ГОСТ Р 51250-99 Двигатели внутреннего сгорания поршневые. Дымность отработавших газов. Нормы и методы определения (с Изменением N 1).
ГОСТ Р 51250-99
Группа Г84
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Двигатели внутреннего сгорания поршневые.
Дымность отработавших газов.
Нормы и методы определения
Internal combustion reciprocating engines.
Visible pollutants. Limit values and test methods*
________________
* Наименование стандарта. Измененная редакция. Изм. N 1.
ОКС 27.020
ОКП 31 2000
Дата введения 2000-01-01
Предисловие
1 РАЗРАБОТАН И ВНЕСЕН Техническим комитетом ТК 235 "Дизели судовые, тепловозные и промышленные"
2 ПРИНЯТ И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Постановлением Госстандарта России от 3 марта 1999 г. N 57
3 Стандарт соответствует ИСО 8178 "Двигатели внутреннего сгорания. Измерение выбросов вредных веществ" Части 1, 2, 4 и 9 - в части испытательных процедур и методов испытаний
4 ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ
Внесено Изменение N 1, утвержденное и введенное в действие постановлением Госстандарта России от 09.03.2004 N 127-ст с 01.07.2004, опубликованное в ИУС N 6, 2004 год
1 Область применения
Настоящий стандарт распространяется на судовые, тепловозные и промышленные двигатели внутреннего сгорания (далее - двигатели) и устанавливает нормы дымности отработавших газов (далее - ОГ), измеренной оптическим или фильтрационным методом, при проведении стендовых испытаний новых и капитально отремонтированных двигателей.
Допускается применение настоящего стандарта в условиях эксплуатации при проведении испытаний силовых установок и агрегатов на базе судовых, тепловозных и промышленных двигателей в соответствии с приложением А.
Стандарт не распространяется на автомобильные, тракторные и авиационные двигатели.
(Измененная редакция,. Изм. N 1).
2 Нормативные ссылки
В настоящем стандарте использованы ссылки на следующие стандарты:
ГОСТ 12.1.003-83 ССБТ. Шум. Общие требования безопасности
ГОСТ 12.1.005-88 ССБТ. Общие санитарно-гигиенические требования к воздуху рабочей зоны
ГОСТ 12.2.003-91 ССБТ. Оборудование производственное. Общие требования безопасности
ГОСТ 12.3.002-75 ССБТ. Процессы производственные. Общие требования безопасности
ГОСТ Р 12.4.213-99 Система стандартов безопасности труда. Средства индивидуальной защиты органа слуха. Противошумы. Упрощенный метод измерения акустической эффективности противошумных наушников для оценки качества
ГОСТ 10448-80 Дизели судовые, тепловозные и промышленные. Приемка. Методы испытаний
ГОСТ 30574-98 Дизели судовые, тепловозные и промышленные. Измерение выбросов вредных веществ с отработавшими газами. Циклы испытаний
ГОСТ Р ИСО 8178-7-99 Двигатели внутреннего сгорания поршневые. Выбросы вредных веществ с отработавшими газами. Часть 7. Определение семейства двигателей
ГОСТ Р ИСО 8178-8-99 Двигатели внутреннего сгорания поршневые. Выбросы вредных веществ с отработавшими газами. Часть 8. Определение группы двигателей
(Измененная редакция, Изм. N 1).
3 Определения
В настоящем стандарте использованы следующие термины с соответствующими определениями:
Отработавшие газы (ОГ) - смесь газообразных продуктов полного сгорания, избыточного воздуха и различных микропримесей (газообразных, жидких и твердых частиц), поступающая из цилиндров дизеля в его выпускную систему.
Дымность - видимая дисперсия жидких и (или) твердых частиц в ОГ, образовавшаяся в результате неполного сгорания топлива и испарившегося масла в цилиндрах дизеля.
Дымомер - прибор для измерения дымности.
Дымомер оптического типа - прибор для измерения непрозрачности ОГ, выраженной через коэффициент ослабления светового потока.
Дымомер фильтрационного типа - прибор для измерения дымности, выраженной через показатель отражения света поверхностью фильтра, окрашенного всеми компонентами дисперсной фазы ОГ после пропускания определенной их порции через фильтр.
