. Основная
доля электроэнергии вырабатывается на электростанциях. В традиционной
энергетике в мировом масштабе преобладает теплоэнергетика: на базе нефти в
мире производится 39% электроэнергии.
Нетрадиционная электроэнергетика оперирует традиционными методами, но первичными ресурсами здесь служат источники энергии либо местного
значения (ветровые, солнечные), либо осваиваемые (например, ТЭ), либо перспективные (предназначенные для водородной и термоядерной энергетики).
Отличительными признаками нетрадиционной энергетики являются экологическая чистота, большие удельные затраты на строительство и малая мощность
установки.
43
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Отдельными отраслями энергетики считают автономную энергетику
(например, гелиоэнергетику), не имеющую связи с линиями электропередачи
(ЛЭП), а также — малую энергетику (аккумуляторы, батареи).
Электроэнергетика и ее виды. Ключевыми элементами электроэнергетики являются электростанции. Их классифицируют по видам первичных ресурсов и преобразователей.
Для выработки электростанцией мощности 1 ГВт необходим следующий
суточный расход ресурсов: угля — 6750 т при КПД 0,4; нефти — 4600 т (КПД
0,4); изотопа урана
235
U — 3 кг или 430 кг природного урана (КПД 0,3); дейте-
рия — 1 кг или 30 м3 морской воды (КПД 0,3).
В мире 90 % электроэнергии вырабатывается на ТЭС, из них, %, путем
сжигания нефти — 39, угля — 27 и газа — 24. АЭС производят 7 % электроэнергии, а ГЭС — 3 %.
Т е п л о э н е р г е т и к а . Основа современной энергетики — ТЭС. В энергетическом балансе России выработка электроэнергии на ТЭС составляет 69 %
[13]. Их суммарная мощность достигает 4 ГВт; 60 % ТЭС работают на природном газе, 30 % — на угле и 10 % — на мазуте. ТЭС преобразуют энергию топлива сначала в механическую, а затем электрическую энергию. Механическую
энергию получают с помощью паровых и газовых турбин.
На тепловых конденсационных электрических станциях основные процессы теплового цикла паросиловых установок происходят в следующих элементах: в парогенераторах — подвод теплоты, в турбинах — расширение пара,
в конденсаторах — охлаждение. Более 90 % ТЭС в России применяют паросиловые установки. Их КПД достигает 40 %.
В газотурбинных установках (ГТУ) в качестве рабочего тела используется смесь продуктов сгорания топлива с воздухом или нагретый воздух при
большом давлении и высокой температуре. Теплота газов преобразуется в кинетическую энергию вращения ротора турбины. Газовые турбины компактнее
паровых и ДВС аналогичной мощности, и их КПД превышает 35 %. ГТУ широко применяются на транспорте.
44
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Отработавшие в ГТУ газы имеют высокую температуру, что неблагоприятно сказывается на КПД термодинамического цикла. Совмещение газо- и паротурбинных агрегатов позволяет на 8... 10 % повысить топливную экономичность установки, называемой в этом случае парогазовой (ПГУ), и снизить общую стоимость вырабатываемой энергии на 25 %.
В ПГУ часть теплоты, получаемой при сжигании топлива, расходуется на
образование пара, который затем направляется в турбину. Отработавшие в турбине газы используются для подогрева питательной воды. ПГУ могут работать
и по такой схеме, в которой отработавшие газы поступают в паровой котел.
КПД ПГУ составляет 55...60%.
ТЭС, вырабатывающая как электрическую, так и тепловую энергию,
называется теплоэлектроцентралью (ТЭЦ). Всеми ТЭЦ производится 40 %
общего количества теплоты для промышленных комплексов и городов.
Г и д р о э н е р г е т и к а . Доля электроэнергии, вырабатываемой ГЭС, составляет в мире 14%, а в России — 19%. ГЭС выгодно отличаются от тепловых
электростанций с точки зрения возможности регулирования частоты, покрытия
пиковых нагрузок и обеспечения аварийного резерва энергосистемы.
С помощью плотины создается перепад уровней воды. Вода под напором
направляется в турбину, преобразующую энергию движения потока в энергию
вращения вала с ротором генератора. Генератор преобразует энергию вращения
вала в электроэнергию. Мощность гидротурбин достигает сотен мегаватт, а
КПД — 96 %. Самая большая ГЭС (мощностью 12,6 ГВт) расположена в Бразилии. В России действуют 98 ГЭС общей мощностью 44 ГВт, самая крупная из
них — Саяно-Шушенская (6,4 ГВт).
Затраты на сооружение ГЭС в несколько раз превышают аналогичные затраты на ТЭС той же мощности. Однако низкие эксплуатационные затраты
обусловливают невысокую себестоимость электроэнергии. Недостаток ГЭС —
влияние водохранилища на окружающую среду (затапливание земель).
Атомная энергетика. Доля АЭС в мировом производстве электроэнергии
составляет около 14 %; при этом их доля в России — 12,5 %, Литве — 97 %.
45
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Термический КПД АЭС, имеющих в качестве теплоносителя воду, приблизительно равен 30 %. АЭС используются в системах электро- и теплоснабжения населения, в мини-АЭС — на морских судах для электропривода гребных винтов. В России действуют АЭС общей мощностью 21 ГВт.
В е т р о э н е р г е т и к а . Ветер — результат неравномерного превращения
тепловой энергии, поступающей от Солнца, в кинетическую энергию масс воздуха. Суммарная энергия этих масс в 100 раз больше энергии рек. Недостатки
ветроэнергетики связаны с возможностью выработки энергии только в ветреную погоду, высокой себестоимостью электроэнергии, созданием шума и электромагнитных помех на телерадиочастотах. КПД ветроустановок не превышает
0,4.
Г е о т е р м а л ь н а я э н е р г е т и к а . Теплота геотермальных месторождений может обеспечить получение большого количества электроэнергии. На
глубине 5 км количество теплоты в тысячи раз превышает энергию всех запасов
угля, нефти и газа. Пар (с температурой до 300 °С) можно извлекать из недр,
пробурив скважину. В мире работают 20 геотермальных электростанций общей
мощностью 1,5 ГВт. На Камчатке действует Паужетская электростанция мощностью 11 МВт.
П р и л и в н а я э н е р г е т и к а . Энергия приливов еще в давнее время использовалась для приведения в действие различных механизмов, мельниц, лесопилок. Достоинство приливных электростанций (ПЭС) состоит в том, что их
работа не зависит от случайных погодных условий. Недостаток ПЭС — неравномерность их работы в течение лунных суток и лунного месяца. Крупнейшая
ПЭС находится во Франции; ее мощность составляет 240 МВт. В России на побережье Баренцева моря эксплуатируется Кислогубская ПЭС с суммарной
мощностью турбин 800 кВт.
Автономные и с т о ч н и к и э л е к т р и ч е с к о й энергии. К автономным
источникам электроэнергии относятся передвижные электростанции, работающие от ДВС, гальванические элементы и аккумуляторы, а также солнечные батареи. Малогабаритные источники питания имеют важное значение для работы
46
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
переносных приборов. Распространение получили элементы одноразового использования. Аккумуляторы длительного действия применяются для питания
более энергоемких потребителей электрической энергии: небольших помещений, автомобилей и др.
Передача и распределение электрической энергии. Электроэнергия
передается в основном с помощью ЛЭП переменного тока. Выбор напряжения
ЛЭП определяется передаваемой мощностью и расстоянием. Используются линии низкого (до 1 кВ), среднего (3...35 кВ), высокого (ПО...220 кВ), сверхвысокого (330... 1000 кВ) и ультравысокого (1000... 1150 кВ) напряжений. ЛЭП позволяют объединять электростанции в единую энергетическую систему (ЕЭС).
Известны ЛЭП постоянного тока. Благодаря тому, что в них отсутствуют
реактивные составляющие, исключается необходимость в синхронизации работы генераторов различных электростанций. Такие линии перспективны для передачи энергии на расстояния более 3000 км. Однако повсеместное использование переменного тока, вынуждающее прибегать к преобразованию постоянного
тока в переменный при подключении к ЕЭС, делает применение этих ЛЭП пока
экономически не оправданным.
Распределение энергии потребителям в электрических сетях осуществляется подстанциями, рассчитанными на напряжение менее 650 В.
Электроэнергия — энергия нашего времени. Применение электроэнергии способствовало развитию промышленности, автоматизации производства,
внедрению информационных технологий (ИТ), повышению комфортности быта
людей. Современная электроэнергетика основана на использовании больших
энергосистем, обслуживающих регионы и страны. На выработку электроэнергии в мире направляется до трети всех энергоресурсов.
Электроэнергия может превращаться простыми способами и без больших
потерь в любые виды конечной энергии. Ее применение в различных процессах
позволяет легко регулировать их. Она незаменима для обеспечения электронных, электрохимических, высокотемпературных и механических процессов, освещения и связи.
47
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Управление социально-экономическими и производственными системами
немыслимо без ИТ, позволяющих обрабатывать чрезвычайно большие объемы
информации, и телекоммуникаций, ускоряющих оборот информации, вместе
обеспечивающих синхронизацию и оптимизацию всей системы управления.
Более широкое использование электроэнергии в сфере быта связывается с
механизацией и автоматизацией труда в домашнем хозяйстве, проникновением
в быт людей информационных технологий, повышением качества образования,
медицины и отдыха. Рабочая сила превращается в человеческий капитал — эффективный производственный фактор.
Передача органических энергоносителей. При транспортировании
нефти через океан танкерами наиболее экономична перевозка крупными судами. Водоизмещение танкеров может составлять более 500 тыс. т. Проблемы,
возникающие при таких перевозках, связаны с авариями танкеров.
При передаче нефти и газа трубопроводами для преодоления гидродинамического сопротивления, обусловленного вязкостью, требуется насосная
перекачка. Вязкость потока особенно значительна при низких температурах.
Передача природного газа осуществляется либо по газопроводам, либо
океанскими танкерами в сжиженном виде. Одним из крупнейших в мире является газонефтепровод, связывающий Уренгой с Западной Европой.
Затраты на транспортирование некоторых видов энергоносителей (в
относительных единицах) таковы: метан (по трубопроводу) — 1,0; бензин (танкерами) — 3,0; электроэнергия (по высоковольтным линиям) — 6,6.
3.6.
Энергетика и прогресс общества
3.6.1. Топливные эры и технологические уклады
Уровень цивилизации связан с тем, какие виды энергоресурсов используются, какими методами и в какие виды конечной энергии они преобразуются,
а также какова эффективность применения конечной энергии. Показателем
48
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
уровня развития общества является расход первичных энергоресурсов на душу
населения. Передовые страны расходуют в год 5... 6 т у.т. на человека, отсталые
— менее 2...3 т у.т.
Использование топлива для выработки теплоты, приготовления пищи и
изготовления орудий труда восходит к временам, отдаленным на десятки тысяч
лет. Тогда началась эпоха дров (первая топливная эра).
Первоначально уголь использовался лишь при отсутствии дров. Его применение достигло больших масштабов в XVI в., что и открыло эпоху угля (вторая топливная эра), а затем привело к первой промышленной революции.
Во второй половине XIX в. началась эпоха нефти (третья топливная
эра). Появление ДВС обусловило вытеснение угля как источника для выработки механической энергии.
Природный газ стал конкурировать с нефтью в 30-х гг. XX в. В настоящее
время эти два вида энергоресурсов, которыми представлено углеводородное
топливо, обеспечивают 60 % общемирового потребления энергоресурсов, а в
России — более 70 %, тогда как на уголь в развитых странах приходится не более 30 % общего потребления энергоресурсов.
Экономический рост подвержен цикличности. Это вызвано изменениями
как в экономическом поведении агентов, так и в существующих технологиях.
Долгосрочные колебания темпов экономического роста согласуются со сменой
технологических укладов — поколений применяемых технологий. Каждому
укладу соответствует свой тип потребления, стиль жизни людей, уровень развития производственной инфраструктуры, а также состав и эффективность использования энергоносителей. Различают пять технологических укладов.
Первый соответствует расцвету текстильной промышленности и характеризуется применением дровяного топлива и энергии водяного колеса. Основной
вид транспорта — водный.
Второй уклад связан с созданием парового двигателя. Бурно развиваются
угольная промышленность, черная металлургия и машиностроение, распро-
49
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
страняется железнодорожный транспорт (ЖДТ). В этот период происходит
первая промышленная революция, начинается урбанизация общества.
Третий технологический уклад примечателен развитием сталелитейного
производства, электроэнергетики и неорганической химии. Распространяется
автомобильный транспорт, хотя преобладает железнодорожный. В рамках этого
уклада наступает третья топливная эра. Начинается становление сферы услуг.
Четвертый уклад связан с широким внедрением и использованием механических транспортных средств, развитием органической химии и цветной металлургии. Распространяются новые строительные технологии и материалы.
Развивается сфера услуг и бытовая техника. На транспорте начинают доминировать автомобили; становится обычным авиатранспорт.
Пятый технологический уклад отмечен революциями в сферах информатики и управления. Развиваются телекоммуникации, ИТ, роботостроение, сервис (бизнес информационных услуг и развлечений). Осваиваются новые материалы: керамика, композиты и др.
В каждый период в данной экономической системе, как правило, сосуществуют три технологических уклада: доминирующий, предыдущий (приходящий в упадок) и новый, находящийся в стадии становления. В экономически
развитых странах в настоящее время происходит процесс смены четвертого
технологического уклада пятым. В России третий технологический уклад, достигнув зрелости к концу 1960-х гг., продолжает доминировать и сейчас. Существует острая необходимость в преодолении этого отставания.
3.6.2. Изменение структуры потребления энергии в XX в.
Изменение структуры топливно-энергетического баланса. В XX в. в
мире произошло 20-кратное повышение уровня использования коммерческих
энергоресурсов, составившего в 2000 г. 12 млрд т у. т. (общее мировое потребление энергии 14,3 млрд т у.т.).
50
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Динамика изменения долей первичных источников энергии в мировом
топливно-энергетическом балансе (ТЭБ) приведена в табл. 3.4.
Таблица 3.4
Доли первичных источников энергии в мировом топливноэнергетическом балансе, %
Период
Мускульная энер- Органические
Древесина
Уголь
500000 лет до н.э.
гия
100
2000 г. до н. э.
70
Около 1500 г.
вещества
-
-
-
25
5
-
10
20
70
_
1910г.
-
16
16
65
1935 г
-
13
9
55
1972 г.
-
-
10
32
1990 г
-
-
1
25
500000лет до н.э.
-
-
-
-
2000г до н.э.
-
-
-
-
Около 1500г.
-
-
-
-
1910 г.
3
-
-
-
1935г
15
3
5
-
1972г.
34
18
5
1
1990г.
38
24
4
8
Россия занимает передовые позиции по применению газа, которое составляет в ее энергобалансе 53 % (18 % общемирового использования). Китай,
наоборот, лишь 2 % своих потребностей в энергии покрывает за счет природного газа, тогда как на 80 % они удовлетворяются посредством применения угля.
Геополитическое распределение потребителей энергии.
В последние десятилетия развитые страны увеличивали как количество
потребляемой энергии, так и эффективность ее использования. В настоящее
время 78 % мирового энергопотребления приходится на Северную Америку,
Азиатско-Тихоокеанский регион (АТР) и Европу.
51
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
В 20 странах расходуется более 80 % всей энергии. Крупнейшими потребителями энергии, млрд т у.т., являются США (3,1), Китай (1,2) и Россия (1,0).
Потребление энергии на душу населения также неравномерно: 12 % населения
Земли потребляет более 48 % производимой энергии, а 68 % — только 19 %.
Неравномерность энергопотребления — это подтверждение полярности мира,
его социальной несправедливости, причина неустойчивости в будущем.
Дифференциация стран и регионов по удельным показателям энергопотребления. Данные по использованию энергии в странах и регионах мира
приведены в табл. 1.5. В богатых странах на душу населения приходится 10...
14 т у.т./год, в беднейших - 0,3... 0,4 т у.т./год. Существует следующая закономерность: чем выше средний доход жителей, тем больше потребление электроэнергии. Среднемировой удельный показатель, кВт∙ч/чел., равен 2300, в США 12 800, а в России -5660. Африканские государства отстают по этому показателю от США в 25 раз.
Роль природно-территориальных факторов в межрегиональной дифференциации энергопотребления. Северные страны вынуждены расходовать
много энергии на отопление.
Таблица 3.5
Уровень использования энергии, %, в странах и регионах мира по отношению к США
Расход элекВВП на дуЭлектроРасход энерЭнергоемтроэнергии на
Страна, регион шу населеемкость
гии на душу
кость ВВП
душу населения
ВВП
населения
ния
Северная Америка
98,0
102,1
106,8
99,7
103,4
Япония
Западная Европа
83,5
71,1
54,0
61,9
74,9
72,0
45,1
44,3
62,5
51,8
Россия
Китай
Остальные
страны бывшего соцлагеря
20,4
8,6
18,0
293,2
100,3
195,2
219,1
77,0
166,2
59,8
8,6
32,7
44,7
6,6
28,5
52
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Индия
5,0
68,2
70,8
3,4
3,5
Остальной мир
16,1
40,7
38,6
9,1
8,6
Мир в целом
23,1
78,2
70,8
19,1
19,1
Россия, например, затрачивает на производство единицы ВВП на 40 %
энергии больше, чем страны Центральной Европы.
В то же время в южных странах часть энергии используется для кондиционирования помещений, транспортных средств и пр. Так, в США только на
кондиционирование расходуется 1,5 % Потребляемой в стране энергии.
Потребность в энергии возрастает также, когда площадь территории государства превосходит «критическое» значение в 500 тыс. км2. Закон неэффективности большого государства объясняет, почему японцу необходимо в среднем 4,5 т у.т./год, и го время как американцу — 11 т у.т./год (при равной среднегодовой температуре воздуха 11,2 °С).
Природно-территориальные условия сказываются и на транспортной составляющей энергозатрат на единицу ВВП и душу Населения: кроме температурных условий на экономику перевозок влияют осадки и состояние дорог, атмосферное давление, книжность, освещенность и другие факторы.
В России годовой объем производства энергоресурсов на душу населения
достигает 6,3 т у. т. Однако поскольку около трети всех добываемых энергоресурсов Россия экспортирует, потребление внутри страны составляет 4,2 т у.т.,
тогда как уровень потребления в Европе — 4,7 т у.т., а мировой — 2,3 т у.т.
Структура, %, производства энергоресурсов в России в конце XX в. была
такова:
1997 г.
1999г.
Газ
38
50
Уголь
15
11
Нефть
41
30
АЭС и ГЭС
5
7
Прочие
1
2
53
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Что касается потребления энергоресурсов, то в 1999 г. в России их экспорт составил 32 % общего объема потребления, на долю тепло- и электроэнергетики приходилось соответственно 27 и 20 %, транспорта — 8 %.
Прогноз энергопотребления в XXI в. Обеспеченность текущей добычи
разведанными запасами составляла в мире в 2000 г. для нефти — 37 лет, газа —
63 года, угля — более 250 лет (данные СО РАН РФ). Запасы сырья для атомной
энергетики значительны.
Прогнозируется замедление темпов роста энергопотребления, что обусловлено демографическими и ресурсными факторами.
В первые десятилетия XXI в. роль нефти в мировом ТЭБ будет определяющей. Во второй половине века снизится доля углеводородных энергоносителей и возрастет роль угля. Будет наблюдаться устойчивое увеличение объемов
выработки и применения атомной, солнечной, ветровой и геотермальной энергии, а также энергии биомассы. Доля энергии, вырабатываемой ГЭС, будет возрастать благодаря использованию потенциала крупных равнинных рек Южной
Америки, АТР и Сибири, а также горных рек.
3.6.3. Формирование цен на энергоресурсы
Два подхода к проблеме формирования цен на энергоресурсы. При
рассмотрении проблемы ценообразования применяют два подхода: долго- и
краткосрочный. Долгосрочный подход характерен для устойчивых условий
экономики и долговременных изменений условий производства (обеспеченность энергоресурсами, система технологий энергопотребителей, ценность выпускаемой продукции, возможности ее сбыта и др.).
При реализации краткосрочного подхода добавляются факторы, связанные с текущими ожиданиями, рыночной конъюнктурой и др.
В долгосрочном варианте технологии рассматриваются как гибкие, а производственные ресурсы — как мобильные; при использовании краткосрочного
подхода возможность изменения технологий и перераспределения ресурсов от54
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
сутствует. Это означает, что «шоки предложения», т.е. изменения в условиях
производства, в краткосрочной перспективе оказывают более сильное воздействие на цены, чем в долгосрочной, поскольку в последнем случае потребители
успевают адаптироваться к новым условиям.
Рост цен на энергоресурсы в краткосрочном периоде приводит к некоторому снижению спроса на них и в силу негибкости технологий — к такому же
уменьшению спроса на все остальные ресурсы. Следовательно, объем выпуска,
обеспечиваемый использованием этих энергоресурсов, настолько же чувствителен к изменению цен, насколько и спрос на энергоносители. Ясно, что чем выше доля издержек на энергию в общих производственных расходах, тем значительнее будет сокращение уровня производства, вызванное удорожанием энергоресурсов.
В долгосрочном периоде рост цен на энергоресурсы служит стимулом к
энергосбережению и вложению инвестиций в изменение технологии. Более дорогостоящая энергия будет замещаться другими факторами производства, и
прежде всего основным капиталом. Это приведет сначала к дополнительному
падению спроса на энергию, уменьшению энергоиздержек, а затем к росту производства и некоторому восстановлению спроса на энергию. Результат будет
зависеть от возможности замены энергии другими факторами производства.
Если такое замещение обеспечивается, то в долгосрочной перспективе можно
ожидать восстановления выпуска и такого сокращения энергозатрат, которое
приведет к прежним издержкам на закупку энергоресурсов.
Другой крайний случай — замещение энергии другими факторами невозможно. Тогда как в кратко-, так и долгосрочной перспективе сохранится значительное падение производства. В промежуточном случае (замена возможна, но
затруднительна) рост цен на энергоресурсы в долгосрочной перспективе вызовет некоторый спад производства и сокращение спроса на энергию.
Таким образом, спрос на энергоресурсы при изменении их цен более эластичен в долгосрочной перспективе, чем в краткосрочной. И напротив, уровень
производства энергопотребителей более чувствителен к изменению цен в крат55
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
косрочной перспективе, нежели в долгосрочной. В долгосрочной перспективе
цены на энергетические ресурсы тем больше, чем выше их энергосодержание и
качество. На мировых рынках наибольшую цену имеет нефть (в расчете на 1 т
у.т.), на втором месте — природный газ, цена которого за 1 т у. т. меньше цены
нефти на 15... 20 %. Уголь ценится ниже, чем нефть и газ. Электростанции, использующие уголь, расходуют на 15...20 % больше условного топлива (на единицу вырабатываемой электроэнергии), чем применяющие газ. Кроме того,
сжигание газа практически не дает выбросов в атмосферу оксидов серы и азота,
твердых частиц и фтористых соединений, что обусловливает ценность газа.
Самый дорогостоящий вид энергии — электроэнергия. Тариф на нее (цена за
сравнимое количество) вдвое - втрое выше, чем на высококачественный бензин.
Влияние цен энергоресурсов на экономику. Цены энергоресурсов зависят от затрат на их производство. Однако в рыночной экономике более существенное влияние на цены оказывает спрос. Большинство факторов, определяющих цены энергоресурсов в долгосрочном периоде, воздействуют именно на
спрос. Главную роль среди них играет технологическая структура энергопотребителей, от которой зависит эффективность использования топлива. Согласно
экономической теории объем реализации товара на рынке пропорционален
предельно высокой цене, которую покупатели еще готовы заплатить за дополнительную единицу товара. Эта цена реализуется в условиях конкуренции
между покупателями.
Чем выше эффективность производства в экономической системе, тем с
большим эффектом можно использовать энергоресурс. Долгосрочные цены на
разные виды энергоресурсов устанавливаются примерно пропорционально качеству ресурсов. В краткосрочной перспективе при ухудшении условий добычи
энергоресурсов потребители, применяющие их наименее эффективно, вынуждены сворачивать производство (из-за нерентабельности). В результате предельно высокая цена на энергоресурсы возрастает, поскольку для оставшихся
на рынке она выше. В долгосрочной перспективе производство приспо-
56
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
сабливается к новым ценам на энергоносители: дополнительные инвестиции в
энергосбережение повышают эффективность использования топлива и энергии.
Тот факт, что в историческом плане цены на энергоресурсы постоянно
возрастали, малоинформативен для анализа реальных экономических отношений. Важен их рост по отношению к ценам на другие товары.
Относительные цены на энергоресурсы возрастали в течение всего XX в.
В 1970-х гг. в развитых странах начал доминировать четвертый технологический уклад. Этот процесс совпал с энергетическим кризисом, вызванным образованием картеля стран — экспортеров нефти. Относительные цены на энергоресурсы повысились за десятилетие в 4 —5 раз.
Однако начиная с 1982 г. отмечалось снижение относительных цен на
энергоресурсы. Их удорожание оказало стимулирующее воздействие на энергосбережение. Правительствами стран и фирмами были приняты программы,
предусматривающие компенсацию затрат на инвестиции в энергосбережение и
создание энергосберегающего оборудования, штрафные санкции за перерасход
энергии и ужесточение мер по охране окружающей среды. В результате через
20 лет энергоемкость ВВП ведущих стран сократилась на 30 %.
3.7.
Энергетика и экология
Биосфера и ее развитие. Часть оболочки Земли, состав и энергетика которой обусловлены прошлой и современной деятельностью живых организмов
(живым веществом), носит название биосферы. Она охватывает тропосферную
часть атмосферы, почвенный слой литосферы и гидросферу Земли, которые
взаимосвязаны из-за наличия сложных биогеохимических циклов миграции
веществ и энергии.
Начальные этапы биогенных циклов превращений вещества и энергии в
биосфере обусловлены преобразованием солнечной энергии гелиотрофными
организмами, а превращений энергии окислительно-восстановительных про-
57
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
цессов в энергонасыщенные органические вещества — хемотрофными организмами.
В пределах биосферы везде встречается либо живое вещество, либо следы
его биогеохимической деятельности. Живое вещество, преобразуя солнечное
излучение, вовлекает неорганическую материю в непрерывный круговорот в
биосфере. Газы атмосферы, природные воды, нефти, угли, известняки, глины
созданы живым веществом. В разработке учения о биосфере Земли ведущая
роль принадлежит академику В.И.Вернадскому.
В результате развития цивилизации в биосфере возникла техносфера.
Биосфера, включая техносферу, под влиянием научных достижений и человеческого труда постепенно переходит в новое состояние — ноосферу — сферу
разума (мыслящую оболочку Земли).
Ноосфера — высшая стадия развития биосферы, связанная с деятельностью человечества, которое, познавая законы природы и совершенствуя технику, становится мощной планетарной геохимической силой, оказывающей определяющее влияние на ход биосферных процессов Земли. Человечество должно
разумно управлять развитием жизни в единстве с геохимической средой с целью максимального использования богатств биосферы без ущерба для ее экосистем.
Интерес к изучению биосферы вызван тем, что локальное воздействие на
нее человека сменилось в XX в. его глобальным влиянием на состав и ресурсы
биосферы. На планете нет участка, где бы не были обнаружены следы деятельности человека. В атмосфере, океане и на суше повсеместно присутствуют продукты сгорания топлива и отходы химической индустрии. Интенсивное и нерациональное использование ресурсов биосферы развеяло миф о неисчерпаемости этих ресурсов.
Информация как геохимическая сила. В.И.Вернадский писал: «Все человечество представляет ничтожную массу вещества планеты. Мощь его связана не с его материей, но с его мозгом, с его разумом и направленным этим разумом его трудом. ...Разум вводит в механизм земной коры новые мощные про58
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
цессы, аналогичных которым не было до появления человека. Он изменил течение всех геохимических реакций». Вместе с тем В. И. Вернадский отмечает
пределы вмешательства человека в природные процессы, доказывает неизбежность исчерпания запасов энергии и распространенных веществ земной коры.
Рассматривая деятельность человечества в истории каждого химического
элемента, ученый вскрыл новый факт: глобальный природный процесс, связанный с работой человечества, нельзя свести лишь к материи и энергии. Идея о
несводимости мысли человека только к материально-энергетическому субстрату привела к предвидению В. И. Вернадским существования некой особой субстанции. Теперь мы знаем, что этой субстанцией является информация. Теория
информации и кибернетика сформировались уже после ухода В. И. Вернадского благодаря усилиям многих ученых, в том числе Н.Винера, К.Шеннона, Дж.
фон Неймана. Кибернетика, уточняя интуитивное представление об информации, изучает живые организмы и машины с точки зрения их способности
воспринимать определенную информацию, сохранять ее в памяти, передавать
по каналам связи и перерабатывать в сигналы, направляющие их деятельность.
Информация в той или иной степени используется отдельным человеком
как обобщенный, а не его личный опыт с целью оптимизации взаимоотношений
с окружающей средой. Владение же и управление информацией о глобальных
природных процессах и преобразовательной деятельности всего общества становится мощной геохимической силой.
Двойственный характер энергетики и устойчивое развитие биосферы. Достигнутый уровень развития производительных сил стал результатом
освоения гигантских энергетических массивов. Перспективы развития науки и
техники предполагают в будущем более значительные потребности в энергии.
Вместе с тем уже сейчас человечество находится в зоне экологического кризиса, вызванного деятельностью мирового энергетического комплекса. Этот кризис отличается не только дефицитом ресурсов жизнеобеспечения, но и избытком продуктов жизнедеятельности. Возникшая коллизия обусловлена двойственным характером развития энергетики: с одной стороны, она вносит колос59
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
сальный позитивный вклад в развитие человечества и новые, все возрастающие
потребности в энергии вызывают увеличение ее дефицита, а с другой — в соответствии с объемами преобразования, потребления и утилизации энергии растет ущерб, причиняемый среде обитания.
Основные источники выбросов в атмосферу — производство и потребление энергии. Среди производителей наиболее существенное отрицательное воздействие на окружающую среду оказывают ТЭС, а среди потребителей — автотранспорт. К концу XX в. на территории России двигатели ежегодно выбрасывали в атмосферу 8,41∙106 т СО, 1,5∙106 т N02, 4,4∙104 т С, 2,1∙105 т SO и 3,2∙103 т
РЬ. Главные загрязнители водных объектов — промышленные предприятия,
особенно цветной металлургии, и водный транспорт. Ресурсы почвы сокращаются не только вследствие ее загрязнения, но и в результате сооружения магистралей и предприятий.
Человечество, оценив последствия своих действий, должно выбрать рациональный путь.
В биосфере гармония развития обусловлена гомеостазом между компонентами этой сферы и факторами ОС. Согласно закону природной зональности
на определенном участке биосферы поддерживается некая стабильность сочетания факторов среды, которая, в свою очередь, обеспечивает стабильность состава и активности биоты, от которых зависит емкость и скорость метаболизм
данного участка биосферы.
Биота специализирована по функциям. Продуценты с помощью солнечной энергии из минеральной массы синтезируют фитомассу. Консументы
трансформируют первичную биологическую продукцию в зоомассу и микробиомассу, включая и ан-тропомассу. Редуценты разрушают, минерализуют отмершую биомассу до конечных минеральных элементов, вступающих в новый
цикл круговорота вещества.
Совокупность
продуцентов,
консументов
и
редуцентов,
вза-
имодействующих друг с другом и с ОС в условиях гомеостаза, представляет
60
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
собой экосистему. Экосистема функционирует в режиме, который контролируется сочетанием внешних условий: свет, теплота и влага.
Разум человека позволил создать систему технических средств для активной адаптации к среде обитания с широкими пределами экстремальных условий, добывать недоступные ранее ресурсы. Человек стал единственным биологическим видом, сумевшим преодолеть естественный лимит численности популяции, и зоомасса консументов перестала подчиняться закону регулирования
численности.
Неограниченный рост популяции человека создал критическую ситуацию
в среде его обитания. Прежде всего, возник дефицит ресурсов жизнеобеспечения. А в последние годы проявился избыток продуктов жизнедеятельности, который сформировал новый вид третичной (антропогенной) продукции, включающей в себя всевозможные отходы, искусственные вещества, отработавшие
машины и сооружения. Третичная продукция накапливается в биосфере, нарушая цикл круговорота, поскольку природные редуценты не справляются с
большой массой неестественных веществ. Неутилизированная масса третичной
продукции оказывает негативное влияние на функции естественных продуцентов и редуцентов. Биосфера вынуждена отдавать прожорливым консументам
все более значительный объем фитомассы и принимать в свой отрегулированный ранее цикл метаболизма возросший объем отработавшего вещества нового,
ранее неизвестного ей состава и свойств. В результате роста потребностей
уменьшился общий запас фитомассы, а затем стал нарастать дефицит растительной пищи, кислорода и пресной воды. Избыток отходов жизнедеятельности
человека еще более усилил дефицит фитомассы вследствие сокращения площади естественных экосистем и снижения их продуктивности из-за загрязнения
среды.
В этой ситуации человек должен взять на себя кроме функции консумента выполнение еще двух функций: продуцента и редуцента. Ему следует создать индустрию первичной биологической продукции — фитомассы для обеспечения роста численности популяции. Кроме того, он должен создать инду61
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
стрию рециклирования отработавшей третичной продукции, чтобы ликвидировать тромб, образованный этой продукцией в биологическом круговороте.
Принципы обеспечения устойчивого развития, связанные с потреблением
ресурсов, таковы:
- темпы потребления возобновляемых ресурсов (почва, вода, древесина,
биоресурсы) не должны превышать темпов их регенерации;
- темпы потребления невозобновляемых ресурсов не должны превышать
темпов их замены возобновляемыми или неисчерпаемыми ресурсами;
- интенсивность выбросов загрязняющих веществ не должна превышать
темпов, с которыми эти вещества перерабатываются, поглощаются или теряют
вредные для среды обитания свойства.
3.8.
Энергетика и транспорт
3.8.1. Энергетическая инфраструктура транспорта
Транспорт — существенный фактор экономического и социального развития, однако он является, с одной стороны, весьма энергоемкой отраслью,
требующей значительных людских и материальных ресурсов, а с другой — одним из основных источников загрязнения среды обитания.
Энергетическая инфраструктура транспорта включает в себя топливноэнергетическую базу и множество энергетических объектов, с которыми он
взаимодействует.
Общую структуру энергетики представим в виде диаграммы классов
UML (рис. 1.2). На диаграмме О2 — кислород, являющийся элементом атмосферы (стрелка с ромбиком) и одновременно сырьем (окислителем) для множества производственных процессов и жизнедеятельности (стрелки с наконечником); Н20 — вода гидросферы, используемая в реакциях процессов получения
топлива, в качестве носителя теплоты в коммуникациях либо как элемент различных производственных процессов и жизнедеятельности (вода рек как носи62
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
тель механической энергии, а также вода геотермальных источников выделены
в отдельные энергоресурсы); СnHm — множество углеводородных топлив и материалов; С — топлива на основе углерода; Н2 — технический водород; Производство ~ все множество производственных отраслей, кроме энергетики и
транспорта; Быт — сфера непроизводственной деятельности.
Излучение Солнца, достигающее Земли, — это поток энергии мощностью
1,78∙1017 Вт (сечение A-A). Около трети этого потока (6 ∙1016 Вт) поглощает атмосфера; 71 % потока, прошедшего через атмосферу (8,4∙1016 Вт), поглощает
гидросфера, а остальные 3,4∙1016 Вт — литосфера [13].
Отметим, что энергия ветра 6,12∙1021 Дж эквивалентна энергии, поступающей на Землю с потоком солнечного излучения в течение 6,12∙1021/(1,78∙1017)
= 34 382 с = 10 ч, энергия рек - в течение 0,1 ч, энергия горючих веществ
(1,98∙1023 Дж) — 12 сут. Последнее значение заставляет подумать о мизерности
природных ресурсов, накопленных Землей за миллиард лет геохимической эволюции.Мировое потребление энергии соответствует срезу В —В. Извлечение
ресурсов и их переработка требуют затрат энергии. Завершению подготовки
энергии к конечному использованию соответствует сечение С— С. Конечному
потреблению энергии отвечает зона между С - Си D — D.
