Kierunki zmniejszenia zanieczyszczenia środowiska przez lokomotywy spalinowe, Logistyka

[ Pobierz całość w formacie PDF ]
analizy
Jan Gronowicz
Kierunki zmniejszenia
zanieczyszczenia środowiska
przez lokomotywy spalinowe
zanieczyszczenie hałasem o poziomie A ekwiwalentnym (średnie-
go dobowego natężenia ruchu na trasach krajowych)
L
A
eq
więk-
szym od 60 dB, obejmuje 21% całkowitej powierzchni kraju.
Najmniejsze szkody w środowisku naturalnym powoduje
transport kolejowy, szczególnie na liniach zelektryfikowanych.
Kolej ma również możliwość zmniejszenia hałasu, zużycia ener-
gii; a także charakteryzuje się stosunkowo wysokim poziomem
bezpieczeństwa przewozu pasażerów. Oczywiste jest jednak, że
kolej nie może w każdych warunkach zastąpić transportu samo-
chodowego, będącego jednym z głównych źródeł zanieczyszcze-
nia środowiska.
Szkody wyrządzone przez transport lądowy w Polsce są zna-
czące i można ocenić, ze wynoszą około 4% wytwarzanego do-
chodu narodowego. Badania w tym zakresie na szerszą skalę, zo-
stały również przeprowadzone w dwunastu krajach UE; koszty te
odniesiono na 1 mln pas.km i 1 mln tkm i przedstawiono w tab-
licy 1.
Wśród wielu rodzajów działalności człowieka, przyczynia-
jących się w dużym stopniu do degradacji człowieka, jed-
no z czołowych miejsc zajmuje transport lądowy. O szko-
dliwym wpływie transportu lądowego na środowisko
może świadczyć fakt, że większość zagrożeń wynika
z działalności transportu lub działalności z nią związanej.
Przez transport lądowy rozumie się transport:

drogowy,

szynowy,

rurociągowy,

energii elektrycznej.
Ujemny wpływ na środowisko transportu rurociągowego
i energii elektrycznej (energetyczne sieci przesyłowe) jest rela-
tywnie mały, dlatego w zasadzie pomija się w tym aspekcie trans-
port rurociągowy i energii elektrycznej.
Stopień zanieczyszczenia środowiska przez techniczne środki
transportu lądowego napędzane silnikiem spalinowym uzależnio-
ny jest od [1]:

właściwości fizykochemicznych stosowanych paliw, olejów
smarowych, płynów chłodzących i innych;

struktury i liczności środków transportu w poszczególnych
kategoriach, określonych ze względu na pojemność skokową
silnika, przeznaczenie pojazdu, datę produkcji i stan tech-
niczny;

charakterystyki udziału pojazdów w poszczególnych rodzajach
ruchu;

infrastruktury dróg, organizacji ruchu i szeregu innych czynni-
ków.
Na czele zagrożeń globalnych pojawił się efekt cieplarniany,
sprawca zmian i anomalii klimatycznych. Efekt cieplarniany po-
woduje, że coraz bogatsza w CO
2
gazowa powłoka Ziemi pełni
rolę filtru jednokierunkowego i przepuszcza część widzialną wid-
ma na Ziemię, a zatrzymuje promieniowanie podczerwone wypro-
mieniowane przez powierzchnię Ziemi. Absorbowane są bowiem
długie fale promieniowania cieplnego, w wyniku tego wzrasta
temperatura powierzchni Ziemi i powietrza nad nią. Nazywamy to
powszechnie efektem cieplarnianym.
Przewiduje się, ze podwojenie CO
2
w powietrzu (z 0,03% do
0,06%) spowoduje wzrost temperatury Ziemi o 2,3°C, co dopro-
wadzić może do topnienia lodowców i tym samym podniesienia
się poziomu mórz i oceanów.
