WPŁYW ORGANIZACJI PRAC ROZRZĄDOWYCH LOKOMOTYWY MANEWROWEJ SM42 NA EMISJĘ GAZOWYCH ZWIĄZKÓW TOKSYCZNYCH SPALIN

Transkrypt

1 PRACE NAUKOWE POLITECHNIKI WARSZAWSKIEJ z. 118 Transport 2017 Jerzy Merkisz Politechnika Poznańska, Instytut Silników Spalinowych i Transportu Włodzimierz Stawecki, Maciej Andrzejewski, Paweł Daszkiewicz, Dawid Gallas Instytut Pojazdów Szynowych TABOR w Poznaniu WPŁYW ORGANIZACJI PRAC ROZRZĄDOWYCH LOKOMOTYWY MANEWROWEJ SM42 NA EMISJĘ GAZOWYCH ZWIĄZKÓW TOKSYCZNYCH SPALIN Rękopis dostarczono: maj 2017 Streszczenie: Prowadzenie prac rozrządowych wymaga specjalistycznych maszyn i urządzeń. Zaliczyć do nich należy spalinową lokomotywę manewrową SM42. Pojazdy tego typu mają znacząco odmienny charakter pracy niż lokomotywy wykorzystywane w ruchu osobowym i towarowym. Duży procentowy udział stanowi praca silnika w warunkach biegu jałowego oraz przy małym obciążeniu. Charakter obciążenia jest więc między innymi przyczyną zasadniczo dużego stężenia zanieczyszczeń w spalinach. W artykule dokonano analiz eksploatacyjnych, mających na celu określenie potencjału w kwestii zmniejszenia emisji substancji toksycznych przez układ wylotowy lokomotywy SM42, wykorzystywanej w trakcie rozrządzania wagonów. Słowa kluczowe: górka rozrządowa, prace przetokowe, lokomotywa manewrowa, emisja spalin 1. WPROWADZENIE 1.1. PRZEPISY KOLEJOWE Zgodnie z instrukcją o technice pracy manewrowej (R-34) manewry są to wszelkie zamierzone ruchy pojazdów kolejowych oraz związane z nimi czynności wykonywane na torach kolejowych z wyjątkiem wjazdu, wyjazdu i przejazdu pociągu. Przestawianie pociągu na stacji z toru na tor, wprowadzanie go na właściwe miejsce cofanie, podciąganie po uprzednim zatrzymaniu się na torze, na który został przyjęty, należy uważać już za manewry. Składem manewrowym natomiast są pojazdy kolejowe

2 200 Jerzy Merkisz, Włodzimierz Stawecki, Maciej Andrzejewski, Paweł Daszkiewicz, Dawid Gallas sprzęgnięte z pojazdem kolejowym z napędem wykonującym manewry lub zespół trakcyjny wykonujący manewry. Pojazd kolejowy z napędem może znajdować się za, przed lub między pojazdami kolejowymi. Jeżeli na stacji wykonuje się planowe manewry związane z zestawianiem, rozrządzaniem i przerabianiem składów oraz związaną z tym obsługą bocznic stacyjnych i szlakowych, to stacje takie mają przypisane własne lokomotywy manewrowe. Lokomotywy manewrowe to takie, które zasadniczo posiadają jedną kabinę, z której może być sterowana jazda w dwóch kierunkach. Pojazdy te mogą być spalinowe lub elektryczne. W Polsce najpopularniejszymi pojazdami tego rodzaju są lokomotywy SM42 i SM48. Celem prowadzenia pracy manewrowej jest [9]: zestawianie składów pociągów, wymiana grup wagonów w pociągach, rozrządzanie wagonów na poszczególne tory, przestawianie wagonów z jednego toru na drugi, wybieranie wagonów próżnych o szczególnych parametrach technicznych, wyłączenie z pociągu wagonów z usterkami zagrażającymi bezpieczeństwu ruchu, podstawianie wagonów na punkty ładunkowe oraz ich zabieranie, podstawianie i zabieranie próżnych składów pasażerskich na tory postojowe i przy peronach, podstawianie wagonów do wykonania czynności dodatkowych np. czyszczenia, mycia, odkażania, ważenia, naprawy, itp. oraz zabieranie wagonów po zakończeniu tych czynności SPOSOBY PROWADZENIA MANEWRÓW Do najczęściej stosowanych sposobów wykonywania manewrów należą [4]: odstawczy, gdzie odstawianie (przetaczanie) polega na przestawianiu taboru na odpowiedni tor (miejsce) i odczepieniu danej grupy pojazdów po zatrzymaniu, odrzutowy (pojedynczy lub seryjny), gdzie odrzucanie pojedyncze polega na tym, że lokomotywa manewrowa, pchając odprzęgniętą grupę wagonów, przy pewnej określonej prędkości zatrzymuje się, co powoduje, że odprzęgnięte od niej wagony odrywają się i toczą na odpowiedni tor; odrzucanie seryjne polega natomiast na tym, że po odczepieniu pierwszego odprzęgu lokomotywa manewrowa rozpędza skład manewrowy do prędkości zapewniającej dojście odprzęgu do wyznaczonego miejsca. Następnie lokomotywa zatrzymuje się w celu umożliwienia odbiegu odczepionego odprzęgu, po czym znowu zwiększa prędkość pozwalając na odczepienie następnego odprzęgu drążkiem. Rozrządzanie wagonów może odbywać się grawitacyjnie. Polega to na staczaniu wagonów z górki rozrządowej lub torów położonych na spadku. Po zakończeniu rozrządzania na torach kierunkowych lub w celu połączenia składu wagonów w trakcie zestawiania pociągu może mieć miejsce dopychanie wagonów. Odstawianie (przetaczanie) może być wykonywane pojazdem trakcyjnym, pojazdem drogowym, podciągarką, przesuwnicą wagonową lub innym urządzeniem technicznym przeznaczonym do przemieszczania pojazdów kolejowych [2, 5].