Структура конечного потребления энергоносителей (с прогнозом до 2020
г.) в нескольких странах приведена в табл. 3.6.
63
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Таблица 1.6
Структура конечного потребления энергоносителей, %
Годы
Сфера потребления
1980
Производственная
сфера
Непроизводственная
сфера
Транспорт
1990
США
1995
2010 2020
40,3
38,1
38,0
35,6
35,1
33,9
25,9
35,0
26,9
35,4
26,6
34,6
29,8
34,2
30,7
29.6
29.7 29.8
Западная Европа
Производственная
сфера
41.7
31.0
64
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Непроизводственная сфера
Транспорт
Производственная
сфера
Непроизводственная сфера
Транспорт
Производственная
сфера
Непроизводственная сфера
Транспорт
37.5
20.8
39.6
29.4
Япония
40.1
30.1
38.1 37.3
32.2 32.9
56.2
48.3
48.3
48.7
23.1
20.7
25.1
26.6
Россия
26.5
25.2
29.9
21.4
65.0
58.8
52.0 52.0
24.0
11.0
31.0
10.0
35.0 33.0
13.0 15.0
Отметим диспаритет с ущербом для транспорта в структуре потребления
энергии в России.
65
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Чрезвычайно важное значение для экономики имеет КПД извлеченных из
недр материалов (зона между сечениями В—В и D — D). Энергия, заключенная
в добытом топливе, используется лишь на одну четверть.
Транспорт, применяя энергоносители и компоненты для их утилизации,
полученные из трех природных сфер, возвращает в эти сферы загрязнения разных типов, что отражено на рис. 1.3. Четыре типа загрязнений — ингредиентные, параметрические, биоценотические и ландшафтные — соответствуют
классификации, принятой в экологии (см., например, [12]).
Транспорт является основным потребителем жидкого топлива, расходующим 48 % добываемой в мире нефти.
3.8.2. Энергозатраты компонентов транспорта
Целенаправленное взаимодействие множества объектов транспорта обусловлено функционированием пяти подсистем, представленных на диаграмме
классов «Транспорт» (рис. 3.4).
Транспортное пространство — носитель энергоемкого транспортного
производства. Структура модели этого пространства представлена диаграммой
классов UML на рис. 3.5. В физической среде пространства (субстанционально
разделяющейся на четыре подкласса — Космос, Воздух, Вода и Земля) переносятся газы, распространяются звуковые, электромагнитные и сейсмические
волны.
Транспортное пространство имеет границы, обусловленные естественными (в модели — класс Физическая Оболочка) или искусственными, организационно-правовыми (Правовые Ограничения), факторами. Через границы происходит энергообмен с ОС (звук, утечка нефтепродуктов и др.). Пространство характеризуется определенным режимом: температурой воздуха, наличием освещения, фазой пешеходного перехода и др.
Топология связей транспортного пространства (представляемая классом
Сеть) существенно влияет на энергетику транспорта и движение транспортных
66
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
потоков. Сеть представляется графом. Элементами-примитивами сети являются
два класса — Ребро и Вершина, а облик сети характеризуется классом-компонентом Конфигурация, композиционно обусловленным классами понятий
Метрика, Топология и Геометрия.
К наиболее важным факторам, определяющим энергозатраты на перевозки, можно отнести энергетические показатели транспортных средств (ТС) и
энергозатраты на проводку транспортных потоков.
Транспортная техника (см. рис. 3.4) — механизмы, машины, сооружения
— наиболее энергозатратная подсистема. Персонал занят трудовой деятельностью; создание ему рабочих условий сопряжено с энергозатратами. Объекты
перевозок — пассажиры и грузы. Обеспечение комфорта пассажирам и сохранности грузов также требует энергозатрат, равно как и функционирование
системы управления — совокупности элементов, осуществляющих управление
процессами и информационное взаимодействие с инфраструктурой.
67
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
3.8.3. Факторы формирования энергозатрат на перевозки
Процесс перевозки состоит из совокупности различающихся по энергоемкости операций: складирования, комплектации, накопления, упаковки, погрузки, транспортирования, разгрузки и др. При выполнении этих операций используется множество разнообразных технических средств.
Энергозатраты на перевозку зависят от технических характеристик
средств труда и организации работ в каждом элементе процесса продвижения
груза, что будет рассмотрено в гл. 5. Здесь же мы затронем вопросы формирования и оценки энергозатрат на осуществление определенного процесса —
транспортирования, эффективность которого в первую очередь зависит от характеристик ТС.
К основным характеристикам, определяющим эффективность ТС, относятся производительность и экономичность.
Часовая производительность ТС
Ï
Ò
 v p mT
где v p — рейсовая скорость движения ТС, км/ч; тТ — масса груза, т.
Экономичность ТС характеризуется параметром
g T  GT / mT ,
где GT — часовой расход топлива, кг/ч.
В табл. 1.7 приведены данные для Пт и gT по видам транспорта.
Транспортирование грузов осуществляется по маршруту, состоящему из
участков транспортной сети, при наличии помех и определенной организации
движения. Поэтому энергозатраты единичного ТС зависят не только от его
свойств, но и от названных факторов, а также умения водителя управлять ТС в
оптимальном режиме в разных ситуациях.
68
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Т а б ли ц а 3.7
Сравнение основных характеристик видов транспорта
Вид транспорта
Производительность
Параметр
экономично-
Автомобильный
Пт, т∙км/ч
100... 1500
сти gT, кг/(т∙ч)
0,5... 1,0
Железнодорожный
4000... 6000
1,2...1,6
Водный
2000... 3000
1,7...2,3
Воздушный
5000... 25 000
2,3...2,9
Энергозатраты транспортного потока складываются из затрат единичных
ТС. Энергозатраты же, связанные с движением множества ТС по сети, представляют собой сумму затрат потоков, движущихся по элементам сети: ребрам
(магистралям) и вершинам (развязкам, станциям).
С точки зрения эффективности движения потоков и энергозатрат основой
для транспортной сети являются ее топологические свойства (направленность,
связность, цикличность) и организация движения. Топологические свойства поразному влияют на эффективность транспортной сети: например, по признаку
цикличности для мегаполиса нужна ячеистая сеть, а для транспортного коридора — древовидная структура с высоким значением так называемого показателя
ствольности [14].
3.8.4. Статистика энергетики автомобильного транспорта
Автомобиль. Число АТС в мире превысило 6 • 108 ед. что составляет 100
ед. на 1000 чел., при этом в США, например, — 798, а в России — 190 ед./ЮОО
чел. Уровень автомобилизации населения в мире растет быстрее самого населения (27 % против 4 % в период с 1996 по 1999 г.).
Суммарная мощность автомобильных двигателей составляет 20...25 млрд
кВт, а вырабатываемая ими энергия — 30 трлн кВт∙ч/год (3,7 Гт у.т./год, т. е.
1/4 всего объема энергии, осваиваемого человечеством).
69
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
По объему отдельных потребляемых жизненно важных ресурсов автомобиль существенно превосходит человека. Так легковой автомобиль, годовой
пробег которого составляет 15 тыс. км, потребляет кислорода столько же,
сколько его необходимо в течение этого времени 15 чел..
Автомобильный транспорт. Мировой автопарк насчитывает более 140
млн грузовых АТС и 460 млн легковых автомобилей и автобусов. Потребности
в автоперевозках возрастают. Увеличивается парк, протяженность автодорог,
объем перевозок и грузооборот. Ежегодный объем перевозок оценивается в 21
млрд т грузов. Общая протяженность дорог превысила 13 млн км.
Плотность распределения АТС, равная отношению числа АТС к площади
территории, является показателем моторизации территории. На рис. 1.6 приведены результаты выполненного в МАДИ (ГТУ) анализа соотношения между
плотностью улично-дорожной сети (УДС) и плотностью распределения АТС.
Видим, что Россия уступает странам Европы. Предельно высокой моторизацией отличаются мегаполисы. В табл. 1.8 представлены показатели моторизации и УДС крупнейших из них [18].
Автомобильный транспорт России. В России зарегистрировано более
30 млн АТС. Наряду с российскими перевозчиками транспортные услуги
предоставляют зарубежные фирмы.
Общий объем перевозок 19 млн т. Совокупный доход всех автотранспортных организаций от перевозок российских грузов оценивается в 5
млрд долл., на долю российских перевозчиков приходится 0,9 млрд долл
Протяженность автодорог превышает 900 тыс. км. Треть из них имеет
гравийное, шлаковое или булыжное покрытие; 10 % представляют собой грунтовые дороги. Плотность автодорог общего пользования составляет 25 км на
1000 км2, в то время как в Западной Европе — 1000 км, а в США — 800 км.
Большая часть дорог не справляется с грузопотоком, однако темп строительства дорог недостаточно высок.
70
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
На внутреннем рынке грузовых автоперевозок функционируют свыше
400 тыс. субъектов, имеющих около 2 млн АТС. В среднем объем перевозок
одного грузового автомобиля равен 2,2 тыс. т в год при грузообороте 53 тыс. т
• км. Среднесуточный пробег 24 км.
Таблица 3.8
Показатели улично-дорожной сети крупнейших городов мира
Мегаполис
Плотность
Число
АТС Плотность
населения,
на 1000 чел. УДС,
тыс. чел./км2
Плотность
рас-
пределения АТС,
км/км2
ед./км2
Нью-Йорк
9,2
345
13,3
3174
Монреаль
3,5
337
4,4
1180
Лондон
4,2
253
8,0
1063
Гамбург
2,1
400
5,2
840
Париж
5,2
350
4,7
1820
Москва
8,5
163
4,0
1386
Городской наземный электрический транспорт функционирует в 113 городах России. Объем учтенных перевозок составляет 16 млрд пасс, пассажирооборот — 53 млрд пасс.-км.
71
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Улично-дорожная сеть страны не соответствует фактической интенсивности транспортных потоков. Плотность УДС в крупных городах составляет 1,5...
1,6 км/км2 (оптимальная — 2,2... 2,4 км/км2). Техническое состояние дорог неудовлетворительное.
Возможная динамика развития транспорта страны и прогноз энергопотребления до 2020 г. приведены в табл. 3.9 и 3.10.
72
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
3.8.5. Логистический и геоинформационный подходы к транспортной
энергетике
Логистика — дисциплина, целью которой является оптимальное управление материальными, а также совокупными информационными и финансовыми потоками от их возникновения в виде сырья до поглощения в виде конечного продукта. Между возникновением и поглощением потоков звенья логистической системы производят над ними множество операций (логистических
активностей): преобразование, перемещение, сортировку, ветвление, слияние,
консолидацию, хранение, складирование и др. Критериями оптимизации могут
быть минимум суммарных затрат по логистической системе, максимум корпоративной прибыли и другие показатели. Важную роль в логистике играет
транспорт.
Энергетика — это суперсложная система, а ее компонент — транспортная энергетика представляет собой сложную распределенную динамическую
систему с множеством элементов, а также перекрестных связей как между элементами, так и с хозяйственным комплексом в целом. Эти связи образуют сети
с реализацией множества потоков разной природы. Транспортная энергетика,
обладающая перечисленными особенностями, несомненно, является логистической системой.
Представим процесс продвижения энергопотока по логистическому каналу в виде диаграммы активностей UML (рис. 1.7).
73
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вся сфера деятельности делится на пять полос ответственности хозяйственных комплексов: выработка (месторождения), первичная обработка, переработка (нефтеперерабатывающим комплексом), распределение (топлива) на
пути от нефтеперерабатывающего завода до автозаправочной станции, утилизация (поглощение энергии топлива) в процессе движения АТС. Последовательность активностей может видоизменяться и приобретать сетевую
форму.
Геоинформационные системы (ГИС) служат целям интегрированного
представления и использования информации о множестве сфер деятельности в
регионе (мире) с привязкой к геодезической сети. Информация о сферах деятельности располагается «послойно».
В настоящее время логистический, геоинформационный и объектноориентированный подходы интегрируются для решения общей проблемы моделирования, проектирования, анализа и сопровождения сложных распределенных динамических систем.
В завершение мысленно представим, что множество потоков энергии (1-й
слой), ассоциированных с потоками энергоносителей (2-й слой), продвигаются
к своему конечному потребителю — потокам АТС (3-й слой), осуществляющим
продвижение грузопотоков (4-й слой) и пассажиропотоков (5-й слой) на сети
дорог (6-й слой), и все они привязаны к геодезической сети (7-й слой).
74
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
3.9.
Научно-технические проблемы и задачи транспортной энерге-
тики
Развитие теоретических основ рабочих процессов. Эффективность реализации энергии существенно отражается на эффективности перевозок и
именно с ней связаны основные проблемы транспортной энергетики: дальнейшее развитие теоретических основ организации сгорания жидкого и газообразного топлива в традиционных двигателях; развитие водородной энергетики;
разработка альтернативных моторных топлив; совершенствование методов
снижения уровня загрязнения ОС.
Конструктивное совершенствование традиционных видов транспорта. Проблемы в этой области включают в себя снижение удельной массы элементов, повышение удельной мощности ДВС, КПД энергосиловых элементов,
уменьшение сопротивления движению, осуществление рекуперативного торможения, увеличение запаса хода.
Развитие новых видов транспорта. К новым видам транспорта относятся электромобили с индуктивным подводом энергии, бесколесный рельсовый
транспорт и гелиотранспорт.
Конструктивное совершенствование систем обеспечения работы
транспортных энергоустановок. Эта тема детально рассмотрена в гл. 3.
Оптимизация и автоматизация управления транспортным средством
и его энергосиловыми элементами. Специализированное ТС может быть совершенным только для определенных эксплуатационных условий. АТС общего
назначения можно сконструировать и настроить на преобладающий режим
движения. Однако сколь совершенной ни была бы конструкция, без умелого
управления автомобилем высокой эффективности АТС не добиться.
Развитие дорожной сети. Кроме экстенсивного наращивания суммарной
длины дорог с усовершенствованным покрытием необходимо развитие и применение методов оптимизации топологии дорожной сети.
75
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Оптимизация
управления
автотранспортными
потоками
(AT-
потоками). Без оптимального управления АТ-потоками высокая энергоэффективность парка машин недостижима. Цепь исследовательских действий в этой
области включает в себя решение ряда задач по следующим элементам: одиночное движение АТС —движение АТС в цепочке—движение АТС в потоке —
установившееся движение однородного АТ-потока —установившееся движение смешанного АТ-потока —движение пачек АТС и их взаимодействие в АТпотоке — нестационарные АТ-потоки — взаимодействие потоков на фрагменте
УДС —АТ-потоки на сети.
Энергоснабжение подвижного состава, транспортных систем и предприятий. Это задачи слоя деятельности между
сечениями В —В и С—С структурной схемы энергетики (см. рис. 1.2) или
первые четыре зоны деятельности диаграммы активностей (см. рис. 1.7). Решение этих задач должно осуществляться с применением распределительной логистики и ГИС.
Оценка энергоемкости транспортной продукции. Это проблема совершенствования методологии измерения и развития системы показателей.
Упомянем измеритель «тран», предлагаемый исследователями для оценки
энергоемкости транспортного процесса.
Снижение издержек на топливно-энергетическую составляющую транспортного процесса. Разработка и применение методов снижения энергозатрат.
Технические методы снижения энергозатрат включают в себя совершенствование конструкций машин, используемых в транспортном процессе, правильный выбор специализированных средств, поддержание технического состояния
машин и дороги на высоком уровне.
Технологические методы — оптимальное управление транспортным
средством, использование влияния технологии погру-зочно-разгрузочных работ
на энергоемкость функционирования транспортного комплекса.
76
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Организационно-управленческие методы связаны с исследованием и использованием влияния организации движения и логистических методов организации перевозок на энергоемкость перевозок.
Применение энергосберегающих технологий как способа защиты окружающей среды и общества. Наиболее важными аспектами этой проблемы являются совершенствование систем снижения дымности и токсичности транспортных ДВС, обеспечение экологической безопасности моторных топлив,
контроль их качества и расходования.
77
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Глава 4 ЭНЕРГЕТИКА КОМПОНЕНТОВ И ИНФРАСТРУКТУРЫ
ТРАНСПОРТА
4.1. Производство автотранспортных средств
Энергоемкость конструкции АТС определяется суммарной энергией,
вложенной в нее на стадии изготовления, и зависит от объема производства,
характеристик станочного парка и оборудования, массы объекта, номенклатуры
используемых материалов и пр. Структура энергопотребления, %, в автомобилестроении такова: приведение в действие станков и оборудования — 46, электротермия — 19, получение сжатого воздуха — 16, электролиз — 6, вентиляция
и кондиционирование — 6, освещение — 5, водопользование — 2. Значения
КПД машин, механизмов и оборудования, применяемых в основных энергетических процессах, представлены в табл. 4.1.
Таблица 4.1
КПД машин, механизмов и оборудования
Наименование
Топливо
твердое
Энергия
жидкое и газо-
образное
0,18 ...0,4 0,3...0,6
Рабочие машины, ме—
ханизмы
Транспортные средства 0,04... 0,07
Установки для электрохимических процессов
Оборудование
для
электротехнических
процессов:
осветительное
сварочное
электродуговые печи
индукционные печи —
установки ТВЧ
тепловая
электрическая
0,5 ...0,8
0,2...0,3
—■
0,3...0,4
—
—
—
0,6 ...0,8
—
—
—
—
—
0,03 ... 0,05
0,4 ... 0,7
0,7 ... 0,8
0,5...0,7
0,5 ...0,7
78
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Оборудование
для
теплотехнических процессов:
—
водогрейные котлы
парокотельные уста- 0,55 ...0,85
новки
теплообменная аппаратура
холодильные
уста- —
новки
—
воздухонагреватели —
отопление,
горячее 0,5 ...0,7
водоснабжение, вентиляция и кондиционирование
Огнетехнические
печи:
доменные
коксовые
мартеновские
кузнечные
термические
обжиговые
0,35 ...0,4
—
—
0,1 ...0,15
—
0,1 ...0,5
Вагранки
0,13...0,4
—
0,89...0,95
0,6...0,9
0,8 ...0,9
0,9...0,95
—
—
0,95 ...0,98
—
—
0,7...0,85
—
—
—
0,8 ...0,85
0,6...0,78
—
0,85 ...0,93
0,15 ...0,25
0,2...0,4
0,2...0,4
0,05 ...0,65
—
0,6...0,8
0,7... 0,85
—
—
—
—
—
—
0,5 ...0,7
—
0,65...0,75
0,6... 0,8
0,6 ...0,8
0,25...0,4
—
0,5...0,6
Энергозатраты, кВт∙ч/кг, при производстве материалов, используемых в
жизненном цикле (ЖЦ) АТС, таковы: сталь, чугун — 15; алюминий — 58; медь —
26; свинец — 23; пластмассы — 34; резина — 41; лаки, химикаты — 7, кислоты
— 0,18; бензин — 5; дизельное топливо — 3,5; СНГ — 0,14; СПГ — 0,23; масло
— 50; антифриз — 4 (здесь и далее выделены данные, которые понадобятся при
выполнении расчетов в подразд. 5.8.2). Энергоемкость АТС коррелирует с их
массой. На рис. 4.1 представлены данные о содержании материалов в конструкциях АТС.
79
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Рис. 4.1. Доля различных материалов в конструкциях автомобилей.
Энергозатраты на изготовление узлов и сборку легкового автомобиля
массой 1,16 т и грузового массой 18 т приведены в табл. 5.2.
Таблица 4.2
Энергозатраты, ГДж ( %), на изготовление АТС
Наименование
легковой
Автомобили
грузовой
Общие энергозатраты
8,06 (100)
523 (100)
Ходовая часть
—
124 (23,7)
Производство металлов 3,27 (40,6)
—
Кузов
0,50 (6,2)
115 (22,0)
Трансмиссия
0,86 (10,7)
28,1 (5,4)
Комплект колес
2,09 (25,9)
68,9 (13,2)
Сборка, окраска
0,65 (8,0)
—
Кабина
—
47,8 (9,1)
Двигатель
0,32 (4,0)
57,8(11,1)
Остальное
0,36 (4,6)
81,4 (15,5)
80
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Насколько высок уровень этих затрат? Воспользуемся данными табл. 4.2.
В мире существует 460 млн легковых автомобилей, которые обладают вложенной энергией 460∙106∙ 8,06 ГДж = 0,126 Гт у.т., и 140 млн грузовых автомобилей
с вложенной энергией 140- 106∙ 523 ГДж = 2,5 Гт у.т., что в сумме численно
равно 1/6 части мирового потребления энергии за год.
4.2. Строительство и содержание автомобильных дорог
Система производств в дорожном строительстве. Энергетический эквивалент 1 км автомагистрали определяется расходом топлива транспортного потока интенсивностью 10 тыс. автомобилей/сут при движении его по этому отрезку в течение 4 лет и составляет около 5∙1013Дж. Это немало.
Схема системы производств в дорожном строительстве приведена на рис.
4.2. Она включает в себя добычу сырья, производство строительных материалов и полуфабрикатов, собственно строительство (прокладка трассы, отсыпка
полотна, возведение сооружений, укладка основания, нанесение покрытия), а
также содержание и ремонт дороги (техническая эксплуатация, ремонт, утилизация отходов). Неоднократное использование перевозок отображено в виде
двухслойной схемы взаимодействия, где затемненными стрелками представлен
слой потока транспортных услуг, а светлыми — слой передачи энергии, вложенной в объекты.
Строительство автомобильных дорог (АД) осуществляется с применением машин и механизмов, работа которых требует определенных энергозатрат.
АД заключает в себе вложенную энергию, т.е. суммарные энергозатраты на
всех стадиях ЖЦ этого объекта. Энергозатраты в дорожном строительстве
удобно представлять как сумму энергозатрат по видам работ.
Энергетика строительных материалов. Объемы и темпы строительства и
содержания АД определяют развитие производства дорожно-строительных материалов на камнедробильных заводах, базах по приготовлению вяжущих материалов, эмульсий, заводах по переработке гудрона в битум, асфальтобетон81
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ных (АБЗ) и цементобетонных (ЦБЗ) заводах, заводах железобетонных конструкций (ЖБК).
Энергозатраты на исходные материалы — это то количество энергии,
которое необходимо для подготовки (в карьере, на заводе) 1 т материала к использованию в дорожном строительстве. Среднее количество вложенной энергии, МДж/т, составляет: природный песок, гравий — 20; щебень — 60; отходы
в карьерах — 70; битум — 620; цемент — 8000.
П е с о к и г р а в и й . Разброс затрат энергии на выемку и первичную обработку составляет 4... 45 МДж/т при среднем значении 20 МДж/т.
Щебень. При приготовлении щебня 17 % энергии расходуется на бурение
и взрывные работы, 10 % — на погрузку и перемещение в технологическом
цикле и 73 % — на дробление породы. Энергия, необходимая для производства
щебня, изменяется в зависимости от типа камня, расположения, конфигурации
и оснащенности карьера, положения слоев, толщины вскрыши и составляет
40... 80 МДж/т. Средняя энергия, затрачиваемая на обработку 1 т заполнителей
всех типов, равна 60 МДж, что эквивалентно 1,5 л дизельного топлива.
Битумные материалы. Потребность в энергии для получения битума
находится в пределах 300...700 МДж/т и зависит от качества сырья и совершенства технологических процессов.
Цемент. Энергозатраты на производство цемента в 10 —13 раз больше,
чем на изготовление битума. Источниками энергии служат уголь, нефть, подземный газ и электрический ток. В среднем для производства 1 т цемента тре82
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
буется 8,0 ГДж энергии. Лучшие мировые показатели приближаются к 3,5
ГДж/т.
Стальная
арматура
для
цементобетонных
покрытий.
Средний уровень затрат энергии на производство стали для арматуры 27 ГДж/т.
Энергия строительства автомобильных дорог. Энергопотребности
собственно строительства АД включают в себя две категории:
1)
энергию в виде топлива, используемого при транспортировании ма-
териалов и полуфабрикатов;
2)
энергию, применяемую в виде топлива в дорожно-строи-тельных
машинах и оборудовании.
Показатели потребления топлива по видам работ приведены в табл. 5.3.
Т а б ли ц а 5.3
Показатели потребления топлива при строительстве АД
Вид работ
Расход
дизельного
топлива
Земляные работы, л/м3:
грунт
1,34...1,49
камень
1,83...2,08
другие породы
1,63...1,88
Получение заполнителей, л/т:
на месте
0,95.-1,36
на базе с перевозкой на расстояние, км:
0...16
0,91.-1,25
16 ...32
1,32-2,05
Асфальтобетонная смесь, л/т:
производство
6,62-13,25
транспортирование на расстояние,
км:
0... 16
1,06-1,29
16... 32
1,14-2,20
укладка
0,23-0,76
бензина
0,54.-1,04
0,84.-1,09
0,74.-0,89
0,30.-0,42
0,83.-1,06
1,02.-1,86
0,26.-0,68
1,32.-2,01
1,32-3,37
0,30.-0,83
83
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Цементобетонная смесь, л/м3:
производство
0,74-2,23 0,59.-1,04
транспортирование
1,63-3,32
укладка
0,64-1,53 0,69.-1,88
З е м л я н ы е работы. На возведение полотна АД приходится 50...60%
общих энергозатрат. При возведении полотна основные энергозатраты связаны
с транспортом. Они зависят от дальности возки и грузоподъемности самосвалов. В табл. 5.4 приведены потребные объемы земляного полотна. При сооружении полотна в равнинной местности из выемок получают 40 % объемов
насыпей, в пересеченной — 60 %, в горных условиях — 100 %. На строительство из боковых резервов приходится 20 % общей протяженности дорог.
При проведении земляных работ важным является соблюдение геометрических параметров, что требует многократных энергоемких проходов техники
— грейдеров, бульдозеров. Обязательное уплотнение грунта, щебня и асфальтобетона является главной операцией, обеспечивающей прочность и долговечность полотна АД.
Существует несколько видов технических средств грунтоуп-лотнения, но
основным является самоходный одновальцовый виброкаток, шарнирно сочлененный с пневмоколесным тягачом и имеющий в качестве рабочего органа
гладкий или кулачковый валец. Уплотнение грунта происходит под воздействием двух факторов: вибрации и динамических частоударных нагружений.
Относительная значимость этих факторов, в том числе частоты и амплитуды
колебательных процессов (виброускорения до 2g), а также давления на грунт
(до 20 даН/см2), зависит от типа и состояния грунта. Толщина обрабатываемого
слоя может составлять 2 м. Поэтому общая масса катков может достигать 25 т,
вибровалыдового модуля — 18 т, а требуемая мощность для их работы — 150
кВт.
84
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Таблица 5.4.
Потребные объемы земляного полотна, тыс м3/км дороги
Характер рельефа
Категория дороги
I
Равнинный
120
Пересеченный
190
Горный
__
В заболоченной местно- 150
сти
II
IV
III
50
80
160
80
30
50
100
50
V
18
25
50
25
10
15
__
15
Энергетические потребности для возведения слоев оснований АД. На
устройство дорожной одежды приходится 15...30% общих энергозатрат. Строительство и реконструкция дорог и инженерных сооружений на них связаны с
потреблением значительных объемов не только природных строительных материалов, но и битума, металла, краски, термопласта. Удельное потребление битума и металла составляет соответственно 610 и 820 кг/км [19].
Укладка слоев основания и их уплотнение могут отличаться по энергопотреблению из-за изменения состава смеси. Для нанесения связующих слоев,
укладки битумных оснований и асфальтобетонных смесей потребность в энергии составляет 18 МДж/т.
Исходные материалы для основания под дорожное покрытие доставляют
на смесительный пункт, а затем укладывают смеси. Каждая операция требует
расхода определенного количества энергии. Энергопотребление, МДж/м2, при
укладке слоя дорожного основания толщиной 1 см с учетом работы смесителя,
ТС, укладчиков и катков следующее: из щебня — 5... 8; тощего бетона — 16;
укрепленного цементом — 10... 20; битумопесчаного —10; битумогравийного
— 12; укрепленного золой — 5...8.
Видно, что битумное основание с точки зрения экономии энергии остается конкурентоспособным по отношению к цементному.
Сумма энергии строительства Ес и энергии транспортирования Ет определяет количество прямой топливной энергии. Об уровне энергозатрат на
транспортирование можно судить исходя из примера возведения основания из
85
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
дробленого щебня: при расстоянии перевозки 32 км ЕТ составляет 60 % общей
энергии, а при 208 км — 89 % общей энергии.
Прямая топливная энергия строительства бетонных оснований превосходит соответствующую энергию для щебеночного или обработанного битумной
эмульсией основания: энергия производства цемента значительно увеличивает
общую энергию для всех категорий оснований.
Асфальтобетонные покрытия. Из энергии, необходимой для приготовления и укладки асфальтобетонной смеси, на получение смеси на АБЗ в условиях России расходуется 38 %, транспортирование смеси к месту строительства
(на расстояние 20 км) — 59,5 %, укладку и уплотнение — 2,5 %.
Энергоемкость асфальтосмесителей формируется в соответствии с реализацией составляющих рабочих процессов на АБЗ: сушки и нагревания заполнителя; хранения и нагревания битума; транспортирования холодного заполнителя; приведения в действие сушильного барабана и отсоса пыли; перемешивания.
Сушка и н а г р е в а н и е з а п о л н и т е л я . Для снижения на 1 % влажности 1 т заполнителя требуется 29,5 МДж энергии. Для сушки 1 т заполнителя с
5%-ной влажностью с нагреванием от температуры 21 до 163 °С и сопутствующими сушке прочими процессами необходимо около 240 МДж/т.
Х р а н е н и е и н а г р е в а н и е битума. Затраты энергии, связанные с хранением битума, составляют около 7 МДж/т. Затраты на поддержание температуры разогретого битума — того же уровня. Передовые технологии, при использовании которых битум нагревают один раз на НПЗ и доставляют на АБЗ
по часовому графику, в России пока не применяются повсеместно. Крайний
случай — повторный разогрев холодного битума — требует энергии до 700
МДж/т.
Т р а н с п о р т и р о в а н и е холодного з а п о л н и т е л я . При расходе бензина погрузчиком 25 л/ч и часовой подаче им в питатель 200 т заполнителя
энергоемкость этой операции приблизительно равна 5 МДж/т.
86
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Сушильный б а р а б а н и о т с о с пыл и. Расход энергии на приведение в
действие сушильного барабана и отсос пыли составляет около 5 МДж/т.
П р и г о т о в л е н и е смеси. Если оборудование состоит из теплого элеватора, теплого грохота, насоса для подачи связующего материала, дозатора заполнителя, смесителя с принудительным перемешиванием и бункера готового
материала, энергоемкость смеси приблизительно равна 4 МДж/т.
Таким образом, энергоемкость приготовления 1 т асфальтобетонной смеси в традиционной асфальтосмесительной установке при сухом заполнителе составляет около 21 МДж/т. При использовании барабанного смесителя этот показатель на 16 % меньше.
В среднем расход топлива на приготовление асфальтобетонной смеси составляет 11,3 л/т, в том числе на нагревание и сушку заполнителей — 7,5 л/т,
перевозку, укладку и уплотнение — 3,8 л/т.
Укладка т е п л о й с м е с и. Производительность укладки асфальтобетонных смесей зависит от применяемой технологии и производительности дорожно-строительных машин. Допустим в качестве примера, что часовая производительность при укладке составляет 150 т/ч. Для распределения и уплотнения
смеси имеется один асфальтоукладчик и три катка. Расход дизельного топлива
каждой машиной 17 л/ч. Тогда удельный расход энергии на укладку составляет
4∙17∙38,7/150 = 17,5 МДж/т.
Поверхностная обработка — это процесс создания на дорожных покрытиях тонкого слоя с целью обеспечения их шероховатости, водонепроницаемости, износостойкости и плотности. Процесс разбрызгивания битума состоит из
двух частей: нагрева связующего материала и собственно разбрызгивания. В
табл. 5.5 приведена энергоемкость рабочих операций для различных связующих
материалов.
П о в е р х н о с т н о е р а с п р е д е л е н и е и з м е л ь ч е н н о го щебня. При
мощности распределителя щебня 44 кВт, скорости его движения 137 м/мин,
ширине разбрасывания 3,7 м энергия, необходимая для распределения, составляет 12 кДж/м2.
87
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Уплотнение холодной с м е с и. Усредненный показатель расхода топлива
укатывающими катками составляет 13... 17 л/ч. При толщине слоя 2,5 см и ширине 3,7 м уплотнение обеспечивается за четыре прохода катка. При скорости
катка 4,8 км/ч его производительность 4440 и2/ч. При этом удельная энергоемкость на 1 см толщины слоя равна 60 кДж/м2.
И з г о т о в л е н и е покрытия. Для получения покрытия из 1 т смеси (распределение смеси асфальтоукладчиком и уплотнение катками) требуется 2 л
дизельного топлива. На изготов ление 1000 м2 двухслойного асфальтобетонного покрытия с однократной поверхностной обработкой расходуется 506...737 м3
щебня и 36 м3 песка при использовании щебня в качестве материала основания.
Таблица 4.5
Энергоемкость операций со связующими материалами
Вид работ
Нагревание
Разбрызгивание
Энергоемкость, кДж/л
дорожного
жидко- битумной
битума
152
8
го битума
112
8
эмульсии
28
8
Транспортирование
5
5
5
Итого
165
125
41
Цементобетонные покрытия. В передовых странах затраты энергии на
получение покрытий из цементобетона в три раза выше, чем из асфальтобетона.
Ц е м е н т о б е т о н н ы е заводы. Цементобетонные смеси приготавливают
на ЦБЗ. Транспортирование заполнителя на ЦБЗ по энергоемкости аналогично
его транспортированию на АБЗ (5 МДж/т). Расход энергии при использовании
бетоносмесителя производительностью 230 м3/ч вместе с пневмотранспортером, автоматическим дозатором и погрузчиком составляет 7,3 МДж/т.
И з г о т о в л е н и е п о к р ы т и я . Рассмотрим следующий пример. Укладка цементобетонного покрытия осуществляется с помощью бетонораспределителя и бетоноукладчика, каждый мощностью 130 кВт, с производительностью
230 м3/ч и расходом энергии 1,54 ГДж/ч. Две машины для отделки и выглаживания (мощностью 7,5 кВт каждая), работающие на бензине, потребляют энер88
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
гию 120 МДж/ч. Общее потребление энергии составляет 1,66 ГДж/ч. Машина
для нарезки швов с двигателем мощностью 32 кВт и производительностью 3
м/мин потребляет энергию 1 МДж/л на 1 пог. м шва.
На 1000 м2 однослойного цементобетонного покрытия на подстилающем
слое из песка расходуется, м3, песка — 371 и щебня — 190, при получении двуслойного покрытия необходимо песка — 280 и щебня — 208.
Сравнение по виду покрытия показывает, что строительство дорог с цементобетонным покрытием менее энергоемко, чем с асфальтобетонным: для
дороги I категории различие составляет 11,4 %, III категории — 4,7 %. При
формировании дорожной одежды из асфальтобетона энергозатраты ниже, чем
при использовании цементобетона. Однако приготовление асфальтобетонных
смесей более энергоемко, чем цементобетонных, что и обусловливает указанную разницу в общих энергозатратах.
Средние значения энергозатрат, МДж/м, на изготовление основных видов
дорожного покрытия при толщине слоя 1 см составляют:
Нижний слой асфальтобетонного покрытия
12... 14
Асфальтобетонное покрытие на основе гравия
12
Асфальтобетонное покрытие ..............
14
Асфальтобетонное покрытие с крупным щебнем
15
Литой асфальт .......................................
22
Шероховатое покрытие .......................
15
Цементобетонное покрытие ................