Również poważnym zagrożeniem dla środowiska (nie zawsze
społecznie uświadamianym) jest hałas i wibracje występujące
w następstwie eksploatacji transportu lądowego. Zagrożenie hała-
sem i wibracjami niepokojąco rośnie, zwłaszcza w dużych mia-
stach i w pobliżu tras komunikacyjnych. Licząc ostrożnie można
stwierdzić [4], że łączna powierzchnia naszego kraju, na której
Tablica 1
Kalkulowane koszty ekologiczne na 10
6
pas.km i 10
6
tkm
wyrażone w ECU [5]
Koszty ekologiczne
Przewozy pasażerów Przewozy ładunków
samochodem koleją samochodem koleją
Wypadki drogowo-transportowe
22 400
50
8 200
20
Zatory drogowe
2 700
—
8 100
—
Zanieczyszczenia atmosfery
4 000
900
7 800
400
Hałas
1 300
700
600
700
Razem
30 400 1 650 24 700 1120
Istniejący, niekorzystny stan w dziedzinie ochrony środowiska
naturalnego przed szkodliwym oddziaływaniem transportu wyma-
ga pilnych zmian. Niezbędne są wielokierunkowe i skoordynowa-
ne działania, polegające między innymi na:
– rozbudowanie świadomości proekologicznej wśród pracowni-
ków transportu (szczególnie decydentów), co powinno odby-
wać się poprzez odpowiednią propagandę, naciski społeczne
oraz prowadzenie odpowiedniej polityki prawnej;
– wykształcenie (kadr) ludzi mogących rozwiązywać problemy
techniczne, związane z działalności proekologiczna w trans-
porcie;
– opracowanie rozwiązań konstrukcyjnych, technologicznych,
organizacyjnych oraz tworzenie infrastruktury pozwalającej na
obniżenie ujemnego oddziaływania transportu lądowego na
środowisko naturalne (dotyczy to obiektów istniejących i nowo
projektowanych);
– popieranie rozwoju tych gałęzi transportu, które są najmniej
szkodliwe dla otoczenia i wzmocnienie ingerencji państwa
w rozwój transportu;
– przestrzeganie zasady pełnej odpowiedzialności materialnej za
szkody poczynione w środowisku naturalnym.
2
9
/2005
 analizy
Niezależnie od działań strategicznych, niezbędne są działania
techniczno-organizacyjne prowadzące do zmniejszenia ujemnego
oddziaływania również lokomotyw spalinowych na środowisko
w zakresie emisji substancji szkodliwych, wydzielanego hałasu
i drgań oraz zanieczyszczenie szlaków kolejowych.
Tablica 2
Główne przyczyny sprzyjające powstawaniu NO
x
, CO, CH
w silnikach spalinowych ZS [3]
Zanieczyszczenie
NO
x
CO
CH
PM
Przyczyny
Strefa
Niedobór
Nie spalone
Rozpad termiczny
Zmniejszenie emisji substancji szkodliwych
wydzielanych przez silnik spalinowy
Praca silników spalinowych lokomotyw jest głównym sprawcą
wydzielonych związków toksycznych, zanieczyszczających środo-
wisko. W przeważającej liczbie są to silniki czterosuwowe z za-
płonem samoczynnym.
Do podstawowych substancji toksycznych, emitowanych
przez silniki spalinowe, zaliczamy: tlenek węgla (CO), węglowo-
dory (CH), tlenki azotu (NO
x
), aldehydy (RCHO), dwutlenek siarki
(SO
2
), cząstki stałe (sadza i inne).
Silniki spalinowe emitują również inne substancje zanie-
czyszczające, np. kwasy, związki fosforu i inne. Substancje te wy-
stępują jednak w niewielkich stężeniach, na ogół śladowych i ich
udział w zanieczyszczeniu atmosfery jest dotychczas pomijany.
Substancje zanieczyszczające, emitowane przez silniki spali-
nowe, mają w temperaturze otoczenia postać: gazową (CO, NO
x
,
CH, RCHO, SO
2
), ciekłą (CH, RCHO), stałą (sadza, ciężkie węglo-
wodory).
Substancje zanieczyszczające, wydalone do atmosfery przez
silniki spalinowe, pochodzą z trzech źródeł: układu wydechowe-
go, skrzyni korbowej, układu paliwowego.