4 Нормы дымности отработавших газов
4.1 Для новых дизелей
Таблица 1
Расход ОГ , дм /с
| Натуральный показатель ослабления светового потока , м , не более
| Коэффициент ослабления светового потока , приведенный к шкале дымомера оптического типа ( м), %, не более
| Дымовое число фильтра, приведенное к шкале дымомера фильтрационного типа (  м), условных единиц, не более
|
До 75 включ.
| 1,857
| 55
| 4,2
|
Св. 75 " 85 "
| 1,707
| 52
| 4,0
|
" 85 " 95 "
| 1,612
| 50
| 3,9
|
" 95 " 110 "
| 1,521
| 48
| 3,8
|
" 110 " 125 "
| 1,433
| 46
| 3,7
|
" 125 " 140 "
| 1,348
| 44
| 3,6
|
" 140 " 160 "
| 1,267
| 42
| 3,5
|
" 160 " 185 "
| 1,188
| 40
| 3,4
|
" 185 " 210 "
| 1,112
| 38
| 3,3
|
" 210 " 250 "
| 1,038
| 36
| 3,2
|
" 250 " 290 "
| 0,966
| 34
| 3,0
|
" 290 " 350 "
| 0,897
| 32
| 2,9
|
" 350 " 400 "
| 0,829
| 30
| 2,8
|
" 400 " 500 "
| 0,764
| 28
| 2,7
|
" 500 " 600 "
| 0,700
| 26
| 2,5
|
" 600 " 700 "
| 0,638
| 24
| 2,3
|
" 700 " 900 "
| 0,578
| 22
| 2,2
|
" 900 " 1150 "
| 0,519
| 20
| 2,0
|
" 1150 " 1500 "
| 0,461
| 18
| 1,8
|
" 1500 " 2000 "
| 0,405
| 16
| 1,7
|
" 2000 " 3000 "
| 0,351
| 14
| 1,5
|
" 3000
| 0,297
| 12
| 1,3
|
Примечание. Для звездообразных двигателей нормы дымности отработавших газов устанавливаются по согласованию с заказчиком.
(Измененная редакция, Изм. N 1).
4.1.3 Дизель считают соответствующим требованиям настоящего стандарта, если каждое измеренное значение натурального показателя ослабления светового потока или дымового числа фильтра меньше или равно соответствующему предельно допускаемому значению натурального показателя ослабления светового потока или дымового числа фильтра.
4.2 Для дизелей после капитального ремонта
4.2.1 Максимально допустимые нормы дымности для дизелей после капитального ремонта увеличивают на 20% по отношению к значениям, установленным таблицей 1.
5 Методы измерений
5.1 Метод измерения дымности оптический
Сущность оптического метода определения дымности ОГ заключается в измерении их непрозрачности, а именно коэффициента ослабления светового потока с вычислением значений натурального показателя ослабления светового потока при просвечивании столба ОГ дизеля в измерительной камере дымомера с известной эффективной базой.
Из закона Бугера-Ламберта-Бера для дисперсной среды следует
5.2 Метод измерения дымности фильтрационный
Сущность фильтрационного метода измерения дымности ОГ заключается в измерении почернения фильтра после пропускания через него строго определенного количества газов. Поверхность фильтра темнеет, окрашиваясь всеми компонентами дисперсной фазы. Почернение фильтра оценивают по степени его оптического отражения в сравнении с чистым фильтром и измеряют оптико-электрическим рефлектометром.
Запрещается пересчет показаний дымомера оптического типа в показания фильтрационного дымомера, за исключением случаев одновременного проведения измерений дымомерами обоих типов.
6 Объем и режимы испытаний
Испытанию на дымность следует подвергать двигатели при проведении сертификационных, приемо-сдаточных, квалификационных, периодических и типовых испытаний в соответствии с требованиями ГОСТ 10448 и технических условий на двигатели конкретного типа.
С целью сокращения объема измерений в условиях стабильного производства допускается проведение измерений дымности ОГ только для характерного представителя семейства двигателей по ГОСТ Р ИСО 8178-7 или группы двигателей по ГОСТ Р ИСО 8178-8 . Концепция отбора характерного представителя серийных дизелей должна быть согласована с разработчиком стандарта.
Измерение дымности ОГ, предусмотренное в программе специальных испытаний по ГОСТ 10448, выполняют в соответствии с требованиями настоящего стандарта.
(Измененная редакция, Изм. N 1).
6.1 Структура режимов испытаний
Режимы испытаний в зависимости от назначения двигателя должны соответствовать ГОСТ 30574.
(Измененная редакция, Изм. N 1).
7 Оборудование моторного стенда и измерительные приборы
При измерении дымности оптическим методом испытания проводят с отбором или без отбора проб ОГ. При испытаниях без отбора проб просвечивают представительную (репрезентативную) часть потока или весь поток ОГ внутри или на срезе выпускной трубы дизеля с помощью полнопоточных дымомеров.
При испытаниях с отбором проб из выпускной трубы с помощью газоотборного зонда и пробной трубы отводят представительную часть потока ОГ и просвечивают ее в измерительном контуре частично-поточного дымомера.
При измерении дымности фильтрационным методом испытания проводят только с отбором дозированной части ОГ с помощью газоотборного зонда.
Кроме дымомера испытательный моторный стенд должен быть оборудован, как минимум, измерительными приборами для определения мощности (крутящего момента) и частоты вращения коленчатого вала дизеля, состояния окружающей среды (температуры, давления) и расходов топлива и воздуха. Погрешность измерительных приборов должна соответствовать требованиям ГОСТ 10448.
7.1 Система пробоотбора
7.1.1 Схема установки дымомера оптического типа для измерения параметров дымности с отбором проб ОГ показана на рисунке 1.
1 - выпускная труба; 2 - газоотборный зонд; 3 - дифференциальный манометр; 4 - газоподводящая труба;
5 - теплообменник; 6 - байпасный клапан; 7 - дымомер частично поточный; 8 - газоотводящие трубы;
9 - регулируемая заслонка; 10 - источник света; 11 - собирательная линза; 12 - дымомер полнопоточный
(на срезе выпускной трубы); 13 - разделительная перегородка; 14 - приемник света
Рисунок 1 - Схема установки дымомера оптического типа
При невозможности выполнения этих требований в конструкции выпускной системы допускается применение других мероприятий (установка выпрямительных решеток, дополнительных рессиверов и др.), обеспечивающих равномерность потока ОГ в выпускной трубе и представительность отбираемых проб (см. приложение А).
Газоподводящая труба, соединяющая газоотборный зонд с дымомером (см. рисунок 1), должна иметь длину не более 2 м и располагаться, по возможности, с подъемом в сторону дымомера. Газоподводящая труба должна быть герметичной, без резких изгибов.
В особых случаях допускается применение удлиненной газоподводящей трубы до 5 м, при этом должны быть приняты меры, исключающие образование конденсата в трубе.
При измерениях на частичных нагрузках нельзя изменять положение заслонки.
Рекомендуется устанавливать теплообменные устройства в газоподводящей тру
бе.
7.1.2 В системе пробоотбора для дымомера фильтрационного типа, схема которого показана на рисунке 2, не допускается затекание газов в открытый конец зонда, за исключением периода отбора проб.
1 - прямолинейный участок трубы дизеля; 2 - газоотборный зонд; 3 - линия отбора;
4 - дымомер; 5 - зажимное устройство; 6 - фильтр; 7 - поршень; 8 - пружина;
9 - пневматическое устройство; 10 - охладитель
Рисунок 2 - Схема установки дымомера фильтрационного типа
Во всех случаях перед отбором мертвый объем должен быть заполнен чистым воздухом.
.
7.2 Дымомер оптического типа
При определении изготовителем эффективной базы дымомера (эффективной длины светового луча) следует учитывать влияние способов, используемых для защиты источника света и приемника от загрязнений.
Эффективная база дымомера должна быть указана на дымомере и в спецификации изготовителя.
Дымомер должен иметь, как минимум, шкалу измерения коэффициента N, имеющую не менее 100 делений, для определения непрозрачности ОГ с основной приведенной погрешностью ±2%. Допускается применение цифровых индикаторов с точностью отсчета в третьем разряде одна единица.
(Измененная редакция, Изм. N 1).
В качестве приемника света следует применять фотоэлемент или фотодиод со спектральной характеристикой, близкой к спектральной характеристике глаза человека. Максимальная чувствительность - при длине волны от 550 до 570 нм. При длине волны менее 430 нм и более 680 нм допускается не более 4% максимальной чувствительности.
Конструкция оптической системы дымомера должна быть такой, чтобы отклонение от параллельности лучей светового потока от оптической оси не превышало 3°, а приемник не реагировал на прямой или отраженный луч света, если он отклонен от оптической оси более чем на 3°.
7.2.3 Электрическая схема фотоприемника и индикатора дымности должна обеспечить характеристику силы тока, произведенного фотоприемником, стабильную во всем температурном диапазоне эксплуатации фотоэлемента.
Электрическая схема фотоприемника и индикатора дымности должна быть регулируемой и обеспечивать установление индикатора в нулевое положение, когда световой поток проходит через измерительный контур (дымовую камеру), наполненный чистым воздухом.