28
Энергозатраты на уплотнение катком асфальтобетона различных типов
примерно одинаковы. Высокая энергоемкость литого асфальта по сравнению с
асфальтобетоном объясняется значительно (в три раза) большим содержанием
битума и минерального порошка, высокой температурой (220...260 °С), которую необходимо поддерживать при транспортировании в специальных асфальтовозах. Но существенные энергозатраты компенсируются более продолжительным сроком службы. Энергозатраты на строительство цементобетонного
покрытия вдвое больше, чем асфальтобетонного.
89
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Энергия транспортирования асфальто- и цементобетона отличается незначительно при одинаковых расстояниях возки, однако она различается при
транспортировании на короткие и длинные дистанции. Энергия обработки (исключая тепловую энергию) для асфальтобетона значительно ниже, чем для цементобетона или армированного бетона. Однако если учесть расход тепловой
энергии, то общие энергетические потребности для асфальтобетона превышают
потребности для цементобетона.
Анализ с использованием удельных энергозатрат. Энергозатраты при
строительстве участка дороги связаны с расходом моторного топлива в двигателях строительно-дорожных машин и энергоресурсов в технологических процессах строительства. Удельные энергозатраты при строительстве АД зависят
от вида дорожного покрытия и других факторов (табл. 5.6).
Удельные энергозатраты в технологических процессах строительства
приводят к толщине соответствующего слоя покрытия в 1 см. Эти данные используют для оценок энергозатрат в строительстве дорог при известной толщине каждого слоя покрытия. Так, для сооружения 1 м2 дороги, имеющей толщину, см, морозозащитного слоя грунта — 25, укрепленного слоя грунта — 15,
несущего — 15, битумно-связующего — 10, слоя асфальта — 10, расход энергоресурсов составляет около 535 МДж/м2.
Энергия содержания и ремонта АД. Содержание АД включает в себя
обустройство и эксплуатацию инженерных объектов, средств связи, сигнализации и управления движением, средств контроля технического состояния АД и
др. Все названные объекты и действия являются энергоемкими.
Осветим один аспект — уборку снега с городских дорог (в Москве за год
вывозится 35 млн м3 снега). Наличие в снежной массе большого числа веществ
с превышением ПДК в сотни раз обусловливает ее вывоз в те места, где при ее
плавлении можно осуществить очистку. Три основных способа утилизации —
речной сплав, «сухие» снегосвалки и снегосплавные пункты — требуют энергозатратной уборки и транспортирование снега, а последний способ — существенных энергозатрат на плавку снега и операции с оседающим мусором. Дан90
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ные по снегосплавно му пункту автобусного парка № 10 Москвы таковы: тепловая мощность 170 кВт; скорость плавления снега 15 т/ч; расход дизельного
топлива 170 л/ч.
Дорожные покрытия с бесконечным сроком службы являются несбыточной мечтой транспортников. Множество эксплуатационных факторов рано или
поздно приводит к появлению дефектов на дорожном покрытии. Первичными
дефектами являются трещины. Неотремонтированные трещины превращаются
в очаги разрушения дорожной одежды.
Ремонтные воздействия на АД различаются по степени регулярности, периодичности, оперативности и объему работ. В каждое воздействие вкладывается энергия. При осуществлении ремонта дороги традиционными технологическими процессами являются следующие:
удаление верхнего слоя дорожного полотна фрезой (энергозатраты связаны с получением и расходом тепловой энергии на размягчение верхнего слоя
асфальта и на приведение в действие фрезы для снятия этого слоя);
ремонт дорожного покрытия (после фрезерования поверхность дорожного полотна разогревают, разрыхляют, выравнивают, наносят битумную смесь,
которую затем уплотняют);
91
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
заделка швов (энергозатраты связаны с очисткой швов, изготовлением
материала для заделки и балластировкой швов);
транспортирование отходов до места хранения или переработки (энергозатраты связаны с расходом топлива в двигателях ТС).
В табл. 4.7 приведены данные об энергопотребности ремонтных работ.
Рассмотрим пример: при ремонте дороги замена верхнего слоя дорожного
полотна толщиной 10 см сопровождается потреблением 178 МДж/м2 энергии,
удаление слоя фрезой — 85 МДж/м2 и транспортирование отходов до места переработки — 27 МДж/м2. В результате суммарные энергозатраты на ремонт дорожного покрытия толщиной 10 см составят 290 МДж на 1 м2 поверхности дороги, что примерно в два раза меньше, чем на сооружение новой дороги.
Отсутствие своевременного и надлежащего ремонта сети российских АД
пагубно отражается на состоянии их покрытий и условиях движения транспорта. Объемы «умирающих» дорог с истекшими сроками службы и низким качеством покрытий продолжают превышать объемы ремонтируемых. Это оборачивается значительным сокращением долговечности конструкций, снижением
уровня сохранности грузов и комфорта пассажиров, дополнительными потерями энергии.
Новым рентабельным методом реанимации дорожной сети является холодный ресайклинг дорожной одежды на месте. Данный метод обеспечивает
30%-ное сокращение суммарных энергозатрат в сравнении с обычно применяемым методом фрезерования и вывозом крошки на склад (для последующей заводской переработки и возврата, обмена АБС).
92
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Таблица 4.7
Энергопотребности ремонтных работ
Вид работ по со- Энергопотребнодержанию и ремонту АД сти
Доля
по- Глубина обра-
верхности
ботки, см
МДж/м2 АД, %
0,66
30
—
4490
1,22
100
—
3080
0,85
25
—
9440
2,59
100
—
Ямочный ремонт
13 770
3,77
4
1
Выемка грунта
16 390
4,49
2
10
и ремонт
43 150
11,8
5
15
Заливка трещин
5570
1,54
—
—
Заливка цементным
6160
1,69
100
100
70,17
100
100
МДж/км
Поверхностная обработка 2430
Профилирование
раствором
Асфальтобетонное
по- 256400
крытие
Энергия транспортирования. Энергетические показатели перевозок
строительных материалов обладают большим разбросом из-за влияния многих
факторов: типа оборудования, нагрузки при ездке, скорости, условий местности, состояния транспорта, водительского мастерства. Большинство перевозок
материалов осуществляется по дорогам без покрытий при низких скоростях.
Исключение составляют перевозки на большие расстояния при оптимальных
нагрузках и скоростях. Обратные рейсы обычно порожние, что сказывается на
производительности.
93
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Средние энергозатраты грузовых автомобилей, используемых в строительстве АД, приведены в табл. 4.8.
Таблица 4.8
Средние энергозатраты грузовых автомобилей в строительстве АД
Тип автомоби-
Расход*; л/(т-км) Потребление
ля
энергии
кДж/(т-км)
бензина
Дизельного с бензи- с дизельным топтоплива
ном
Двухосный
0,21
7,95
Трехосный
0,08
0,065 3,09
ливом
2,75
Средний удельный расход энергии при транспортировании материалов на
автомобилях с бензиновыми двигателями составляет 4,4 МДж/(т∙ км), а с дизелями — 2 МДж/(т-км). Потребление топлива трехосными автомобилями грузоподъемностью 10 т при перевозке смесей приведено в табл. 4.9 (машины загружены в одном направлении, а возвращаются порожними).
94
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Таблица 4.9
Потребление топлива при перевозке смесей автомобилями
Перевозимый материал
Тип двигателя
Среднее потребление
топлива, топлива,
энергии,
л/км
М Дж/(т •
л/(т-км)
км)
Горячая
асфальто- Дизель
0,34
0,067
2,62
0,47
0,094
3,64
бетонная смесь
Цементобетон
Бензиновый
Таблица 4.10
Характеристики автомобилей КамАЗ, применяемых в строительстве АД
Марка
Колесная
Полная Масса Вмести- Мощ-
Максималь-
формула
масса, т груза, мость
ная
т
плат-
ность
ско-
ДВС, л. рость, км/ч
формы, с.
м3
КамАЗ6x4
22,2
13
6,6
240
90
55111
КамАЗ6x6
24,5
14
8,2
260
80
65111
КамАЗ6x4
24,8
15
8,5
240
80
65115
КамАЗ6x4
33,1
20
12
320
90
6520
КамАЗ8x4
30,5
18,5
11
260
85
6540
Основные энергозатраты на транспортирование зависят от дальности возки (возрастают с ее увеличением) и грузоподъемности автомобилей (см. рис.
5.3). Оптимальные энергозатраты свойственны автомобилям-самосвалам грузоподъемностью 12... 18 т [32]. В табл. 4.10 приведены характеристики автомобилей КамАЗ, используемых в строительстве АД.
4.3. Поддержание работоспособности техники и персонала
95
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
4.3.1. Поддержание работоспособности подвижного состава
В процессе работы машины изнашиваются, их работоспособность снижается. Для поддержания их работоспособности и показателей функционирования
предусмотрена система технического обслуживания (ТО), планового и текущего ремонта (ТР).
При восстановлении работоспособности ТС осуществляются уборочномоечные, контрольно-регулировочные, крепежные, подъемно-транспортные,
разборочно-сборочные, слесарно-механические, кузнечные, жестяницкие, сварочные, медницкие, смазочно-заправочные, аккумуляторные, окрасочные и
другие работы. Они связаны с расходом материалов и энергоресурсов, загрязнением окружающей среды.
Удельные энергозатраты на участках и предприятиях характеризуются
отношением годовых объемов энергопотребления к среднегодовому пробегу
группы АТС. Прямые энергозатраты на постах обслуживания, ремонта и при
маневрировании АТС в АТП составляют, кВт∙ч/1000 км [19]: ВАЗ-1111 - 174;
ГАЗ-2410 -205; ГАЗ-5312 - 148; ЛиАЗ-667М - 145; КамАЗ-5320 - 110; КрАЗ-260
- 220.
Т а б л и ц а 4.11
Расход материалов на ремонт и восстановление автомобилей (без запчастей), г/1000 км пробега
Вид материала
ВАЗ-
ГАЗ-
ГАЗ- ЛиАЗ- КамАЗ- КрАЗ-260
Сталь, чугун
1111
362,7
2410
400,5
5312 677М 5320
1663,0 1476,0 3651,3
6330,8
Алюминий
1,04
0,8
2,5
2,9
2,6
3,9
Медь
1,51
2,0
4,9
7,4
18,0
28,7
Резина
1,78
2,2
8,1
13,5
9,1
33,9
Лаки
46,3
59,3
239,0 225,1
279,7
545,5
96
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Химикаты
58,1
69,3
115,5 136,2
311,6
293,7
Топливо
18,5
18,5
59,2
53,3
391,7
569,6
Вода
0,57
0,96
1,94
4,25
5,15
7,96
Таблица 4.12
Расход материалов в виде запчастей при выполнении ремонта АТС,
г/1000 км пробега
Вид материала
ВАЗ-
ГАЗ- ГАЗ- ЛиАЗ- КамАЗ- КрАЗ-260
1111
2410
Сгаль, чугун
109,5
344,0 492,6 978,9
1027,4 2804,2
Алюминий
18,5
61,1
175,0 199,0
12,0
39,0
Медь
15,8
33,0
104,0 231,0
62,0
143,0
Резина (без шин)
15,5
34,5
34,0
22,0
87,0
5312
677М
89,0
5320
При ТО и ремонте используются материалы с энергией, вложенной при
их изготовлении (табл. 4.11), а также материалы в виде запчастей (табл. 4.12).
Доля энергозатрат при выполнении капитального ремонта в суммарном
энергопотреблении мала и не превышает 0,2 % [19].
Организация работ и энергопотребление при поддержании работоспособности дорожно-строительной техники принципиально не отличается от соответствующих мероприятий для АТС.
4.3.2. Производственно-технологические и коммунально-бытовые
тепло- и топливопотребители предприятий автомобильного транспорта
97
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Характеристики основных технологических процессов — потребителей теплоты. Предприятия AT потребляют теплоту на производственнотехнологические и коммунально-бытовые нужды. Потребители теплоты различаются по виду и температуре теплоносителя, тепловой нагрузке, режиму потребления теплоты. Основные технологические процессы-потребители, использующие теплоту пара или горячей воды, перечислены в табл. 5.13. На технологические нужды и отопление помещений расходуется около 60 % топлива, поступающего на предприятия AT.
Опишем особенности применяемого оборудования.
Выварочные ванны. Перед дефектацией и ремонтом детали АТС подвергают очистке от грязи, масла, старой краски и отложений. Для этого используют выварочные ванны, представляющие собой металлические емкости с пароводонагревателем. Очищаемые детали погружают в специальный раствор,
подогретый до температуры 90...95 °С Расход теплоты на 1 т очищенных деталей составляет 1,07... 1,2 ГДж.
Та б ли ц а 4.13
Технологические процессы — потребители теплоты на предприятиях
AT
Технологический процесс
Давление
Примечание
пара, кПа
Обмывка ремонтируемых деталей авто- 300... 400 Можно
исполь-
машин моющим раствором и водой с
зовать пар более
температурой 80... 90 °С для удаления
низкого давления и
грязи, масла, старой краски и коррозион-
нагретую воду
ных отложений
Наружная
обмывка
автомобилей 300... 400
водой с температурой 60... 70 °С
Подогрев смазочных материалов 500... 700
То же
»
при хранении и раздаче
98
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Сушка после пропитки обмоток ре- 500 ...700
»
монтируемых электромашин и электроаппаратуры в автоклавах и сушильных
печах при температуре 160... 180 °С
Подогрев нефтепродуктов при сли- 500 ...600 Пар
ве из цистерн и в хранилищах топливного
может
заменен
быть
нагретой
склада
водой
Приготовление и подогрев воды 300... 400
Приготовледля систем охлаждения ДВС
ние дистиллята в
испарителях
Промывка и выщелачивание секций 300 ...400
водовоздушных холодильников; промывка (кипячение) секций масляных холодильников; пропарка для очистки цилиндровых блоков
Обогрев
в холодное время года ав- 300...400 Душирование
двс
томобилей при постановке на смотровые
го-
рячим воздухом
канавы в отделениях осмотра и приемки
Моечные машины. На СТО и АРЗ для очистки деталей применяют моечные машины непрерывного и периодического действия. Загрязнения удаляют
с деталей раствором каустической соды, нагретым до температуры 80...90°С.
Раствор поступает
под давлением через сопла душирующей системы. Очищенные детали
обмываются в машине водой и просушиваются потоком воздуха из вентилятора. Для подогрева раствора и воды используется пар с температурой 130... 150
"С. Расход теплоты на единицу массы очищаемых деталей, зависящий от категории и режима работы машин, соизмерим с расходом теплоты в выварочных
ваннах.
Устройства для обмывки и очистки подвижного состава. Перед рейсом, ремонтом или осмотром кузов и ходовые части автомашин должны быть
99
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
очищены от грязи. Для обмывки и очистки применяют открытые стационарные
и закрытые подвижные устройства.
Обмывку АТС проводят водой, подогретой до температуры 45...80°С, с
использованием моющих растворов, подаваемых насосами через сопла под
давлением 1 МПа. Доступные поверхности очищаются с помощью щеточных
устройств. С ростом температуры воды качество очистки повышается, но увеличивается расход теплоты.
После обмывки АТС подвергают сушке подогретым воздухом. Расход пара в обмывочных установках мощностью до 140 кВт составляет 200...300 кг/ч.
Подогрев нефтепродуктов на предприятиях AT. Нефтепродукты хранятся в стальных наземных, бетонных или железобетонных подземных (полуподземных) резервуарах. Резервуары оборудуются дыхательными и предохранительными клапанами, огневыми предохранителями, смотровыми и замерными устройствами, устройствами для подогрева.
Рекомендуемые температуры подогрева нефтепродуктов при сливе не
превышают 6 "С. При очистке вязкие нефтепродукты подогревают до 50... 60
°С в емкостях, в которых проводят их отстаивание. Теплота, расходуемая на
подогрев нефтепродуктов, уходит в окружающую среду.
4.3.3. Нормирование расхода топлива на автомобильном транспорте
Классификация норм расхода топлива и методы их расчета. Эффективность использования топливно-энергетических ресурсов зависит от нормирования расхода теплоты и топлива предприятиями.
Оценка потребностей в энергетических ресурсах предприятий и служб
AT базируется на научно обоснованных нормах удельного расхода энергии.
Обоснованная норма включает в себя как полезные затраты энергии, так и технически неизбежные потери, связанные с особенностями технологии производства или эксплуатируемого объекта.
100
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Научно обоснованное нормирование позволяет выявить пути повышения
коэффициента полезного использования энергии. Потери энергии, обусловленные эксплуатацией неисправного оборудования, низкой технологической и исполнительской дисциплиной, плохим состоянием машин и механизмов, в норму
не включаются.
Нормы удельного расхода топлива подвижным составом и строительнодорожными машинами делятся на три группы: индивидуальные, групповые и
отраслевые.
Индивидуальная норма — это норма расхода топлива, необходимого для
выполнения единицы транспортной работы в зависимости от типа машины и
конкретных условий эксплуатации. Индивидуальная норма является опорной
при разработке групповых норм.
Групповая норма учитывает конкретные условия работы группы однотипных машин. Эту норму устанавливают для выполнения однотипной повторяющейся номенклатуры транспортно-технологических операций. Она рассчитывается по объемам транспортной работы как средневзвешенная величина из
индивидуальных норм. Групповые нормы определяются на основе анализа статистических данных о фактических расходах топлива за определенный период.
Отраслевые нормы составляются на основе индивидуальных и групповых норм. Они охватывают всех потребителей энергии различных служб и подразделений AT.
При разработке норм расхода топлива пользуются тремя методами: экспериментальным, расчетно-статистическим и аналитическим.
Экспериментальный метод применяется при разработке индивидуальных
маршрутных норм для конкретных условий эксплуатации. Данный метод
наиболее трудоемкий. Достоверность оценок обеспечивается большим числом
реализаций.
Расчетно-статистический метод основан на анализе статистической
информации о фактических расходах топлива и факторах, влияющих на эти
расходы, с использованием моделей множественной регрессии.
101
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Этот метод не позволяет учесть многие эксплуатационные факторы. Однако создание регрессионных моделей расхода топлива упрощает нормирование. Данный метод удобен при разработке групповых норм.
Аналитический метод отличается оперативностью и автономностью расчета на различных уровнях. Метод предусматривает расчетное определение
расхода топлива по отдельным статьям транспортного процесса и условиям
эксплуатации. Ему присущи сложности в разработке математической модели,
учитывающей широкий круг различных факторов. Точность метода обеспечивается полнотой математической модели, но требует серьезной экспериментальной проверки.
Нормирование расхода топлива для транспортных машин и механизмов. При нормировании расхода топлива транспортными машинами и механизмами удельные расходы устанавливаются в килограммах условного топлива на измеритель работы с учетом условий и режима эксплуатации, а также
конструктивных особенностей техники. При этом нормируются расходы стандартизированных сортов топлива. В зависимости от типа машин, выполняемой
работы и системы учета нормы устанавливаются на 100 т • км транспортной
работы, 100 км пробега, один час работы машины или механизма.
Нормы расхода топлива принимаются для средних условий эксплуатации
с учетом минимизации потерь при транспортировании, хранении и раздаче топлива, систематического контроля за расходом топлива каждой машиной и индивидуальной регулировки топливной аппаратуры машины.
Для специальных транспортных машин, механизмов, бортовых автомашин и автобусов в зимнее время разрешается повышать нормы расхода топлива: в южных районах — на 5 %, в зоне умеренного климата — на 10 %, в северных районах — на 15 %, а в районах Крайнего Севера — на 20 %.
При эксплуатации машин на дорогах с усовершенствованным покрытием
в зимнее время и на дорогах с каменным покрытием в течение всего года нормы снижаются на 10 %, а при усовершенствованном покрытии в летнее время
— на 20 %.
102
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Для передвижных электростанций норму расхода топлива устанавливают
в килограммах топлива на 1 кВт∙ч выработанной энергии.
Экономия теплоты и топлива при эксплуатации стационарных установок. Относительное несовершенство теплоэнергетического хозяйства AT и
нехватка квалифицированных кадров для его обслуживания приводят к перерасходам теплоты и
топлива.
Основные направления совершенствования теплоэнергетического хозяйства AT следующие:
- централизация теплоснабжения предприятий AT — отказ от услуг
большого числа мелких котельных в пользу централизованного теплоснабжения от одного источника энергии, имеющего высокий КПД;
- повышение эффективности и экономичности собственных котельных
установок путем оптимального распределения нагрузки между котлами, перевода котельных агрегатов на газообразное и жидкое топливо, механизации и автоматизации работы котельных агрегатов;
- возврат конденсата в котельную.
4.4. Погрузочно-разгрузочные и транспортно-складские работы
Погрузочно-разгрузочные и транспортно-складские работы (ПРиТСР) являются важной и энергоемкой составляющей перевозочного процесса. В некоторых странах на эксплуатацию, например, только парка машин напольного
безрельсового электротранспорта приходится около 4 % всей вырабатываемой
энергии.
В настоящее время доля погрузочно-разгрузочных работ (ПРР) в себестоимости доставки грузов может достигать 70 %, что совершенно неоправданно
[8].
ПРиТСР выполняют с помощью подъемно-транспортных машин (ПТМ),
общие характеристики которых приведены в табл. 5.14.
103
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Снижению удельных энергозатрат способствует объединение машин, механизмов, устройств, зданий и сооружений, предназначенных для комплексной
механизации ПРиТСР, в транспортно-технологические комплексы. Особое
значение имеет создание в портах и станциях транспортно-технологических
терминалов, обеспечивающих высокомеханизированное проведение всех
ПРиТСР по обработке грузов (пассажиров), их перемещению с одного вида
транспорта на другой. Снижению удельных энергозатрат способствует контейнеризация.
Таблица 4.14
Общие характеристики подъемно-транспортных машин
Класс машин
Основные типы машин Основная техническая
характеристика
Погрузочно-разгруИнерционноПроизводительность
зочные
разгрузочные, ковшовые загрузчики, гидронасосы, пневмозахватывающие устройства,
погрузчики
Грузоподъемные
Авто- и электро- Грузоподъемность
погрузчики, домкраты,
подъемные краны, тали
Транспортирующие
Автокары, гид- Производительность
ротранспорт, конвейеры, роботы-тележки,
рольганги, тележки с
подъемной платформой
Транспортно-складские
Автоматические Темп складирования
складские комплексы,
автоматизированные
стеллажные
штабелеры, ручные штабелеры, механизированные стеллажные штабеллеры
104
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Оценим в качестве примера долю энергозатрат на ПРР при перевозке угля, продолжив решение задачи 7.1, рассмотренной в работе [8]. Там рассчитано
необходимое количество автосамосвалов МАЗ-457040 и ковшовых погрузчиков
Д-565, работающих 7 ч в сутки, для вывоза со склада ежесуточно 900 т угля.
При коэффициенте использования объема ковша kv = 0,9, коэффициенте использования погрузчика ηи=0,68 требуется два погрузчика. Для бесперебойной
работы погрузчиков при протяженности маршрута с грузом lсг = 15 км, без груза — lб г = 15 км, технической скорости vТ = 30 км/ч, времени погрузки экскаватором Д-565 угля на один автосамосвал tn = 3,2 мин, времени разгрузки tp = 8
мин и времени оборота автосамосвала t0 = 1,18 ч необходимо 45 автосамосвалов с вместимостью кузова 3,8 м3.
Подсчитаем расход топлива на работу двух погрузчиков: 60 ∙7∙2 = 840 л.
При расходе топлива автосамосвалами с грузом qcг = 0,4 л/км, без груза
gбг=0,15 л/км, расходе топлива двигателем на холостом ходу qхх = 5 л/ч и расходе топлива за цикл работы самосвального оборудования qсо = 0,045 л/цикл
Q∑ = (lсг qсг+lбгqбг+(tп+tр)qxx+qco) (7/1,18)45 = = (15∙0,4 + 15∙0,15 + (3,2/60 +
8/60)5 + 0,045)5,93∙ 45 = 2463 л.
Таким образом, доля ПРР в балансе энергозатрат перевозки составляет
840/(840 + 2463) ≈25 %.
Характеристики грузоподъемных машин приведены в табл. 4.15 [27].
105
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Таблица 4.15
Мощностные характеристики грузоподъемных машин
Машина
Грузоподъем- Мощность, кВт
ность, т
Мостовой кран общего назначения
Козловой кран с электроталью
Контейнерный козловой кран для переработки универсальных контейнеров
Контейнерный козловой кран для перегрузки контейнеров массой 24 и
30,5 т и автоприцепов массой 34 т
Козловой кран для лесоматериалов
Электрическая цепная таль
Однобалочные мостовые краны
с электроталями
5... 16
5... 12,5
6,3
12... 120
15,5...27
66
34
'
114
16
1
1...5
103
0,55
3...11
Таблица 4.16
Годовая выработка электропогрузчиков
Грузоподъемность, т
Коэффициент исполь- Годовая выработка,т
зования грузоподъемности погрузчика
0,8
0,75
10500
1,0
0,7
12250
1,6
0,69
19320
2,0
0,75
26250
3,0
0,7
36750
0,6 тарно-штучных грузов
52 500и контейнеров
Для 5,0
перегрузки и складирования
используются электро- и автопогрузчики. Грузоподъемность автопогрузчиков
варьирует в пределах 0,9...40 т, а число моделей универсальных машин превышает 160. Эффективность электро- и автопогрузчиков неодинакова. Если принять стоимость потребленной энергии при выполнении определенного объема
106
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
TCP автопогрузчиком с карбюраторным двигателем за 100 %, то уровень этого
показателя у автопогрузчиков с дизелем составит 90 %, а у электропогрузчиков
— 28 % [27]. Последние не имеют отработавших газов, бесшумны, высокоманевренны. К помощи автопогрузчиков прибегают из-за их большей универсальности и возможности применения в различных эксплуатационных условиях.
Автопогрузчики дешевле электропогрузчиков примерно на 10...30 %, однако эксплуатационные расходы, зависящие от режима работы, у них выше изза частого ремонта двигателя.
Годовая средневзвешенная по многим производственным предприятиям
выработка электропогрузчиков при их односменной работе (при среднем числе
рабочих циклов за смену, равном 70, и среднем пробеге за цикл 70 м), по данным ВНИИ-электротранспорта, представлена в табл. 5.16.
4.5. Связь и управление
Цель управления заключается в обеспечении эффективного использования ресурсов для достижения максимального эффекта при минимальных затратах. Поскольку интегральные энергозатраты прямо коррелируют с суммарными
экономическими издержками, оптимальное управление по экономическим критериям способствует сбережению энергоресурсов.
Оценку эффективности можно проиллюстрировать с помощью схем,
представленных на рис. 5.4. Если состоянию системы Si соответствуют затраты
ресурсов Ri а полезный эффект равен Ai то эффективность кi = Ai/Ri (рис. 5.4, а).
Чем больше угол наклона луча, связывающего точку Si с началом координат,
тем выше эффективность. Поэтому при модернизации системы для повышения
эффективности необходимо выполнять условие
Ai 1 A j 1  Ai Ai


Ri 1 R j 1  Ri Ri
107
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Можно выделить две группы средств и действий, от которых существенно зависят функционирование и энергоэффективность современного транспорта:
научно-методические средства и планирование, направленные на сохранение энергоресурсов, связанное с оптимизацией управления парком машин и
процессом перевозки;
технологические действия, направленные на снижение энергозатрат, связанных с долевой загрузкой глобальных информационно-компьютерных систем.
Научно-методические средства и планирование в производственнотранспортных системах направлены на реализацию логистических технологий,
применение которых способствует повышению энергоэффективности перевозок. Процессы этого уровня транспортной логистики таковы: планирование,
управление, слежение, трассировка и доставка.
Задачи и модели этого слоя включают в себя сетевые задачи перевозок
(оптимизация интермодальной перевозки, программирование цепи поставки,
оптимальная комплектация ТС); оптимальное распределение ресурсов; задачу
об аренде ТС; оптимальное планирование кольцевых маршрутов; планирование
задач завоза в дистрибуционных центрах и грузовых терминалах; формирование партионности перевозки грузов и др.
108
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Что касается технологических действий, то отметим, что существует система диспетчеризации и спутниковой связи, которая включает в себя энергоемкое оборудование: наземные станции, космические аппараты (КА) системы
позиционирования, КА-ретрансляторы, бортовую аппаратуру ТС.
В 2004 г. объем глобального телекоммуникационного рынка услуг превысил 1000 млрд долл. В 2000 — 2005 гг. в мире должно быть запущено свыше
2700 КА общей стоимостью 24 млрд долл. Общие инвестиции, млрд долл., на
мировом рынке спутниковой связи в 1997 — 2006 гг. составят 600, в том числе
в космический сегмент и средства выведении на орбиту — 60...80, в наземные
сети — 120... 150, в оборудование абонентского доступа и предоставление
услуг — 400 [30].
Полезными
для
нужд
транспорта
являются
глобальные
теле-
коммуникационные системы GPS, ГЛОНАСС; региональные Galileo и Eurofix
(в Европе), Starfix, Skyfix, GRAS и др. Каждая система имеет три компонента:
орбитальную группировку спутников, наземный комплекс управления и сегмент потребителей. В 2004 г. группировка спутников GPS состояла из 17 ед.,
ГЛОНАСС — 17 ед., Galileo — 30 ед. Масса одного КА GPS 525... 1094 кг,
ГЛОНАСС — 1400 кг, Galileo — 600 кг. Средний радиус орбиты 19 000...24 000
км. Мощность внутренних источников питания одного КА 0,44... 1,25 кВт — в
GPS и 1 кВт — в ГЛОНАСС. Используются также солнечные батареи [30].
По инициативе ЕС развивается Проект Galileo. Предполагается совместное использование систем GPS, ГЛОНАСС и Galileo. Учитывается, что максимум потребностей в навигационных услугах смещается из сферы авиации и
морского флота в область обслуживания наземных ТС (в 2000 г. удельный вес
общей стоимости аппаратуры для автомобильной навигации на европейском
рынке составил 73 % общей стоимости навигационных средств для всего
транспорта). Принимается во внимание рост интенсивности дорожного движения.
Управление общественным и частным транспортом позволит диспетчеру
регулировать интенсивность его движения и планировать необходимые меро109
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
приятия. Уменьшение прохождения маршрута наземным транспортом на 1 %
приведет к снижению интенсивности движения, уменьшению загрязнения ОС и
числа аварий, а также дополнительным выгодам в размере 200 млрд евро. Общая стоимость системы составит 3,2 млрд евро [30].
Если принять долю автотранспорта в использовании этой системы за 50
% (т.е. 1,6 млрд евро инвестиций условно отнести на счет AT), то в этом секторе можно ожидать 125-кратной окупаемости в течение нескольких лет. Это на
два порядка выше самых высоких темпов роста эффективности производства на
AT. Данную оценку эффекта можно перенести и на область энергоэффективности AT, помня о прямой корреляции этих показателей.
4.6. Утилизация транспортных конструкций как завершение их жизненного цикла
Утилизация замыкает ЖЦ ТС или участка дороги и включает операции
разборки компонентов, сортировки, переработки отдельных видов материалов,
сжигание и захоронение отходов. Переработка непригодных узлов АТС осуществляется прессованием, резкой или дроблением. После очистки от загрязнений тяжелые металлы отделяются от легких, все отправляется в переплавку.
Повторное использование материалов является одним из путей снижения
энергозатрат. Для сравнения в табл. 5.17 приведены данные по переработке материалов для автомобильных конструкций [19]. Видим, что при регенерации
отработанного моторного масла энергозатраты на гидроочистку и восстановление его свойств в 20 раз меньше затрат энергии на производство масла из
нефти.
При утилизации легкового автомобиля количество твердых отходов 172
г/кг, удельные энергозатраты 0,12 кг у.т./кг АТС.
Технология переработки строительных отходов включает в себя множество энергозатратных процессов: разрушение; разделение металлических, деревянных и иных фрагментов; раздельное складирование бетонного, кирпичного
110
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
и другого лома; просеивание и дозирование, удаление железа, измельчение,
промывка, просушка.
Часть материалов не подлежит повторному использованию и должна
быть захоронена на свалках или переработана промышленными методами.
Термическую переработку отходов стремятся осуществлять с рекуперацией
тепловой энергии.
Энергозатраты сопровождают любую технологическую операцию на всех
этапах ЖЦ АТС, дороги и других объектов.
Таблица 4.17
Энергозатраты при первом и повторном использовании материалов,
кВт∙ч/кг
Использование
Сталь
Алюми- Медь Свинец Масло
Первичное
15
ний
58
26
23
50
Повторное
11,5
15
22
20
2,5
Энергетический баланс транспортного средства в ЖЦ.
Суммарные энергозатраты АТС до списания равны
E=Eизг+mTHИ+EТОР+ЕкрNкр+Er’v
где Еизг, Етор, Екр, Екэм — энергозатраты при изготовлении, ТО и ТР, капитальном ремонте, а также при производстве конструкционных и эксплуатационных материалов, расходуемых в ЖЦ, кВтч.
Например, энергетический баланс легкового автомобиля (масса 1160 кг,
расход топлива 10 л/100 км, ресурс 130 000 км, срок службы 10 лет) при суммарном энергопотреблении 19,7 кг у. т./кг таков, %: получение сырья и материалов
— 15,6; транспортирование сырья — 3,5; производство — 9,2; эксплуатация —
71,1; утилизация — 0,6 [19].
4.7. Парк машин на дорожной сети
4.7.1. Уровни моделирования транспортного потока
111
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Конечным продуктом транспортной системы является массовая перевозка
— интегрированная по номенклатуре грузов и пассажиров, типам транспортных средств, совокупности отправителей и получателей, множеству элементов
транспортного пространства и дорожной сети. Эта система имеет высочайшую
степень описательной сложности. Одно из «сечений» этой системы, с которым
связана проблема энергоэффективности транспорта — работа парка машин на
дорожной сети. Хотя формализация представлений о названном «сечении» в
науке далека от завершения, затронем его все же на концептуальном уровне,
опираясь в основном на передовые разработки МАДИ (ГТУ).
При изучении определенного типа автомобиля выделяются свойства,
присущие всем автомобилям данного типа, при этом игнорируются отклонения,
вызванные его состоянием, качеством управления и т.д. «Портрет» отдельного
автомобиля при этом представляет множество однотипных машин. Энергетика
отдельного изолированного АТС адекватно оценивается с помощью детерминированных моделей.
АТС движется в составе транспортного потока, включающего в себя
разнотипные автомобили. На отдельный автомобиль налагаются дополнительные связи и ограничения. Теория движения автомобиля содержит дифференциальные уравнения движения этой системы. Существенными являются такие
условия, как окружение, дорога, стиль управления. Неуправляемых параметров
так много, что получить точный закон движения АТС в окружении невозможно. На этом уровне появляется модель коллективного поведения системы —
АТ-поток. Для описания плотности и интенсивности АТ-потоков используются
гидродинамические аналогии и элементы теории массового обслуживания.
Удовлетворительные результаты получают для участков, расположенных далеко от перекрестка, где возникают волны плотности.
Следующий уровень исследований — моделирование потока на ограниченном фрагменте улично-дорожной сети. Математический аппарат усложняется, например, привлекается теория графов.
112
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
При моделировании УДС города кроме усложнения моделей (подключение теории принятия решений, функционального анализа, теории потоков на
сетях, дифференциальных уравнений на графах) возникают следующие проблемы мониторинга — оперативного управления на базе модели совокупного
потока на УДС: трудности в организации сбора и анализа оперативной информации, поддержание режима реального времени. На этом уровне моделирования переходят к усредненным характеристикам АТ-потоков.
Наконец, предельной по сложности является задача моделирования
транспортного потока как подсистемы образования на моторизованной территории (так называемой А-территории). При моделировании АТ-потоков на
УДС сложной формы необходимо учитывать обстановку на всей сети в целом,
геометрические и другие аспекты [18].