Podstawowym źródłem substancji zanieczyszczających at-
mosferę jest układ wylotowy. Skład gazów z układu wylotowego
zależy w dużym stopniu od tego czy to jest silnik z zapłonem
iskrowym czy samoczynnym – dla silnika z zapłonem samoczyn-
nym, przeciętny skład spalin silnikowych w % sumarycznej obję-
tości wynosi:
Azot (N)
powstawania popłomienna
powietrza
paliwo przy
paliwa, np. przy
przy składzie
lokalny (złe
ściankach
jego wtrysku do
mieszanki
wymieszanie)
i szczelinach
stref gorących
zbliżonej do
(niska
objętych
stechiometrycznej
temperatura)
płomieniem
Okoliczności Wysoka
Chłodzące
Zbyt długi czas
powstawania temperatura
oddziaływanie wtrysku, zbyt
ścian cylindra mało powietrza
przy dużych
obciążeniach
Tablica 3
Wybrane wskaźniki porównawcze gazów spalinowych
silników ZS w różnych warunkach pracy [6]
Składnik
Charakter pracy
bieg jałowy przyspieszenie prędkość stała opóźnienie
CO
[% obj.]
0
0,05
0
0
CH
[% obj.] 0,02–0,05
0,02
0,01
0,03
NOx
[ppm] 50,0–68,0
849,0
237,0
30,0
Aldehydy [ppm]
6,0–17,0
17,0
11,0
29,0
W silnikach o zapłonie samoczynnym systemy spalania pod
względem konstrukcyjnym są następujące: wtrysk bezpośredni
paliwa (szeroko stosowany), komora dzielona (wstępna, ewen-
tualnie wirowa).
W systemie wtrysku bezpośredniego proces przygotowania
mieszanki i spalania zależy w dużym stopniu od ruchu wirowego
powietrza wokół osi cylindra (który też wpływa na kształt strugi
wtryśniętego paliwa), rozkładu w niej lokalnego współczynnika
nadmiaru powietrza oraz temperatury po powstaniu stref sprzyja-
jących tworzeniu się poszczególnych związków toksycznych. Mo-
żemy więc wyróżnić przestrzenie, w których:
– znajduje się mieszanka uboga (
λ ≥
1), będąca głównym źród-
łem niespalonych węglowodorów,
76,0–77,0
(nietoksyczny)
Tlen (O)
10,0–16,0
(nietoksyczny)
Para wodna (H2O)
3,5–5,0
(nietoksyczny)
Dwutlenek węgla (CO2)
3,5–7,0
(nietoksyczny)
Wodór (H)
0–0,1
(nietoksyczny)
Tlenek węgla (CO)
0,01–0,1
(toksyczny)
Tlenek azotu (NOx)
0–0,5
(toksyczny)
Węglowodory (CH)
0,01–0,4
(toksyczny)
Aldehydy (RCHO)
0–0,03
(toksyczny)
Dwutlenek siarki (SO2)
ok. 0,04
(toksyczny)
Cząstki stałe (PM)
0,007
toksyczne)
Główne przyczyny powstawania związków toksycznych zesta-
wiono w tablicy 2.
Skład gazów w poważnym stopniu uzależniony jest od cha-
rakteru pracy silnika (tabl. 3), oraz od współczynnika nadmiaru
powietrza
λ
(rys. 1), a mechanizm powstawania tych związków
przedstawiono na rysunku 2.
W początkowej fazie spalania, w której spala się paliwo odpa-
rowane i zmieszane z powietrzem podczas opóźniania samoza-
płonu, w warstwie ubogiej w paliwo tworzą się węglowodory,
a w strefie popłomiennej tlenki azotu. W fazie kontrolowanej pro-
cesami mieszania, w strefach bogatych w paliwo powstają sadze
w skutek pirolizy, natomiast w strefach w pobliżu ścianek – wę-
glowodory, wskutek efektu gaszenia płomienia, silniki ZS emitują
głównie NO
x
, PM oraz CH.