Прибор должен быть обеспечен средствами установления и проверки полной шкалы, например, заслонками или нейтральными плотными фильтрами, устанавливаемыми перпендикулярно к световому лучу.
7.2.5 Динамические свойства дымомера, а также стабильность фотоэлектрической системы должны обеспечивать одно измерение в течение 1 мин с отклонением стрелки индикатора дымности от нулевого положения менее чем на 0,5%.
7.2.6 Полнопоточные дымомеры должны иметь устройство автоматической коррекции показаний шкалы по температуре и, если необходимо, давлению потока ОГ в дымовой камере (8.4.1).
7.3 Дымомер фильтрационного типа
7.3.1 Конструкция дымомера должна обеспечивать прохождение гомогенного потока через всю эффективную поверхность фильтра для достижения его равномерного затемнения.
7.3.3 Во избежание чрезмерных отложений сажи в системе пробоотбора средняя скорость газового потока в любой ее точке до фильтра не должна быть менее 0,1 м/с.
7.3.5 Фильтр должен быть изготовлен из натурального целлюлозного волокна без примесей смол или резин. Поверхность фильтра должна быть гладкой.
Сложенные в стопку непрозрачные фильтры, не менее 20 слоев, должны обладать отражательной способностью (92±3)%.
Толщина бумаги должна быть в пределах 0,17-0,23 мм при измерениях с прилагаемым давлением 50 кПа.
Разрывной перепад давлений не должен быть менее 40 кПа для приборов с максимальным диаметром зажимного устройства 35 мм.
Для измерения надо поместить головку рефлектометра на фильтре так, чтобы прикладываемое давление не вызывало сдвига поверхности фильтров из обзорной плоскости, а контакт головки и фильтра не изменял его отражательную способность. Это обеспечивается при давлениях на контактную поверхность фильтра в пределах 150-300 кПа.
7.3.7 Требования к оптико-электрическому рефлектометру
7.3.7.1 Оцениваемая поверхность фильтра должна освещаться рассеянным светом.
7.3.7.2 Относительная спектральная чувствительность головки рефлектометра должна быть подобна световой чувствительности человеческого глаза в условиях дневного зрения с ошибкой менее 3%.
7.3.7.3 Направленность освещения должна быть перпендикулярной к поверхности образца.
7.3.7.4 Направленная чувствительность головки рефлектометра должна быть по возможности равномерной.
7.3.7.6 Пропорциональность (линейность) системы рефлектометра по отношению к освещенности не должна нарушаться более чем на 1% измеряемой величины.
8 Условия проведения измерений
8.1 Измерениям дымности должен подвергаться дизель, прошедший обкатку и отрегулированный в соответствии с техническими условиями на дизель конкретного типа.
Дизель должен быть снабжен воздушным фильтром, глушителем шума ОГ и газовыпускной системой. Воздушный фильтр, глушитель шума ОГ и газовыпускная система должны соответствовать области применения дизеля.
8.2 При испытаниях дизель должен работать с применением горюче-смазочных материалов, указанных в технических условиях на дизель конкретного типа.
8.3 Атмосферные условия в испытательном боксе регламентируются только при использовании оптического метода измерения дымности для целей сертификации.
8.4 Физические условия в измерительном контуре
8.4.1 Дымомер оптического типа при испытаниях с отбором проб должен быть снабжен устройствами для измерения давления и температуры в дымовой камере.
Давление ОГ в дымовой камере не должно отличаться от давления окружающей среды более чем на ±750 Па (в случае создания разрежения во избежание конденсации ужесточаются требования к температуре).
Максимальная температура газов не должна превышать предельно допустимую максимальную температуру в измерительном контуре дымомера, указанную изготовителем.
8.4.2 В полнопоточных оптических дымомерах приведение показателей к указанным давлению и температуре должно осуществляться автоматически.
9 Проведение измерений
9.1 Измерение оптическим методом
Измерение параметров дымности на каждом режиме дизеля следует проводить не менее трех раз с промежутками между двумя последующими измерениями не более 1 мин.
После каждого измерения следует проверять нулевое положение стрелки индикатора дымности и при необходимости приводить ее в нулевое положение.
За результат измерений принимают среднее арифметическое трех показаний.
Давление и температура в дымомере во время испытаний должны соответствовать требованиям 8.4.
9.2 Измерения фильтрационным методом
Проба должна быть пропущена через фильтр, который затем удаляют из дымомера и заменяют новым, через который пропускают новую пробу для перепроверки результата и получения его осредненного значения.
Увлажненные или нестандартные фильтры применять не следует.
9.2.2 Поддержание дымомера в работоспособном состоянии и проверку его соответствия требованиям настоящего стандарта следует осуществлять согласно инструкции изготовителя.
9.3 Оформление результатов испытаний
9.3.1 Результаты измерений дымности отработавших газов, выполненные с целью сертификации двигателей, оформляют в виде отчета о результатах испытаний, содержание которого должно соответствовать [1].
9.3.2 Результаты измерений дымности отработавших газов, не связанных с сертификацией двигателя, регистрируются в краткой форме, принятой в соответствии с системой качества изготовителя.
9.3-9.3.2. (Введены дополнительно. Изм. N 1).
10 Требования безопасности
10.1 Оборудование испытательного стенда и организация рабочего места при испытаниях должны соответствовать требованиям безопасности по ГОСТ 12.2.003 и ГОСТ 12.3.002.
На каждом испытательном стенде, оборудованном дымомером, должна быть инструкция по технике безопасности.
10.2 Воздух рабочей зоны стендового помещения должен соответствовать ГОСТ 12.1.005. Не допускается сброс ОГ дизеля после прохождения ими частично-поточного оптического дымомера в воздух рабочей зоны стендового помещения. Для этого дымомер должен быть оборудован газоотводящей трубой (см. рисунок 1), выходной конец которой вынесен за пределы рабочей зоны стендового помещения.
10.3 Уровни шума на рабочих местах стендового помещения должны соответствовать требованиям ГОСТ 12.1.003.
10.4 Персонал, обслуживающий испытательный стенд, должен быть обеспечен средствами индивидуальной защиты органов слуха по ГОСТ Р 12.4.123.
(Измененная редакция, Изм. N 1).
ПРИЛОЖЕНИЕ А
(рекомендуемое)
Рекомендации по применению оптического метода измерений
дымности ОГ в условиях эксплуатации дизельных установок
А.1 Установка газоотборного зонда как частично поточного, так и полнопоточного дымомеров в выпускных трубах тепловозных и крупных судовых дизелей практически невозможна.
Для труб большого диаметра с реальным доступом к ним только на "срезе" следует использовать дымомеры, газоотборный зонд которых погружают вглубь трубы не менее чем на 300 мм вдоль ее оси (при неразделенном выпуске) или вдоль условной оси отдельных секторов трубы (при разделенном впуске). На открытом конце газоотборного зонда рекомендуется устанавливать конфузор.
В тех крайних случаях, когда поток пробы через дымовую камеру дымомера затруднен (например, при испытаниях дизелей маневровых тепловозов с искрогасителями), допускается применение эжекционного отбора пробы ОГ через оптический дымомер с помощью постороннего источника сжатого воздуха при соблюдении условий 7.2.4 настоящего стандарта.
Дымомеры могут иметь один и более электрических выходов (на самописец, аналоговый вольтметр, цифровой вольтметр и др.). Выходной сигнал должен быть унифицирован диапазоном 0-10 В.
На переходных режимах выходной индикатор должен обеспечивать фиксацию показания максимального значения дымности по крайней мере в течение 5 с и позволять мгновенно аннулировать фиксированное (в пределах 1% отклонений) значение. Система фиксации пиков должна быть отключаемой.
определяет наиболее быстрый переходный режим дизеля, для которого данный дымомер пригоден для измерения изменений или пика дымности ОГ.
При измерениях с отбором проб конструкция газоотборного зонда и газоподводящей трубы оптического дымомера может существенно влиять на время срабатывания системы в целом, которое следует определять экспериментально.
Так как наименьшим временем срабатывания обладают полнопоточные дымомеры, это обусловливает их наибольшую пригодность для измерений на переходных режимах. Пример размещения подобного дымомера на срезе выпускной трубы дизеля схематично (пунктиром) показан на рисунке 1 настоящего стандарта.
(Измененная редакция, Изм. N 1).
ПРИЛОЖЕНИЕ Б
(справочное)
Библиография
[1] ИСО 8178-6:1995 Двигатели внутреннего сгорания поршневые. Измерение выбросов вредных веществ. Часть 6. Отчет по результатам измерений и испытаний*".
_______________
* Оригинал международного стандарта находится во ВНИИКИ Госстандарта России.
Приложение Б. (Введено дополнительно. Изм. N 1).