4.7.2. Нестационарные режимы транспортных потоков
Движение АТ-потоков нестационарно в силу многих обстоятельств:
- УДС не является прямолинейной, плоской, однородной по количеству
полос и качеству покрытия;
- поток состоит из меняющейся смеси различных типов АТС;
-
возникают
случайные
обстоятельства,
изменяющие
дорожно-
транспортную обстановку;
- функционирует система управления движением, чередование управляющих сигналов которой носит нерегулярный характер;
- оценка обстановки и принятие решений водителями носит разобщенный
характер [18].
На рис. 5.5 представлены фазовые «портреты» в координатах v — ау легкового автомобиля для случаев его разгона и последующего торможения двигателем (рис. 5.5, а аналогичен рис. 4.36), а также движения по городской магистрали (рис. 5.5, б). Чем больше ускорение ау, тем выше степень нестационарности и значительнее потери энергии. Если размах колебаний ускорения укла113
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
дывается в узкую полосу около нуля (например, |aу| < 0,2 м/с2), то процесс
называют квазистационарным и для его анализа применяют методы оценки
стационарных энергетических процессов.
В силу маневрирования АТС по полосам поток перемешивается. Процесс
перемешивания траекторий элементов потока моделируется с помощью матрицы перемешивания. В каждой i-й строке этой матрицы располагаются либо
числа случаев перехода объекта в другие состояния, либо статистические доли.
При перемешивании АТ-потока по полосам дороги состоянию объекта отвечает
номер полосы. Ниже даны два условных примера потока на фрагменте трехполосной дороги (первый — без перемешивания, второй — с перемешиванием):
1 0 0
0.8 0.2 0 


P1  0 1 0; P 2  0.2 0.5 0.3 .
0 0 1
 0 0.3 0.7 
Увеличение размытости матрицы характеризует возрастание доли маневров АТС в потоке с большими энергозатратами на движение.
Поведение потока на перекрестке моделируется с помощью матрицы перераспределения потоков: строки соответствуют входам на перекресток, а
столбцы — выходам. Преодоление перекрестков характеризуется большой диссипацией энергии АТ-потоком. Разводка потоков носит партионный характер с
114
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
дискретным управлением со стороны системы УДД. Подходя к перекрестку,
АТС перестраиваются. Замедление потока характеризуется диссипацией энергии торможения. Ожидание сигнала светофора зеленого цвета сопровождается
выбросом энергии без совершения полезной работы. Следствием маневрирования АТС на перекрестке является малая производительность АТ-потока. Ускорение потоков на выходе также характеризуется повышенной диссипацией
энергии. Эти потери неизбежны. Средствами повышения энергоэффективности
АТ-потоков на сети является совершенствование УДС и системы УДД.
Модель расчета энергетических показателей потоков на больших УДС,
будучи построена на базе приведенных представлений, потребовала бы большого числа уравнений и их параметров. Одним из путей упрощения сетевых
моделей является клеточное моделирование [18].
Идея этого метода заключается в том, что ^-территория с линеаризованным графом УДС подвергается регулярному клеточному разбиению иг. Аклетки. Для каждой А -клетки рассчитывается вектор Д , характеризующий интенсивность и направленность движения множества ТС на клетке, а также
определяются составляющие Д,- вектора Д по каждой из четырех граней клетки. Абстрагируясь от внутренней структуры у4-клетки, ее можно представить
как элемент Л-территории с множеством входов-выходов на границах и распределением интенсивностей по этим входам-выходам. Поскольку вся территория состоит из множества примыкающих друг к другу клеток, то передача ин115
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
тенсивностей производится по стыкующимся входам-выходам соседних клеток
(рис. 5.6, а) или интегрированно для каждой грани (рис. 5.6, б). Каждая ^4клетка может быть представлена и как полевой элемент с вектором \хд , играющим роль напряженности поля. По этим векторам можно построить силовые
линии транспортного поля агломерации (см. рис. 5.6, б).
4.8. Энергетическая эффективность автомобильного транспорта
4.8.1. Единица измерения эффективности транспорта
В задаче транспорта — доставить груз по назначению на определенное
расстояние точно в заданный срок — неявным образом присутствует скорость
доставки. К сожалению, широко применяемые тонна-километры не учитывают
скорости доставки.
При перемещении объекта массой т в среде обитания на расстояние L
преодоление силы сопротивления Р среды является объективной реальностью.
Неизбежность преодоления названной силы не зависит от вида носителя объекта, и мы можем временно абстрагироваться от наличия транспортного средства
и мысленно выделить работу, связанную с перемещением только объекта перевозки, а именно А = PL. Сила сопротивления движению объекта со стороны
среды (будь то воздух, вода или земля) пропорциональна квадрату скорости v2
(с чем мы не раз сталкивались в предыдущей главе) и массе объекта т. Таким
образом, А = Р (т, v2)L, т.е. ценность транспортной услуги по доставке объекта
и ее объем пропорциональны массе объекта т, квадрату скорости и2 и расстоянию L между начальным и конечным пунктами.
В соответствии с этим в 1980-х гг. П. Кузнецов и Р. Образцова предложили использовать в экономических расчетах величину, которой они дали название «тран» и которая отражает энергетическую сущность транспортного процесса: рассеяние мощности на 1 км пути при доставке 1 т груза. Транспортная
услуга в 1 тран равна полезной работе, затраченной на перемещение груза мас116
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
сой 1 т на расстояние 1 км со среднерейсовой скоростью движения 1 км/ч. Размерность трана — т∙км3/ч2 [4].
Эту размерность можно записать и так: (т∙км)∙(км/ч)2, откуда видна аналогия с формулой кинетической энергии Е≈тv2, если мере инерции движения
тела — массе т — поставить в соответствие меру инерции транспортной услуги — выработку W, т.е. А ≈ Wv2. Далее, 1 тран = 1 т∙(км/ч)2-км = 77,16 Дж∙км =
2,083∙10-2 Вт∙ч∙км =2,56∙10-6 кг у.т.∙ км. Таким образом, 1 тран можно представить как энергию величиной 77,16 Дж, необходимую для продвижения объекта
перевозок (без ТС) на расстояние 1 км.
Применение трана должно приводить к такой системе стимулирования,
которая в целом требует более высокого темпа перевозок. Тран точнее всего
отражает энергетическую суть транспортного процесса.
Имеются предложения по использованию единицы тран в анализе эффективности ТС [4]. Если А — абсолютная величина транспортной услуги за рейс
(А = QLVp2, т∙км3/ч2, где Q — масса перевозимого груза, т; L — дальность перевозки, км; vр — рейсовая скорость, км/ч) и GpM — расход материалов за рейс
(трм), то эффективность транспортной работы можно оценить с помощью выражения η = A/GpM, тран/т. Однако разнородность материалов, их неодинаковая
ценность, различие размерностей величин А и GpM создают ряд неудобств.
4.8.2. Обобщенный коэффициент энергоэффективности перевозок
Если перейти от массы материалов к вложенной в них энергии и оценить
энергетический эквивалент величины GpM, то можно определить безразмерный
коэффициент эффективности, близкий по смыслу к КПД. Легче всего сделать
это для пробега АТС за его ЖЦ.
Рассмотрим условный пример. Грузовой автомобиль (типа КамАЗ-5320),
перевозя в среднем 8 т груза со скоростью доставки 40 км/ч и совершая за год
пробег 50 тыс. км, выполняет объем услуг Aгод = 850 000∙402 = 6,4∙108 тран =
0,64∙77,16∙109 - 50 ГДж∙км. За 7 лет при гарантированном пробеге 350 тыс. км он
117
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
выполняет объем услуг Ажц = 350 ГДж- к м = 1 МДж-350 000 км, т.е. «абсолютно чистые» энергозатраты, связанные с услугой по перемещению названного
груза на расстояние 1 км со скоростью 40 км/ч, равны WAKM = 1 МДж (и они не
зависят от вида ТС, а характеризуют необходимый уровень рассеиваемой на
отрезке 1 км энергии движения массы 8 т в среде обитания при скорости доставки 40 км/ч).
Рассматриваем под грузом носитель — АТС, движущееся по АД: это конструкция с вложенной при ее изготовлении энергией WK; дорога с частью вложенной в нее энергии WAД (приведенной к конкретному АТС); топливо, энергия
которого WТonл используется для продвижения АТС по АД в вязкой воздушной
среде и связывающем транспортном потоке; расходуемые эксплуатационные
материалы с вложенной в них энергией WЭM энергозатраты на ТО и ремонт с
учетом энергии, вложенной в запасные части при их изготовлении и установке
на АТС WTop прочие сопутствующие энергозатраты Wnсэ. Сумма энергозатрат
W∑=WK+Wад +Wтопл +Wэм + Wтор + Wпсэ.
(4.1)
Энергозатраты на изготовление АТС WK = 523 ГДж (см. табл. 4.2).
Вложенная в 1 м2 дороги энергия с учетом одного ремонта за 7 лет равна
(см. подразд. 5.2) 535 + 290 = 825 МДж/м2. При ширине полосы 4 м в ее 1 пог. м
длины вложена энергия 825 • 4 = 3,3 ГДж/м. При условной интенсивности движения по полосе 2000 автомобилей/сут через сечение полосы за 7 лет пройдет
2000∙365∙7 = 5110 000 АТС. Тогда на 1 автомобиль, проходящий 1 пог. м по полосе, можно отнести энергию дороги 3,3/5 110 000 = 0,646 кДж/(м ∙автомобиль).
Наш автомобиль, пройдя 350 тыс. км, утилизирует Wa
д
= 0,646∙350 000 000 =
226 ГДж энергии, вложенной в АД.
Допустим, что расход топлива автомобиля 35 л/100 км, тогда суммарный
расход за 7 лет Qr = 35∙3500 = 122 500 л. Количество химической энергии, заключенной в топливе: 122 500∙35,3 ≈ 4324 ГДж. Кроме того, при изготовлении топлива промышленностью в него вложено энергии (см. подразд. 5.1) 3,5∙0,83 ∙3,6∙122
500 ≈1281 ГДж. Таким образом, суммарное количество первичной энергии, утилизированное через топливо, WTonл = 4324 + 1281 = 5605 ГДж.
118
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Что касается эксплуатационных материалов, то расход масла составляет
2 % расхода топлива, т.е. 122 500∙0,02 = 2450 л. На изготовление такого количества масла затрачено энергии 50∙0,85∙3,6∙2450 ≈ 375 ГДж. Расход антифриза 200
л, что соответствует вложенной энергии 4∙1,07∙3,6∙200 ≈5 ГДж. Расход свинца
70 кг, что соответствует вложенной энергии 23∙3,6∙70 ≈ 6 ГДж. Всего WЭМ = 375
+ 5 + 6 = 386 ГДж.
Далее, определим энергозатраты на ТО и ремонт. Энергетические эквиваленты затрат материалов на ремонтно-восстановительные работы для автомобиля КамАЗ-5320 (без запчастей, см. табл. 5.11) имеют следующие значения:
г/1000 км кг/350 тыс.км
кВт-ч/кг
ГДж/350 тыс. км
Сталь, чугун 3651,3
1278
15
69
Алюминий
2,6
0,9 .
58
0,2
Медь .....
18,0
6,3
26
0,6
Резина ..
9,1
3,2
41
0,5
Лаки .....
279,7
97,9
7
2,5
Химикаты
311,6
109
7
2,7
Топливо
391,7
137,1
3,5
1,7
Суммарные энергозатраты этого вида составляют 77,2 ГДж на 350 тыс.
км.
Энергетические эквиваленты материалов в виде запчастей (см. табл. 4.12)
при выполнении ремонта АТС КамАЗ-5320 таковы:
г/1000 км
Сталь, чугун
1027,4
Алюминий .
12,0
Медь ...........
62,0
Резина (без шин) 22,0
кг/350 тыс. км кВт-ч/кг
ГДж/350 тыс. км
359,6
23
29,8
4,2
64
1.0
21,7
34
2,7
7,7
45
1,2
В данном случае итоговое значение энергозатрат составляет 34,7 ГДж/350
тыс. км.
119
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Прямые энергозатраты на выполнение ТО и ремонта АТС КамАЗ-5320
(см. подразд. 5.3.1) равны 110 кВт∙ч/1000 км = = 38 570 кВт ∙ч/350 тыс. км = 139
ГДж/350 тыс. км.
Суммарные энергозатраты на ТО и ремонт автомобиля
Wтор = 77,2 + 34,7 + 139 = 251 ГДж.
Сумма всех энергозатрат, вложенных в обеспечение выполнения грузовым АТС транспортной услуги Ажи = 350 ГДж∙км, в соответствии с уравнением
(4.1) составляет W∑ = 523 + 226 + + 5605 + 386 + 251 = 6991≈ 7000 ГДж (неучтенными и сравнительно малыми затратами Wncэ можно пренебречь). В расчете на 1 км получаем W∑KM = 7000 ГДж/350 000 = 20 МДж.
Таким образом, для продвижения в среде обитания груза с помощью грузового АТС (с неизбежной диссипацией энергии в эту среду, на 1 км движения,
равной 1 МДж), требуется вложить в автотранспортный комплекс 20 МДж
энергии. Значение η=Wакм/W∑КМ = 1/20 = 5 % является обобщенным КПД процесса транспортирования, осуществляемого данным типом АТС.
Обратившись к табл. 4.6 и выбрав для грузового АТС среднее значение
КПД ηсу = 25 %, можем заключить, что непосредственная утилизация энергии
силовой установкой (двигатель — трансмиссия—движитель) грузового автомобиля при транспортировании груза составляет лишь 1/5 часть общего энергопотребления АТК по обеспечению перевозки.
120
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Глава 5. Экономия топливно-смазочных материалов
Потери ТСМ различают количественные, качественные и смешанные.
Количественные потери зависят от конструктивных, технологических, эксплуатационных и организационных факторов. Оценка качества поставляемых в
АПК ТСМ показывает, что около 28% их не соответствуют требованиям заявляемой, а около 25% поставляются без должной апробации пригодности к применению (рис. 5.1)
Рис. 5.1. Структура и удельный вес некондиционных ТСМ поставляемых
в АПК (1998 г.)
Для обеспечения требуемого уровня качества ТСМ необходимо ускорить
решение следующих задач:
• освоить производство комплекса отечественных присадок, синтетических и нефтяных основ;
• упорядочить допуск к производству и применению, сертификации и
стандартизации ТСМ;
• усовершенствовать экспресс-методы оценки физико-химических и эксплуатационных свойств ТСМ внедрением физических методов исследований
(ИК-спектроскопия, хроматография и др.);
• усовершенствовать стендовое оборудование и приборы для химмотологических исследований;
• сформировать базы данных по методам испытаний, нормативному
обеспечению контроля качества ТСМ;
121
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
•
внедрить методы математического моделирования и разработать
программное обеспечение для исследования химмотологических процессов и
систем.
Сохранение качества и минимизация потерь ТСМ на всем пути их движения к потребителю, устойчивость сельскохозяйственного производства во многом зависят от системы обеспечения ТСМ.
ВИМ разработан комплекс методов и программное обеспечение, которые
позволяют рассчитать:
• оптимальные запасы ТСМ и вместимость резервуарного парка;
• радиусы зон обслуживания для районных распределительных нефтебаз и
центральных складов;
• оптимальное число наливных средств (приемно-раздаточных стояков) на
распределительной нефтебазе и топливораздаточных колонок на стационарном
пункте заправки;
• эффективность резервуаров различных типов и др.
Результаты исследований вошли в решения федеральных органов управления сельским хозяйством и снабжения материально-техническими ресурсами,
а методы легли в основу разработки типоразмерного ряда нефтескладов (вместимость 40, 80, 150, 300, 600 и 1200 м2), на основе которого разработаны и
утверждены два поколения типовых проектов нефтескладов.
Совершенствование системы обеспечения АПК представляет собой
сложную комплексную проблему, включающую в себя следующее (рис. 5.2):
• поиск принципиально новых решений, обеспечивающих развитие оптимальной товаропроводящей сети и совершенствование процессов управления
системой, в том числе региональными нефтеперерабатывающими заводами;
• разработка технологических процессов обеспечения ТСМ и технических
средств для их реализации, исключающих количественные и качественные потери;
122
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
• повышение оперативности выработки управляющих воздействий в системе, автоматизация технологических процессов и системы документооборота;
• совершенствование юридической базы стандартизации и системы контроля качества ТСМ на всех стадиях.
Реализация целей предполагает решение основных задач:
•
сокращение затрат энергии на преодоление сил трения, т.е. оп-
тимизация триботехнических режимов смазки;
Рис. 5.2. Факторы, влияющие на экономию ТСМ
• сохранение физико-химических и эксплуатационных свойств ТСМ при
движении их по товаропроводящей сети, хранении и применении;
• увеличение сроков службы и оптимизация сроков смены смазочных материалов;
• минимизация всех видов потерь ТСМ, тепловых и механических потерь
в двигателях.
Положение усугубляется недостаточно развитой в техническом отношении инфраструктурой системы нефтепродуктообеспечения и ее низкой сетевой
123
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
устойчивостью. Физический износ основных фондов на нефтебазах, в нефтехозяйствах и на АЗС АПК превышает 40%, почти 50% основных активных фондов эксплуатируется более 35-40 лет. Основная часть средств и систем хранения, доставки, отпуска и учета ТСМ морально устарела и не обеспечивает минимизацию количественных и качественных потерь ТСМ. В последние годы
наблюдается негативная тенденция массового производства ТСМ по техническим условиям, разработчики которых руководствуются не возросшими требованиями к качеству, а в лучшем случае технологическими возможностями производства, в худшем — максимальным упрощением технологий производства.
Удельный вес ТСМ, выпускаемых по ТУ, достигает 70%.
На экономию ТСН оказывают влияние следующие факторы.
Конструктивные
—
включают в
себя
мероприятия
по
совер-
шенствованию конструкций машин: уменьшение их массы, совершенствование
двигателей, рабочих процессов и ходовой системы, создание шин с автоматическим регулированием давления воздуха на ходу, трансмиссий с переключением
передач на ходу и автоматизацией скоростного и энергетического режимов,
улучшение геометрии и остроты рабочих органов машин, покрытие их малофрикционными материалами, повышение жесткости рам, уменьшение энергоемкости приводов, применение новых видов рабочих органов и др.
Основными факторами, влияющими на снижение расхода ТСМ на основе
совершенствования конструкций, являются повышение надежности машин и
термостойкости деталей двигателей при одновременном снижении теплопередачи через них, уменьшение массы при одновременном повышении жесткости
конструкции, потерь на трение деталей двигателей и механических потерь в деталях с целью сокращения энергетических затрат на привод систем охлаждения, питания и освещения, возможность работы двигателей на низкосортных и
альтернативных видах топлива, улучшение режимов пуска и прогрева двигателей за счет совершенствования характеристик ТНВД, разработка и внедрение
электронных систем регулирования, контроля технического состояния меха-
124
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
низмов и управления процессами подачи, дозирования и впрыска топлива, а
также скоростными и энергетическими режимами работы МТА и пр.
Стадии и основные направления работ по экономии ТСМ приведены на
рис. 5.3.
Технологические факторы — совершенствование производственных
процессов и технологий возделывания сельскохозяйственных культур: минимальная обработка почвы, прямой посев, замена отвальной обработки почвы
чизельной, дискованием, совмещением отдельных операций. Затраты энергии
можно сократить применением азотофиксирующих культур и микроорганизмов, позволяющих уменьшить дозы минеральных азотных удобрений, а также
новых технологических процессов, исключающих или сокращающих затраты
топливной энергии при сушке, хранении и обработке сельскохозяйственных
культур и др.
Наиболее
энергоемкими
в
растениеводстве
являются
почвооб-
рабатывающие операции, основная часть которых приходится на долю вспашки
(табл. 5.1).
Таблица 5.1
125
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Рис. 5.3. Стадии и основные направления работ по экономии ТСМ в АПК
России: I – проектирование и изготовление машин; II – разработка и производство ТСМ; III – приемка, хранение, выдача и учет ТСМ; IV – эксплуатация
техники по назначению
Разработаны различные приемы обработки почвы, основанные на уменьшении глубины обработки и изменении способа (без оборота пласта, рыхление
и т.п.) воздействия орудия на почву, которые получили название минимальной
обработки почвы, хотя имеется ряд ее разновидностей. В США в 2000 г. на 6070%, а в 2001 г. на 80% площадей применялась почвозащитная технология, что
позволило сократить расход топлива в 3,5 раза.
Минимальная обработка почвы направлена на снижение механических
воздействий рабочих органов машин и уплотняющего воздействия ходовых систем на почву, сохранение плодородия и сокращение затрат на ТСМ. Характерный пример минимальной обработки почвы — посев сеялкой, оборудованной
специальными сошниками, в необработанную почву, что, кроме экономии
ТСМ, предотвращает эрозию почвы.
126
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Исследования показывают, что упрощенную поверхностную обработку
можно чередовать с обработкой почвы на большую глубину без снижения урожайности. Для разных почв это сочетание может быть различным. Многолетние опыты, проводимые в Польше, показывают, что на средних и тяжелых почвах результаты почвообработки машинами с активными рабочими органами
оказались не хуже результатов типовой плужной обработки (табл. 5.2).
Положительные результаты новых систем обработки почвы получены
при возделывании подсолнечника (табл. 5.3).
Таблица 5.3
Экономико-энергетические показатели при различных системах обработки почвы на возделывании подсолнечника
Обработка почвы
Урожайность
т/га
Затраты,%
общие на меха- на
%
оплату
на топливо
низацию работ труда
Традиционная
3,52
100,0
100,0
100,0
100,0
Плоскорежущими
3,44
97,7
67,5
73,8
65,6
3,46
98,3
24,2
14,8
12,2
орудиями
Нулевая
При равной урожайности сокращение общих затрат при применении нулевой обработки почвы составляет 75,8%, на оплату труда — 85, топлива —
88%.
127
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Упрощенный вариант энергосберегающей технологии в сочетании с традиционной в составе севооборота — непосредственный высев в необработанную почву. Минеральные удобрения при такой технологии вносят под предшествующую культуру (где производят типовую обработку), сорняки уничтожают
гербицидами, а семена возделываемых культур заделывают в почву специальными сеялками, оборудованными соответствующими сошниками. Для зерновых культур наилучшие предшественники при этом способе — однолетние травы, бобовые, пропашные культуры и кукуруза.
Частота обработки почвы на урожайность культур не оказывает существенного влияния (табл. 5.4).
В Германии и некоторых других европейских странах сокращение расхода топлива обеспечивается за счет уменьшения глубины вспашки с 25-30 до 1820 см, что позволяет увеличить производительность МТА на 15-20, а затраты
топлива уменьшить на 30-35%. В западных странах достигнуто сокращение отношения зерна к соломе от 0,8 до 1,2, что обеспечивает сокращение расхода
топлива на 15-17%.
Имеются существенные резервы уменьшения затрат энергии от применения более совершенных систем машин. Так, применение шестирядной системы
машин для посадки и ухода вместо четырехрядной сокращает затраты энергии
на 7,2%. На уборке картофеля копатель-погрузчик Е-684 по сравнению с комбайном ККУ-2А бонов чем в 2 раза сокращает расход топлива (22,5 л/га против
60, 42 л/га).
128
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Таблица 5.4
Влияние частоты применения обработки почвы на урожайность
культур в зерновых единицах при пятипольном севообороте на легкой
почве
Частота приме-
Урожайность при севообороте, ц/га
нения вспашки картофель овес
люпин
озимая
рожь
средняя
пшеница
Ежегодная
79,1
35,8
16,9
35,1
45,9
42,6
первую, третью 78,1
34,3
16,8
33,2
44,1
41,3
34,1
14,8
32,6
39,4
39,7
Под культуры:
и пятую
первую и чет- 78,2
вертую
По рекомендациям ВИМ, при подборе машин для реализации технологий
возделывания и уборки сельскохозяйственных культур необходимо ориентироваться на наиболее экономичные, легкие и падежные, которые являются приоритетными и при покупке сельскохозяйственной техники.
По возможности мобильные процессы целесообразно переносить в стационарные условия, что позволит эффективно использовать энергоносители
других видов: электроэнергию, газ, уголь, мазут и т.д.
Несоблюдение сроков проведения основных операций (вспашка, закрытие влаги) снижает урожайность на 20-40%) и повышает энергоемкость продукции.
Большая доля ресурсов затрачивается на транспортные работы. В числе
мер, направленных на экономию ТСМ при перевозках сельскохозяйственных
грузов, могут быть:
• максимальное сокращение использования тракторов на транспортных
работах там, где это вызывает больший расход ТСМ, чем у других видов транспорта;
129
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
• введение отдельных севооборотов для бригад и отделений с целью сокращения расходов ТСМ на перегон МТА с одного участка работы на другой;
• размещение культур, требующих больших объемов перевозки (кукуруза
на силос, кормовые корнеплоды и др.), ближе к местам их использования и
хранения;
• применение в стационарных процессах вместо нефтепродуктов возобновляемых источников энергии (позволяет сэкономить до 5-6,5 млн т дизельного топлива в год).
Экономичность различных организационно-технологических мер, способствующих экономии топлива, дана в табл. 5.5.
Таблица 5.5.
Перечень организационно-технологических мер, способствующих
экономии нефтепродуктов
Мероприятие
Применение обработки почвы:
безотвальной
минимальной
Применение комбинированных агрегатов при обработке
почвы
Замена колесных тракторов гусеничными при обработке
почвы, посеве
Использование агрегатов для приготовления витаминнотравяной муки в две смены
Проверка и технологические регулирование сельхозмашин
Применение:
гидроувеличителя сцепного веса
съемных приспособлений для перевозки легковесных
грузов
Оптимизация схем перевозок грузов внутри хозяйства
Использование средств малой грузоподъемности для обслуживания производственных подразделений внутри хозяйства
Экономия топлива
20-25
30-40
20-30
20-25
15-20
10-15
8-10
10-15
10-15
8-15
Эксплуатационные факторы. К эксплуатационным факторам относятся
мероприятия по улучшению качества ТОР, обеспечению зaданных регулировок
машин, выбору оптимальных режимов работы и составов МТП и др. Наиболее
актуальными становятся внедрение средств диагностирования, качественное
выполнение регулировок, особенно систем питания, охлаждения и механизма
130
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
газораспределения двигателя. Большое влияние на затраты энергии оказывает
состояние рабочих органов: острота лезвий, наличие выступов, толщина лемехов и т.д.
Основные причины потерь топлива связаны с техническим состоянием и
использованием МТА, выбранной технологией, организацией заправки, нормированием расходов ТСМ (рис. 5.4). По данным ГОСНИТИ, ВИМ и ряда других
НИИ, средние общие потери топлива при работе тракторов достигают 10%
(табл. 5.6).
Рис. 4. Резервы экономии топлива: 1 — неисправность одной форсунки; 2 — закоксовывание сопловых отверстий распылителей форсунок до 28%; 3 — загрузка двигателей на 50-70%; 4 — неправильная
регулировка муфт сцепления, тормозов, подшипников; 5 — понижение температуры охлаждающей жидкости
до 440-500° С; б — использование переднего ведущего моста не по
назначению; 7 — применение в трансмиссии масла повышенной вязкости; 8 — неправильное использование всережимного регулятора;
9 — накипь в радиаторе более 1 мм; 10 — неправильный выбор длины гона; 11 — неправильная установка ТНВД; 12 — засорение воздухоочистителя; 13 — непрямолинейность рабочих ходов МТА; 14
— подтекание топливопроводов, баков
Таблица 5.6
Основные причины потерь топлива МТА
Причина потерь топлива
Объем
потерь,
%
Заправка ведром
100*
Использование неисправных средств заправки
2-10**
Неправильная установка топливного насоса
До 5
Подтекание трубопроводов, баков
До З
Пониженная температура охлаждающей жидкости (до 40-
8-10
131
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
50°С)
Накипь в радиаторе более 1 мм
8-10
Неисправность одной форсунки
30-35
Снижение давления воздуха в шинах на 0,5 МПа от номинала
4-5
Износ деталей цилиндропоршневой группы на 0,01 мм
Неправильная регулировка муфты сцепления, тормозов,
0,5
подшипников
До 15
Применение в трансмиссии масла повышенной вязкости
Засорение воздухоочистителя
До 10
Работа трактора вхолостую 1 -2 ч в смену
4-5
Неправильное использование всережимного регулятора
2-3***
Непрямолинейность рабочих ходов МТА
2-7
Неправильный выбор длины гона
2-3
Использование переднего ведущего моста на транспортных
До 6
работах в хороших условиях
До 10
Одна-две неработающие свечи шестицилиндрового двигателя
Неправильное регулирование зазоров между клапаном и ко-
25-60
ромыслом
Нагар в камере сгорания
5-7
Понижение давления воздуха в шинах колес:
на 40-100 кПа
4-6
на 15 кПа
Недогрузка мощности двигателя на 40, 50, 60, 70%
4-5
17-20
Работа трактора после ремонта без обкатки
Отсутствие подогрева двигателя зимой на открытой
Соответственно
7, 10, 15,27
стоянке
2-2,5 (масло)
Применение неисправного оборудования при транспортиро-
0,5-0,6 т за се-
вании и хранении топлива
зон
Поставка в АПК топлива низкого качества
До 6
До 5
132
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Значительное влияние на расход топлива, буксование и долговечность
шин оказывает правильный выбор давления в них. Рекомендации по выбору
давления в шинах колесных тракторов основных марок, используемых на разных видах сельскохозяйственных работ, приведены в табл. 5.7-5.10.
Таблица 5.7
Рекомендуемое давление в шинах тракторов, МПа (кг/см2)
Трактор
Прицеп
Давление в шинах колес
1
Т-25А
2
Одноосный
передних
3
0,19-0,2
задних
4
0,11(1,1)
МТЗ-80
Одноосный
0,17(1,7)
0,14(1,4)
Двухосный
0,25 (2,5)
0,14(1,4)
Одноосный
0,14(1,4)
0,14(1,4)
Двухосный
0,14(1,4)
0,14(1,4)
Одноосный
0,14(1,4)
0,18(1,8)
Двухосный
0,16(1,6)
0,12(1,2)
Одноосный
0,1(1)
0,11-0,12(1,1-1,2)
Двухосный
0,11(1,1)
МТЗ-80
Т-150К
К-700
0,11(1,1)
Таблица 5.8.
Рекомендуемое давление в шинах колесных тракторов Т-150К и К-701 на
полевых работах, МПа (кг/см2)
Почвенный фон
Т-150К
К-701
Давление в шинах колес
передних
Стерня, плотная почва
0,12(12)
Пар, поле, подготовленное 0,1 (1)
задних
передних
задних
0,1(1)
0,12(1,32)
0,1 (1)
0,08 (0,8)
0,11(1,1)
0,1(1,1)
под посев
133
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Таблица 5.9.
Рекомендуемое давление в шинах колес тракторов МТЗ-80 и МТЗ-82
на полевых работах, МПа (кг/см2)
Сельхозмашина (почвенный фон)
Прицепные и полунавесные машины
МТЗ-80
МТЗ
МТЗДавление
-82 в шинах
80,колес
-82
передних
задних
0,17(1,7)
0,14(1,4)
0,1(1)
(мягкая почва), плуги, лущильники
Тяжелые навесные машины (мягкая
0,17 (1,7)
0,14(1,4)
почва)
0,14-0,16
(1,4-1,6)
Навесные машины ПКУ-0,8,
0,3 (3)
0,25 (2,5)
0,1 (1)
КПД-4
0,2 (2)
0,18(1,8)
0,1(1)
КПТ-6,КУФ-1,8,КИР-1,5
0,17(1,7)
0,14(1,4)
0,1(1)
Льноуборочные машины ЛТВ-4,
0,17(1,7)
0,14(1,4)
0,1(1)
ПФ-0,5Б для уборки сена и соломы
Косилки:
ЛКВ-4Т
Таблица 5.10.
Рекомендуемое давление колес трактора Т-25А на полевых работах,
МПа (кг/см2)
Число
Сельхозмашина
градусов
Давление в шинах колес
на переднем брусе
передних
задних
134
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Бороны:
зубовые
дисковые
Катки
Камнеподборщик УСК-0,7А
Сеялка овощная СОН-2,8А,
2
0,14(1,4)
0,09 (0,9)
2
0,14(1,4)
0,11 (1,1)
2
0,18 (1,8)
0Д1 (1,1)
2
0,20(2)
0,11 (1,1)
8
0,14(1,4)
0,20 (2)
Сеялка СН-16
4
0,14(1,4)
0,13(1,3)
Разбрасыватель минеральных
8
0,17(1,7)
0,14(1,4)
2
0,14(1,4)
0,12(1,2)
Грабли
2
0,20 (2)
0,12(1,2)
Льнотеребилка ТЛН-1,5М
4
0,14(1,4)
0,10(1)
Машина для уборки плодов
4
0,14(1,4)
0,14(1,4)
опрыскиватель ОШУ-50
удобрений МВУ-0,5
Косилки КС-2,1 А и фронтальная КНФ-1,6, подборщик
тресты
косточковых
Значительное влияние на расход топлива оказывает тяговое сопротивление рабочих органов МТА, которое зависит от их конструкции, состояния герметичности сопряжений, правильности присоединения машин к трактору.
Наиболее энергоемкая операция — отвальная вспашка, на ее долю приходится около 35-40% затрат топлива при производстве продукции растениеводства. Поэтому важными являются правильное регулирование пахотного агрегата и нормальное состояние рабочих органов. Техническое состояние плугов
проверяют на специальной площадке. Толщина режущей кромки лемеха должна быть
не более 1 мм, ширина фаски — 5-7 мм, угол заточки — 25-35°, коробление лемеха выпученностью вверх по лезвию не более 4 мм, по спине — 2
135
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
мм. Зазор в стыке его с отвалом для корпусов шириной 35 и 40 см не должен
превышать 1 мм. Не допускается выступание отвала над лемехом. Выступание
рабочей поверхности лемеха над отвалом не более 2 мм, а полевого обреза отвала за пределы лемеха — 5 мм.
Режущая кромка дискового ножа должна быть гладкой, без заусенцев и
выщербленных мест. Допускается смятие лезвия не более чем в трех местах
глубиной до 2 и длиной до 15 мм. Толщина режущей кромки лезвия не более
0,5 мм. Заточка ее — двусторонняя под углом 30°. Радиальное биение диска не
более 6 мм.
Носки лемеха корпусов должны касаться поверхности установочной
площадки. Зазоры между носками отрицательных корпусов и поверхностью
площадки допускаются не более 15 мм для плугов с числом корпусов до 5 и 20
мм — до 9 корпусов. Лезвие лемеха должно быть параллельно поверхности
установочной площадки. Задний конец лемеха плугов с корпусами шириной захвата 35 см может возвышаться не более чем на 10 мм, шириной захвата 40 см
— до 12 мм.
Нижний обрез полевой доски должен быть параллельным поверхности
установочной площадки, допускаемое возвышение ее заднего конца у плугов
общего назначения не более 12 см. Полевая доска находится в одной плоскости
с полевым обрезом лемеха. Допускается отклонение в сторону поля не более 5
мм.
Существенное влияние на расход ТСМ оказывает рациональное агрегатирование машин. Рационально скомплектованный МТА обеспечивает требуемое
количество выполняемой работы при высокой производительности и наименьшем расходе топлива.
Расход ТСМ при работе техники зависит не только от ее технического состояния и организации эксплуатации, но и от квалификации механизаторов и
водителей. Квалифицированные работники экономят больше ТСМ и обеспечивают надежную работоспособность машин. Установлено, что на тракторах, которые обслуживают трактористы первого и второго классов, расход ТСМ на 10136
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
12% меньше, чем у трактористов третьего класса. В одинаковых условиях водители разной квалификации также расходуют неодинаковое количество топлива, разница достигает 20-25%.
Опытные трактористы и водители знают, что экономить ТСМ нужно с
начального периода работы машины. Большое значение имеет правильная обкатка, когда трущиеся детали прирабатываются и готовятся к эксплуатационным нагрузкам. При правильных обкатке и приработке расход ТСМ значительно сокращается. Обкатку начинают с работы на низшей передаче, затем переходят на более высокие скорости и постепенно увеличивают нагрузку. Для машин различных марок ее продолжительность составляет 50-60 ч.