Rys. 1. Zależność emisji CO, CH, NO
x
i DB (dymienie w jednostkach Boscha)
oraz p
i
i g
e
od współczynnika nadmiaru powietrza
λ
dla silnika ZS
9
/2005
3
 analizy
– współczynnik nadmiaru powietrza
λ
= 1,1 i tam zostaje zaini-
cjowane rozprzestrzenianie się spalania; panuje wysoka tem-
peratura, dlatego ta przestrzeń jest głównym źródłem emisji
tlenków azotu,
- znajdują się znaczne ilości nieodparowanego paliwa (
λ ≤
1); są
one przy dużych obciążeniach głównym źródłem cząstek sta-
łych, a przy małych obciążeniach źródłem niespalonych wę-
glowodorów i tlenku węgla.
szym sposobem zmniejszenia toksyczności i hałasu. Realizowane
przedsięwzięcia dla silników ZS przedstawiono w tablicy 4.
Tablica 4
Przedsięwzięcia w silnikach ZS w lokomotywach
w celu zmniejszenia toksyczności spalin [3]
Rodzaj przedsięwzięcia
Korzyści
Optymalizacja kształtu
Skrócenie czasu opóźnienia wtrysku, zmniejszenie
strugi i umieszczenie
emisji PM, możliwość opóźnienia wtrysku
we wtryskiwaczu
(mniejsza emisja NO
x
)
Zwiększenie ciśnienia
Zmniejszenie emisji PM
wtrysku przy mniejszym
przy niezwiększonej emisji NO
x
zawirowaniu mieszanki
Elektronizacja wtrysku
Uzależnienie kąta wyprzedzenia wtrysku
i dawki paliwa od większej liczby parametrów
Zmniejszenie kąta
Zmniejszenie NOx, konieczność skrócenia
wyprzedzenia wtrysku
czasu trwania wtrysku i opóźnienie zapłonu
Doładowanie
Zmniejszenie emisji wszystkich składników
toksycznych i zwiększenie sprawności ogólnej
Chłodzenie powietrza
Zwiększenie korzyści z doładowania
doładowania
Recyrkulacja spalin
Zmniejszenie emisji NO
x
Katalizator utleniający
Zmniejszenie emisji PM, CH i CO
Filtry sadzowe
Zmniejszenie emisji PM i częściowo CH
Urządzenia skracające
Zmniejszenie nadmiernej ilości toksycznych spalin
czas nagrzewania silnika
podczas nagrzewania silnika
Ograniczenie zużycia
Zmniejszenie emisji CH i PM
oleju silnikowego
Podgrzewanie paliwa
Zmiejszenie toksyczności spalin
zasilającego
podczas nagrzewania silnika
Stosowanie paliw
Zmniejszenie emisji związków siarki, PM
o mniejszej zawartości siarki
Chłodzenie komory spalania
przez doprowadzenie
Zmniejszenie NO
x
odpowiedniej ilości wody
Rys. 2. Mechanizm powstawania związków toksycznych w silniku ZS
a - faza spalania mieszanki wstępnie przygotowanej, b - faza spala-
nia kontrolowanego [2]
Oczyszczanie spalin
W silnikach ZS występuje konieczność oczyszczenia spalin z sa-
dzy i związków siarki, gdzie można zastosować katalizatory utle-
niające CH, CO, aldehydy i organiczną frakcję rozpuszczalną, a do
oczyszczenia spalin z cząstek stałych – filtry. Cząstki te osiadają
na materiale pochłaniającym – filtrze; mogą być dopalone pło-
mieniowo lub utleniane katalicznie. Silniki ZS zawierają mniejszą
ilość CO i CH, natomiast charakteryzują się podwyższoną zawar-
tością NO
x
i cząstek stałych.