3 Wpływ organizacji prac rozrządowych lokomotywy manewrowej SM42 na emisję gazowych związków BADANIA EMISJI TOKSYCZNYCH ZWIĄZKÓW SPALIN W artykule dokonano oceny możliwości zmniejszenia zawartości gazowych związków toksycznych w spalinach emitowanych przez silnik lokomotywy SM42 wykorzystywanej do rozrządzania wagonów. Pod uwagę wzięto kilka sposobów prowadzenia prac manewrowych, poprzez: odstawianie taboru, pojedyncze i seryjne odrzucanie odprzęgów. Miejscem prowadzenia analiz była między innymi stacja rozrządowa zlokalizowana w Poznaniu (rys. 1 i 2). Rys. 1. Stacja rozrządowa w Poznaniu Rys. 2. Wagon typu węglarka opuszczający górkę rozrządową Za podstawowe dane do analiz posłużyły wyniki pomiarów stężenia związków toksycznych w gazach wylotowych silnika lokomotywy SM42. Przedmiotowy silnik doładowany turbosprężarką, o oznaczeniu 8C22, charakteryzował się mocą użyteczną wynoszącą 588 kw (800 KM). Został wyprodukowany w 1978 r., w 2015 roku został poddany kolejnej modernizacji (nie posiadał układu oczyszczania spalin). Badania emisji

4 202 Jerzy Merkisz, Włodzimierz Stawecki, Maciej Andrzejewski, Paweł Daszkiewicz, Dawid Gallas zanieczyszczeń przeprowadzono w warunkach stacjonarnego testu ISO 8178-F na stanowisku wyposażonym m.in. w opornik wodny (rys. 3 i 4) [1, 7, 8]. Wartości stężenia poszczególnych składników toksycznych w gazach wylotowych silnika określano przy wykorzystaniu urządzenia Testo 360 [10]. Wartości oczekiwanych parametrów pozyskiwano po dostarczeniu próbki spalin do wspomnianego urządzenia zestawu analizatorów. Do tego celu służyła sonda zamontowana w układzie wylotowym silnika lokomotywy. Parametry pracy silnika, w tym jego moc użyteczna, były określane z pozycji maszynisty panel kontrolny w kabinie. Na podstawie zmierzonego stężenia związków toksycznych w gazach wylotowych w postaci tlenku węgla, węglowodorów i tlenków azotu, obliczono w dalszej kolejności ich emisję jednostkową. Zbiorcze zestawienie przedmiotowej emisji, na tle dopuszczalnych wartości obowiązujących w trakcie dokonywania homologacji silnika 8C22 lokomotywy, zaprezentowano na rysunku 5. Rys. 3. Obiekt badań podłączony do opornika wodnego Rys. 4. Test ISO 8178-F [6]