Квалифицированный механизатор ежедневно проверяет отсутствие течи
из топливного бака и соединений топливоподающей системы, герметичность
смазочной системы и т.д.
Опытные механизаторы достигают экономии ТСМ за счет умению маневрирования скоростями, особенно при работе на неровных полях, изменении
сопротивления обрабатываемой почвы. Установлено, что чем ниже квалификация механизатора и сложнее техника, тем большие потери топлива при эксплуатации (табл. 5.11, рис. 5.5).
Таблица 11
Фактические потери топлива тракторами (по П. Ючасу)
Средний
Трактор
срок
Средний
Число тракторов Средние потери
служ- класс механи- с подтеками, %
бы, годы
в минуту, капли
затора
Г-150К
5,0
1,9
71
13,0
ЦТ-75
6,1
2,2
75
14,2
МТЗ-80, -82
4,1
1,9
59
8,8
Г-40М
4,5
2,3
68
8,7
Г-25А
3,8
2,3
54
6,6
К организационным факторам относятся выбор форм использования техники, организация работы и обслуживания МТА в полевых условиях, учет и
137
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
нормирование потребления ТСМ, виды поощрения за его экономию и др. Сокращение расхода ТСМ за счет лучшего использования техники может быть
достигнуто внедрение м аренды, подряда, а также созданием четкой системы
учета расхода ТСМ и поощрения за их экономию и др. (рис. 5.6).
Рис. 5.5.. Фактические потери топлива тракторами (по П. Ючасу)
Рисунок 5.6. Резервы экономии топлива при применении эконометров на
тракторах
Даже при полной загрузке тракторов на основных работах неизбежен перерасход топлива, когда МТА работает на плохо подготовленных загонах с
большими переездами. Если борозда непрямолинейна, то увеличивается тяговое сопротивление, на 2-3% растет расход топлива. На длинных загонах сокращается время на попороты и заезды агрегата, поэтому при длине гона, напри138
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
мер, 300 м расход топлива будет на 15-20% больше, чем при гоне 1500 м. Недопустимо использовать на коротких гонах мощные тракторы.
В зависимости от выполняемой операции двигатель обычно 1,5-2 ч в смену работает вхолостую. Для тракторов разных марок расход топлива при этом
составляет 2-4 кг, каждый трактор в год непроизводительно сжигает 600-800 кг
топлива. По возможности следует максимально ограничивать время холостой
работы двигателя (рис. 7).
Значительное количество топлива перерасходуется при холостых переездах тракторов с участка на участок. На эти цели за смену тратится до 6% рабочего времени — это около 7% годового расхода топлива. В крупных хозяйствах
за год переезды составляют 300-350 км, с мелкими полями — 500-600 км.
Уменьшить число холостых переездов можно за счет укрупнения участков, составления плана маршрута работ с учетом очередности и времени их выполнения.
Непроизводительно расходуется топливо при переездах техники к заправочному пункту, что вызывает перерасход 400-500 кг топлива. В большинстве
хозяйств в зависимости от времени года используются различные методы заправки в напряженные периоды полевых работ — на стационарных постах заправки и передвижными средствами, в остальное время — на стационарных постах заправки.
139
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Большой ущерб наносят холостые перегоны автомобилей. Установлено,
что издержки на порожние пробеги лишь на 20-25% меньше расходов на перевозку грузов. Увеличение доли полезного пробега грузовых автомобилей,
например, по России на 1% позволит сберечь 40 млн руб. в год.
В хозяйствах Кубани применяют эффективный способ перевозки зерна:
прицепы заранее расставляют по полю для сбора зерна из бункера комбайна и с
помощью трактора их после загрузки доставляют к месту сцепки с автомобилями-тягачами, что сокращает время движения автомобилей по полю и расход
топлива.
Серьезное внимание машиноиспользованию уделяется в одном из передовых хозяйств Краснодарского края — ОАО «Кубанец». Специалисты хозяйства считают, что в этом деле важны выбор маршрута к полю, остановка двигателя на перерыв и др.
Сокращение расхода ТСМ, повышение эффективности использования
техники невозможны без грамотной организации работы МТА: выбора машин,
подготовки их для выполнения различных операций, составления схемы движения, расчета потребного числа машин и обеспечения их согласованной работы с сельскохозяйственной техникой (тракторы, уборочные, посевные агрегаты), наибольшей механизации погрузочно-разгрузочных работ, организации
своевременного ТОР (рис. 5.8).
В рациональном машиноиспользовании скрыт значительный резерв экономии топлива. При недоиспользовании мощности двигателя на 40, 50, 60, 70%
потери топлива достигают соответственно 7, 10, 15, 27%. Установлено, что
около половины тракторного парка при сельскохозяйственных операциях загружено на 50-70%, это приводит к бесполезному сжиганию около 1 млн т топлива. Недоиспользование мощности двигателя обусловлено разными причинами, но наиболее распространенная из них — неправильное комплектование
МТА из-за отсутствия шлейфа машин.
140
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Иногда по этой причине энергонасыщенные тракторы загружены всего на
35-50%. МТА следует комплектовать так, чтобы мощность тракторов использовалась на 85-90% в зависимости от их типа и выполненной работы. Запас мощности двигателя необходим для преодоления кратковременных перегрузок,
временного увеличения сопротивления без перехода на пониженные передачи.
Более высокая загрузка рекомендуется для гусеничных тракторов, низкая —
для колесных. Необходимо регулярно следить за натяжением гусениц, регулировкой рабочих органов, давлением в шинах, правильно подбирать передачи,
полнее использовать силу тяги трактора. Повышение скорости или комбинирование агрегатов позволяет экономить до 30% топлива, сократить прямые затраты на единицу продукции на 15-35% (рис. 5.9). Из-за отсутствия автоматического регулятора скорости движения МТА и загрузки двигателя при эксплуатации машин удельный расход топлива значительно увеличивается.
141
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ВИМ и ГСКБ Минского тракторного завода разработан эконо-метр,
принцип действия которого заключается в следующем. Известно, что минимальный удельный расход топлива соответствует 90-95% номинальной нагрузки двигателя. Датчик, встроенный в регулятор ТНВД, отслеживает эту нагрузку
и передает сигнал в электронный блок памяти экономичных режимов работы
двигателя, при этом сигнальная лампа эконометра горит непрерывно, а при перегрузке начинает мигать. Это означает, что водитель должен включить пониженную передачу или увеличить частоту вращения коленчатого вала (на малоэнергоемких работах). Если двигатель недогружен, то лампа не горит, и водитель должен соответственно включить повышенную передачу или снизить частоту вращения коленчатого вала двигателя.
Особенно трудно выбрать экономический режим работы МТА на малоэнергоемких работах. Это можно продемонстрировать на анаграмме скоростей
тракторов МТЗ-80, -82 (рис. 5.10). У них 18 передач, любой рабочей скорости
агрегата в пределах 6-11 км/ч соответствуют 5, а наиболее экономично он будет
работать только на одной из них, и эту передачу подскажет механизатору эконометр.
142
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Прибор прост, не требует настройки во время эксплуатации. Питание от
бортовой сети трактора. Применение его позволит сэкономить до 10% дизельного топлива. Он может быть установлен как в заводских условиях, так и на
тракторах, находящихся в эксплуатации.
Принципиально эконометр пригоден для установки на любой отечественный трактор, но со своей настройкой блока памяти экономичных режимов, которая отличается соотношением времени замкнутого и разомкнутого состояния
контактов датчика, соответствующего 90-95% номинальной нагрузки конкретного двигателя.
При внедрении эконометра только на основных тракторах можно сэкономить до 600 тыс.т дизельного топлива в год (табл. 12).
143
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Таблица 12
Резервы экономии дизельного топлива на тракторах при использовании эконометров
Трактор
Число
тракторов
на 01.01.99, тыс.
Годовая экономия
на один трактор, т
на парк тракторов, тыс. т
шт.
МТС-80, -82
320
0,9
288
Т-150К
75
2,0
150
К-701
55
3,0
165
Итого
603
144
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Глава 6. Пути сокращения расхода автотракторных масел
Особое место в экономном использовании нефтепродуктов занимает проблема расхода масел, которая определяется длительностью работы до замены и
расходом на угар.
По данным ВИИТиН, при каждой замене из смазочной системы двигателя в зависимости от его типа сливают 10-40 кг, из гидросистемы — до 300 кг
масла и столько же заливают свежего. Поэтому вопросы увеличения сроков
службы масел весьма важны.
Существенно увеличить сроки замены масел в агрегатах трансмиссии
машин можно, используя высококачественные всесезонные масла, при этом отпадает необходимость в сезонной замене при переходе с летней эксплуатации
на зимнюю, и наоборот. Срок службы масел может быть увеличен минимально
в 4 раза и доведен до двух лет, в результате этого в 4 раза сокращается расход и
становится экономически эффективным использование дорогостоящих загущенных масел.
Для гидросистем навесного оборудования тракторов разрабатывается
всесезонное масло, внедрение его позволит работать без замены в 4 раза дольше, чем при сменяемых сезонных маслах.
Эффективная очистка масел от механических примесей при малой скорости срабатывания присадок позволит повысить сроки их службы в трансмиссиях и гидросистемах машин.
В тракторных двигателях масла раньше меняли через 120 мото-ч работы.
В современных теплонапряженных двигателях их меняют через 500 мото-ч. Это
стало возможным благодаря внедрению высокачественных моторных масел и
топлива с содержанием серы не более 0,5%.
Другой путь экономии масел — улучшение качества их очистки и двигателе. На всех современных двигателях устанавливают полнопоточные реактивные маслоочистители. Их применение по сравнению с фильтрами грубой и тонкой очистки позволило значительно уменьшить скорость загрязнения масла.
Однако они не задерживают частицы меньше 3-5 мкм, поэтому разрабатывают
145
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
новые 1'ппы центрифуг, устанавливают дополнительные фильтры, применяют
ультразвуковую обработку и бумажные полнопоточные масляные фильтры, повышающие качество очистки. При использовании эффективных систем очистки
и высококачественных масел становится возможным дальнейшее увеличение
сроков смены. Но оно малоэффективно без существенного сокращения расхода
масла в двигателях на угар. В двигателе на замену расходуется до 40% нищего
количества масла, на угар — около 60%. При повышении срока смены с 240 до
500 мото-ч расход масла сокращается на 7-10%, при дальнейшем увеличении —
приблизительно на 5%. Почему первоочередная задача — сокращение расхода
масла на угар.
За счет совершенствования цилиндропоршневой группы, смазочной системы, улучшения конструкции, технологии изготовления и материала поршневых колец в тракторных и комбайновых двигателях угар масла не превышает
0,7-1% от расхода топлива. Проработана и реализуется программа работ по
дальнейшему снижению расхода масла на угар. Исследованиями доказано, что
угар может быть уменьшен до 0,2-0,3% от расхода топлива. Уменьшение расхода масла на угар до 3% позволит сэкономить при эксплуатации существующего парка тракторов свыше 40 тыс. т моторного масла в год.
Из общего количества масел для дизелей только около 55% используют
непосредственно в двигателях, до 30 — в гидросистемах навеесного оборудования, до 15% — в трансмиссиях. Использование моторных масел только по
прямому назначению позволит значительно сократить их расход.
Эксплуатационные факторы, вызывающие увеличение расхода масла. Установлено, что более 65% тракторов эксплуатируется с подтеканиями
смазочных масел, более 35 — с подтеканиями масла из гидросистем, более 17
— из двигателей, до 15% — из трансмиссий. Утечки через плотности интенсивностью 5-15 капель в минуту имеют более 25% используемых тракторов. До
52% от всех потерь масел происходит в гидросистемах, до 30 — в двигателях и
13% — в трансмиссиях. Расход масел в гидросистемах превышает объем заправочных емкостей иногда в 6-8 раз. Для гусеничных тракторов фактический рас146
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ход масла через гидросистему составляет 1-1,5, колесных — 1,5-2,5% к расходу
топлива. В абсолютном выражении это выглядит так: для трактора ДТ-75 требуется более 150 кг масла, МТЗ-80 и МТЗ-82 — более 100, К-700, К-701 — 300400 кг в год. Основная масса масла, заливаемого в гиросистему трактора, теряется безвозвратно в процессе эксплуатации (рис. 11).
Основные причины потерь масел: нарушение правил заправки (0,5-0,8 кг
за одну заправку) и уплотнений ведущего вала насоса (80-90% объема заправочной емкости гидросистемы), утечки из-за неплотностей в узлах, соединительной арматуре и трубопроводах (1,5-2 кг за смену), разрыв шлангов и трубопроводов (16-20 кг за один раз), неисправность или отсутствие соединительных
и запорных узлов гидросистемы трактора и сельскохозяйственной машины (2035 кг для гусеничных и 100-150 кг для колесных тракторов в год), нарушение
герметичности уплотнений подшипниковых узлов ходовой части гусеничных
тракторов (расход в 5-7 раз превышает объем заправочной емкости).
Безвозвратные потери смазочных масел достигают 15-20% от расхода
свежих масел. Своевременно принятыми мерами потери могут быть исключены. Они устраняются подтяжкой соединений или заменой сальников, прокладок, неисправных трубок и других деталей. При наличии короблений сопрягаемых поверхностей, через которые течет масло, применяют специальные герметизирующие материалы. Ликвидация утечек из-за неисправностей узлов и деталей должна быть выполнена сразу же при их обнаружении средствами ТОР.
Только по тракторам ДТ-75М, МТЗ, Т-150К и К-701 за счет сокращения утечек
масла можно получить экономию не менее 100 тыс.т моторных и гидравлических масел, используемых в двигателях и гидросистемах. Основной путь достижения этой экономии — повышение уровня технической эксплуатации машин и качества ТОР.
147
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Экологическая безопасность МТА высокой энергонасыщенности в значительной мере зависит от безотказности применяемых гидроприводов. Решение
проблем обеспечения герметичности гидроагрегатов и уменьшения потребле148
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ния рабочей жидкости в условиях высоких цен на ГСМ становится главной задачей.
Оснащение МТА энергоемким технологическим оборудованием требует
повышения мощности гидронавесной системы, рабочее давление которой возросло с 14 до 20-35 МПа. Динамические нагрузки при работе гидроагрегатов, а
также высокое рабочее давление в гидронавесной системе часто приводят к повреждениям трубопроводов и гибких рукавов, внезапному их разрушению и
выбросу рабочей жидкости.
Анализ результатов испытаний сельскохозяйственной техники на МИС, в
ГОСНИТИ, ВИМ, НАТИ, МАДИ, а также результатов подконтрольной эксплуатации тракторов показывает, что расход рабочей жидкости составляет в среднем 62-83 л в год (средний годовой объем доливок этой жидкости — 67 л в год
на одну машину).
Анализ данных испытаний, проведенных на МИС (протоколы периодических испытаний Центрально-Черноземной, Северо-Западной, Поволжской,
Прибалтийской МИС), показывает, что на маслопроводы одного трактора приходится 0,6 отказа в год. Аварийный выброс рабочей жидкости происходит в
50% случаев от общего числа отказов гидронавесной системы.
Радикальный способ уменьшения потерь рабочей жидкости при аварийной разгерметизации гидропривода — повышение надежности гидравлических
узлов и агрегатов, создание устройств, предотвращающих аварийный выброс
рабочей жидкости при отказе гидропривода.
Под руководством И.П.Ксеневича разработаны устройства в системе распределения гидронавесной системы, основанные на принципе автоматического
возврата золотника в нейтральное положение с помощью гидроуправляемого
фиксатора.
Для сокращения потерь рабочей жидкости предлагается способ защиты
гидропривода, основанный на принципе пневмогидравлического управления
перераспределением потоков рабочей жидкости между полостями всасывания и
слива. Простота в обращении, удобство эксплуатации способствуют надежной
149
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
защите гидропривода от несанкционированного выброса рабочей жидкости и
сбережению почвы, сохранению ресурсов нефтепродуктов, сокращению простоев МТА во время замены арматуры и долива рабочей жидкости.
ВИИТиН разработаны и испытаны образцы таких устройств (рис. 12), которые устанавливаются в напорной магистрали после распределителя.
Принцип действия основан на улавливании чувствительным элементом
резкого снижения давления в гидросети в момент ее разгерметизации (прорыв
маслопровода под нагрузкой). В этом случае срабатывает клапан предохранителя, отключая неисправную гидросеть от распределители и насоса. Резко возросшее давление в рабочей секции распределителя автоматически устанавливает золотник в нейтральное положение, направляя масло в бак на слив. Устройства аналогичного назначения разрабатываются и другими организациями, в
частности, имеются сведения об испытаниях аварийного запорного клапана, изготовленного специалистами Гусятинского РТП Тернопольской области.
Доливы масла компенсируют потери его на испарение и утечки. По двигателям доливы составляют 60-80% от общего расхода масла двигателем. В последние годы угар масла удалось уменьшить с 1,5-2,2 до 0,5-0,8% от расхода
топлива для современных тракторных двигателей [6, 9]. Однако, как показыва-
150
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ют исследования и опыт эксплуатации лучших двигателей, расход масла на
угар можно довести до 0,2-0,3%.
Причины повышенного расхода масла на угар — увеличение зазора в сопряжениях цилиндропоршневой группы, повышенный уровень масла в картере
двигателя, нарушения теплового режима двигателя из-за неисправностей и регулировок, образование накипи в системе охлаждения. Увеличение толщины
слоя накипи только на 1 мм повышает расход масла на 25%. Решение проблемы
сокращения расхода масла на угар — задача комплексная: нужно совершенствовать конструкцию двигателей, повышать качество применяемых масел,
обеспечивать высокое качество ТОР.
Фактический расход масла на угар при эксплуатации двигателей в 2-3 раза превышает нормы, установленные техническими условиями для современных двигателей. Этот резерв экономии масел может быть реализован только
при достаточно высоком уровне организации ТОР и строгом соблюдении правил эксплуатации двигателя. Экономия масла при этом может составить 0,1-0,3
т в год на один трактор.
Для планирования потребности в маслах, контроля за эффективностью
использования разработаны и применяются нормы эксплуатационного расхода
масел в гидросистемах тракторов (табл. 13). Они являются усредненными для
различных условий эксплуатации техники.
Только 45-50% моторных масел при эксплуатации тракторов расходуется
в двигателе, до 30 — в гидросистеме, до 20% — в трансмиссии. Такое положение усугубляется сложностью обеспечения смазочными материалами и является одной из основных причин аварийного износа двигателей, когда в них используется непригодное масло. Изменение структуры расхода моторных масел
в пользу их применения в двигателях позволяет использовать в гидросистемах
и трансмиссиях специальные рабочие жидкости, трансмиссионные и очищенные отработанные моторные масла.
151
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Таблица 13.
Нормы расхода моторных и трансмиссионных масел для тракторов к
израсходованному топливу, %
Трактор
Моторные
Трансмис- Индустри-
общий
в том числе расход сионные
альные
расход
двигателем
всего
на угар
другие
и
спецназначения
Т-130
4,1
3,2
0,7
0,8
0,1
Т-150
3,6
1,7
0,7
0,4
0,2
Т-4А
4,1
3,2
0,8
0,9
0,1
Т-4
4,6
3,4
0,8
0,9
0,1
ДТ-75М
4,4
3,3
0,8
0,9
-
ДТ-75
4,2
2,9
0,7
0,9
-
К-700, К-701
4,1
2,8
0,8
0,4
0,2
Т-150К
3,5
1,7
0,7
0,6
0,1
МТЗ-80,
3,5
2,3
0,7
1,0
0,1
МТЗ-82
'
МТЗ-50,
3,9
2,8
0,7
1,0
0,1
ЮМЗ-6
4,0
2,8
0,7
1,1
0,1
Т-40, Т-40АН
4,1
2,3
0,7
0,7
0,1
Т-25А
4,1
2,3
0,8
1,0
-
Т-16М
4,4
2,6
0,8
1,3
-
МТЗ-52
Разработаны нормы расхода масел для гидросистем тракторов (табл. 14).
Из-за низкого качества ТОР, нарушения правил эксплуатации и несовершенствования конструкций фактический расход жидкостей в гидросистемах
превышает технически обоснованные нормы в 2-3 раза. Поэтому важно свести
к минимуму аварийные утечки масел, организовать их сбор при устранении последствий отказов в гидросистемах, чтобы после очистки использовать собранное масло по назначению повторно, не допуская его сдачи в качестве отработанные.
152
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Таблица 14.
Нормы расхода смазочных материалов для организации экономного их
использования при эксплуатации автотранспорта приведены в табл. 15.
Таблица 15.
153
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Примечания: 1. Для автомобилей ВАЗ всех марок норма расхода моторных масел установлена 0,8 л на 100 л общего расхода горючего, рассчитанного
по нормам.
2.
Нормы расхода масел и смазок уменьшаются на 5% для автомоби-
лей (кроме автомобилей ВАЗ), находящихся в эксплуатации до 3 лет, и увеличиваются до 10% — более восьми лет.
3.
Расход масел и смазок при капитальном ремонте автомобилей и их
агрегатов устанавливают равным вместимости одной емкости системы смазки.
Сокращение расхода масел на преждевременные замены.
При использовании в двигателях и других высоконагруженных узлах и
агрегатах масло через определенное время утрачивает эксплуатационные свойства, и его требуется заменить. При работе на малосернистом топливе и использовании моторных масел группы Г2 для ряда двигателей срок службы установлен до 500 мото-ч. Этим обеспечивается сокращение расхода масла в двигателе на 110-112% в сравнении с расходом при периодичности его смены через
240 мото-ч (масло группы В2). Дальнейшее увеличение срока замены масла
даст незначительный эффект, так как основную долю составляет расход на
угар. Кроме этого, появляются значительный риск повышенного износа деталей
цилиндропоршневой группы, потери подвижности поршневых колец и нагаролакообразование.
Часто наблюдается преждевременная замена работающего масла, которое
еще не утратило эксплуатационных свойств. Причина заключается в том, что
«старение» масла, истощение или срабатывание присадок зависят от нагрузочных режимов, технического состояния двигателя, а периодичность замены масла, установленная предприятием-изготовителем, является в значительной степени хотя и усредненной величиной, но рассчитанной на номинальную загрузку двигателя. Более 50% тракторов используется с неполной загрузкой двигателя (транспортные, легкие полевые работы и т.п.),
поэтому процесс «старения» масел в них существенно замедляется. Кроме того, при доливе масла в двигатель для компенсации угара и утечек проис154
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ходит его «освежение», что стабилизирует эксплуатационные свойства на допустимом уровне.
Разработаны и находят применение средства и методы оперативного контроля основных физико-химических показателей масла, что позволяет оценивать их соответствие выбраковочным нормам, а замену масла производить по
его состоянию. Использование экспресс-комплектов оценки качества масел в
системе средств ТОР обеспечивает также предотвращение повышенных износов деталей из-за низкого качества масла.
155
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Глава 7. Восстановление и использование отработанных масел
Как уже отмечалось, проблема обеспечения АПК минеральными маслами
особо обострилась, в частности, в связи с использованием в сельхозпроизводстве изношенной энерготехники. Общее потребление минеральных масел в
АПК достигает 50% от общего объема производства масел, а их стоимость составляет значительную долю в себестоимости сельхозпродукции. Максимально
возможный экономический эффект от рационального расходования масел может быть достигнут при организации малоотходного оборотного использования
масел, смазочно-охлаждающих и других специальных жидкостей. Поэтому разработка технологий и создание технических средств обработки, восстановления
и повторного использования отработанных масел — важная научнопрактическая проблема.
7.1. Технологии восстановления отработанных масел
Сбор, переработка и повторное использование отработанных масел — источники увеличения ресурсов этих материалов. Они являются эффективными
мерами по предотвращению загрязнения окружающей среды.
В зависимости от последующего назначения переработку отработанных
масел возможно реализовать по нескольким ступеням. К примеру, частично
восстановленные масла, т.е. прошедшие только очистку от механических примесей, воды и легких топливных
фракций, имеют недостаточную область повторного использования (гидравлические, трансмиссионные и другие узлы машин) и не могут без улучшения основных физико-химических свойств в полной мере использоваться в двигателях автотракторной техники. С цепью улучшения переработки этих масел и
возможности применения их по прямому назначению (в качестве моторных)
необходима разработка прогрессивных технологий и технических средств, которые позволяли бы удалять непригодные сработавшиеся углеводороды, потерявшие свои свойства присадки, и осветлять эти масла, т.е. придавать им товарный вид. И, самое важное, добавить в нот переработанный продукт недо-
156
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
стающие сработавшиеся элементы (присадки), а затем (при возможности), стабилизировать свойства масел с целью продления сроков использования.
Известны различные способы очистки и регенерации отработанных масел, основанные на физических, физико-химических, химических и других
процессах, заключающихся в обработке масла с целью удаления из него механических и водных фракций, продуктов старения и сработавшейся массы присадок. Основные способы и методы восстановления свойств отработанных масел представлены на рис. 13, а перечень основных видов оборудования для реализации очистки и регенерации масел — на рис. 14.
Наиболее широко применяются и освоены физические методы обработки
масел в силовом поле с использованием гравитационных, центробежных, электрических, магнитных и вибрационных сил, а также фильтрованием, водной
промывкой, выпариванием и накуумной дистилляцией. К этим методам можно
отнести и различные массо- и теплообменные аппараты.
[естественный гравитационный метод очистки масел от загрязняющих
примесей и воды — отстаивание их при обычных температурах — прост, но
малоэффективен и длителен. Степень очистки примесей — не более 20-80 мкм
при обычной температуре, а при in сниженной (минусовой) он вообще неэффективен. Эффективность резко снижается при наличии в маслах моющих присадок пни других необходимых компонентов, которые препятствуют агрегированию частиц загрязнений и коагуляции микрокапель воды.
Процесс отстаивания зависит от плотности, вязкости и степени загрязненности масел и не обеспечивает необходимой чистоты их. По ному этот метод применяют чаще для предварительной очистки.
157
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Продолжительность очистки масел от различных инородных примесей
значительно сокращается при использовании центробежных сил посредством
вращательного движения масла в неподвижных аппаратах (гидроциклонах) и
подачи масла во вращающийся аппарат (центрифугу). Более широкое применение нашли различные центробежные аппараты. Эти аппараты могут быть с
электрическим, механическим и гидравлическим приводом. Гидравлический
привод осуществляется с помощью реактивного соплового
устройства, использующего энергию потока очищаемого масла. Конструкции этих устройств — центрифуг — самые разнообразные и отличаются
друг от друга принципиальными схемами, системой подачи гидропотоков масла, они могут быть низко- и высокочастотные (по частоте вращения роторов).
158
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Особенности некоторых способов очистки масел (некоторых видов масел) заключаются в следующем. Очистка с использованием сил электрического
поля позволяет дополнительно проводить обезвоживание масел, а используемое при этом оборудование малогабаритно, и его конструктивные особенности
дают возможность автоматизировать технологический процесс. Магнитные
очистители эффективно удаляют ферромагнитные частицы, образующиеся в
результате износа деталей машин. Загрязненные масла, попадая в поле упругих
колебаний вибрационных очистителей, более динамично освобождаются от
твердых частиц за счет их коагуляции.
Водной
промывкой
из
масел
удаляют
водорастворимые
низко-
молекулярные кислоты, соли органических кислот и некоторую долю сработавшихся углеводородных соединений.
Выпариванием (при температуре = 80-110°С) масел обеспечивают обезвоживание и удаление из них легкокипящих фракций. Этот процесс весьма
159
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
энергоемок и продолжителен, реализуется при давлении 25-30 кПа, требует
специальных нагревателей и вакуумных устройств.
Из физических методов наиболее распространен метод фильтрования через пористые перегородки фильтрующих материалов: бумаги, спецтканей, всевозможных набивок различных веществ и др. Он обеспечивает тонкость фильтрации при грубой очистке 100-70 мкм, средней — 20-70, тонкой — 1-20, ультрафильтрации — менее 0,1 мкм. Недостатки метода: большой расход эксплуатационных материалов, необходимость тщательной утилизации, снижение эффективности очистки в процессе фильтрации (по времени функционирования).
Барометрические методы разделения смесей сложны и дорогостоящи.
Методы очистки с использованием полупроницаемых мембран (очистка до 0,1
мкм и более) экономически просты, но требуют периодической промывки и пока не освоены в системе АПК.
Известны также комбинированные способы очистки, основанные на одновременном использовании нескольких силовых полей и пористых фильтрующих перегородок, центробежного и магнитного полей, центробежного поля с
фильтрованием, вибрационного фильтрования.
Физико-химические методы — адсорбционный, ионообменный и селективный — дают довольно высокое качество очистки, но требуют сложного
оборудования, дорогостоящих адсорбентов, кислот, растворителей и других
технологических компонентов.
Химические методы очистки основаны на взаимодействии веществ, загрязняющих отработанные масла, и вводимых в них реагентов. В результате
химических реакций образуются соединения, иегко удаляемые из масел.
Наиболее предпочтительными являются кислотная и щелочная очистка, гидрогенизация, очистка от загрязнений с помощью окислов, карбидов и гидридов
металлов.
Таким образом, для очистки отработанных масел и частичного постановления их некоторых основных физико-химических показателей могут применяться различные способы, методы и технические средства. Предпочтительны
160
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
физические способы очистки, позволяющие удалять из масла твердые загрязнения, воду и частично легкие топливные фракции.
Подробный анализ способов очистки масел показал, что наиболее рациональна в условиях АПК центробежная очистка.
Центробежные очистители (центрифуги) имеют высокую сепарирующую
способность, качественно работают в широком диапазоне рабочих температур
масла, их рабочие характеристики в процессе эксплуатации остаются постоянными, срок их работы неограничен, ресурс значительно выше, чем других, по
объему грязеемкости они превосходят лучшие объемные фильтры, кроме того,
они отличаются большой избирательной способностью к загрязнениям, просты
в эксплуатации и обслуживании. Этот вид очистки имеет и ряд других преимуществ.
Существующие технические средства для очистки отработанных масел в
сельскохозяйственном производстве подразделяются (рис. 15.) по назначению и
видам работ, месту их выполнения, (конструкции, способу обслуживания и т.д.
Краткая техническая характеристика некоторых типов стационарных
маслоочистительных установок, созданных 30-40 и более лет назад (сепараторов марок СЦ, ПСМТ-3000, ПСМ2-4 и других to сложными центрифугами тарельчатого типа (рис. 16-18), фильтрующими устройствами), приведена в табл.
16.
161
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
162
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
163
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Таблица 16.
Характеристика некоторых стационарных маслоочистительных регенерационных установок
Установка
Производи- Давление нагне- Частота вращения
тельность,
тания
л/мин
МПа
масла, роторов центрифуг,
мин"1
Сепаратор:
СЦ-ЗА
50
0,35
4740
СЦС-3
16-65
0,35
6000
ПСМ
25
0,35
4520
НСМ-2
66
0,35
6600
ПСМТ-3000
50
0,30
6600
Установка:
КИ-16394 ГОСНИТИ
РМ-30
7000
(регенерацион-
ная)
30
10
кг/ч
(фильтры)
кг/ч
ВИМЭ-2 (регенерацион-
ная)
0,50
0,80
(фильтры)
Основные недостатки этих средств — потребность в специальных эксплуатационных материалах (спецглина, кислоты и др.), сложность конструкции
и технического обслуживания, небольшая производительность, блокировка
фильтрующих элементов после непродолжительного времени работы, в результате чего повышается давление, а это приводит к разрыву тканевых и бумажных фильтров (установка РМ-30).
Автору данной работы, участвовавшему во внедрении различных технических средств очистки масел конструкции АЧГАА и ВНИПТИМЗСХ как в системе АПК, так и на промышленных предприятиях во многих регионах РФ и
СНГ в течение 30 лет, не приходилось встречать действующие маслоочистительные установки типа СЦ-3, НСМТ-3000 и другие подобные конструкции.
164
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Описанные способы и технические средства переработки масел (за исключением установок РМ-30 и ВИМЭ-2) в основном выполняют первый технологический цикл восстановления масел — очистку от инородных загрязняющих
примесей. В результате в очищенном масле недостает множества дополнительных компонентов, позволяющих использовать его наравне с товарными маслами. 11ными словами, нужно разработать новую технологию и технические
средства, позволяющие полностью восстанавливать свойства отработанных масел.
Существующие серийная промышленная технология и оборудование переработки отработанных масел методом «горячей» регенерации (рис. 8.19)
очень сложны по технологическим и эксплуатационным процессам реализации
и неприемлемы для функционирования в системе АПК.
Весь технологический цикл очистки масел состоит из пяти этапов:
- отстаивание в баках-отстойниках при температуре 18-20°С в течение
одних-двух суток;
165
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
- нагрев масла до 350°С, частичное удаление водных и других жидких
фракций в термических печах;
- активация процессов в термохимическом блоке с применением таких
эксплуатационных материалов, как серная кислота, сода, аммиак и др.;
- очистка в специальном блоке с помощью отбеливающей глины, цеолитов, бокситов и др.;
- доочистка масел в фильтрпрессах пропуском через специальные фильтрующие материалы (бумаги, спецткани и др.).
По такой технологии на одну тонну очищенного масла требуются большой ассортимент и самые различные эксплуатационные материалы: 100 кг отбеливающей глины, 10 кг серной кислоты, 12 Кг фильтровальной бумаги, 4 кг
ткани, 205 кВт-ч электроэнергии. Для последующего восстановления свойств
масел необходимы дополнительные компоненты: присадки или товарные масла
(определенный процент). Выход продукции из 100 т отработанного сырья — до
60-70 т эксплуатационного масла, соответствующего техническим требованиям.
Подобная технология, как уже отмечалось, нереализуема в системе АПК.
Таким образом, необходимость разработки более упрощенной технологии переработки отработанных масел для любых производственных структур, потребляющих минеральные масла, является актуальной задачей.
Технологии и технические средства восстановления отработанных
масел за рубежом
Качество масел, используемых в автомобильных и тракторных двигателях в США и Англии, регламентируется спецификациями-MTL-L-2104A, MTLL-2104B и MTL-L-45199F (США), DEF 2101В, DEF-2101C, DEF-2101D и BS
1905/1965 (Англия).
За рубежом существуют и более действенно функционируют различные
технологии и технические средства восстановления отработанных масел. Их
восстанавливают на спецпредприятиях, используя высокотемпературные технологии (150-250°С) с множеством дополнительных эксплуатационных мате166
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
риалов (глинозем, пропан, различные фосфаты, кислоты и др.) Такой серьезный
подход к этой проблеме можно обосновать тем, что этот эксплуатационный материал для них является важным звеном в сфере повышения надежности, работоспособности техники и значительного сокращения при этом эксплуатационных затрат.
Фирмами «Kinetics Technology International)) (Германия) и «Guls» (США)
разработана и функционирует технология регенерации масел, основными этапами которого являются атмосферная отгонка воды и бензина, вакуумная перегонка масла и отгонка газойля, гидроочистка масляного дистиллята и фракционирование масла. Особенность процесса — температура перегонки не выше
250°С, что обеспечивает высокое качество масел, минимальный выход побочных продуктов. Недостаток данной технологии — использование сложного и
дорогостоящего оборудования.
Фирмами «Leybold-Негасш» и «Adolf Schmids ЕгЬеп» (Швейцария) разработан процесс восстановления масел «Рисайклон» на основе применения металлического натрия для удаления загрязняющих примесей. Отработанное масло перегоняют для удаления воды и легких топливных фракций, а затем добавляют к нему менее одного процента измельченного натрия при температуре до
250°С.
После удаления низкокипящих продуктов реакции масла отделяют от
осадка. В результате многоступенчатой перегонки получают различные по вязкости масляные дистилляты, которые последующим фракционированием доводят до определенных сортов масел.