Jedną z dróg zmniejszenia emisji tlenków azotu może być ka-
taliczny rozkład NO
x
na składniki N
2
i O
2
. W większości przypad-
ków jest to jednak utrudnione, ponieważ tlen inhibituje taką reak-
cję, silnie absorbując się na powierzchni pokrycia katalicznego.
katalizatory dla silników ZS muszą być dostosowane do takich
warunków, jak:
– większego zakresu temperatury pracy,
– ścisłej kontroli temperatury,
– ścisłej kontroli CH/NO
x
/O
2
.
Dodatkowym warunkiem jest ograniczenie utleniacza SO
2
do
SO
3
, ponieważ utrudnia do dobre dopalanie cząstek stałych
w spalinach.
Inną drogą redukcji NO
x
jest stosowanie katalicznej redukcji
selektywnej. Selektywna redukcja NO
x
może być podstawowym
sposobem zmniejszenia emisji NO
x
w silnikach lokomotyw spali-
nowych. Jako reduktor stosowany jest najczęściej amoniak (CH
3
)
i inne związki zawierające azot, węglowodory nasycone i nienasy-
cone o krótkim łańcuchu, alkohole itp. Selektywna katalitycznie
W systemach z wtryskiem bezpośrednim możemy się spo-
dziewać wysokiej emisji związków toksycznych. Jednak na ko-
rzyść tych rozwiązań przemawia wysoka sprawność ogólna
i mniejsze o ok. 20% zużycie paliwa w porównaniu z systemami,
w których zastosowano komory dzielone.
Na toksyczność spalin oraz zużycie paliwa ma wpływ szereg
czynników konstrukcyjnych, tj. kształt komory spalania i układ
dolotowy, kąt wyprzedzenia wtrysku, fazy rozrządu, stopień na-
grzania silnika i szereg innych.
Najnowszym układem wtryskowym silników ZS jest układ ci-
śnieniowy kolektora paliwa zwany Common Rail (CR) – układy te
prowadzą do obniżenia zużycia paliwa i związków toksycznych.
Układ CR przypomina układy wtryskowe we współczesnych silni-
kach benzynowych; podobnie stosowana jest pompa wytwarzają-
ca ciśnienie w kolektorze pełniącego funkcję akumulatora hy-
draulicznego dla całego układu wtryskowego. Ciśnienie to jest
rzędu 135–160 i więcej MPa, a stałą wartość utrzymuje zawór
regulacji ciśnienia. Kolektor wysokociśnieniowy połączony jest
z wtryskiwaczami, a dawka paliwa regulowana jest czasem otwar-
cia elektromagnetycznego wtryskiwacza.
Podejmuje się obecnie wiele przedsięwzięć technicznych
prowadzących do zmniejszenia toksyczności spalin. Zauważa się
tendencje do zwiększenia objętości skokowej silnika
V
ss
, zmniej-
szenia stosunku mocy aktywnej
N
e
do
V
ss
oraz zwiększenie skoku
tłoka, gdyż zmniejszenie stopnia wysilenia silnika jest najprost-
4
9
/2005
 analizy
redukcja musi być efektywna także w warunkach obecności
w spalinach dużego natężenia tlenu oraz dwutlenku siarki.
Do redukcji NO
x
wykorzystuje się również węglowodory (CH),
gdzie proces konwersji NO
x
przebiega w warunkach nadmiaru tle-
nu w obecności węglowodorów o stężeniu >1, np. propanu, pro-
penu, etylenu, z szybkością wystarczającą do zastosowań prak-
tycznych.
Rozwój katalizatorów do obniżenia emisji NO
x
będzie dążył
w kierunku:
– poszukiwania nowych układów jednocześnie bardzo aktywnych
i odpornych na nieunikniony proces „zatrucia” katalizatorów,
– optymalizacja procesów katalicznej selekcji redukcji NO
x
,
z wykorzystaniem węglowodorów jako czynnika redukującego
katalicznej selektywnej redukcji NO
x
,
– poszukiwanie katalizatorów wykorzystujących do redukcji NO
x
związków organicznych, składających się na cząstki stałe
w celu budowy systemu jednocześnie ograniczającego emisje
tlenków azotu i cząstek stałych.