5 Wpływ organizacji prac rozrządowych lokomotywy manewrowej SM42 na emisję gazowych związków 203 Rys. 5. Emisja jednostkowa związków toksycznych z lokomotywy SM42 na tle unormowań emisyjnych 3. ANALIZA WYNIKÓW BADAŃ Dla dokonania oceny możliwości zmniejszenia stężenia toksycznych zanieczyszczeń w spalinach analizowanej lokomotywy SM42 wykorzystano również histogram obciążeń jej silnika (tab. 1) oraz czas wykonywania manewrów podczas rozrządzania ośmiu wagonów typu węglarka będących w stanie próżnym (w podziale na poszczególne tory). Tablica 1 Średnie moce lokomotywy SM42 na poszczególnych pozycjach nastawnika jazdy [3] Pozycja nastawnika jazdy [-] Średnia moc użyteczna [kw]

6 204 Jerzy Merkisz, Włodzimierz Stawecki, Maciej Andrzejewski, Paweł Daszkiewicz, Dawid Gallas Wykonane pomiary, obliczenia i przeprowadzone analizy wskazują na znaczące, w porównaniu do manewrów polegających na odstawianiu taboru, zmniejszenie stężenia wszystkich gazowych związków toksycznych w gazach wylotowych silnika lokomotywy SM42 w trakcie stosowania manewrów polegających na odrzucaniu wagonów (rys. 6). W porównaniu do manewrowania odstawczego między innymi mniejsza jest długość drogi kursów wstecznych wykonywanych przez lokomotywę. W przypadku pojedynczego odrzucania odprzęgów ww. różnice w emisji mieszczą się w zakresie 13 20%. W przypadku seryjnego odrzucania odprzęgów uzyskano różnicę w emisji nawet o prawie 30% (tlenki azotu). Rys. 6. Względna różnica w emisji poszczególnych gazowych związków toksycznych Należy zaznaczyć, że analizowano mały skład pociągu do rozrządzenia, dodatkowo wagony były w stanie próżnym. Jako kierunek dalszych badań planuje się dokonać analiz w odniesieniu do większej liczby wagonów, w tym ładownych, oraz przeprowadzić pomiary uzupełniające w warunkach rzeczywistej eksploatacji (RDE Real Driving Emission), uwzględniające także emisję cząstek stałych do atmosfery. Bibliografia 1. Czerwiński J. i in.: Możliwości zmiany istotnych dla środowiska parametrów eksploatacyjnych spalinowych lokomotyw 6-osiowych przez modernizację zespołów. Pojazdy Szynowe 4/ Dahlhaus E., Horak P., Miller M., Ryan J.F.: The train marshalling problem. Discrete Applied Mathematics 103(1-3), 2000, pp Gronowicz J.: Energochłonność transportu kolejowego. Trakcja spalinowa. Wydawnictwo Komunikacji i Łączności, Warszawa Materiały Polskich Kolei Państwowych, Instrukcja o technice wykonywania manewrów, Warszawa 2012.

7 Wpływ organizacji prac rozrządowych lokomotywy manewrowej SM42 na emisję gazowych związków Maue J., Nunkesser M.: Evaluation of computational methods for freight train classification schedules. Technical Report TR-0184, ARRIVAL (2009). 6. Norma PN-EN ISO , Silniki spalinowe tłokowe. Pomiar emisji spalin. Cykle badawcze silników o różnym zastosowaniu. Wyd. styczeń Stawecki W., Marciniak Z., Pielecha I., Pielecha J.: Problems of exhaust gas emission of modernized diesel locomotives operating in Poland, Combustion Engines 1/2014, pp Szeląg A., Maciołek T.: Rozwiązania techniczne w układach zasilania poprawiające efektywność energetyczną transportu szynowego, Pojazdy Szynowe 3/ (dostęp w dniu ) (dostęp w dniu ). THE IMPACT OF SHUNTING WORKS ORGANIZATION OF SM42 LOCOMOTIVE ON THE EMISSION OF GASEOUS TOXIC COMPOUNDS OF EXHAUST GASES Summary: Marshalling operations require specialized machinery and equipment. To this group belongs the SM42 diesel shunting locomotive. Vehicles of this type have a significantly different nature of work compared to locomotives used in passenger and freight traffic. A large percentage share of the work is engine running under idle and under low load. The nature of the load is, among other things, the cause of high exhaust emission. The article provides operational analyzes aimed at identifying the potential for reduce emission of toxic substances through the exhaust system of the SM42 locomotive, used in the process of wagons arrangements. Keywords: marshalling hill, shunting works, shunting locomotive, exhaust emission