Фирмой «Phillips Petroleum)) (СИТА) разработан и реализуется более эффективный технологический процесс регенерации масел, сочетающий химическую и гидростатическую очистку с последующим удалением на никельмолибденовом катализаторе серы, азота, кислорода и хлора, а затем отпариванием топливных фракций с доведением температуры вспышки масла до требуемых норм. Процесс протекает при температуре около 150°С.
167
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
В Чехии используют технологию регенерации масел по следующей схеме: очистку отстоявшегося от сажи и асфальтосмолистых веществ масла производят с помощью водного раствора, содержащего алкилфенол, соду, сексан и
другие реагенты, при температуре 150°С с последующим 20-часовым отстаиванием и двухступенчатой вакуумной перегонкой при температурах 175-275°С и
давлением 5 МПа в течение 5 ч.
Перечисленные технологии со сложным комплексом оборудования для
восстановления свойств отработанных масел с применением множества различных эксплуатационных материалов ограничивают сферу их реализации
непосредственно в местах использования.
7.2. Аналитические предпосылки фазоразделения отработанных масел
Отработанное масло — это не однородная дисперсная система, а смесь из
нескольких компонентов — собственно масло, точнее, базовая несработавшаяся его фракция, механические водные и топливные фракции, остатки сработавшихся присадок, продукты термического распада углеводородной основы масла.
Для восстановления физико-химических свойств основного компонента
— масла — необходимо сначала освободить систему от неоднородных примесей, а затем путем добавки недостающих элементов восстановить эксплуатационные свойства масла. Структурная схема системы «масло — инородные примеси» показана на рис. 20.
Процессы восстановления масел довольно сложны, реализация их как в
физико-химическом плане, так и в организационно-технологическом потребовала разработки стройной теоретической основы. Часть ее связана с использованием поля центробежных сил для очистки смеси от механических примесей
— часть процесса очистки, которая протекает в центробежных маслоочистительных аппаратах.
На этот процесс влияют и силы прилипания к поверхности ротора центрифуги, которые удерживают частицы от выхода из рабочей полости их вме168
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
сте с маслом. Затем нужно установить количественное соотношение скоростей
вращения жидкого тела (масла), обеспечивающего осаждение частиц в центробежном поле, и ротора центрифуги как источника этого вращения.
Все эти закономерности определяют связи между конструктивными и
технологическими параметрами центрифуги и ее производительностью. Рассуждения следует строить применительно к чистой «металлической» внутренней поверхности ротора без осевших на нее примесей и некоторым изменениям
скорости масла в роторе при неизменной производительности.
влияние сил адгезии, связанных с выделением на боковую поверхность
смолистых веществ из очищенного масла, не учитывает хотя эти силы лишь
способствуют удержанию частиц от смыва потоком масла и работают в направлении большей устойчивости рассматриваемого процесса.
На рис. 21 (правая часть) представлены проекции сил, приложеныx к частице загрязнений на внутренней поверхности ротора или оси. Чтобы частица
загрязняющих примесей находилась в равновесии, необходимо соблюдение
следующих условий:
169
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
В проекциях на ось X представляются две силы: центробежная
, при-
ложенная к частице в переносном ее движении с вращением ротора, и сила
нормальной реакции ротора. Тогда уравнение принимает вид:
Известно, что центробежная сила равна:
Тогда уравнение можно записать так:
170
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
где тч — масса частиц загрязнений;
— угловая скорость вращения ротора;
Nx—сила нормальной реакции ротора;
R1 — радиус удаления частиц от центра к внутренней поверхности ротора.
С учетом того, что
зависимость принимает вид:
где ρч— плотность частиц загрязнений.
В проекциях на ось Y на частицу действуют: Р — масса частицы; FA —
выталкивающая (Архимедова) сила;
— сила Стокса — сила от воздействия
потока масла со скоростью Ue - стремящегося смыть частицу вдоль оси Y;
— сила от касательных напряжений, возникающая от движения жидкости по
поверхности ротора [57], и сила трения
возникающая от нормальной реак-
ции Nx. С учетом этих сил условие их равновесия на оси Y будет следующим:
Значение сил FA, Р и
где
с
определяется по известным закономерностям:
— динамическая вязкость системы «масло — инородные примеси»;
Uy — проекция скорости масла на ось У.
Значения сил
Сила
и
определяются следующим образом.
— сила от касательных напряжений жидкости по поверхности
ротора.
171
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Движение жидкости вдоль трубы — ротора центрифуги — сопровождается касательными напряжениями [66], которые направлены противоположно
скорости движения жидкости. Эти силы соответствуют реактивным напряжениям, а их величина зависит от характера течения жидкости: ламинарный —
турбулентный, стационарный — нестационарный. Режимы движения ламинарный — турбулентный определяются числом Рейнольдса Re, значение которого
в общем виде определяется по формуле
где
— средняя мгновенная скорость жидкости (масла);
dmp — (Rep) — средний размер трубы, по которой течет жидкость;
γ — кинематическая вязкость жидкости.
Критическое значение числа Re, при котором ламинарный режим течения
переходит в турбулентный, составляет ReKP = 2320.
По результатам экспериментальных исследований для конкретного типа
центрифуг, используемых для разделения системы «масло — инородные примеси», число Re ~ 200 (при определенных конструктивных параметрах и частоте вращения ротора). В данном случае Re « ReKP, поэтому при определении величины касательных напряжений (силы
) можно пользоваться соотноше-
ниями для ламинарного режима движения жидкости, приняв постоянными величину подачи жидкости Q на очистку в центрифуге и частоту вращения ротора, нужно принимать и режим работы центрифуги постоянным. Тогда [95] величина касательных напряжений на боковой поверхности ротора составит:
где Rl — максимально возможное расстояние частицы на поверхности ротора от центра вращения (радиус ротора);
Umax — проекция максимальной скорости жидкости (масла) в трубе,
роторе.
172
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Величину скорости Umax можно определить, воспользовавшись исследованиями Пуазейля, в частности, значением выражения скорости Uz жидкости по
оси Z — вдоль сечения оси ротора. Кстати,
— скорость жидкости по оси
Y будет максимальной при вхождении системы в ротор (его центр, когда Z=0,
т.е. когда еще нет перемещения жидкости и частиц по оси Z, или по радиусу
ротора Rl).
Конкретное значение Uz определяется согласно [97]:
где
— перепад давления жидкости на единицу длины по оси Z (т.е. по
радиусу ротора);
ZЖ — путь перемещения жидкости (частиц) по оси Z (по радиусу R1)
Величину можно определить экспериментально или аналитически из тех
же закономерностей Пуазейля:
173
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
имея в виду, что
- значение касательного напряжения,
окончательно получим:
где R2 — радиус начального расположения частиц в роторе;
r — радиус частиц (среднее значение);
Q — объемный расход (подача) жидкой фазы через центрифугуПоследняя составляющая уравнения равновесия
— силa трения ча-
стиц при движении их вдоль оси Y — определится как значение силы трения
, возникающей от нормальной реакции Ny ротора на коэффициент сопротивления осаждающимся частицам. В итоге с учетом Nx имеем:
Теоретически можно принять, что этот коэффициент сопротивления
ссоп=стр, то есть он равен коэффициенту поверхностного трения (в случае сухого или полусухого трения).
Уравнение равновесия частиц по оси Y после преобразования уравнения
имеет вид:
Подставив в уравнение значения всех найденных сил, получим:
Ввиду
незначительной
разницы
слагаемых
—
и
уравнения ими можно пренебречь, тогда:
174
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Из аналитического уравнения можно определить предельное значение угловой скорости ротора, при которой уже обеспечивается удержание частицы на
внутренней боковой поверхности ротора за счет сил трения, порождаемых центробежными силами:
Значения коэффициента трения Стр частиц по поверхности ротора будут
различными.
В начальный период подачи системы в ротор центрифуги внутренняя поверхность его еще пока «чиста» (на нее не осаждены частицы загрязняющих
примесей), тогда при коэффициенте сухого или, по крайней мере, полусухого
трения
с течением времени на поверхности ротора образуется второй гра-
ничный слой (масляная пленка вместе с частицами), т.е. имеет место жидкостное трение, при котором
другой, т.е. —
. Установлено, что
|
Проанализировав параметры
, а также их конкретные значения, кото-
рые постоянны как для начального, так и последующего периода разделения
системы, можно сделать вывод, что при
будет меньшим, чем при
, т.е. для удержания частиц на поверхности ротора в начале процесса необходима меньшая частота вращения
ротора (сухое трение ча-
стиц), чем в последующем периоде процесса, когда будет иметь место жидкостное
трение
частиц
по
поверхности
ротора
Была проведена экспериментальная очистка специально загрязненного
частицами кварца масла белого цвета (базовой фракции, и пользуемой для приготовления товарных масел) в аналитической центрифуге, в которой частоту
175
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
вращения изменяли от 0 до 13000 мин-1. Это достигалось путем изменения частоты вращения электродвигателя постоянного тока, приводящего ротор центрифуги. Частоту вращения ротора определяли в свете стробоскопического эффекта (стробоскоп СТ-5). Было установлено, что в начале процесса при сухом
трении, когда на поверхности ротора еще нет масляной пленки, для выделения
частиц из масла необходима меньшая скорость (обороты). Так, для частиц
кварца радиусом 1 мкм при коэффициенте сухого трения
скорость
для их удержания составляла 750 с (или 7150
мин-1), а при появлении масляной пленки на поверхности ротора (жидкостное трение, коэффициент
) необходимая скорость
возрас-
тает до 1424с-1 (или 13600 мин-1).
Используя конкретные данные параметров уравнения , в разделе экспериментальных исследований можно определить интервалы частот вращения
ротора центрифуги для различных периодов (по времени) разделения системы.
В иных гидродинамических условиях протекания этого процесса при другом режиме движения — характере потока, а, следовательно, и другом значении Re, Q, возможном появлении вихревого потока вокруг частиц — значение
может быть другим [49,50]:
Следовательно,
, определенная по формуле, будет другой. Если
то при подсчете
и с учетом изменившейся
получим
еще
меньше, что, видимо, можно объяснить лучшими условиями «удержания» частиц — их «прилипаемостью» к стенке ротора.
Рассмотрим положение равновесия частиц при воздействии проекций сил
по оси Z:
Очевидно, величина проекции силы трения FMP останется прежней:
176
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Следует отметить некоторые особенности силы
нием частицы
, отстающим (по скорости) от ротора центрифуги, вращаю-
щимся жидким телом со скоростью
Полагая, что
где
Сила
: она связана с омыва-
.
, будем иметь:
— угловая скорость масла как жидкого тела.
определяется касательными напряжениями, получим:
Сгруппировав все силы уравнения и сократив на rч получ и м :
Отсюда определим зависимость соотношения угловых скоросте й ротора
и жидкого тела (масла):
177
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Выражение можно упростить, имея в виду, что
, т.е. rч можно ис-
ключить, тогда:
При вихревом движении жидкости и омывании частиц уравнен и е несколько изменится (в него войдут некоторые поправк и ) .
По результатам предварительных подсчетов скоростей W для конкретного вида центрифуги выявлено, что разница между скоростями ротора и масла
весьма мала. Несмотря на установление факта, что
, не получена зави-
симость для определения предельного значения угловой скорости масла как
Вращающегося жидкого тела, которое достаточно для выделения загрязняющих
примесей.
Решение этой задачи возможно с помощью исследования динамики процессов вращения ротора и жидкого тела как системы, состоящей из двух тел.
Целесообразность установления
— предельного значения — вы-
звана и тем, что ранее установлено, что
разные, однако, значение
и основной критерии данного процесса пока не установлены.
Основу аналитики гидродинамики этого процесса — поведение частиц
загрязнений, жидкой фазы (масла), и самого ротора, а также взаимодействие
самых различных сил, будем интерпретировать исходя из рис. 22.
Исходные условия и данные для рассмотрения этого процесса: ψ — угол
поворота ротора, а φ— угол поворота жидкого тела в полости ротора очищаемого масла как единого тела за одно и то же время t. По известным закономерностям механики и математики можно записать:
Очевидно, что
(т.е. поворот ротора на некоторый угол — это и
есть угловая частота). Будем полагать в процессе разделения системы (подача),
что Q = const и
= const, очевидно также, что
. Из приведенных
уравнений:
178
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
В рассматриваемой динамической системе «ротор — жидкое тело» ведущим элементом (звеном) является ротор, следовательно, за независимую координату можно принять ψ — угол его поворота. Эту вращающуюся систему
можно охарактеризовать уравнением Лагранжа:
где Ткэ — общая кинематическая энергия системы;
Fx — обобщенная сила, соответствующая обобщенной координате ψ.
Кинематическую энергию системы во вращательном движении можно
определить из выражений
где 1Р, 1М — моменты инерции соответственно ротора и жидкого тела в
роторе.
Выражение в частных производных — изменение Ткэ за некоторый угол
поворота ротора ψ ° имеет вид:
Во втором слагаемом дополнительно появилось
в связи с тем,
что при повороте системы на некоторый элементарный угол другой элемент
этой системы — масло немного отстало (на некоторый угол), и его компенсация выражена
. Из выражения имеем:
179
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Тогда это выражение может принять вид:
Уравнение (8.32) запишется так:
Разрешим это дифференциальное уравнение, преобразовав его к виду:
Несколько преобразуем, имея в виду, что
, можно запи-
сать:
Проинтегрируем это выражение:
С учетом того, что
, будем иметь:
где Ск и С'к — некоторые постоянные коэффициенты.
180
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
, т.е. угловая
Преобразуем исходя из условий, что при
скорость масла как жидкого тела равна его угловой скорости на входе в полость
ротора, тогда уравнение примет вид:
Возвращаясь, будем иметь:
Определим значение ω. Пусть
А
— некоторый постоянный коэффициент. Это очевидно, так как в
начальный период ω 0 = const и затем в процессе ω р= const, следовательно, общее значение его — некоторая постоянная величина. Тогда после преобразования выражение принимает вид:
Из уравнения после преобразований найдем ω м:
Очевидно, так как
величина А в выражении
, следовательно,
(т.е. А' имеет знак «-»)
Из уравнения найдем:
181
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Данное выражение и определяет скорость вращения масла в роторе как
жидкого тела.
Проанализируем составляющие функции.
Скорость вращения масла как жидкого тела ωм не может быть равной ωр,
т.е. ωм≠ωр, так как в правой части (8.63) к ωр/2 добавляется одно слагаемое, в
котором также есть ωр/4 за минусом некоторой постоянной величины
, следовательно, общее значение подкоренного выражения
функции будет ωр /2 -А, т.е.в конечном итоге будем иметь:
Поэтому убудет меньше ωр, т.е. ωм < ωр.
В гидродинамическом плане это явление подтверждено исходя из анализов исследований в ряде работ.
1. В процессе разделения дисперсной системы в целом «масло — инородные примеси» определенное место занимает и разделяемость системы отстоем в
поле гравитационных сил. Несмотря на то, что этот метод разделением систем
продолжителен и не очень эффективен, он все же необходим для предварительного освобождения систем от крупных «инородных примесей».
2. Разделяемость подсистемы «масло — вода» можно интенсифицировать
за счет испарительного эффекта, для этого необходимо иметь специальные технические средства и повышенное температурное состояние подсистемы (не
ниже 80°С). Установлено, что ' скорость разделения этой подсистемы находится в прямой зависимости от количества тепла Q, подаваемого для подогрева
подсистем, от температуры t подсистем и других теплотехнических параметров.
3. Разделяемость подсистем «масло — вода» и «масло — механические
примеси» можно также интенсифицировать в поле центробежных сил — в центрифугах. При этом установлены и аналитические зависимости скорости Uрn
разделяемости этих подсистем от параметров процесса, которая возрастает с
повышением температуры t подсистем и напряженности Е центробежного поля.
182
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
4. Жидкая система «масло — механические примеси» при ее взаимодействии с ротором несколько отстает по частоте вращения от ротора в связи с
проскальзыванием ее по поверхности ротора. очевидно, что при повышенных
частотах вращения роторов это отставание будет более значимым, что отрицательно сказывается на динамике процесса и качестве разделяемости системы.
5. Получены также аналитические значения предельной угловой скорости
масла, которые необходимы для гарантированного выделения загрязняющих
примесей из масла в центрифугах.
6. На основе анализа проведенных исследований определено, что максимально возможный размер частиц примесей, которые можно «извлечь» из загрязненных масел за счет сил центробежного поля обычными центрифугами (с
пр = 10 тыс. мин"1), используемыми в технических средствах очистки масел, составляет до 5 мкм. Применение масел с такой дисперсностью частиц еще опасно для сопряжений деталей машин, поэтому нужна дополнительная очистка,
которая позволит значительно уменьшить размер частиц, остающихся в масле,
или исключить их наличие в дисперсных системах.
7.3. Экономико-математическая модель оптимизации структуры и
состава маслоперерабатывающих объектов
Для восстановления отработанных масел в АПК необходимо иметь не
только маслоперерабатывающие объекты, но и более совершенную систему
маслоиспользования.
Возможны
три
варианта
дополнительного
маслообеспечения
то-
варопроизводителей за счет использования восстановленных отработанных масел. Одни товаропроизводители имеют собственные технические средства переработки этих масел (в бригадах, отделениях хозяйств, фермерских структурах), для других целесообразны централизованная доставка и переработка масел на центральных усадьбах хозяйств (мастерских, пунктах технического об-
183
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
служивания и т. д.), третьи постоянно перерабатывают масла на районных объектах.
Однако при выборе возможных объектов необходимо за основу их рационального размещения брать экономическую эффективность использования переработанных масел трудовыми коллективами в зависимости от месторасположения поставщиков этих масел и стоимость переработки. В соответствии с
этими условиями необходимо рационально размещать маслоперерабатывающие комплексы, устанавливать оптимальную структуру, состав и режим работы
технологического оборудования с целью минимизации затрат на годовое обеспечение потребности в маслах всех сельскохозяйственных маслоочистителей. В
качестве примера этот расчет можно провести для административного района.
Приведенная формулировка поставленных целей и задач может быть
представлена аналитически в виде математической модели:
где
—
технологические
подразделения
(трудовой
коллектив),
маслоперерабатывающих
установок,
;
—
типоразмерный
ряд
;
— временные периоды учета потребности в маслах,
;
— стоимость переработки 1 т масла на установке
;
— потребность в маслах коллектива
(за счет собствен-
в период
ных или передвижных установок + межхозяйственная закупка масел);
— потребность в маслах технологических коллективов
184
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
(от
до п) (только за счет собственных стационарных или передвижных
со стороны установок);
— принадлежность установки
нию
в период
типоразмерного ряда подразделе-
(для передвижных установок);
— расстояние транспортировки масел;
— межхозяйственная продажа переработанного масла;
— затраты на транспортировку 1 т масла.
Располагая необходимыми данными по хозяйствам района, можно рассчитать затраты для каждого варианта переработки масел: только у себя на месте, на центральной усадьбе хозяйства или на районном пункте.
Принадлежность маслоочистительных установок отдельным предприятиям и подразделениям, а подразделений - хозяйствам, их взаиморасположение и
временная неравномерность расхода масел определяют структуру отдельных
подзадач. Решение общей задачи по определению оптимального выбора метода
и месторасположения объектов переработки отработанных масел с учетом всех
возможных организационных и производственных ситуаций и структур АПК
может быть подразделено на три подзадачи:
- выбор оптимальной структуры и размещения маслоперерабатывающих
объектов с учетом ассоциативного использования их между отдельными хозяйствами района;
- размещение маслоперерабатывающих участков (пунктов) на уровне хозяйства с учетом интересов самостоятельных подразделений и поставок переработанных масел в другие хозяйства или районы;
- оперативное распределение поставок переработанного масла по периодам года для каждого технологического подразделения.
Перечисленные подзадачи имеют сходные структуры, отображаемые
графовыми моделями как задачи оптимизации потока на в сети. В данном случае поток — это один из возможных способов
185
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
обеспечения потребностей в маслах каждого подразделения в за данные
моменты времени путем использования свежего, очищенного или полностью
восстановленного масла.
Решение каждой намеченной подзадачи можно реализовать следующим
образом.
При формировании поставленной задачи принят ряд допущений. Так, в
качестве временной единицы принят календарный год. Пополнение потребности в маслах обеспечивается за счет поставок свежих масел (принято до 50% от
общей потребности) от внутрихозяйственных маслоперерабатывающих установок (как общехозяйственного значения, так и отдельного трудового коллектива), с районного маслоперерабатывающего пункта и передвижных маслоочистительных установок, за счет использования услуг соседних хозяйств и районов. Решение этой задачи сводится к выбору такого плана обеспечения потребности в маслах, при котором стоимость выбранного варианта была бы минимальной. В общем плане данная задача может быть представлена в виде теоретико-графовой модели оптимизации структуры и размещения маслоперерабатывающих объектов на уровне района с учетом возможных вариантов состояния рассматриваемой системы (рис. 23). На этой модели в качестве узлов представлено т маслоперерабатывающих установок в п хозяйствах. Узлы В1, В2,... ,
Вn отражают возможную производительность установок, хозяйства идентифицируются узлами D1, D2,..., Dn; узлы Е`, Е2,---, Еn соответствуют процессу
накопления и временного хранения масел. Связь между узлами F и А используется для уравновешивания спроса и предложения на масла.
Дуги модели соответствуют материальным потокам, а у каждой дуги есть
определенный параметр, который именуется пропускной способностью дуги.
Для каждой дуги определяется линейный коэффициент стоимости — затраты
на хранение, переработку и транспортировку отработанного и восстановленного масла.
Задача минимизации общих затрат эквивалентна определению
величины
потоков от источников
к стоку
,т.е.:
186
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
где
дуге
— стоимость обработки, транспортировки или хранения масел по
;
—величина потока масла от источников
к стоку
.
Вторая частная подзадача (общей задачи) — размещение маслоперерабатывающих объектов (участков) на уровне Хозяйства с учетом интересов самостоятельных подразделений и поставки переработанных масел в другие хозяйства или районы — может быть также решена с помощью графовой
модели. Эта Модель размещения маслоперерабатывающих участков или отдельных маслоочистительных установок в сельскохозяйственных предприяти-
187
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ях, имеющих несколько самостоятельных подразделений, аналогична рассмотренной для районного уровня.
Третья частная подзадача — оперативное распределение поставок переработанных масел по периодам года для каждого технологического подразделения — решается по аналогичной графовой модели. Узлами в такой модели
являются п календарных периодов года и т установок для переработки масел,
от которых в соответствии с результатами решений задачи о размещении установок должен получать масло конкретный потребитель. Пропускные способности дуг в этой модели отражают потребности в маслах в соответствующие
периоды. Основная задача состоит в определении величины потоков
каждый период от источников
стокам
в
обеспечивающих минимум затрат, и
решается аналогично первым двум подзадачам. Решение этой подзадачи позволит установить сроки поставок масла каждому трудовому коллективу от всех
закрепленных за ним источников в течение всего календарного года. Необходимость такого планирования определяется значительной временной неравномерностью потребности в маслах. При планировании поставок масла необходимо также предусмотреть определенный запас масла (например, на десятидневный период).
7.4. Организационно-технологическая модель централизованной системы маслоиспользования в структурах АПК
Сбор и восстановление на любом территориальном уровне осуществляются как в структурах АПК, так и на АТР3, промышленных и других
предприятиях. Принятый уровень для разработки системы, переработки и использования восстановленных масел административный район или межрайонные объединения, регион, применительно к конкретным условиям и особенностям которых и рассматривается эта проблема.
Централизованная система сбора, хранения, транспортировки, восстановления и повторного использования отработанных масел па этих уровнях предполагает организацию переработки масел в различных структурах: в АПК — в
188
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
пунктах технического обслуживания бригад (отделений) хозяйства, центральной ремонтно-обслуживающей базы хозяйства или районном (межрайонном)
ремонтно-техническом предприятии (ОАО, ЗАО «Ремтехсервис», технический
центр), на АТРЗ или промышленных и других предприятиях в данном территориальном регионе (рис. 24). Схема организации этой системы предусматривает
движение отработанных масел от рабочей машины до районного, межрайонного или заводского пункта переработки и обратно. Система предполагает организацию раздельного по группам и маркам сбора отработанных масел на всех
уровнях маслопотребителей, а централизованную транспортировку, хранение и
переработку — силами и средствами специальных служб и технических
средств.
Координация работ и контроль поэтапной реализации отдельных звеньев
— технологических циклов этой системы осуществляется через диспетчерские
пункты головных предприятий специалистами по ТСМ. При этом особо контролируется процесс сдачи отработанных масел как на различные нефтебазы
(хозяйственные районные, заводские и другие), автозаправочные станции
(АЗС) и центральные пункты сбора и переработки (регенерации) масел.
Производственный процесс в системе должен быть организован таким
образом, чтобы отработанные масла непрерывно поставлялись на пункт переработки. Это достигается за счет четкой организации деятельности всех звеньев
системы - от сбора отработанных до реализации восстановленных масел. В системе необходим постоянный регулируемый запас отработанных масел в возможно большей номенклатуре для обеспечения непрерывного цикла их сбора и
доставки на централизованный пункт переработки. Система предусматривает
параллельное выполнение технологических операций сбора и переработки масел разных групп (по составу), что способствует надежности производственного процесса и расширению номенклатуры работ.
189
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Важный организационный принцип системы — универсализация, т.е.
сбор и переработка отработанных масел по всей их номенклатуре со всех видов
машин, эксплуатируемых в различных предприятиях. Для этого на пункте переработки предусматриваются универсальное, легко переналаживаемое оборудование и запасные емкости резервуарного парка.
В хозяйствах и других предприятиях района АПК ответственность за организацию и функционирование системы маслоиспользованиания возлагается
на главных инженеров, контроль —- на специалистов гостехнадзора, а в системе промышленных предприятий — па специальные службы. На каждом предприятии, а в них — на каждом участке и в подразделениях в установленном порядке намечаются ответственные должностные лица и исполнители: это мастера-наладчики
пунктов
технического
обслуживания
(ПТО),
учетчики-
заправщики ТСМ, заведующие центральными нефтескладами (предприятий
АПК, заводов и так далее) или специально выделенный персонал предприятий,
операторы районных (заводских) пунктов сбора и очистки масел и шоферысборщики отработанных масел специальных передвижных техсредств.
190
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Слив и первичный сбор отработанных масел производятся на нюх пунктах технического обслуживания сельскохозяйственных структур АПК, постах
заправки и смазки, в гаражах и ремонтных мастерских на спецучастках ТСМ
заводов и т. д. В целом на каждом предприятии, потребляющем масла, должен
быть оборудован пункт сбора и накопления отработанных масел. Он является
частью нефтесклада хозяйства, и ответственность за его деятельность несет заведующий нефтескладом.
Отработанные масла, слитые из станочно-технологического оборудования заводов, пунктов технического обслуживания в емкости маслоперерабатывающих установок или в полевых условиях сельскохозяйственных структур
АПК в емкости агрегатов технического обслуживания, перекачивают в транспортные автоцистерны механизированные нефтесклады предприятий с обязательным представлением сопроводительных документов. На центральном
нефтескладе отработанные масла оприходуют, сортируют по марка м или группам
и
накапливают
перед
отправкой
на
переработку
или внутрихозяйственное использование. Номенклатура и объем масел, подлежащих восстановлению на промышленных нефтеперегонных предприятиях,
собирают и отгружают на снабжающие нефтебазы. Вторая часть отработанных
масел подготавливается к сдаче на районные межхозяйственные или заводские
пункты переработки, а также используется на внутрихозяйственные технологические нужды.
Хозяйства и предприятия, заключающие договор на централизованную
перевозку отработанных масел и их переработку на пунктах, обеспечивают
сдачу масел специализированному автотранспорту в порядке и в срок, установленные договором и графиком работы пункта. Сдача и прием их сборными
предприятиями производятся в любом количестве, но не менее установленного
нормативами задания. Шоферы-сборщики отработанных масел на месте определяют количество сдаваемых масел, сортность или принадлежность к группам
стандарта и простейшими методами устанавливают соответствие количества
масел техническим условиям. Это необходимо во избежание завоза в пункты
191
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
переработки масел, не подлежащих восстановлению. Результаты приемки отработанных масел отражают в журналах заведующих нефтескладами и шоферовсборщиков масел.
На пункте переработки операторы проверяют, какие масла, откуда и
сколько их привезено, проводят приемочный анализ пробы экспресс-методами
или в химической лаборатории и оформляют в накладных результаты анализов,
которые являются документом для взаиморасчетов между предприятиями и
пунктами переработки масел.
Разработанная организационно-технологическая модель предусматривает
маслообеспечение различных предприятий не только восстановленными отработанными маслами, но и товарными за счет поставки их маслопотребителям с
районных (региональных) хозяйственных нефтебаз или с нефтескладов специализированных фирм.
В этой системе предусмотрено использование передвижных и маслоочистительных установок, которые перерабатывают отработанные масла непосредственно в местах их использования, что исключает дополнительные организационно-экономические издержки.
Контроль прохождения отработанных масел на всех уровнях осуществляется по специальной технической документации, использования восстановленных масел на специальных пунктах — инженерно-технической службой предприятий маслопотребителей.
Представленная ранее организационно-технологическая модель нейтрализованной системы сбора, переработки и использования отработанных масел
может функционировать как самостоятельное техническое звено по выполнению специальных задач для различных производственных структур, а также организационно входить и общую систему обеспечения сельскохозяйственных
предприятий ЛПК всеми видами сервисных услуг, в том числе ТСМ, особенно
в части обеспечения смазочными маслами.
Выбор той или иной модели обеспечения АПК техническими сервисными
услугами и ТСМ должен решаться конкретно для каждого региона с учетом
192
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
местных условий при возможно минимальных экономических издержках и
максимальной степени обеспеченности АПК всеми необходимыми услугами.
При любом организационном решении данной проблемы надо структурно
предусмотреть и спланировать эту систему так, чтобы она была достаточно мобильной, не громоздкой (особенно в части административно-управленческого
аппарата), обеспечивающей работоспособность в А ПК всех видов технических
средств.
Суть организационно-технологической модели централизованного обеспечения АПК всеми видами сервисных услуг представлена на рис. 8.25. Ее основой на районном уровне (фундаментом) может быть любая организационнотехническая структура типа «Технический центр», АО «Ремтехсервис» или
другая, которая располагает определенным организационно-техническим потенциалом: инженерно-техническими кадрами, специализированным оборудованием, автотехническими средствами для самостоятельного выезда к заказчикам для выполнения услуг по их заявкам. Притом могут быть предложены следующие услуги:
• выполнение операций по техническому обслуживанию автотракторной
техники, а также мелких ремонтных работ непосредственно в полевых условиях или на спецпунктах;
• выполнение
сложных
плановых
ремонтов
(капитально-восста-
новительных) тракторов, комбайнов непосредственно в условиях и силами этого обслуживающего предприятия;
• разработка рекомендаций по использованию и эксплуатации машиннотракторного парка сельскохозяйственных товаропроизводителей;
• обеспечение по заявкам товаропроизводителей необходимой номенклатурой запасных частей и ремонтных материалов.
193
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
В этой многоплановой работе центра структурно можно предусмотреть
наличие отдельного технического звена — отдела по обеспечению ТСМ, в
частности, по системе сбора и переработки отработанных масел. Это возможно
реализовать, если в таком центре имеется пункт по переработке масел, оснащенный стационарными маслоочистительными или маслорегенерационными
установками, передвижными автотракторными средствами сбора отработанных
и доставки восстановленных масел товаропроизводители, передвижными маслоочистительными установками, специализированной химической лабораторией для определения физико-химических показателей масел и т. д.
194
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Такой подход и возможность выполнения специальных сервис-11 ых
услуг для АПК, очевидно, будет рационален и жизнеспособен, гели это звено
технического сервиса будет иметь минимум административно-управленческого
штата персонала, особенно руководящих работников, но при полной укомплектованности штата техниками, слесарями-операторами, инженером-химиком и
бухгалтерским работником для ведения оперативного учета и выполнения финансово-экономических работ для расчета с заказчиками за оказанные услуги.
При такой постановке дел система сбора и переработки отработанных автотракторных масел явится частью ремонтно-обслуживающей системы инженерно-технического обеспечения коллективных, фермерских и других структур
АПК, станет вместе с другими подсистемами (ремонтно-технического обслуживания) совокупностью взаимосвязанных элементов подсистемы.
7.5. Методические основы проектирования системы маслоиспользования
В соответствии со сложившейся системой маслоиспользования в АПК на
АРЗ и промышленных предприятиях, а также в соответствии с рекомендациями
по рациональному и эффективному использованию топливно-смазочных материалов в АПК и других производственных структурах при разработке организационно-методических основ более совершенной системы маслообеспечения
предварительно необходимо определить исходные условия для проектирования
новой, более совершенной, чем существующая, системы маслообеспечения:
• проанализировать сущность и характер маслопотребляюших структур:
их организационную принадлежность, вид и наличие технических средств потребления смазочных масел;
• определить структуру и состав ремонтно-технической базы, средств
технического сервиса: ремонтных мастерских, пунктов регламентного технического обслуживания технических объектов — тракторов, станков и т. д., а также нефтескладских объектов (нефтебаз), технических средств заправки маслами, средств технического обслуживания;
195
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
• выбрать
и
обосновать
вид
системы
маслоиспользования:
цен-
трализованной для АПК на уровне района или индивидуальной — применительно к конкретным условиям отдельных хозяйств, для заводов — внутризаводской, цеховой или смешанной;
• определить вид технических средств сбора и доставки отработанных
масел: для АПК — существующие типовые (АТУ, автобензовозы) или специализированные — на тракторных или автомобильных шасси, для заводов - на автокарах или других мобильных средствах;
• определить вид технических средств переработки отработанных масел:
стационарные или передвижные, обосновать технологию переработки этих масел — только очистку или полное восстановление (регенерацию);
• разработать и обосновать возможные варианты обеспечения маслоперерабатывающих объектов средствами контроля качества масел: экспресслабораториями, стационарными или передвижными химическими лабораториями;
•
определить месторасположение маслоперерабатывающих пунктов с
учетом имеющихся технических объектов (ремонтных мастерских, пунктов
технического обслуживания, технических центров — для АПК), наличие водопроводной и сантехнических сетей, дорожной системы и т. д.;
•
предварительно обосновать технико-экономическую эффективность
проектируемой системы маслообеспечения.
В соответствии с этими условиями была разработана блок-схема алгоритма задачи проектирования системы маслообеспечения любых маслопотребляющих структур (рис. 26), которая решается следующим образом.
196
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
На основе формирования банка данных I→II количества:
потребления масел;
— структур
— технических средств производства (машины)
и сервиса; Qпм — объемов потребления масел;
— цен на товарные
восстановленные масла при определенных ограничениях на параметры (например, объемы восстановления отработанных масел не должны превышать объемы их сбора
), и фактическое потребление товарных
, стоимость
восстановленных отработанных масел не должна превышать стоимость товарных масел
. В процессе решения поставленной задачи были проанали197
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
зированы и обработаны параметры третьей системы проектирования:
— об-
щее потребление товарных и восстановленных масел; производственнотехнологические параметры (
— производительность оборудования,
количество обслуживающего персонала по объектам системы,
фонды рабочего времени оборудования и
—
— годовые
годовые фонды рабочего време-
ни обслуживающего персонала); параметры средств контроля качества масел
(
— количество средств контроля и
— количество обслуживающего
персонала, средств контроля и другие (дополнительные) параметры
).
На основе этих параметров были рассчитаны технико-экономические показатели четвертой системы: эксплуатационные затраты Зэ на процессы восстановления масел и маслообеспечения, прочие дополнительные затраты Зпр (неучтенные хозяйственные и др.), а также затраты на кооперированную поставку
масел Зкп.