Do oczyszczania z cząstek stałych nierozpuszczalnych nie-
zbędne są odpowiednie filtry zatrzymujące, a następnie wypalanie
zatrzymanych cząstek stałych dla zapewnienia drożności filtra.
Konstrukcja filtra powinna uwzględniać:
– zatrzymanie wszystkich zanieczyszczeń o granulacji powyżej
1 mm,
– zapłon sadzy w temperaturze 550–600°C i jej spalanie mogą-
ce przekroczyć nawet 1000°C,
– bardzo wysoką emisję CH podczas wypalania (regeneracja
filtra),
– zwiększenie oporów przepływu spalin wskutek osadzenia się
cząstek w procesie eksploatacji.
Spalanie sadzy zaczyna się w temperaturze około 380°C, jed-
nak szybkość spalania osiąga się dopiero w temperaturze 550–
–600°C; wysokie temperatury spalin występują dopiero podczas
pracy silnika w warunkach bliskich maksymalnych mocy. Tempe-
ratura spalin w warunkach znamionowych wynosi około 500 do
700°C, natomiast przy wlocie do filtra (w zależności od długości
przewodów wylotowych i intensywności chłodzenia) temperatura
spada nawet do 200°C przy biegu jałowym i dlatego do zapalenia
sadzy niezbędne jest podgrzewanie filtra.
Wkład filtrujący musi odznaczać się dobrymi właściwościami
chłonnymi, małym oporem przepływu spalin, dużą odpornością
na wysokie temperatury i na duży gradient temperatury. Do naj-
częściej stosowanych filtrów sadzowych zalicza się ceramiczne
filtry z nośnikiem monolitycznym lub stalowym.
Cząstki stałe w spalinach mają małą gęstość (ok. 0,75 g/cm
3
)
i dlatego nie jest możliwe gromadzenie w lokomotywie zebranych
zanieczyszczeń a zatrzymane sadze powodują zwiększenie opo-
rów wylotu spalin, a przez to pogorszenie silnika; dopuszczalny
spadek ciśnienia na filtrze nie powinien przekraczać 10–15 kPa.
W wielu badaniach zauważono, że ilość związków toksycz-
nych uzależniona jest również od jakości produkcji i eksploatacji.
Przez jakość eksploatacji należy rozumieć przestrzeganie wszyst-
kich czynności przeglądowo-naprawczych dla zapewnienia pra-
widłowego stanu silnika spalinowego i układów napędowych –
często jednak rzeczywistość odbiega od tych wymagań a nawet
nowo wyprodukowane silniki tego samego typu emitują do 40%
cząstek stałych i do 80% CH więcej, w porównaniu z silnikiem
wykonanym w granicach założonych odchyłek wykonawczych
i montażowych.
Normy i zalecenia zanieczyszczeń spalin
silników lokomotyw spalinowych
Propozycje dopuszczalnych limitów emisji związków toksycznych
w spalinach silników spalinowych (dla etapów III I IV) stosowa-
nych między innymi w lokomotywach spalinowych opublikowa-
nych przez Komisję Europejską 27 grudnia 2002 r. i przyjęte
przez Parlament Europejski w październiku 2003 r. zestawiono
w tablicach 5 i 6. Etap III będzie wprowadzony w 2006 r., a etap
IV dopiero między rokiem 2010 a 2014 (etapy I i II nie obejmo-
wały silników lokomotyw spalinowych – wymagania UE do silni-
ków o mocy 19–560 kW są w toku uzgadniania).
Tablica 5
Propozycje limitów etapu III
dla silników lokomotyw spalinowych
Moc silnika
CO CH CH + NO
x
NO
x
PM
Data wprowadz.
[g/kW]
130 kW <
N
e
< 560 kW 3,5 — 4,0 — 0,2 31.12.2006
N
e
> 560 kW
2,0 0,5 — 6,0 0,2 31.12.2007
Tablica 6
Propozycje limitów etapu IV
dla silników lokomotyw spalinowych
Moc silnika
CO CH CH + NO
x
NO
x
PM
Data wprowadz.
[g/kW]
130 kW <
N
e
< 560 kW
3,5 — 1,0 — 0,2 31.12.2010
N
e
> 560 kW
2,0 0,5
— 10,0 0,2 31.12.2011
Wymienione w tablicach 5 i 6 wartości etapów III i IV są
zgodne z normami amerykańskimi Tier 3-4. Etap IV wprowadza
limity emisji PM o wartości 0,020–0,025 g/kWh. Niektóre silniki
będą także wymagały stosowania układów redukcji emisji NO
x
w celu spełnienia limitów etapu IV.
Pomiary emisji będą przeprowadzone według dwóch testów:
testu NRSC (pozadrogowy test stacjonarny) ISO 8178-F (rys. 3),
oraz nowego testu NRTC (pozadrogowy test niestacjonarny), który
opracowano wspólnie z organizacją EPA (Urząd Ochrony Środo-
wiska w USA), co pokazano na rysunku 4 [7].
Europejskie przepisy dotyczące emisji spalin (lokomotyw
spalinowych oraz autobusów szynowych) zawarte są w karcie
UIC 624. Dopuszczalne wartości emisji składników toksycznych
podano na rys. 5. Limity UIC obowiązywały dla wszystkich silni-
ków do 31.12.2002 r., natomiast od 01.01.2003 r. (UIC II) obo-
Rys. 3. Rozkład faz testu ISO 8178-F (zaznaczono kolejność faz i współ-
czynników, udziałów)
9
/2005
5
 analizy
wiązuje podział na silniki o mocy do 560 kW i powyżej tej warto-
ści. Zmianie uległy mierzone składniki spalin oraz zrezygnowano
z pomiaru zadymienia spalin, uwzględniając obecnie w UIC II (tak
jak w przypadku norm EURO), pomiar emisji cząstek stałych. Na-
leży również zaznaczyć, ze limity UIC od 2008 r. będą zbliżone do
limitów etapu IV norm EURO.
Narząd słuchu człowieka przystosowany jest do odbioru fal
dźwiękowych o częstotliwości od 16 do 20 000 Hz i ciśnieniu
akustycznym zawartym w przedziale od 20 mPa do 10 Pa. Dźwię-
ki poniżej 16 Hz nazywamy infradźwiękami, a częstotliwości wyż-
sze od 20 000 Hz ultradźwiękami. największą czułość wykazuje
ucho ludzkie w zakresie częstotliwości 800–4000 Hz. Czułość
ucha nie jest stała, przy niskim poziomie dźwięku jest ona duża,
przy wysokim poziomie zaś mała.
Ze względu na dużą czułość ucha ludzkiego, wprowadzono do
stosowania wielkość logarytmiczną, którą nazwano poziomem ci-
śnienia akustycznego, wyrażoną zależnością;
p
2
p
L
p
=
10
lg —– =
20
lg —
[dB(A)]
p
0
2
p
0
gdzie:
p
– ciśnienie akustyczne [Pa],
p
0
– ciśnienie akustyczne odniesienia
p
0
= 2×10
–5
[Pa].
W zależności od natężenia hałasu jego skutki można podzie-
lić na pięć grup, a mianowicie:
1) poniżej 35 dB(A) – jest nieszkodliwy dla człowieka;
2) 35–70 dB(A) – ujemne oddziaływanie na organizm, powoduje
zmęczenie układu nerwowego, obniżenie czułości wzroku,
utrudnienie zrozumienia mowy i porozumienia się, niekorzyst-
ny wpływ na sen i wypoczynek;
3) 70–85 dB(A) – ciągła ekspozycja wpływa ujemnie na wydaj-
ność pracy, działa szkodliwie na zdrowie;
4) 80–130 dB(A) – jest to natężenie niebezpieczne dla organiz-
mu powodujące różne zaburzenia m.in. układu krążenia czy
układu pokarmowego;
5) powyżej 130 dB(A) – wywołuje drgania niektórych organów
wewnętrznych, powodując choroby i zniszczenia.
Należy również mięć na uwadze, że dla człowieka są bardzo
niebezpieczne drgania o niskiej częstotliwości, ponieważ często-
tliwość własna organów wewnętrznych i elementów człowieka
jest niska, zawiera się w granicach 3–25 Hz, do których zalicza-
my serce, wątrobę, mózg, pęcherz moczowy, kończyny i inne.
Spośród lądowych środków transportu, transport kolejowy
jest najmniej odczuwalny przez społeczeństwo. Charakter emi-
towanego hałasu i drgań przez pojazdy szynowe jest zdetermi-
nowany parametrami pojazdów jak i sama drogą, tj. torami kole-
jowymi.
Przyczyny powstawania hałasu i drgań są zintensyfikowane
takimi zjawiskami jak:
– znaczną masą samej lokomotywy – ok. 100 t,
– stosunkowo dużą masę nieusprężynowaną – ok. 3 t (zestaw
kołowy z obudową i łożyskami, duże koło zębate i część masy
elektrycznego silnika trakcyjnego zawieszonego często za
nos),
– zainstalowanym w lokomotywy silnika spalinowego, układu
przeniesienia mocy, sprężarki, wentylatorów chłodzenia silnika
spalinowego i elektrycznych silników trakcyjnych.
Kolejowe źródła hałasu są zlokalizowane zarówno liniowo
(szlaki), jak i punktowo (stacje). Zjawiskom towarzyszącym hała-
sowi są drgania gruntu wywołane przez pojazdy szynowe, będące
efektem występowania dużych sił w układzie koło–szyna. Zależą
one od jakości powierzchni kół i szyn oraz prędkości jazdy pocią-
gów. Drgania rozpowszechniają się z toru przez grunt w postaci
fal ciśnieniowych, fal poprzecznych i powierzchniowych. Pierw-
Rys. 4. Przebieg testu NTRC
14
NO
x
CO
HC
D
PM
12
10
8
6
4
2
0
UIC 1997
UIC 2003
P
< 560 kW
UIC 2003
P
> 560 kW
UIC 2008
P
< 560 kW
UIC 2008
P
> 560 kW
Rys. 5. Limity emisji poszczególnych związków toksycznych dla pojazdów szyno-
wych według karty UIC 624:
a - przy wydatku powietrza powyżej 1,0 kg/s wartość zadymienia D wyno-
si 2,5 j.s.B.; b - obowiązuje dla prędkości n > 1000 obr/min, dla n <
1000 obr/min limit wynosi 9,9 g/kWh; c - dla silników o mocy nominalnej
powyżej 2200 kW emisja PM jest wyjątkowo dopuszczona do 31.12.2004
r. na poziomie 0,5 g/kWh lecz zaleca się zachowywać wartość graniczną
0,25 g/kWh, od 1.01.2005 r. wartość graniczna 0,25 g/kWh obowiązuje
dla wszystkich silników
Powstawanie i redukcja hałasu i drgań
Na ujemne oddziaływanie hałasu i drgań narażonych jest w róż-
nym stopniu ok. 33% ludności Polski zarówno w miejscach za-
mieszkania, pracy, odpoczynku, jak i w innych miejscach przeby-
wania. Powszechny i jednocześnie najbardziej uciążliwy hałas
i drgania spotykamy nie tylko na trasach samochodowych ale
również przy szlakach i węzłach kolejowych.
Hałas są to dźwięki o dowolnym charakterze akustycznym,
niepożądane w danych warunkach i dla danej osoby. Według in-
nej definicji, hałasem są wszelkie niepożądane, nieprzyjemne,
dokuczliwe lub szkodliwe drgania ośrodka sprężystego, działają-
cego za pośrednictwem powietrza na organizm słuchu i inne
zmysły oraz organy organizmu ludzkiego.
Drgania akustyczne jest to ruch cząstek środowiska spręży-
stego względem określonego położenia równowagi, rozchodzący
się w sposób falowy.
6
9
/2005
  [ Pobierz całość w formacie PDF ]
  • zanotowane.pl
  • doc.pisz.pl
  • pdf.pisz.pl
  • klobuckfatima.xlx.pl