Целесообразность выбора рациональной пятой системы маслобеспечения
структур АПК всеми видами масел (внутрихозяйственной, межхозяйственной
(районной), региональной (межрайонной) для АПК, межцеховой, межзаводской
или смешанной) для заводов оценивается минимизацией затрат, определяемой
по экономико-математической четвертой модели:
где
— технологическое подразделение (структура АПК, завода и т.д.);
— количество маслоперерабатывающих объектов;
— внутрихозяйственные (внутризаводские) структуры - потребители
масел;
Ri — расстояние транспортировки масел;
В — межхозяйственная продажа масел;
Зтр — затраты на транспортировку масел;
198
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
— затраты на кооперированную поставку масел.
Практическое разрешение данного алгоритма для конкретных условий
структур АПК, АТРЗ и промышленных предприятий (заводов) позволит выбрать рациональную систему маслообеспечения применительно к конкретным
условиям производства.
Таким образом, на основе анализа экономико-математической модели
можно сделать следующее заключение:
существующая система маслообеспечения структур АПК за счет использования только товарных масел функционирует без учета пополнительного источника пополнения смазочных масел за счет восстановленных отработанных;
предлагаемая система маслообеспечения с использованием товарных и
восстановленных отработанных масел позволит не только
улучшить общее состояние дел с маслоиспользованием в АПК, но и
уменьшить экономические издержки при производстве сельскохозяйственной
продукции в АПК.
ВНТПТИМЭСХ разработаны общие схемы пунктов переработки отработанных масел.
На рис. 27 представлена схема пункта первичной переработки отработанных масел. В своем составе пункт имеет специальные технические средства для
сбора и доставки отработанных масел (рис. 28 и 29).
199
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
200
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Районный (межрайонный) пункт сбора и переработки отработанных масел может входить в состав РТП. Он обеспечивает прием их из транспортных
емкостей, частичную или полную очистку моторных, трансмиссионных, гидравлических и индустриальных масел, контроль физико-химических характеристик масел, хранение очищенных и выдачу их потребителям, профилактическую очистку свежих нефтепродуктов по заказам потребителей. На рис. 30
представлена схема размещения оборудования в районном (межрайонном)
пункте переработки отработанных масел.
201
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ВНИПТИМЭСХ разработана технология восстановления отработанных
масел с подогревом их до 100°С в отличие от промышленной регенерации при
нагреве до 400°С (рис. 31). На рис. 32-35 показаны отдельные блоки технологической линии восстановления масел, характеристика восстановленного с помощью приведенного оборудования масла М-10Гг (табл. 17)
202
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
203
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Общие схемы мобильных технических средств восстановления отработанных масел приведены на рис. 36-39.
204
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
205
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
206
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Стоимость восстановленных масел в 2-3 раза меньше, чем свежих, и восстановленными маслами, как показывает опыт их применения, можно восполнять не менее 45-55% от общей потребности.
207
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Глава 8. Использование подержанной техники сельхозтоваропроизводителями (организация рынка)
Рынок подержанной техники — совокупность взаимоотношений его
участников, возникающая при покупке, восстановлении, продаже, гарантийном
обслуживании, обеспечении услугами технического сервиса подержанной техники, оформленная в виде правовых, организационных, финансовых и других
необходимых нормативных документов (НД).
Участники рынка подержанной техники — основные сельхозтоваропроизводители: коллективные предприятия различных форм
собственности (ООО, ОАО, ЗАО и др.), личные подсобные хозяйства
(ЛПХ), крестьянские (фермерские) хозяйства (КФХ). Их функции на рынке —
продажа и приобретение подержанной и восстановленной техники.
Организация технического сервиса как системы исполнителей услуг по
купле, восстановлению и продаже подержанной техники характеризуется крайней степенью дезинтеграции. Возможные функции предприятий технического
сервиса на рынке подержанной техники: розничная и оптовая купля-продажа,
восстановление, техническое обслуживание и ремонт в гарантийный и послегарантийный периоды.
Зарубежные фирмы также присутствуют на рынке подержанной техники
в АПК Российской Федерации в качестве продавцов. Возможно участие на
рынке предприятий несельскохозяйственного профиля и физических лиц. Любой из участников рынка может быть продавцом, покупателем или посредником.
8.1. Состояние подержанной техники в сельском хозяйстве
Старение МТП привело к увеличению количества списанных машин. Выбытие техники превышает приобретение новой в 8-25 раз.
В списанной технике остаются детали и узлы, имеющие остаточный ресурс. Так, в каждом списанном тракторе МТЗ и ЮМЗ в среднем содержатся 3035% деталей, годных для вторичного использования без технологических воз208
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
действий, 40-45 — подлежащих восстановлению и только 25-30% — не подлежащих восстановлению. По цене 40% деталей шасси являются годными для
вторичного использования без ремонта, 37 — для восстановления и только 27%
выбраковываются. По массе 37% деталей годны без ремонта, 35 — для восстановления и только 28% подлежат выбраковке. Аналогичная картина наблюдается в отношении деталей списанных автомобилей, комбайнов и другой сложной техники.
Если не организовать массовое восстановление деталей, то при существующих темпах выбытия и поступления машин через не
сколько лет отечественный АПК останется без техники.
В России почти две трети тракторов, используемых в сельском хозяйстве,
производства СНГ. Поступает в небольших количествах и новая, и подержанная техника из дальнего зарубежья. Ее качество и надежность выше, чем отечественной, она требует меньших объемов ремонта. Однако с увеличением срока
эксплуатации потребность в ремонте зарубежной техники возрастает. Ремонт ее
в условиях Российской Федерации вызывает определенные трудности: отсутствуют запасные части (их выпускают за рубежом, доставка весьма дорога), нет
технологий и оборудования для ремонта, пет необходимого количества квалифицированных кадров и т.п. I см не менее вопросы купли, восстановления и
продажи подержанной зарубежной техники ввиду ее высокой ликвидности требуют своего решения.
8.2. Методика определения остаточной стоимости подержанных
машин и цены при продаже после восстановления
Общие положения. Необходимость в оценке технического состояния
машины возникает дважды: при покупке подержанной и при продаже после
восстановления. При покупке подержанной машины необходимо знать ее остаточный ресурс, который зависит от состояния базовых частей (узлов) и используется при определении ее остаточной стоимости.
209
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Техническое состояние машины определяется состоянием десятков узлов
и агрегатов, но при оценке ограничивается контролем наиболее ответственных
и дорогостоящих. Это позволяет, сохраняя достоверность полученных результатов, достаточно точно определять остаточную стоимость машины. Методика
определения цен на вторичном рынке сельскохозяйственных машин должна
быть гибкой, чтобы учитывать их техническое состояние, остаточный ресурс,
возраст, гарантийный ресурс после восстановления, фактор приобретения подержанной техники, когда ее возраст не достиг одного года, достоверность
оценки остаточной стоимости и оперативность этой оценки.
При определении остаточной стоимости оцениваемые машины могут
находиться в различном техническом состоянии: от практически новой машины, купленной один-два месяца назад, до разукомплектованной, ржавой, стоящей у забора усадьбы сельхозтоваропроизводителя. Поэтому методика должна
иметь несколько вариантов, чтобы можно было с малой погрешностью оперативно определять остаточную стоимость машины.
Аналитический метод. В общем виде остаточная стоимость подержанных машин определяется по формуле
Где Ui— износ машины i-го возраста,%;
Сост — остаточная стоимость машины за вычетом стоимости годных деталей;
Кп — коэффициент, учитывающий потребительский интерес. Индекс Ui
определяется с учетом плановой наработки Wnj срока службы и фактической
наработки Wфi в момент оценки машины:
Потребительский интерес к машине снижается под влиянием следующих
факторов:
210
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
прекращение выпуска данной модели машины и, соответственно, прекращение выпуска запасных частей, этот фактор вызывает понижение цен на
20-25%;
дефекты эксплуатации, не связанные с износом рабочих органов, к ним
относятся отдельные внешние повреждения (сколы, вмятины, коррозия и т.д.),
каждый такой дефект вызывает 0,5-1% снижения стоимости, а в совокупности
дефекты эксплуатации могут снизить стоимость до 10%;
Неукомплектованность
запасными
частями,
инструментом,
при-
способлениями приводит к уменьшению стоимости машины на величину стоимости недостающих названных элементов и затрат на устранение недостатков,
при этом стоимость машины уменьшается дополнительно на 3-4%. Если,
например, реализуется подержанный трактор К-701 при плановой наработке за
период амортизации 10 лет 24000 усл.эт.га и фактической в момент оценки
трактора 15800 усл.эт.га, то при Кп = 0,90
или 31% от первоначальной стоимости машины.
Нормативы определения общего износа полнокомплектных машин по годам эксплуатации приведены в табл. 18.
Статистический метод. Основной параметр, который влияет на стоимость подержанной машины, — ее возраст. Можно установить связь между коэффициентом остаточной стоимости (отношением стоимости подержанной машины к стоимости новой той же модели) и возрастом машины.
Анализ материалов изменения остаточной стоимости тракторов отечественного и зарубежного производства показал, что наиболее тесная связь существует между долговечностью (сроком службы) машин и их остаточной стоимостью. Долговечность техники косвенно определяет нормативные сроки ее
службы. Существующая сложная техника в АПК по нормативным срокам
211
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
службы классифицирована и сгруппирована (табл. 19). Средние изменения
остаточной стоимости машин этих групп приведены на рис. 40.
Численный расчет по аналитическим зависимостям сложен, зависимость
коэффициента остаточной стоимости от возраста при естественном физическом
износе приведена в табл. 20.
Нормативы для определения остаточной стоимости полнокомплектных
тракторов, зерноуборочных комбайнов и кормоуборочных машин приведены в
табл. 21.
Экспертный метод оценки включает в себя следующие приемы и этапы.
Первый этап — встреча с владельцем машины. Эксперт должен выслушать заказчика. Составляется договор, в котором оговариваются условия и вид
оплаты, дата, время и место осмотра машины, сроки выполнения заказа, подписываются договорные документы.
Второй — анализ документов на машину, при котором устанавливается
подлинность документов.
Третий — идентификация и осмотр машины.
Четвертый — определение работоспособности и технического состояния
обследуемой машины.
Пятый — выполнение расчетов, составление акта осмотра и заключения
об остаточной стоимости машины.
212
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Таким образом, экспертный метод основывается на суждении специалиста-эксперта о техническом состоянии машины, исходя из внешнего вида,
условий эксплуатации, уровня технического обслуживания и ремонта, общей
213
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
наработки и других факторов. Остаточная стоимость машины определяется по
формуле
где Кизм — коэффициент износа машины, установленный экспертным методом;
Кост — 1 = Кизм— коэффициент остаточной стоимости. Для облегчения
работы экспертов разработана шкала с учетом опыта работы (табл. 22). Полученный результат корректируется с учетом оценки внешнего вида техники и ее
комплектности, данных диагностирования машины, фактической наработки,
количества и состояния замененных составных частей в процессе эксплуатации:
где Сn — стоимость новой укомплектованной машины;
Ui — износ машины i-го возраста, %;
N — общее количество агрегатов, узлов, деталей машины базовой комплектации, установленных взамен отказавших при эксплуатации к моменту
оценки;
Сn — стоимость нового n-го агрегата (узла, детали), установленного взамен отказавшего, укомплектованной машины;
3n — затраты на установку n-го агрегата (узла, детали);
М— общее количество агрегатов (узлов, деталей) машины базовой комплектации, отсутствующих на машине на дату оценки, ед.;
Сm — стоимость нового m-го агрегата (узла, детали), отсутствующего на
машине на дату оценки;
Зт — затраты на установку m-гo агрегата (узла, детали);
К — общее количество агрегатов (узлов, деталей), установленных на машину при модернизации;
214
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Ск — стоимость нового k-го агрегата (узла, детали), установленного при
модернизации;
Зк — затраты на установку k-го агрегата (узла, детали);
Сотк -- стоимость устранения последствий отказов, неисправностей и эксплуатационных дефектов на дату оценки;
Кn — коэффициент морального старения машины.
Классификация износного состояния подержанных машин и оборудования в зависимости от их технического состояния
Оценка состояния Характеристика состояния машины или обо- Коэффициент измашины или обо- рудования
носа (К), %
рудования
Новая
Новая после проведения предпродажной
0-5
подготовки, обкатки, без признаков эксплуатации
Очень хорошее
Практически новая на гарантийном
5-20
периоде эксплуатации с выполненнымиобъемами ТО, не требующая ремонта или замены каких-либо деталей
Хорошее
На послегарантийном периоде эксплуатации
20-30
с выполненными объемами ТО, нетребующая замены каких-либо составных частей
Удовлетворитель-
Бывшая в эксплуатации с выполненными
ное
объемами ТО, требующая ремонта
замены составных частей или отдельных
или
30-60
деталей
Условно
ное
пригод-
Бывшая в эксплуатации в состоянии,
60-75
пригодном для дальнейшей эксплуатации после выполнения ремонта агрегатов,
ремонта и окраски кабины и облицовки
Бывшая в эксплуатации, требующая
капитального ремонта или замены базовых
деталей (ДВС, КП, трансмиссии, рамы)
215
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Неудовлетвори-
75-80
тельное
Непригодная
к
эксплуатации
и ремонта в объеме, превышающем экономи-
ремонту
Бывшая в эксплуатации, требующая
ческую целесообразность его выполнения,
подлежащию списанию
Расчетный износ гусеничных тракторов устанавливается в размере 10%
(Т-150, ДТ-175С), 12,5% (все остальные марки), колесных - 9Д (МТЗ, ЮМЗ
всех модификаций), — 10 (К-700, К-/01, Т-150К) и 12,5% (все остальные марки) — за каждый год эксплуатации независимо от наработки. Расчетный износ
зерноуборочных комбайнов всех марок устанавливается в размере 10%, кормоуборочных машин — 11% за каждый год эксплуатации.
Величина снижения стоимости машины из-за наличия эксплуатационных
дефектов определяется из выражения
где Сос — стоимость основных работ;
Свс — стоимость вспомогательных работ;
Сзч — стоимость деталей, бывших в употреблении;
U3 - износ деталей, бывших у потребителя, %. Величина стоимости подержанной машины с учетом всех указанных факторов не должна быть ниже
стоимости металлолома и годных ее деталей (10-15% балансовой стоимости
машины).
Цена после восстановления подержанной машины зависит от затрат на
ремонт, гарантийного и послегарантийного ресурса и определяется по формуле
где К— коэффициент, учитывающий конъюнктуру рынка;
Цр(t г )
—
цена
восстановления
машины
в
зависимости
от
га-
рантированного ресурса;
216
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Кндс и Кпр - коэффициенты, учитывающие налог на добавленную стоимость и с продаж;
Спр
— прибыль ремонтного предприятия.
Цена восстановленной техники в ряде ремонтно-технических предприятий (РТП) Московской области и Краснодарского края в среднем не превышает
25% от балансовой стоимости изделий (без учета остаточной стоимости ремонтного фонда). Так, ОАО «Усть-Лабинсктехсервис» Краснодарского края
осуществляет капитальный ремонт подержанных, в том числе списанных двигателей по цене 25% от новых (табл. 8.23).
Средние цены новых и капитально отремонтированных двигателей
по ОАО РТП «Усть-Лабинсктехсервис»
Средние
Марка идвицены новых
кагателя
питально
отре-
Цена (на 2002 г.), руб.
нового
после капи-
ЯМЗ-240БМ
монтированных
ЯМЗ-240Б
двигателей
100100
25252
25,0
84000
20705
24,0
ЯМЗ-238НБ
44700
11191
25,0
ЯМЗ-238
41600
10414
24,0
ЯМЗ-
48800
12203
25,0
37800
9450
25,0
ЯМЗ-236
47000
11759
25,0
А-01М
27700
7177
25,0
А-41
42000
10427
24,8
238НФЛ
Процент от цены
Нового
двигатето
тального ремонта ля
СМД-62
19200
4800 цены отремонтированных
25,0
Нормативы
верхнего
предела договорной
(восД-240
становленных) тракторов, зерноуборочных и кормо-уборочных машин приведены в табл. 8.24.
Таблица 8.24
Нормативы верхнего предела договорной цены отремонтированных
(восстановленных) тракторов
217
Т-40А
Т-25, Т-30
10
T-70C
ЮМЗ
MT3-82
МТЗ-80,
9
ДТ-75
8
Т-4А
Т-150К
К-701М
К-700, К-700А
Год эксплуатации
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
5
6
0,90
0,83
0,83
0,90
0,90
0,83
0,80
0,80
0,71 0,71
0,71
0,65
0,65
0,71
0,71
0,65
0,63
0,63
Третий
0,62 0,62
0,57
0,57
0,57
0,62
0,62
0,57
0,55
0,55
Четвертый
0,57 0,57
0,57
0,52
0,52
0,57
0,57
0,52
0,49
0,49
0,53 0,53
0,53
0,48
0,48
0,53
0,53
0,48
0,46
0,46
3
4
Первый
0,90 0,90
Второй
1
Пятый
2
7
11
Шестой
0,49
0,49
0,49
0,45
0,45
0,49
0,49
0,45
0,43
0,43
Седьмой
0,47
0,47
0,47
0,43
0,43
0,47
0,47
0,43
0,40
0,40
Восьмой
0,44
0,44
0,44
0,40
0,40
0,44
0,44
0,40
0,38
0,38
Девятый
0,42
0,42
0,42
0,39
0,39
0,42
0,42
0,39
0,37
0,37
Десятый
0,40
0,40
0,40
0,37
0,37
0,40
0,40
0,37
0,35
0,35
8.3. Модернизация сельскохозяйственных машин, находящихся в эксплуатации
Машины, их составные части, как и другая продукция производственнотехнического назначения, совершенствуются в процессе изготовления и эксплуатации.
Совершенствование изделий осуществляется с целью улучшения их качества и экономичности. На стадии изготовления различают два вида улучшения
изделий: текущее совершенствование и модернизация.
Текущее
совершенствование
выпускаемых
изделий
на
заводе-
изготовителе обычно не сопровождается изменением их обозначения. Это —
улучшение качества изделия путем внесения изменений в действующую техническую документацию и изготовление изделий с сохранением значений основ-
218
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ных характеристик ранее выпускаемой продукции, а также преимущественно
технологические изменения изготовления деталей и узлов и машины в целом.
Модернизация — существенные изменения выпускаемого изделия, затрагивающие основные параметры его характеристик, сопровождаемые изменением его обозначения. Модернизация осуществляется по общим правилам разработки продукции: маркетинг, исследование и разработка конструкторской документации изделия или его составной части, проводимые с целью замены выпускаемого изделия изделием с улучшенными основными показателями качества и экономичности.
Модернизация изделия по содержанию и результатам близка к работе по
созданию модификаций изделия. Для трактора, например, это может быть замена основного или пускового двигателя
другим, более экономичным или большей мощности и надежности, замена механической коробки передач гидромеханической, замена кабины, рамы,
шин переднего и заднего мостов и т.д.; для зерноуборочного комбайна — замена вариатора, молотильного аппарата, агрегатов гидросистемы, двигателя, соломотряса и т.п.
Текущему совершенствованию и модернизации могут быть подвергнуты
также изделия на стадии эксплуатации.
Текущее совершенствование машины или ее составной части в процессе
эксплуатации связано с приспособленностью к конкретным условиям и режимам работы, устранением замеченных недостатков подручными средствами,
несложными приспособлениями, исключающими потери продукции, повышающими качество функционирования и т.п.
Модернизация машины при эксплуатации — комплекс работ по улучшению ее качества и экономичности (технико-эксплуатационных характеристик)
путем замены отдельных составных частей более совершенными, отличающимися большей надежностью и экономичностью, безопасностью работы и т.п.
Внесение изменений в конструкцию машины или ее составную часть
осуществляется в процессе ремонта по рекомендации и документации разра219
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ботчика-изготовителя, апробированной в установленном порядке с учетом требований безопасности, охраны здоровья и окружающей среды, качества функционирования и т.д.
Дилер или другой исполнитель модернизации должен иметь необходимые помещение и оборудование, а при необходимости и сертификат на
услугу и лицензию на право деятельности.
Любая машина, эксплуатируемая в сельском хозяйстве, предназначена
для выполнения определенных конкретных функций: плуг — для вспашки почвы, сеялка — для размещения семян (удобрений) с целью заделки их в почву,
зерноуборочный комбайн — для скашивания хлебной массы, подбора валков,
обмолота, отделения зерна от соломы и половы, накопления и выгрузки зерна в
транспортные средства, сбора (или разбрасывания) незерновой части хлебной
массы. При этом машина должна обладать свойствами, каждое из которых характеризуется определенными показателями качества. В табл. 25 перечислены
основные группы показателей качества и наименования показателей для машин
массового производства. Каждый из показателей в той или иной мере может
служить критерием модернизации машины.
Таблица 8.25
Показатели качества машин - критерии модернизации (группы показателей качества)
Основные показатели качества
Показатели (примеры)
Назначение
Полнота сбора продукции (потери),
равномерность
размещения
семян, производительность, дробление (повреждение) зерна, очистка
зерна, приспособленность к условиям
работы и др.
Безопасность
Прочность и надежность изоляции, наличие защитных устройств,
220
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
время
срабатывания
защитных
устройств, вибрация и др.
Экологичность
Воздействие на окружающую
среду, содержание вредных примесей, выбрасываемых в окружающую
среду, шум и т.п.
Надежность
Безотказность: наработка на отказ, вероятность безотказной работы.
Долговечность: ресурс до ремонта.
Ремонтопригодность:
трудоемкость
ТО и ремонта, приспособленность к
ТОР. Сохраняемость: средний срок
сохраняемости
Эргономичность
Приспособленность к человеку
Технологичность
Трудоемкость
изготовления,
ремонта, подготовки производства и
изделия к функционированию
Транспортабельность
Продолжительность и трудоемкость транспортировки, показатель
использования транспортных средств
Стандартизация и унификация
Повторяемость, унификация
Патентно-правовые
Патентная защита, чистота
Эстетичность
Цветовой
колорит,
соответ-
ствие стилю
Экономические
Себестоимость
изготовления,
содержания и эксплуатации
Однородность (продукции)
В условиях массового (серийного) производства однородность изделий, проб качества продукта
221
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
После некоторого периода эксплуатации машины отчетливо проявляются
все ее свойства, оцениваемые определенными показателями качества, достоинствами и недостатками в сравнении с показателями, указанными в нормативнотехнической документации, а также с показателями аналогичных машин других
изготовителей.
Из всей совокупности показателей можно выделить важнейшие, к ним
относятся назначение, безопасность, экономичность, надежность (безотказность, ремонтопригодность, долговечность), экологические и др.
Применительно к зерноуборочным комбайнам критерии по одной из
групп показателей назначения — полнота вымолота (потери) и повреждения (в
частности, дробления) зерна — главные для замены бильного барабана на турбинный вариант бильного.
Такая модернизация позволит:
- сократить дробление и травмирование зерна;
- увеличить вымолот зерна, в том числе при повышенной влажности
хлебной массы;
- улучшить выделение зерна из соломистого вороха на соломотрясе;
- уменьшить уровень вибрации комбайна;
- уменьшить неравномерность нагрузки на двигатель;
- повысить безотказность молотильного аппарата (за счет сокращения
случаев забивания).
При равенстве затрат на приобретение турбинного варианта барабана последний обеспечивает сокращение потерь зерна на 6-10% и сокращение расхода
топливно-смазочных материалов на 10-18%. Вместе с этим срок службы узлов
и агрегатов молотилки увеличивается в 3-4 раза.
Один из важных критериев модернизации зерноуборочного комбайна для
обеспечения комфортности рабочего места и безопасности работы — характеристика кабины. Замена традиционной кабины шумотеплоизолированной обеспечивает снижение шума в кабине на уровне головы водителя с 85 до 75 дБ,
222
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
уменьшение вибрации у основания сиденья в 2,5 раза, необходимый тепловой
режим, уменьшение запыленности.
Критерий экономичности содержания и эксплуатации зерноуборочного
комбайна применяется при решении вопроса о замене двигателя. Новый двигатель при меньшем удельном расходе топлива и большей наработке на отказ
позволит существенно сократить затраты на содержание и эксплуатацию комбайна, увеличить полноту сбора урожая за счет сокращения сроков уборки и
исключения потерь из-за осыпания зерна.
Показатели наработки детали, узла, агрегата на отказ применяются при
решении вопросов о замене таких составных частей, как ремни, шланги, агрегаты электрооборудования, привод жатки и др.
Таким образом, можно утверждать, что каждый из показателей качества
машины может служить критерием для решения вопроса модернизации. При
этом важно, чтобы затраты на модернизацию машины могли окупаться в минимальные сроки.
Заменяющий узел (агрегат, деталь) может быть дороже заменяемого, если
экономический эффект от его применения больше разницы в цене, включая потери от простоя при замене:
где Цn, Цст — цена заменяющего и заменяемого узла;
An, Лcт — количество продукции, получаемой после модернизации, соответственно при новом и старом узле;
Сn — цена продукции.
Конструкторские
бюро
Петербургского,
Волгоградского
и
Вла-
димирского тракторных заводов предложили интересные варианты модернизации современных отечественных тракторов. Эти заводы предполагают оснастить свои тракторы отдельными узлами, агрегатами и системами, применяемыми на тракторах зарубежных фирм.
223
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Глава 9 ПРИМЕНЕНИЕ ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИХ И ПРИРОДООХРАННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ НА ТРАНСПОРТЕ КАК СПОСОБ ЗАЩИТЫ
ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ И ОБЩЕСТВА
9.1. Взаимодействие транспортно-дорожного комплекса с окружающей
природной средой
Транспорт имеет прямое отношение ко всем аспектам проблемы охраны
окружающей среды. Многомиллионный парк автомобилей, локомотивов, судов
и самолетов, крупные и мелкие транспортные предприятия (заводы, заправочные станции, депо, станции, вокзалы, сортировочные узлы, морские и речные
порты, аэродромы, аэропорты, топливные и материальные базы, стационарные
и теплоэнергетические установки, каменные, песчаные и гравийные карьеры и
многие другие объекты) непосредственно воздействуют на биосферу, равно как
и строящиеся автомобильные и железные дороги, трубопроводы, аэропорты и
пр.
Нельзя исключить из транспортной сферы объекты машиностроения,
нефтехимической промышленности, промышленности строительных материалов и целого ряда других отраслей экономики, связанных с транспортом.
В то же время транспортно-дорожный комплекс (ТДК) является сложной
социологической системой, поскольку в его состав входят отдельные люди и
коллективы, непосредственно занятые в этой сфере, а также фактически все
население планеты, пользующееся услугами транспорта.
В городах неотъемлемой частью транспортной инфраструктуры являются
также троллейбусы, трамваи, метрополитен и электропоезда, энергию для которых обеспечивают тепловые электростанции, выбрасывающие в окружающую
среду токсичные и канцерогенные вещества.
Транспортно-дорожный комплекс взаимодействует с окружающей средой, характеризующейся определенными ландшафтно-климатическими и биологическими факторами, а также конкретными параметрами архитектурно224
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
планировочной структуры в населенных пунктах и фоновым загрязнением
окружающей среды, типичными для рассматриваемой (выделяемой) экологической системы или техносферы в регионе.
Методика оценки взаимодействия ТДК с окружающей средой должна
учитывать возможно большее число доминирующих факторов и в то же время
быть реальной, т.е. основываться на доступной или легко прогнозируемой фактической информации, позволяющей объективно установить опасность (степень риска) антропогенного воздействия ТДК на окружающую среду и здоровье населения в зависимости от параметров этого воздействия, прежде всего от
численности парка автотранспорта в регионе, его типажа, технического состояния и режимов эксплуатации.
В этой связи информацию о взаимодействии ТДК с окружающей средой,
как правило, разделяют на три группы [2]. К первой относятся данные:
- о геолого-геоморфологических, ландшафтных и климатических особенностях территории размещения ТДК;
- степени загрязнения атмосферного воздуха, поверхностных вод и почвы, акустическом режиме, электромагнитных полях и радиационной обстановке;
- состоянии флоры и фауны.
Наличие такой информации и параметров ТДК позволяет рассчитать антропогенное загрязнение среды.
Вторая группа данных включает в себя градостроительные характеристики (планировка и застройка городов).
Третья группа данных — это параметры объектов ТДК:
- виды дорог;
- состав и объемы (интенсивность) движения транспортных средств;
- эффективность применяемых природоохранных технологий и т.д.
Обязательными при рассмотрении условий взаимодействия ТДК с окружающей средой являются и социальные факторы:
225
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
- социально-экономические и демографические особенности территории,
на которой размещаются объекты ТДК, а именно: численность и состав населения, характер распределения трудовых ресурсов и степень их использования
(занятость населения);
- здоровье населения, рабочих и служащих на сопредельных с объектами
ТДК промышленных предприятиях в зоне влияния (переноса) вредных загрязнителей ТДК.
В настоящее время внедрение новых природоохранных технологий на автомобильном транспорте регулируется стандартами, которые устанавливают
предельно допустимые концентрации (ПДК) выбросов вредных веществ, и сопровождается организацией контроля за их соблюдением при производстве и
эксплуатации автомобилей, а также проведением соответствующих мероприятий на автотранспортных предприятиях.
Таблица 9.1
Значения удельных предельно допустимых выбросов вредных
веществ (норм) с отработавшими газами легковых автомобилей
с бензиновыми двигателями, г/км
Условное
обозначение
норм
ЕВРО-1
ЕВРО-2
ЕВРО-3
ЕВРО-4
Дата введения
в действие
в странах ЕЭС
01.10.199
01.01.199
0
01.01.200
7
01.01.200
1
СО
СnHm
2,7
2,7
2,3
1,0
0,97(суммарное значение)
0,34
0,25
0,20
0,15
0,10
0,08
NOx
6
В Российской Федерации принята система природоохранных стандартов
отраслевого и государственного значения [8], действие которых распространяется на сферу производства двигателей и автомобилей и их эксплуатацию.
В табл. 6.1 —6.6 приведены нормы выбросов вредных веществ с ОГ автомобильных двигателей для стран ЕЭС. Нормы ЕВРО-2 (см. табл. 6.1 —6.4)
введены в действие в Российской Федерации с 01.07.2002 (ГОСТ Р 41.83-99). В
226
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
отношении табл. 6.3 и 6.4 отметим, что к автофургонам отнесены автомобили
общей массой до 3,5 т.
Автотранспорт косвенно контролируется системой стандартов качества
атмосферного воздуха, почвы и водоемов при анализе выбросов предприятий
на соответствие ПДК и введение в действие новых нормативов.
Таблица 9.2
Значения удельных предельно допустимых выбросов вредных веществ (норм) с отработавшими газами легковых автомобилей с дизелями,
г/км
Условное
Дата
СО
обозначе- введения
ЕВРО-1
ЕВРО-2
норм
ЕВРО-3
ЕВРО-4
Таблица 9.3
ние
C„Hm
Твердые
+ NO2 частицы
01.10.19
в дей- 2,7
01.01.19 1,0
90*
ствие в стра01.01.20 0,64
97
нах ЕЭС
01.01.20 0,5
01
0,97
0,70
0,50
0,25
0,14
0,08
0,05
0,025
06
Значения удельных предельно допустимых выбросов вредных
веществ (норм) с отработавшими газами автофургонов
с бензиновыми двигателями, г/км
Условное Дата введения СО
обо-
в
NOx
дей-
значение
ствие в стра-
норм
ЕВРО-1
ЕВРО-2
ЕВРО-3
ЕВРО-4
нах ЕЭС
Для
автомоби01.10.199
лей 01.10.199
4
01.01.200
8
01.01.200
2
Для автомоби7
01.10.199
лей 01.10.199
4
01.01.200
8
01.01.200
2
7
ЕВРО-1
ЕВРО-2
ЕВРО-3
ЕВРО-4
СnHm
массой
6,36
4,92
4,17
1,81
массой
8,49
6,15
5,22
2,27
1250 ...1700 кг
0,92
0,39
0,25
0,13
Более 1700 кг
1,14
0,46
0,29
0,16
0,75
0,2
0,18
0,10
0,91
0,32
0,21
0,11
227
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Таблица 9.4
Значения удельных предельно допустимых выбросов вредных
веществ (норм) с отработавшими газами автофургонов
с дизелями, г/км
Условное Дата введения О
СnHm
NOx
обозначе- в действие в
Твердые
ча-
стицы
ние
странах ЕЭС
нор
ЕВРО-1
м
ЕВРО-2
ЕВРО-3
Для автомо01.10.1994
билей
01.10.1998
01.01.2002
массой
5,48
1,5375
0,8
1250 ..1700 кг
0,280
1,13
0,238
0,952
0,65 (суммарное значение)
0,19
0,12
0,07
ЕВРО-4
01.01.2007
0,63
0,33 (суммарное значение)
0,04
ЕВРО-1
ЕВРО-2
ЕВРО-3
Для автомоби- массой
01.10.1994
7,31
лей
лее
01.10.1998
1,845
01.01.2002
0,95
бо- 1700кг
0,34
1,37
0,286
1,143
0,78 (суммарное значение)
0,25
0,17
0,1
ЕВРО-4
01.01.2007
0,39 (суммарное значение)
0,06
0,74
228
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Таблица 9.5
Значения удельных предельно допустимых выбросов вредных веществ (норм) с
отработавшими газами для больших автобусов и грузовых автомобилей,
г/(кВт∙ч)
Условное
Тип испы- Дата
обозначе-
таний*
ние норм
ЕВРО-0
ЕВРО-1
ЕВРО-2
ЕВРО-3
—
—
—
ESC
ETC
ЕВРО-4
ESC
ETC
ЕВРО-5
ESC
ETC
* ESC —
введе-
СО
СnHm
NOx
ния в дей-
ствие в стра01.10.1990
11,2
2,4
нах ЕЭС
01.10.1993
4,5
1,1
01.10.1996
4,0
1,1
01.10.2001
2,1
0,66
5,45
0,78* 1,6***
01.01.2006
1,5
0,46
*
4,0
0,55 1,1***
01.10.2009
1,5
0,46
**
4,0
0,55 1,1***
испытательный цикл с постоянной
нагрузкой
**
Твердые
частицы
14,4
0,40
8,0
0,36
7,0
0,15
5,0
0,10
5,0
0,16
3,5
0,02
3,5
0,03
2,0
0,02
2,0
0,03
на двигатель (13-
ступенчатый цикл по ГОСТ Р 41.49 — 99); ETC — испытательный цикл с переменной нагрузкой на двигатель.
** Углеводороды, за исключением метана.
*** Метан (только для двигателей, работающих на природном газе).
Таблица 9.6
Допустимые значения удельных выбросов вредных веществ
с отработавшими газами легковых автомобилей, при которых
аппаратура бортовой диагностики сигнализирует
о неисправности транспортного средства в условиях
эксплуатации, г/км
229
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Масса автомобиля,
кг
СО СnHm
Б
Д
Менее 1305
3,2
3,2
1305... 1760
5,8
Более 1760
7,3
Б
Твердые частицы
NOx
Д
0,4 0,4
Б
(Д)
Д
0,6
1,2
0,18
4,0 0,5
0,5 0,7
1,6
0,23
4,8 0,6
0,6
1,9
0,28
0,8
Примечание. Б — автомобили с бензиновым двигателем, Д — автомобили с дизелем.
Под экологической безопасностью автотранспортного средства понимают
совокупность свойств, характеризующих способность АТС минимизировать
уровень вредного воздействия на окружающую среду и здоровье человека, в
том числе за счет экономии материальных и энергетических ресурсов на всех
стадиях его жизненного цикла [29]:
- при добыче (получении) сырья;
- переработке сырья и получении конструкционных материалов, топлива
и энергии;
- изготовлении узлов и деталей, сборке;
- эксплуатации автомобиля (в том числе ремонте);
- разборке и утилизации автомобиля, захоронении отходов. Понятие экологической безопасности АТС включает в себя
- следующие составляющие:
- безопасность перевозочного процесса;
230
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
- отсутствие вредного воздействия на окружающую среду;
- комфортабельность транспорта;
- сохранение природных ресурсов;
- эффективность транспорта.
Рассмотрим более подробно меры, принятие которых обеспечивает ресурсосберегающую эксплуатацию и экологическую безопасность транспортных
энергетических установок.
9.2. Системы, обеспечивающие топливную экономичность, снижение
дымности и токсичности транспортных двигателей внутреннего сгорания
Совершенствование способов снижения расхода топлива и количества
вредных выбросов. Для обеспечения ресурсосбережения и уменьшения выбросов загрязняющих веществ транспортными энергосиловыми установками применяются альтернативные рабочие процессы, устройства и технические системы, например, обеспечивающие поддержание оптимального температурного
режима работы двигателя, физико-химическую обработку ОГ на выпуске и т.д.
Пока не существует универсального способа значительного снижения расхода
топлива и количества вредных выбросов с ОГ. Эта задача может быть решена
только с применением комплексных подходов.
Современная стратегия решения проблемы уменьшения токсичности ОГ
бензиновых двигателей основана на применении трехкомпонентных каталитических нейтрализаторов. Для дизелей предполагается использовать окислительные каталитические нейтрализаторы и регенерируемые сажевые фильтры,
обеспечивающие определенное улучшение гигиенических характеристик двигателей. Так, правилами Госгортехнадзора России при эксплуатации дизелей в
условиях ограниченного воздухообмена (например, в рудниках горнодобывающей промышленности) применение каталитических и жидкостных нейтрализаторов обязательно, хотя данные устройства не обеспечивают ощутимого снижения выбросов NOx.
231
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Ряд адсорбентов, например цеолиты, позволяют эффективно очищать ОГ
от NOx. Однако для обеспечения процесса очистки необходимо обезвоживание
ОГ и снижение их температуры до 20... 30 °С. Весьма эффективным способом
снижения выбросов оксидов азота можно признать и их каталитическое восстановление аммиаком. Отметим, что применение обоих способов требует
наличия в выпускной системе двигателя дополнительного оборудования и организации в условиях эксплуатации весьма сложного и трудоемкого обслуживания систем автоматического регулирования процесса каталитического восстановления.
В последние десятилетия для дизелей разрабатывались способы снижения
токсичности, преимущественно основанные на совершенствовании рабочего
процесса двигателей. В настоящее время это направление исследований практически исчерпано. В связи с ужесточением требований к двигателям с точки
зрения выбросов вредных веществ наблюдается возрастание интереса к системам обезвреживания отработавших газов и более широкому применению альтернативных энергосиловых установок, например водородных двигателей, в
том числе работающих на топливных элементах.
На автомобилях и энергосиловых установках находят применение термические дожигатели, каталитические и жидкостные нейтрализаторы, регенерируемые сажевые фильтры, устройства улавливания топливных испарений и
другие системы снижения токсичности (ССТ) и ресурсосбережения.
Основные требования к системам снижения токсичности отработавших
газов. ССТ в общем случае должны обеспечивать эксплуатацию техники в различных климатических условиях при температуре окружающего воздуха -60...
+50 "С, относительной влажности 20...98 % и соблюдении общетехнических
требований, например, к противодавлению выпуска, обеспечивающему соответствующие мощностные и топливно-экономические показатели энергосиловой установки, или ее шумности.
Ресурс ССТ и ее отдельных элементов при отсутствии механических повреждений и соблюдении правил эксплуатации должен составлять 80... 160 тыс.
232
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
км пробега машины или 2...4 тыс. моточасов наработки двигателя. Действие системы снижения токсичности не должно приводить к ухудшению основных
технических характеристик трактора или автомобиля. Необходимо, чтобы она
была дешевой, относительно простой в обслуживании и имела оптимальные габариты и массу.
Установка ССТ на транспортном средстве должна обеспечивать требования технической и противопожарной безопасности в соответствии с условиями
его эксплуатации, что может быть достигнуто, например, введением защитных
экранов, ограждений, тепловой изоляции и т.п.
Улавливание паров бензина. Выброс паров бензина в атмосферу связан в
первую очередь с его испарением из топливного бака и карбюратора. Уменьшение выброса паров из бака можно обеспечить ослаблением его нагрева элементами выпускной системы двигателя и солнечным излучением, применением
топливного бака специальной конструкции с минимальным отношением площади поверхности испарения топлива к объему бака, установкой в нем перегородок, уменьшающих смачивание его внутренней поверхности при разгоне и
торможении автомобиля, и т.п.
Интенсивность испарения топлива из карбюратора определяется площадью неэкранированной поверхности, температурой поплавковой камеры, конструкцией главной дозирующей системы, наличием или отсутствием термоизолирующих прокладок и экранов, защищающих поплавковую камеру от теплового облучения горячими деталями двигателя. За рубежом корпус поплавковой
камеры часто выполняют из материала с малой теплопроводностью, например
из пластмассы.
Для уменьшения испарения топлива современные автомобили оснащаются системами улавливания паров бензина (СУПБ). На практике нашли применение способы улавливания паров бензина из указанных систем двигателя с последующим накоплением их в адсорберах, содержащих поверхностно-активные
вещества. По достижении в адсорбере избыточного давления, соответствующе-
233
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
го накопительному режиму, пары бензина подаются в цилиндры двигателя либо
направляются в каталитический нейтрализатор.
В экологическом отделении ФГУП «НАМИ» были разработаны СУПБ
для базовых отечественных моделей легковых и грузовых автомобилей, а также
автобусов с бензиновыми двигателями (рис. 6.1). СУПБ включает в себя адсорбер 8, заполненный активированным углем, блоки 7 и 7 клапанов, а также жиклер 9 паропроводящей магистрали.
Рис. 6.1. Схема системы улавливания паров бензина:
/ — блок клапанов карбюратора; 2 — клапан для перекрытия балансировочного канала карбюратора; 3 — карбюратор; 4 —
пароотделитель; 5 — герметичная пробка; 6 — топливный бак; 7— блок клапанов топливного бака; 8 — адсорбер с активированным углем; 9 — жиклер паропроводящей магистрали
Адсорбер заполнен поверхностно-активным веществом с высокой поглотительной способностью. Он должен иметь достаточно стабильные характеристики при изменении температуры окружающей среды и обеспечивать эффективную десорбцию (выделение накопленных паров при нагреве) и многократное повторение циклов адсорбция — десорбция. Он также должен обладать невосприимчивостью к атмосферной влаге и высокой механической прочностью.
При работе двигателя происходит регенерация адсорбента за счет продувки его воздушным впускным зарядом. Отвод паров бензина в этот период
осуществляется либо в диффузор карбюратора, либо во впускной трубопровод.
234
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
При работе автомобиля в теплое время года температура бензина в системе питания повышается до 70 °С, что приводит к образованию паровых пробок. Для
их устранения впускной клапан блока 7регулируют на открытие при избыточном давлении 1,5 кПа.
Пароотделитель 4 предотвращает попадание жидкой фазы в пароотводящую магистраль. Перекрывание балансировочного канала поплавковой камеры
необходимо для исключения попадания паров в атмосферу и их скапливания в
горловине карбюратора и впускном трубопроводе.
Такие системы СУПБ почти полностью улавливают топливные испарения. Установка СУПБ на серийные автомобили не оказывает влияния на показатели их топливной экономичности.
В СУПБ только выпускной клапан, отрегулированный на давление открытия в 1,5 кПа, обеспечивает снижение количества образующихся паров бензина в 3 — 5 раз (бензин остается в топливном баке автомобиля). Использование СУПБ на легковом автомобиле позволяет экономить в среднем около 36 г
бензина в сутки, а на грузовом — до 100 г. Согласно современным требованиям
испарение паров бензина и других видов топлива и масла на автомобиле должно быть сведено к минимуму.
Термические нейтрализаторы. Это устройства окислительного типа, в которых за счет остаточного или дополнительно вводимого кислорода осуществляется дожигание продуктов неполного сгорания топлива. Процесс дожигания
проводится в специальной реакционной камере, где температура должна поддерживаться в пределах 650...850°С. В дизелях дожигание СО, СпНт и других
горючих веществ обеспечивается кислородом, содержащимся в отработавших
газах.
Сущность каталитической очистки ОГ заключается в беспламенном
окислении продуктов неполного сгорания топлива или восстановлении оксидов
азота в присутствии катализатора. Так, догорание СО на поверхности катализатора описывается уравнением
2СО + 02 → 2С02.
235
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Каталитический гетерогенный процесс (например, процесс окисления СО
и СпНт) обычно представляют в виде нескольких стадий: диффузии реагентов
из потока ОГ к поверхности активного слоя пористого катализатора; адсорбции
(хемо-сорбции) реагентов с образованием промежуточных химических комплексов типа реагент — катализатор; перегруппировки атомов исходных компонентов ОГ с образованием промежуточных соединений типа продукт — катализатор; десорбции образовавшихся продуктов (например, С02 и Н20) с поверхности катализатора в поток ОГ.
Таким образом, скорость нейтрализации ОГ определяется как диффузией,
так и химической гетерогенной реакцией на поверхности катализатора. При
этом скорость и завершенность процесса нейтрализации лимитируются самой
медленной стадией.
Для очистки от NOx возможно применение восстановительных катализаторов. Селективное восстановление NOx может происходить при добавлении в
ОГ реагентов-восстановителей (Н2, СО, NH3). При использовании СО осуществляются реакции
2СО + 2NO → 2С02 + N2,
4СО + 2N02 → 4C02 + N2.
Восстановление NOx аммиаком происходит при температурах 200... 400
°С:
6NO + 4NH3 → 5N2 + 6Н20,
6N02 + 8NH3 → 7N2 + 12Н20.
Возможно также неселективное восстановление NOx при добавлении в
ОГ метана, протекающее при температурах 350... 450 °С в соответствии с уравнениями
СН4 + 4N02 → 4NO + С02 + 2Н20,
СН4 + 4NO → 2N2 + С02 + 2Н20.
Трудности практической реализации данных методов восстановления
NOx состоят в сложности поддержания относительно узкого диапазона температур ОГ, при которых осуществляются реакции, и состава реагентов. Кроме
236
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
того, при несовершенстве системы автоматического поддержания оптимальной
температуры и состава реагентов в нестационарном режиме работы двигателя
непрореагировавшие СО, СН4 и другие вещества сами по себе представляют
опасность, так как являются вредными соединениями. По этой причине восстановительные процессы применительно к дизелям получили весьма ограниченное распространение.
Каталитический гетерогенный процесс очистки ОГ современных бензиновых двигателей осуществляется в две стадии. Первая (окислительная) протекает при наличии свободного кислорода в ОГ. Вторая (восстановительная) заключается в каталитическом преобразовании оксидов азота в отсутствии кислорода.
Жидкостная нейтрализация ОГ. Этот процесс может эффективно применяться для очистки ОГ от мелкодисперсных частиц (сажа, смолистые вещества,
окалина и др.), связываемых водой, а также хорошо растворимых в воде химических веществ (N02, S02, H2, C02 и др.). Жидкостная очистка позволяет
уменьшить общий уровень токсичности двигателя, неприятный запах, слезоточивое воздействие, а также понизить температуру ОГ. Очистка с помощью
жидкостного нейтрализатора (ЖН) отработавших газов включает в себя следующие основные процессы: улавливание мелкодисперсных частиц жидкой фазой реактора, их поверхностную адсорбцию, конденсацию и фильтрацию.
Первая стадия — улавливание мелкодисперсных частиц — обеспечивается жидкостью, которая их поглощает. Второй стадией (адсорбцией) является
процесс поглощения газовых компонентов ОГ жидкостью, в которой эти компоненты растворяются.
Третья стадия (конденсация и фильтрация) происходит в ЖН при температуре ОГ, более низкой, чем порог насыщения каждого из нейтрализуемых газообразных компонентов. Затем следуют коагуляция аэрозольной смеси (слипание жидких и твердых частиц ОГ) и улавливание их с помощью фильтроэлементов.
237
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Растворение С02 сопровождается диссоциацией образующейся Н2С03 согласно уравнению
H2CO3→H++HCO3При растворении С02 в щелочах происходит химическая адсорбция, скорость которой определяется концентрацией непрореагировавших веществ. Поглотительная способность щелочного раствора по отношению к С02 достаточно
велика.
Оксид азота практически нерастворим в воде, тогда как альдегиды достаточно хорошо растворяются в ней. При растворении в воде сернистокислого
натрия и гидрохинона поглотительная способность раствора значительно возрастает. В таком растворе поглощение альдегидов составляет 90 % и более.
В современных ЖН реализуются различные физические механизмы улавливания полидисперсных частиц, основными из которых являются гравитационное оседание, соударение частиц при тангенциальной закрутке газового потока, их инерционное соударение в процессах турбулентного перемешивания
потока, захват частиц путем поверхностной или диффузионной адсорбции,
электростатическое оседание и т.п.
Непосредственная фильтрация ОГ находит все более широкое применение для улавливания частиц дизельного выпуска. Фильтр, как правило, представляет собой пористую структуру из моноблочного, гранулированного или
волокнистого материала, в котором происходит механическое отделение твердых частиц от ОГ. Применяются также регенерируемые каталитические фильтры, в которых осуществляется процесс сжигания сажи и других сконденсированных углеводородных продуктов на поверхности пористого катализатора при
температурах 300... 600 °С, чаще в присутствии катализатора из оксида меди.
9.3. Обеспечение экологической безопасности моторного топлива, контроль его качества при испытаниях и реализации
238
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Борьба за долговечность, «всеядность», топливную экономичность и экологичность тепловых двигателей охватывает наиболее приоритетные направления изысканий не только инженеров и конструкторов, но и представителей академической науки.
На протяжении многих десятилетий применение этиловой жидкости в качестве присадки к легким моторным топливам (бензинам) позволяло эффективно использовать низкооктановые фракции перегонки нефти, пока не было обнаружено и доказано ее высокотоксичное действие и несовместимость с каталитическими нейтрализаторами отработавших газов. Достаточно одной заправки этилированным бензином, чтобы вывести из строя активный слой дорогостоящего нейтрализатора и датчика свободного кислорода (λ-зонда), т.е. лишить автомобиль инструментов подавления СО, СпНт и NOx, а также стехиометрического дозирования топлива с последующими непредсказуемыми последствиями, вплоть до возгорания автомобиля.
В конце 1970-х — начале 1980-х гг. параллельно с внедрением бифункциональных каталитических конвертеров и систем электронного дозирования
топлива на смену этиловой жидкости стали приходить антидетонационные
присадки в виде различных металлоорганических веществ, а затем кислородосодержащих соединений.
Несмотря на то что замена этиловой жидкости в ряде стран происходила
очень болезненно, эта проблема была решена благодаря разъяснительной работе и гибкой налоговой политике.
Первые широкомасштабные внедрения присадок второго поколения выявили, что они далеко не идеальны как в отношении экологии, так и влияния на
двигатели. С начала 1990-х гг. они и вовсе перестали отвечать растущим требованиям к долговечности и экологической безопасности автомобильных двигателей.
Сегодня
практически
выведены
из
употребления
метал
-
лоорганические соединения ввиду их непосредственной опасности для здоровья и высокой окислительной способности, следствием чего является образова-
239
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ние кислот, оказывающих негативное влияние на ресурсные показатели двигателей.
Фактически запрещено применение в странах Европы и США марганцевых антидетонаторов — вредных веществ, отрицательно влияющих на работу
двигателей и присутствующих в отработавших газах. Известно, что присадки,
содержащие марганец и железо, являются зольными. Даже незначительная их
передозировка может привести, например, к нарушению нормальной работы
свечей зажигания. Изменение 1 к ГОСТ 51105 — 97 «Топлива для двигателей
внутреннего сгорания. Неэтилированный бензин. Технические условия» не разрешает поставлять бензин с марганцевым антидетонатором в регионы, где запрещено применение этилированных бензинов.
Высокотоксичными веществами признаны сегодня и некоторые представители класса ароматических аминов. Кроме того, известно, что они способствуют смолообразованию со всеми вытекающими отсюда негативными последствиями для деталей цилиндропоршневой группы двигателей автомобилей.
Все с большей осторожностью по этим же причинам начинают относиться к оксигенатным антидетонаторам.
В этой связи уже давно в мире уделяется особое внимание внедрению
технологий производства автомобильных бензинов с высокооктановыми компонентами (продукты алкилирования, изомеризации, глубокого каталитического крекинга). Наметился приоритетный интерес к деструктивным технологиям
глубокого превращения (крекинга) нефтепродуктов, способствующего повышенному выходу высокооктановых изомерных углеводородных фракций. Доля
продуктов, полученных с применением таких технологий, по отношению к общему объему первичной перегонки в странах Западной Европы и АзиатскоТихоокеанского региона к 2000 г. достигла 21 %; в Южной Америке — 24 %, а
в странах Северной Америки приблизилась к 50 % и в 2005 г. должна увеличиться до 52 %, тогда как в России и странах СНГ она остается на значительно
более низком уровне (около 9 %).
240
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
По данным Национальной ассоциации нефтехимических и нефтеперерабатывающих фирм (NPRA) в США, потребуется 8 млрд долл. капвложений в
НПЗ для повышения качества моторных топлив до уровня, соответствующего
новым требованиям Американского агентства по охране окружающей среды
(ЕРА). Во Франции, по данным Объединения промышленных предприятий в
области нефти (UFIP), для удовлетворения новых требований к качеству
нефтепродуктов к 2005 г. потребуется 1 млрд франков капвложений в каждый
НПЗ Франции. В Западной Европе общий объем необходимых капвложений
оценивается в 20 — 25 млрд долл. При этом в связи с нехваткой средств на переоборудование технологической оснастки в Европе ожидается закрытие 15 —
20 НПЗ.
В России 1970— 1980-х гг. (СССР) не уделялось должного внимания широкомасштабному внедрению систем термокаталитической нейтрализации отработавших газов, а следовательно, и технологий производства соответствующих моторных топлив на НПЗ. И в настоящее время в России нет производства
каталитических конвертеров и систем впрыска с электронным управлением дозированием топлива, необходимых для внутреннего парка автотранспорта.
В 1990-е гг. увеличилось отставание автомобилестроительной и нефтеперерабатывающей отраслей от уровня индустриальных мировых держав в результате болезненного реформирования экономики России. Потребителю практически невозможно было разобраться в потоке предлагаемых на рынке новых
топлив, нередко, по мнению специалистов, с сомнительными и явно не соответствующими рекламным заявкам свойствами. Главными причинами столь негативных явлений на отечественном рынке реализации моторных топлив оказались объективная для «революционных» условий передела собственности недостаточная компетентность контролирующих служб, отсутствие и невостребованность современной экспериментально-аналитической инструментальной базы контроля качества нефтепродуктов и недостаточное государственное регулирование данной сферы деятельности.
241
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
В настоящее время на отечественном рынке в соответствии с вышеупомянутым ГОСТ 51105 — 97 мы должны иметь бензины, строго соответствующие европейским, марок Нормаль-80, Регуляр-91, Премиум-95 и Супер-98, хотя
и с некоторыми оговорками. Госстандартом России поручено заинтересованным организациям подготовить предложения о прекращении применения на
территории Российской Федерации автомобильных бензинов марок А-76, АИ91 и АИ-95 по ГОСТ 2084 — 77. Взят стратегический курс на коренную реконструкцию и модернизацию технологической оснастки отечественных НПЗ по
аналогии с положительным зарубежным опытом. Таким образом, автотранспортный комплекс России осваивает действующий уровень международного нормирования вредных выбросов.
В то же время ведущие индустриальные державы наряду с планами ужесточения существующих норм вводят ограничения на выбросы так называемых
парниковых газов, основным из которых является диоксид углерода (С02).
Вступившая в силу в марте 1994 г. Рамочная конвенция ООН об изменении
климата (UNFCCC) и Киотский протокол 1997 г. к ней установили обязательства для стран-участниц в отношении снижения выбросов со2.
В период с 2008 по 2012 г. развитые страны должны сократить выбросы
парниковых газов, как минимум, на 5 %. В дополнение к этому каждая страна
обязалась снизить выбросы на фиксированную, но разную для каждой из них
величину (например, страны ЕС — на 8 %, Россия — на 0 %). До 2008 г. страны
решают эту проблему на добровольных началах.
Фактически это означает необходимость принятия следующих мер: снижение расхода топлива примерно на такую же величину; использование новых
источников энергии; применение альтернативных источников энергии.
Первая из перечисленных мер — уменьшение расхода топлива — автоматически приведет к эквивалентному снижению выбросов с ОГ автомобильных
двигателей продуктов неполного сгорания топлива, а именно: сажи, углеводородов, оксида углерода, бензпирена, формальдегида.
242
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Управление экологически значимыми характеристиками топлив в России
осуществляется на основе использования следующих инструментов государственной политики: установление в стандартах ограничений на экологически
значимые показатели качества моторных топлив; сертификация моторных топлив; лицензирование деятельности нефтебаз и автозаправочных станций; контроль за соблюдением лицензионных требований владельцами нефтебаз и автозаправочных станций.
Законодательной основой системы сертификации моторных топлив служит Закон Российской Федерации от 10.06.1993 № 5151-1 «О сертификации
продукции и услуг». В развитие этого Закона Госстандарт России своим постановлением от 08.10.1998 № 78 утвердил Правила проведения сертификации
нефтепродуктов. В соответствии с этими документами обязательной сертификации подлежат практически все нефтепродукты, выпускаемые только по ГОСТу.
В целях преодоления сложившейся практики Госстандартом России было
принято постановление от 18.01.2000 № 2, в соответствии с которым начиная с
01.07.2000 все бензины, выпускаемые по многочисленным ТУ, должны в обязательном порядке проходить сертификацию на соответствие ГОСТ Р 51313 —
99. Бензины необходимо проверять по таким показателям, как октановое число,
содержание свинца и серы, давление насыщенных паров, фракционный состав,
объемная доля бензола. Начиная с 01.01.2003 объемная доля бензола является
браковочным показателем.
Правовая база сертификации нефтепродуктов по экологическим характеристикам основывается также на ст. 15 Федерального закона от 04.05.1999 №
96-ФЗ «Об охране атмосферного воздуха». В соответствии с этой статьей производство и использование топлива на территории Российской Федерации допускаются только при наличии сертификатов, подтверждающих соответствие
топлива требованиям охраны атмосферного воздуха.
Законодательной основой для лицензирования рынка нефтепродуктов является Федеральный закон от 25.09.1998 № 158-ФЗ «О лицензировании отдель243
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ных видов деятельности». Закон предусматривает государственное лицензирование деятельности предприятий и индивидуальных предпринимателей, осуществляющих эксплуатацию автозаправочных станций, а также хранение нефти
и продуктов ее переработки.
В системе российской сертификации новых механических транспортных
средств (ГОСТ Р 51313 — 99), работающих на жидких нефтяных топливах,
установлены следующие требования:
для АТС категорий М1 N1: до 1999 г. — не ниже требований ЕВРО-1; с
1999г. — не ниже требований ЕВРО-2;
для АТС категорий М2, М3, N2, N3: до 1998 г. — не ниже требований
Правил № 49-01; до 1999 г. — не ниже требований ЕВРО-1; после 1999 г., на
три года1 — не ниже требований ЕВРО-2.
Общая ситуация, складывающаяся в Российской Федерации на рынке
нефтепродуктов, может быть охарактеризована следующими цифрами: в 1999 г.
доля неэтилированных бензинов составила 90,4 % общего объема их производства; доля малосернистого дизельного топлива (содержание серы до 0,2 %) составила 86,5 % его общей выработки, в том числе с содержанием серы 0,05 %
— 7,3 %.
Дальнейшее снижение объемов производства этилированных бензинов
сдерживается преимущественно экономическими причинами: недостатком
средств у производителей и недостаточностью стимулов для модернизации
производства. Необходимо отметить, что сохраняется довольно высокий импорт этилированных бензинов из соседних государств (Украина, Беларусь и
др.), приводящий к увеличению доли этилированных бензинов в общем объеме
продаж до 30... 35 %.
Рост производства малосернистого дизельного топлива сдерживается
необходимостью привлечения значительных инвестиций и отсутствием действенных экономических стимулов для производителей.
1
Постановление Госстандарта России от 26.05.1999 № 184 «О принятии и введении в действие государственных стандартов».
244
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Серьезным препятствием для внедрения автомобилей, оснащенных каталитическим нейтрализатором, является высокий риск «отравления» нейтрализатора в результате заправки этилированным бензином. Для снижения этого
риска Госстандарт России обратился к правительству с предложением осуществить целый комплекс мер, направленных на удаление этилированного бензина с российского рынка.
Одной из таких мер будет введение требования о том, чтобы каждая автозаправочная станция (АЗС) имела хотя бы одну колонку с неэтилированным
бензином. Причем такое требование должно содержаться в лицензии, выдаваемой АЗС.
По мнению Госстандарта России, необходимо увеличить таможенные тарифы на импортируемый этилированный бензин или вообще запретить его
ввоз.
Федеральной целевой программой «Топливо и энергия», утвержденной
постановлением Правительства Российской Федерации от 06.03.1996 № 263,
предусмотрено прекратить выработку этилированных бензинов в период до
2010 г.
245
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Энергетика, как мы теперь знаем, — это система процессов первичного производства, преобразования, распределения, доставки и потребления
энергоресурсов. Она представляет собой суперсложную систему, а ее компонент — транспортная энергетика является сложной распределенной динамической системой с множеством элементов и перекрестных связей как между
элементами, так и с хозяйственным комплексом в целом. Эти связи образуют
сети с послойной реализацией различных потоков: материальных, финансовых, информационных и др. Транспортная энергетика в целом обладает всеми атрибутами логистической системы.
Материальная часть этой системы в геоинформационном плане
представима схемой, в которой множества потоков энергии (первый слой),
ассоциированных с потоками энергоносителей (второй слой), продвигаются к
своему конечному потребителю — потокам автотранспортных средств (третий слой), осуществляющим продвижение грузопотоков (четвертый слой) и
пассажиропотоков (пятый слой) на сети дорог (шестой слой). Вся эта часть
схемы привязана к геодезической сети (седьмой слой). Разве не интересна задача анализа, моделирования и оптимизации столь сложной системы для будущих транспортников?
Нами отмечен двойственный характер развития энергетики: с одной
стороны, ее чрезвычайно большой позитивный вклад в развитие общества
при все возрастающей потребности в энергии, а с другой — увеличивающийся в соответствии с объемами преобразования, потребления и утилизации
энергии ущерб, наносимый среде обитания, что требует интенсивного развития и реализации энергосберегающих и природоохранных технологий. Мы
рассмотрели ряд существующих систем, которые обеспечивают топливную
экономичность, снижение дымности и токсичности транспортных двигателей
внутреннего сгорания.
Ограниченность запасов невозобновляемых источников энергии, в
первую очередь углеводородного топлива, вынуждает осваивать возобновляемые источники. Так, в США уже открыта первая коммерческая автозаправочная станция водородного
топлива, и к 2010 г. планируется ввести в действие десятки таких
станций. Предполагается, что к 2020 г. в структуре автопарка США будут
преобладать автотранспортные средства, работающие на водородном топливе.
На эффективность использования энергии автотранспортными
средствами существенно влияют следующие факторы: особенности характеристики удельного расхода топлива и КПД двигателя на множестве его рабочих режимов; неустановившийся характер работы энергосиловой установки
и возможность обеспечения оптимального управления ею; колебательный характер рабочих режимов всех элементов конструкции автомобиля и связанная с этим неизбежная диссипация энергии; дорожно-транспортные условия;
246
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
значительное воздействие сопротивления воздуха, особенно на высоких скоростях.
Энергетика парка машин существенно зависит от топологии дорожной сети и организации движения на ней.
Энергоэффективность современного транспортно-дорожно-го комплекса в целом недостаточно высока. Если эффективный КПД двигателя
внутреннего сгорания на оптимальном режиме составляет 35 ...40%, КПД автотранспортного средства в целом — 20...30 %, то КПД транспортнодорожного комплекса (с учетом всех энергозатрат на изготовление, подготовку и эксплуатацию подвижного состава, дорог, топлива, инфраструктуры,
обеспечение связи и управления) — около 5 %. При этом велик ущерб, наносимый среде обитания.
Все перечисленное свидетельствует о наличии резервов в совершенствовании автомобильного транспорта. Важное значение придается организации перевозок грузов и пассажиров и управлению этим процессом.
247
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ЛИТЕРАТУРА
Автомобильный справочник : пер. с англ. — М. : За рулем, 2000. — 896 с.
1.Баев А. С. Условия взаимодействия транспортного комплекса и окружающей среды, особенности техногенного воздействия / А. С. Баев,
В.Н.Ложкин, В.Д. Николаев // Вопросы охраны атмосферы от загрязнений :
информ. бюл. — СПб. : НПК «Атмосфера» ; ГГО им. А.И.Воейкова, 1999. - №
1(19). - С. 5-13.
2.Бауман 3. Глобализация и передвижение / 3. Бауман // Архитектура и строительство России. — 2004. — № 3. — С. 3 — 8.
4.Бурдаков
В.Д.
Альтернатива
тонно-километрам
/
В.Д.Бурдаков,
Г.В.Смирнов. — М. : Знание, 1990. — 64 с.
5.Буч Г. Язык UML. Руководство пользователя : пер. с англ. / Г. Буч,
Д.Рамбо, А.Джекобсон. — М. : ДМК Пресс, 2000. — 432 с.
6.Галимов М.М. Прикладная теплотехника : учеб. пособие / под ред.
Г.Н.Золотина. — Волгоград : Изд-во ВолгГТУ, 2000. — 88 с.
7.Гольстрем В.А. Энергетический справочник инженера / В. А.Голь-стрем,
Ю.Л.Кузнецов. — Киев : Техника, 1983. — 488 с.
8.Горев А.Э. Грузовые автомобильные перевозки : учеб. пособие /
A.
Э. Горев. — М. : Издательский центр «Академия», 2004. — 288 с.
9.Двигатели внутреннего сгорания : теория поршневых и комбини
рованных двигателей : учебник / Д.Н.Вырубов, Н. А. Иващенко,
B.
И. Ивин и др. ; под ред. А. С. Орлина, М. Г. Круглова. — М. : Маши
ностроение, 1983. — 372 с.
10.Динамика энергоемкости экономики России на фоне глобальных тенденций / Ю.Д.Кононов, Е.В.Гальперова, О.В.Мазурова и др. — Иркутск : Изд-во
ИСЭМ СО РАН, 2000. - 46 с.
11.Дорожная техника 2004 : каталог-справочник. — СПб. : Транс-лайн, 2004.
- 255 с.
12.Ергопуло Е. В. Энергия и ее производство : учеб. пособие / Е.В.Ергопуло. 248
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
М. : Изд-во ГУУ, 2002. - 87 с.
13.Еременко В.Г. Принципы построения преобразователей энергии : учеб.
пособие / В. Г. Еременко, А. Н. Соломин ; под ред. В. Г. Еременко.— М. : Издво МЭИ, 2002. — 56 с.
14.Котиков Ю. Г. Основы теории транспортных систем / Ю. Г. Котиков. СПб. : Изд-во СПбГАСУ, 2000. - 216 с.
15.Краткий автомобильный справочник / А. Н.Понизовкин, Ю.М.Власко,
М.Б.Ляликов и др. - М. : ТРАНСКОНСАЛТИНГ ; НИИАТ, 1994. - 779 с.
16.Кудинов В.А. Техническая термодинамика : учеб. пособие / В.А.Кудинов,
Э.М.Карташов. — М. : Высш. шк., 2001. — 261 с.
17.Литвинов А. С. Автомобиль : теория эксплуатационных свойств : учебник
/ А.С.Литвинов, Я.Е.Фаробин. — М. : Машиностроение, 1989. - 249 с
18.Луканин ВЛГ. Автотранспортные потоки и окружающая среда : учеб. пособие / В.Н.Луканин, А.П.Буслаев, М.В.Яшина ; под ред. В.Н.Луканина. - М. :
ИНФРА-М, 2001. - 646 с.
19.Луканин В. Н. Промышленно-транспортная экология : учебник /
В.Н.Луканин, Ю.В.Трофименко ; под ред. В.Н.Луканина. — М. : Высш. шк.,
2001. — 273 с.
20.Лукинский
В.
С.
Долговечность
деталей
шасси
автомобиля
/
В.С.Лукинский, Ю.Г.Котиков, Е.И.Зайцев. —Л.: Машиностроение, 1984. - 231
с.
21.Меламед ЛЛЗ. Экономика энергетики /Л. Б. Меламед, Н.И.Суслов. — Новосибирск : Изд-во СО РАН, 2000. — 180 с.
22.Николаенко А. В. История теплоэнергетики / А. В. Николаенко,
В.С.Шкрабак, В.П.Зуев. — СПб. : Изд-во СПбГАУ, 1998. - 239 с.
23.Николаенко А. В. Энергетические установки и машины. Двигатели внутреннего сгорания : учеб. пособие / А. В. Николаенко, В.С.Шкрабак. — СПб. :
Изд-во СПбГАУ, 2004. — 438 с.
24.Новый политехнический словарь/ гл. ред. А.Ю.Ишлинский. — М. : Большая Российская энциклопедия, 2000. — 671 с.
249
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
25.Основные направления охраны атмосферного воздуха в Санкт-Петербурге
/ Н.С.Буренин, В.Б.Миляев, Т.М.Флоринская, В.Н.Ложкин // Охрана окружающей среды, природопользование и обеспечение экологической безопасности в
Санкт-Петербурге в 2001 году / Администрация Санкт-Петербурга ; Комитет по
охране окружающей среды. — СПб. : [б. и.]. - 2002. - С. 233-251.
26.Основы современной энергетики : курс лекций для менеджеров энергетических компаний : в 2 т. / под общ. ред. Е.В. Аметистова. — М.: Изд-во МЭИ,
2002. - 450 с.
27.Пашков А. К. Складское хозяйство и складские работы / А. К. Пашков,
Ю.Н.Полярин. — М. : ИКЦ «Академкнига», 2003. — 366 с.
28.Петрушов В. А. Мощностной баланс автомобиля / В. А. Петрушов,
В.В.Московкин, А.Н.Евграфов. — М. : Машиностроение, 1984. — 160 с.
29.Рябчинский
АЛ4.
Экологическая
безопасность
автомобиля
/
А.И.Рябчинский, Ю.В.Трофименко, С.В.Шелмаков ; под ред. В.Н.Луканина. М. : Изд-во МАДИ (ГТУ), 2000. - 95 с.
30.Соловьев Ю.А. Спутниковая навигация и ее приложения / Ю.А.Соловьев.
— М. : Эко-Трендз, 2003. — 326 с.
31.Тарновский В. Н. Автомобильные шины : устройство, работа, эксплуатация, ремонт/В.Н.Тарновский, В.А.Гудков, О.Б.Третьяков. — М. : Транспорт,
1990. - 272 с.
32.Энергетические проблемы и экономия топливно-энергетических ресурсов
в дорожном строительстве / сост. Н. С. Полосина-Никитина. — М. : Информавтодор. — 1995. — Вып. 4. — С. 1 —60.
33.Энергоэффективность как основа устойчивого развития мира : учеб. пособие / Г. Асланян, Д.Вольфберг, Б. Лапонш и др. — М. : Папирус Про, 2000.
— 290 с..
34. Бутов Н.П. Научные основы проектирования малоотходной технологии
переработки и использования отработанных минеральных масел. - Зерноград:
ВНИПТИМЭСХ, 2000. - С. 410.
35.Черноиванов В.И., Халфин М.А., Сидыганов Ю.Н. Ресурсосбережение
250
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
при технической эксплуатации сельскохозяйственной техники//
36.Под общ. ред акад. Россельхозакадемии В.И. Черноиванова. «Росинформагротех», 2002. — С. 780.
37.Черноиванов В.И., Бледных В.В, Северный А.Э. и др. Техническое обслуживание и ремонт машин в сельском хозяйстве.//Учеб. пособие/Под ред.
В.И.Черноиванова: изд. 2-е перераб. и доп. – М. ГОСНИТИ.
251
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа