Analiza emisji związków szkodliwych spalin z silnika odrzutowego zasilanego biopaliwem

Podobne dokumenty
Ocena wpływu dodatku biopaliwa na emisję związków szkodliwych przez silnik odrzutowy

The investigations into the influence of ethanol additive to Jet A-1 fuel on the exhaust emissions from a GTM-120 turbine engine

Metodyka oceny wydatku spalin silnika odrzutowego

BADANIA STĘŻE Ń ZWIĄZKÓW SZKODLIWYCH SPALIN TURBINOWEGO SILNIKA ŚMIGŁOWEGO W USTALONYCH WARUNKACH EKSPLOATACYJNYCH

Badania wpływu dodatku tlenowego (CH 3 (OCH 2 CH 2 ) 3 OCH 3 ) do paliwa JET A-1 na emisję związków szkodliwych spalin silnika turbinowego GTM-120

Ocena emisji składników spalin silnika wysokoprężnego zasilanego mieszaninami oleju napędowego z estrami metylowymi oleju rzepakowego

Logistyka - nauka. Wpływ zastosowania paliwa z dodatkiem etanolu do zasilania silników spalinowych na skład spalin

Piotr Ignaciuk *, Leszek Gil **, Stefan Liśćak ***

Wpływ składu mieszanki gazu syntetycznego zasilającego silnik o zapłonie iskrowym na toksyczność spalin

Euro Oil & Fuel Biokomponenty w paliwach do silników Diesla wpływ na emisję i starzenie oleju silnikowego

OCENA PORÓWNAWCZA ZUśYCIA PALIWA SILNIKA CIĄGNIKOWEGO ZASILANEGO BIOPALIWEM RZEPAKOWYM I OLEJEM NAPĘDOWYM

TRANSCOMP INTERNATIONAL CONFERENCE COMPUTER SYSTEMS AIDED SCIENCE, INDUSTRY AND TRANSPORT

ZESZYTY NAUKOWE INSTYTUTU POJAZDÓW 1(87)/2012

1. Wprowadzenie. 2. Klasyfikacja i podstawowe wskaźniki charakteryzujące pracę silników spalinowych. 3. Paliwa stosowane do zasilania silników

BADANIA EMISJI SILNIKA TWD-10 B/PZL-10S PODCZAS PRÓBY SILNIKÓW SAMOLOTU PZL M28B BRYZA

1. Wprowadzenie 1.1. Krótka historia rozwoju silników spalinowych

WPŁYW MIESZANIN ETANOLU Z OLEJEM NAPĘDOWYM NA EMISJĘ WYBRANYCH SKŁADNIKÓW SPALIN

FUNCTIONAL AGRIMOTOR TESTING SUPPLIED BY THE VEGETABLE ORIGIN FUELS BADANIE FUNKCJONALNE SILNIKA ROLNICZEGO ZASILANEGO PALIWAMI POCHODZENIA ROŚLINNEGO

Biogas buses of Scania

WPŁYW KĄTA WYPRZEDZENIA WTRYSKU NA JEDNOSTKOWE ZUŻYCIE PALIWA ORAZ NA EMISJĘ SUBSTANCJI TOKSYCZNYCH W SILNIKU ZS ZASILANYM OLEJEM RZEPAKOWYM

2. Klasyfikacja i podstawowe wskaźniki charakteryzujące pracę silników spalinowych

OCENA ZUŻYCIA PALIWA PRZEZ SILNIK O ZAPŁONIE SAMOCZYNNYM PRZY ZASILANIU WYBRANYMI PALIWAMI

WPŁYW ZASILANIA SILNIKA PERKINS 1104C BIOETANOLEM NA EKONOMICZNE I ENERGETYCZNE WSKAŹNIKI JEGO PRACY

WPŁYW DOŁADOWANIA SILNIKA O ZAPŁONIE ISKROWYM NA EMISJĘ ZWIĄZKÓW SZKODLIWYCH SPALIN Z POJAZDU W WARUNKACH RZECZYWISTEJ EKSPLOATACJI

BADANIE PRZYDATNOŚCI BIOKOMPONENTÓW I GENERACJI DO PALIW STOSOWANYCH DO TURBINOWYCH SILNIKÓW LOTNICZYCH

Jednostkowe stawki opłaty za gazy lub pyły wprowadzane do powietrza z procesów spalania paliw w silnikach spalinowych 1)

ZESZYTY NAUKOWE INSTYTUTU POJAZDÓW 1(97)/2014

ZESZYTY NAUKOWE INSTYTUTU POJAZDÓW 1(87)/2012

WPŁYW ZASTOSOWANIA DODATKU ETANOLU DO MIESZANINY OLEJU NAPĘDOWEGO Z ESTREM FAME NA EKONOMICZNE I EKOLOGICZNE WSKAŹNIKI PRACY SILNIKA PERKINS-1104C-44

ZESZYTY NAUKOWE INSTYTUTU POJAZDÓW 1(92)/2013

Kongres Innowacji Polskich KRAKÓW

Silniki zasilane alternatywnymi źródłami energii

ZESZYTY NAUKOWE INSTYTUTU POJAZDÓW 1(97)/2014

Porównanie własności użytkowych i ekologicznych silnika o zapłonie samoczynnym zasilanego olejem napędowym i bioestrem

Analiza wpływu zmian prędkości powietrza przed wlotem na wartości ciągu modelowego silnika lotniczego GTM-120

TRANSCOMP XIV INTERNATIONAL CONFERENCE COMPUTER SYSTEMS AIDED SCIENCE, INDUSTRY AND TRANSPORT

Problemy z silnikami spowodowane zaklejonymi wtryskiwaczami Wprowadzenie dodatku do paliwa DEUTZ Clean-Diesel InSyPro.

WYBRANE PROBLEMY STOSOWANIA BIOPALIW DO ZASILANIA SILNIKÓW Z ZAPŁONEM SAMOCZYNNYM

Wymagania edukacyjne Technologia napraw zespołów i podzespołów mechanicznych pojazdów samochodowych

ZESZYTY NAUKOWE INSTYTUTU POJAZDÓW 2(88)/2012

PROGRAM WDROŻENIA PALIW ALETERNATYWNYCH w MZK SŁUPSKS

BADANIA EMISJI ZWIĄZKÓW SZKODLIWYCH W STATKACH POWIETRZNYCH

Marlena Owczuk Biodiesel, a ochrona środowiska. Studia Ecologiae et Bioethicae 4,

Pakiet cetanowo-detergentowy do uszlachetniania olejów napędowych przyjaznych środowisku

Środowiskowe aspekty wykorzystania paliw metanowych w transporcie

SAMOCHODY ZASILANE WODOREM

ROZPORZĄDZENIE MINISTRA GOSPODARKI 1) z dnia 22 stycznia 2009 r. w sprawie wymagań jakościowych dla biopaliw ciekłych 2)

TRANSCOMP INTERNATIONAL CONFERENCE COMPUTER SYSTEMS AIDED SCIENCE, INDUSTRY AND TRANSPORT

WPŁYW PALIWA NA EMISJĘ SZKODLIWYCH SKŁADNIKÓW SPALIN SILNIKA O ZAPŁONIE SAMOCZYNNYM PODCZAS ZIMNEGO ROZRUCHU

BADANIA SMARNOŚCI WYBRANYCH PALIW ZASTĘPCZYCH STOSOWANYCH W TRANSPORCIE SAMOCHODOWYM

WPŁYW WŁAŚCIWOŚCI PALIW MINERALNYCH I ROŚLINNYCH NA PRĘDKOŚĆ NARASTANIA CIŚNIENIA W PRZEWODZIE WTRYSKOWYM I EMISJĘ AKUSTYCZNĄ WTRYSKIWACZA

NAUKA I TECHNIKA. Wiesław PIEKARSKI Grzegorz ZAJĄC. 1. Wprowadzenie

WPŁYW ZASTOSOWANIA WYBRANYCH PALIW ZASTĘPCZYCH NA DAWKOWANIE PALIWA W ZASOBNIKOWYM UKŁADZIE WTRYSKOWYM SILNIKA O ZAPŁONIE SAMOCZYNNYM

LOGITRANS - VII KONFERENCJA NAUKOWO-TECHNICZNA LOGISTYKA, SYSTEMY TRANSPORTOWE, BEZPIECZEŃSTWO W TRANSPORCIE

WPŁYW STYLU JAZDY KIEROWCY NA EKOLOGICZNOŚĆ POJAZDU

PROBLEMY ZASILANIA SILNIKA G9T PALIWEM F-34 ORAZ JEGO MIESZANINAMI Z BIOKOMPONENTEM

ZESZYTY NAUKOWE INSTYTUTU POJAZDÓW 1(92)/2013

The influence of physicochemical fuel properties on operating parameters in diesel engine

Analiza możliwości wykorzystania heksanu w mieszaninie z olejem rzepakowym do zasilania silnika o zapłonie samoczynnym

THE ASSESSMENT OF TOXIC EMISSION FROM THE ENGINES OF THE W-3 HELICOPTER IN THE PREFLIGHT ENGINE RUN

Warszawa, dnia 30 czerwca 2017 r. Poz ROZPORZĄDZENIE MINISTRA ENERGII 1) z dnia 12 czerwca 2017 r.

WPŁYW SKŁADU MIESZANKI NA EMISJĘ SZKODLIWYCH SKŁADNIKÓW SPALIN PODCZAS ZASILANIA SILNIKA GAZEM ZIEMNYM

Badania porównawcze emisji toksycznych składników gazów wylotowych z silnika o zapłonie samoczynnym zasilanego ON i B10

KATALIZATOR DO PALIW

BADANIA ZUŻYCIA ELEMENTÓW UKŁADU WTRYSKOWEGO SILNIKA O ZAPŁONIE SAMOCZYNNYM ZASILANEGO PALIWAMI ROŚLINNYMI

Rok akademicki: 2014/2015 Kod: STC TP-s Punkty ECTS: 3. Kierunek: Technologia Chemiczna Specjalność: Technologia paliw

ODNAWIALNE ŹRÓDŁA ENERGII JAKO ALTERNATYWA PALIW KONWENCJONALNYCH W POJAZDACH SAMOCHODOWYCH I CIĄGNIKACH

ZESZYTY NAUKOWE INSTYTUTU POJAZDÓW 1(87)/2012

Metan z procesów Power to Gas - ekologiczne paliwo do zasilania silników spalinowych.

ZESZYTY NAUKOWE INSTYTUTU POJAZDÓW 1(87)/2012

Euro Oil & Fuel. Biokomponenty w paliwach do silników Diesla. wplyw na emisje i starzenie oleju silnikowego. Bio-components in Diesel fuels impact

Logistyka - nauka. Tomasz Ambrozik, Politechnika Świętokrzyska w Kielcach, Wydział Mechatroniki i Budowy Maszyn, Katedra Pojazdów Samochodowych

ZESZYTY NAUKOWE INSTYTUTU POJAZDÓW 1(87)/2012

ISBN

ZESZYTY NAUKOWE INSTYTUTU POJAZDÓW 4(100)/2014

WPŁYW PODAWANIA WODORU NA POZIOM ZADYMIENIA SPALIN SILNIKA SAMOCHODOWEGO

ZESZYTY NAUKOWE INSTYTUTU POJAZDÓW 1(92)/2013

Analiza emisji oraz wskaźników pracy autobusu miejskiego zasilanego CNG w rzeczywistych warunkach eksploatacji

EKOLOGICZNE PROBLEMY BIOPALIW

Konwersja biomasy do paliw płynnych. Andrzej Myczko. Instytut Technologiczno Przyrodniczy

Zagadnienia hydrokonwersji olejów roślinnych i tłuszczów zwierzęcych do węglowodorowych bio-komponentów parafinowych (HVO)

OBLICZENIA SILNIKA TURBINOWEGO ODRZUTOWEGO (rzeczywistego) PRACA W WARUNKACH STATYCZNYCH. Opracował. Dr inż. Robert Jakubowski

Non Road Mobile Machinery Directive wpływ prawa wspólnotowego na modernizację i eksploatację lokomotyw spalinowych

PAŃSTWOWA WYŻSZA SZKOŁA ZAWODOWA W NOWYM SĄCZU SYLABUS PRZEDMIOTU. Obowiązuje od roku akademickiego: 2009/2010

OCENA ZADYMIENIA SPALIN SILNIKA CIĄGNIKOWEGO ZASILANEGO WYBRANYMI PALIWAMI W EKSPLOATACJI POLOWEJ

WINCENTY LOTKO, KRZYSZTOF GÓRSKI

PRZECIWZUŻYCIOWE POWŁOKI CERAMICZNO-METALOWE NANOSZONE NA ELEMENT SILNIKÓW SPALINOWYCH

BADANIA WP YWU DODATKU TLENOWEGO (CH 3 (OCH 2 CH 2 ) 3 OCH 3 ) NA EMISJ GAZOWYCH SK ADNIKÓW SPALIN SILNIKA TURBINOWEGO GTM-120

Wpływ rodzaju paliwa gazowego oraz warunków w procesu spalania na parametry pracy silnika spalinowego mchp

ZESZYTY NAUKOWE INSTYTUTU POJAZDÓW 1(97)/2014

OFERTA TEMATÓW PRAC DYPLOMOWYCH dla specjalności/ kierunków dyplomowania do zrealizowania w Katedrze Aparatury i Maszynoznawstwa Chemicznego

Koszt produkcji energii napędowej dla różnych sposobów jej wytwarzania. autor: Jacek Skalmierski

Rok akademicki: 2014/2015 Kod: SEN EW-s Punkty ECTS: 5. Kierunek: Energetyka Specjalność: Energetyka wodorowa

Planowanie Projektów Odnawialnych Źródeł Energii Oleje resztkowe

Dalsze informacje na temat przyporządkowania i obowiązywnania planu konserwacji: patrz Okólnik techniczny (TR) 2167

OCENA POZIOMU ZUŻYCIA PALIWA PRZEZ SILNIK O ZAPŁONIE SAMOCZYNNYM PRZY ZASILANIU FAME I FAEE

ROZPORZĄDZENIE MINISTRA GOSPODARKI. z dnia 9 grudnia 2008 r. w sprawie wymagań jakościowych dla paliw ciekłych. (tekst jednolity)

Wpływ dodatku Panther na toksyczność spalin silnika ZI

Wpływ motoryzacji na jakość powietrza

The study of particulate emissions from small aircraft equipped in jet engine

Transkrypt:

PIELECHA Jacek 1 MARKOWSKI Jarosław 2 KARPIŃSKI Dominik 3 JASIŃSKI Remigiusz 4 Analiza emisji związków szkodliwych spalin z silnika odrzutowego zasilanego biopaliwem WSTĘP Rozwój transportu lotniczego przyczynia się do wzrostu liczby operacji lotniczych, czego efektem jest konieczność zwiększania liczby eksploatowanych statków powietrznych. Skutkiem dynamicznego rozwoju transportu lotniczego jest wzrastające zapotrzebowanie na paliwa kopalne, generujące zwiększoną emisję związków szkodliwych spalin. Emisja zanieczyszczeń pochodzących z transportu lotniczego, negatywnie wpływa na jakość powietrza, szczególnie w obrębie lotnisk; sprzyja ona również efektowi cieplarnianemu. Istniejąca sytuacja przyczynia się do zaostrzania wymagań dotyczących parametrów ekologicznych napędów lotniczych. Jednym ze sposobów spełnienia wymogów dla napędów lotniczych, w zakresie ochrony środowiska, jest wprowadzanie paliw alternatywnych przeznaczonych do zasilania silników lotniczych. Do najbardziej rozpowszechnionych paliw alternatywnych zaliczane są przede wszystkim etanol i estry pochodzenia roślinnego. Paliwa alternatywne klasyfikowane do zastosowania w transporcie lotniczym muszą spełniać ściśle określone kryteria, m.in. własności fizykochemiczne, wpływające bezpośrednio na proces spalania, koszty wytwarzania, dostępność, wpływ na środowisko naturalne oraz spełnienie wymagań mających wpływ na bezpieczeństwo. Rozpowszechnieniu naturalnych źródeł energii opartych na biomasie sprzyjają ograniczone zasoby ropy naftowej. Ponadto wzrost globalnego zapotrzebowania energetycznego oraz zainteresowanie kwestią ograniczania emisji związków szkodliwych spalin, sprzyja rozwojowi tego typu źródeł energii. Obecnie udział biopaliw w porównaniu z paliwami tradycyjnymi jest niewielki, jednak w perspektywie długoterminowej, znaczenie biopaliw oraz innych niekonwencjonalnych zasobów energetycznych będzie wzrastało [1]. Zastosowanie niekonwencjonalnych zasobów energetycznych może przyczynić się do ograniczenia zużycia ropy naftowej, a w szczególności do zrównoważenia proporcji między rodzajami stosowanych nośników energii w transporcie, w których dominują produkty naftowe. Rozwój rynku biopaliw jest silnie uzależniony od kształtowania się cen ropy naftowej, upowszechniania nowych generacji biopaliw, jak również rozwoju alternatywnych nośników energii (np. wiatrowej, słonecznej), które mogłyby być wdrożone do sektora transportu. Szczególne znaczenie dla rozwoju rynku biopaliw mają także perspektywy stosowania biopaliw w cywilnym i wojskowym transporcie lotniczym. W lotnictwie wyraźnie zauważalny jest wzrost zainteresowania biopaliwami. W związku z oceną możliwości wykorzystania biopaliw do zasilania turbinowych silników lotniczych, prowadzi się wiele badań laboratoryjnych, a także podejmowane są próbne loty z użyciem tego rodzaju paliwa. Pomimo powszechności tradycyjnych paliw lotniczych, ze względu na ich właściwości eksploatacyjne, prowadzone badania dotyczą zastosowania produktów roślinnych stanowiących dodatki do paliw konwencjonalnych. Prace badawcze podejmowane są przez czołowe koncerny lotnicze (Boeing, Airbus), które wspierając rozwój paliw alternatywnych i organizują próbne loty statków powietrznych zasilanych biopaliwami. Podejmowanie działań 1 Politechnika Poznańska, Wydział Maszyn Roboczych i Transportu; 60-965 Poznań, ul. Piotrowo 3,tel.: +48 61 665 2118, fax: +48 61 665 2204, jacek.pielecha@put.poznan.pl 2 Politechnika Poznańska, Wydział Maszyn Roboczych i Transportu; 60-965 Poznań, ul. Piotrowo 3,tel.: +48 61 647 5992, fax: +48 61 665 2204, jaroslaw.markowski@put.poznan.pl 3 Politechnika Poznańska, Wydział Maszyn Roboczych i Transportu; 60-965 Poznań, ul. Piotrowo 3,tel.: +48 61 665 2118, fax: +48 61 665 2204, dominik.p.karpinski@doctorate.put.poznan.pl 4 Politechnika Poznańska, Wydział Maszyn Roboczych i Transportu; 60-965 Poznań, ul. Piotrowo 3,tel.: +48 61 665 2118, fax: +48 61 665 2204, remigiusz.w.jasinski@doctorate.put.poznan.pl 3881

w zakresie ochrony środowiska m.in. przez stosowanie biokomponentów w obszarze silników turbinowych, wynika z zobligowania lotnictwa do ograniczenia emisji dwutlenku węgla, a od 2020 r. podporządkowania dyrektywie o europejskim handlu emisji (EU ETS). Poza weryfikacją możliwości stosowania biopaliw w lotnictwie, badania obejmują także opracowanie nowych technologii produkcji biopaliw lotniczych, opartych na wykorzystaniu roślin nieużywanych w gospodarce żywieniowej, tj. jatrofa, lnianka i mikroalgi. 1. METODYKA BADAŃ 1.1. Obiekt badań Do najbardziej rozpowszechnionych i dostępnych produktów posiadających zbliżone parametry do stosowanego paliwa nafty lotniczej, należy produkt estryfikacji olejów roślinnych. Badania wpływu dodatku bioestru na emisję związków szkodliwych spalin przeprowadzono z wykorzystaniem jednoprzepływowego silnika odrzutowego GTM-120 zainstalowanego na stacjonarnym stanowisku badawczym (rys. 1). Silnik zbudowany jest z jednostopniowej sprężarki promieniowej połączonej z jednostopniową turbiną osiową. W silniku GTM-120 zastosowano pierścieniową komorę spalania, a paliwo dostarczane jest do zestawu parownic [4]. Rozruch silnika realizowany jest z wykorzystaniem rozrusznika elektrycznego, świecy żarowej oraz gazu propan-butan, stanowiącego źródło zasilania silnika podczas tego etapu pracy. Po osiągnięciu określonej prędkości obrotowej wału silnika, następuje automatyczne przełączenie zasilania na paliwo właściwe. Stanowisko wyposażono w elektroniczny sterownik silnika, którego zadaniem jest realizacja wszystkich funkcji sterujących pracą, łącznie z automatycznym rozruchem i chłodzeniem. Sterowanie silnikiem realizuje się przez regulację wydatku pompy paliwa. Na stanowisku możliwy jest odczyt takich wartości jak: prędkość obrotowa wału silnika, temperatura gazów za turbiną oraz siła ciągu. Dane techniczne silnika przedstawiono w tabeli 1. instalacja zasilania kielich wlotowy sprężarka nakrętka sprężarki tuleja sprzęgła rozrusznika ślimak rozrusznika rozpylacz dyszy paliwowej rurka instalacji smarowania obudowa zewnętrzna komora spalania rurka zasilania paliwem rurka zasilania gazem turbina robocza dyfuzor spalin obudowa rozrusznika przestrzeń do zabudowy silniczka rozrusznika ramię rozrusznika wał silnika nakrętka turbiny śruba ustalająca położenie komory spalania łożysko ceramiczne sprężarki dysza paliwowa Rys. 1. Schemat silnika GTM-120 (a) oraz jego widok na stanowisku badawczym (b) Tab. 1. Dane silnika odrzutowego GTM-120 Ciąg statyczny [N] 120 Prędkość obrotowa wirnika przy mocy maksymalnej [obr/min] 120 000 Minimalna prędkość obrotowa [obr/min] 33 000 Zużycie paliwa [g/min] 340 Zasilanie Jet A-1 + 3% oleju MOBILE Jet Oil II Masa silnika [g] 1500 Wykorzystany w badaniach, jako dodatek do paliwa tradycyjnego, ester metylowy kwasów tłuszczowych pochodzenia roślinnego, wytwarzany jest w reakcji katalitycznej estryfikacji metanolem tłuszczów obecnych w olejach roślinnych. Estry tego typu mogą występować w postaci biokomponentu stanowiącego dodatek do oleju napędowego lub jako samodzielne paliwo (biodiesel). Wykorzystanie estrów metylowych w postaci biopaliwa wiąże się ze spełnieniem wymagań fizykochemicznych uwzględnionych w określonych normach. Niektóre z parametrów bioestrów są uzależnione od technologii ich wytwarzania, inne od przeprowadzonej procedury oczyszczania, 3882

natomiast kolejne od rodzaju zastosowanego surowca. Do podstawowych surowców przeznaczonych do otrzymywania bioestrów zalicza się oleje roślinne złożone głównie z kwasów tłuszczowych o 18 atomach węgla w łańcuchu oraz różnym stopniu nienasycenia. W tabeli 2 podano właściwości fizykochemiczne estru metylowego. Zastosowanie dodatku bioestru do paliwa konwencjonalnego powoduje wzrost lepkości mieszaniny oraz zwiększa wartość jej indeksu cetanowego. Zgodnie z literaturą (m.in. [1]) kilkuprocentowy dodatek FAME (Fatty Acid Methyl Esters) przyczynia się do poprawy własności smarnych mieszanki. Tab. 2. Właściwości fizykochemiczne paliwa Jet A-1 i FAME [1, 2] Nazwa właściwości Oznaczenie paliwa Jet A-1 FAME Gęstość w temperaturze 20 C [kg/m 3 ] 816 860 900 Lepkość kinematyczna w temperaturze 40 C [mm 2 /s] poniżej 2 4,2 Wartość opałowa paliwa [MJ/kg] 42,8 37,8 Liczba cetanowa paliwa 50 56 Temperatura zapłonu [ C] 38 170 Temperatura wrzenia [ C] 150 290 ponad 200 1.2. Aparatura pomiarowa Głównym celem badań była ocena emisji związków szkodliwych spalin silnika odrzutowego zasilanego dodatkiem estru metylowego (FAME) do paliwa lotniczego Jet A-1. Do przeprowadzenia badań emisji związków szkodliwych spalin wykorzystano analizator spalin Semtech DS firmy Sensors Inc. współpracujący z przepływomierz EFM (Exhaust Flow Meter) o średnicy wynoszącej 125 mm. Dodatkowo wykorzystano przepływomierz EFM-HS (High Speed Exhaust Flow Meter) charakteryzujący się częstotliwością próbkowania do 2500 Hz, o takiej samej średnicy. Zastosowanie układu dwóch równolegle zainstalowanych przepływomierzy na stanowisku badawczym umożliwiło dokonanie pomiaru masowego natężenia przepływu spalin z badanego silnika odrzutowego. Schemat stanowiska badawczego przestawiono na rysunku 2. Rys. 2. Schemat stanowiska badawczego (a) oraz widok (b) Analizator spalin wykorzystany w czasie realizacji badań umożliwił pomiar wartości stężenia tlenku węgla, dwutlenku węgla, węglowodorów oraz tlenków azotu [3]. Gazy spalinowe wprowadzane były do analizatora za pomocą przewodu, którego temperatura wynosiła 191 C, wymagana do pomiaru stężenia węglowodorów w analizatorze płomieniowo-jonizacyjnym. W kolejnym etapie po schładzaniu spalin do temperatury 4 C wykonywano pomiar stężenia tlenków azotu, tlenku węgla oraz dwutlenku węgla. W czasie prowadzonych badań dokonano także pomiaru sekundowego zużycia paliwa przez silnik. W tym celu podczas zasilania silnika tradycyjnym paliwem lotniczym Jet A-1 wykorzystano paliwomierz grawimetryczny firmy ODIUT Automex. Pomiar zużycia w paliwomierzu realizowany jest z wykorzystaniem zbiornika miernicy umieszczonego na belce tensometrycznej. 3883

Pomiar sekundowego zużycia paliwa w czasie zasilania silnika mieszanką paliwa Jet A-1 z 50- -procentowym dodatkiem FAME przeprowadzono za pomocą wagi oraz zbiornika z mieszanką. Po ustabilizowaniu się parametrów silnika odczytywano początkową masę zbiornika, a następnie dokonywano pomiaru w określonym czasie. 1.3. Metoda badawcza Badania emisji związków szkodliwych spalin z silnika odrzutowego przeprowadzono z wykorzystaniem dwóch rodzajów paliw. Pierwszy cykl badawczy dotyczył wykonania pomiarów podczas zasilaniu silnika tradycyjnym paliwem lotniczym Jet A-1. Uzyskane wyniki emisji związków szkodliwych spalin podczas zasilania silnika paliwem konwencjonalnym stanowiły odniesienie dla drugiego cyklu badawczego, w którym silnik zasilano mieszanką paliwa Jet A-1 z 50-procentowym dodatkiem FAME. Każdy z cykli pomiarowych obejmował przeprowadzenie pomiarów przy nastawach silnika umożliwiających uzyskanie siły ciągu w zakresie od 10 N do 120 N. W związku z wysoką temperaturą gazów wylotowych badanego silnika odrzutowego na czas wykonywania pomiarów stanowisko pomiarowe przystawiano do silnika na specjalnie wykonanej platformie, a następnie przez określony czas dokonywano poboru próbki gazów wylotowych. Po zakończeniu pomiaru dla danej nastawy silnika stanowisko pomiarowe odstawiano i przeprowadzano zmianę parametrów pracy silnika. 2. UZYSKANE WYNIKI POMIARÓW I ICH ANALIZA Wykorzystując aparaturę do pomiarów emisji związków szkodliwych spalin z silników spalinowych wyznaczono emisję sekundową tlenku węgla, węglowodorów, tlenków azotu oraz dwutlenku węgla dla silnika zasilanego paliwem Jet A-1, mieszanką Jet A-1 i FAME w stosunku 1:1 (B50). Na podstawie uzyskanych charakterystyk emisji związków szkodliwych oraz analizy statystycznej, wyznaczono średnią emisję sekundową zanieczyszczeń dla poszczególnych wartości siły ciągu. Wzrost wartości siły ciągu w zakresie 10 N 50 N skutkował zwiększeniem natężenia emisji tlenku węgla dla silnika zasilanego czystą naftą lotniczą (Jet A-1). Odnotowane wartości zawierały się w przedziale 200 350 mg/s (rys. 3a). W drugiej fazie pomiarów natężenie emisji tlenku węgla ustabilizowało się na poziomie około 325 mg/s. Wartości natężenia emisji tlenku węgla dla silnika zasilanego biopaliwem były zbliżone do wartości uzyskiwanych dla silnika zasilanego naftą lotniczą. Dla wartości ciągu 10 N 30 N odnotowano największe zmiany wartości natężenia emisji tlenku węgla zawierające się w przedziale 225 mg/s 280 mg/s (rys. 3b). Zwiększanie siły ciągu nie powodowało znaczących zmian natężenia emisji tlenku węgla, skutkując jej stabilizacją na poziomie około 320 mg/s. Rys. 3. Natężenie emisji tlenku węgla dla silnika zasilanego paliwem Jet A-1 (a) oraz mieszanką B50 (b) 3884

Średnie natężenie emisji węglowodorów dla silnika zasilanego paliwem Jet A-1 podczas badań nie przekroczyło 145 mg/s (rys. 4a). Zwiększanie wartości siły ciągu skutkowało wzrostem natężenia emisji węglowodorów od 55 mg/s do 140 mg/s. W przypadku natężenia emisji węglowodorów dla silnika zasilanego paliwem B50 uzyskiwane wartości nie przekroczyły 130 mg/s (rys. 4b). Dla minimalnej siły ciągu (10 N) średnie natężenie emisji węglowodorów okazało się znacznie większe (o około 50%) niż w przypadku zasilania paliwem Jet A-1 i przyjmowało wartość około 80 mg/s. Zwiększenie ciągu do 20 N, skutkowało zmniejszeniem natężenia emisji węglowodorów do 60 mg/s. W zakresie siły ciągu od 20 N do 70 N natężenie emisji węglowodorów zwiększało swoją wartość osiągając maksimum na poziomie 125 mg/s. Dalsze zwiększanie siły ciągu nie powodowało znaczących zmian natężenia emisji węglowodorów, skutkując jej stabilizacją (około 115 mg/s). Rys. 4. Natężenie emisji węglowodorów dla silnika zasilanego paliwem Jet A-1 (a) oraz mieszanką B50 (b) Średnie natężenie emisji tlenków azotu dla silnika zasilanego naftą lotniczą nie przekroczyło 18 mg/s. Wzrost wartości siły ciągu skutkował proporcjonalnym zwiększeniem natężenia emisji tlenków azotu. Dla minimalnych parametrów pracy silnika natężenie emisji tlenków azotu wyniosło około 5 mg/s, wzrost siły ciągu do wartości maksymalnej (120 N) spowodował zwiększenie natężenia emisji tego składnika do około 18 mg/s. (rys. 5a). Natężenie emisji tlenków azotu dla silnika zasilanego paliwem B50 ma charakter zbliżony do wykładniczego (rys. 5b). Zwiększanie siły ciągu w zakresie od 10 N do 80 N, powoduje wzrost natężenia emisji tlenków azotu w przedziale od 4 mg/s do 8 mg/s. Znaczący wzrost natężenia emisji tlenków azotu odnotowano dla czterech ostatnich punktów pomiarowych (ciąg o wartościach od 90 N do 120 N); wzrost natężenia emisji w stosunku do pomiaru dla ciągu o wartości 80 N, wyniósł ponad 100%. Rys. 5. Natężenie emisji tlenków azotu dla silnika zasilanego paliwem Jet A-1 (a) oraz mieszanką B50 (b) 3885

Średnie natężenie emisji dwutlenku węgla dla obydwu badanych paliw było zbliżone i mieściło się w przedziale od 4 g/s do 14 g/s (rys. 6). Zwiększanie wartości siły ciągu powodowało wzrost emisji dwutlenku węgla spowodowany zwiększonym zużyciem paliwa. Uzyskane wyniki natężenia emisji dwutlenku węgla nie wskazują, aby użycie domieszki biopaliwa skutkowało zmniejszeniem emisji sekundowej tego związku z silnika odrzutowego. Biorąc jednak pod uwagę sposoby wytwarzania i przygotowywania paliwa do użytku przemysłowego emitowana masa dwutlenku węgla przez spalanie paliw pochodzenia roślinnego jest znacznie mniejsza, a nawet bliska zeru. Wynika to z absorbowania dwutlenku węgla przez rośliny w trakcie fazy wzrostu. Rys. 6. Natężenie emisji dwutlenku węgla dla silnika zasilanego paliwem Jet A-1 (a) oraz mieszanką B50 (b) PODSUMOWANIE W celu rozpatrzenia wpływu dodatku bioestru na natężenie emisji związków szkodliwych spalin silników lotniczych przeprowadzono pomiary natężenia emisji tlenku węgla, węglowodorów, tlenków azotu i dwutlenku węgla silnika odrzutowego GTM-120 zasilanego naftą lotniczą (Jet A-1) oraz jej mieszanką z bioestrem (B50). Średnia wartość natężenia emisji tlenku węgla, węglowodorów, tlenków azotu i dwutlenku węgla wyznaczone dla silnika zasilanego paliwem Jet A-1 oraz B50 przestawiono na rysunkach 7 i 8. Wyznaczone średnie natężenia emisji tlenku węgla dla badanych paliw nie wykazują znacznych różnic dla poszczególnych nastaw silnika odrzutowego (rys. 7a). Różnice wartości natężenia emisji omawianego składnika spalin, z wyjątkiem początkowej wartości siły ciągu (10 N) okazały się niższe niż 12%. Analizując cały zakres pomiarowy nie stwierdzono pozytywnego wpływu domieszki bioestru na emisję sekundową tlenku węgla. Rys. 7. Natężenie emisji tlenku węgla (a) oraz węglowodorów (b) dla silnika zasilanego paliwami Jet A-1 oraz B50 3886

Średnie wartości natężenia emisji węglowodorów okazały się mniejsze przy zasilaniu silnika paliwem B50 w stosunku do zasilania paliwem Jet A-1 z wyjątkiem wartości siły ciągu 10 N i 60 N (rys. 7b). Różnice okazały się znaczne, sięgające nawet 20% dla maksymalnej wartości siły ciągu. Stwierdzono, że użycie biopaliwa pozwoliło na obniżenie natężenia emisji węglowodorów w szczególności dla wartości siły ciągu powyżej 70 N. Uzyskane mniejsze wartości natężenia emisji węglowodorów były wynikiem wyższej temperatury spalania paliwa B50 przy wartościach siły ciągu ponad 80 N. Średnie wartości natężenia emisji tlenków azotu emitowanych przez silnik zasilany badanymi paliwami znacząco różniły się w zależności od wartości siły ciągu (rys. 8a). W pierwszej części badanego zakresu wartości siły ciągu (od 10 N do 80 N) natężenie emisji tlenków azotu dla paliwa Jet A-1 było większej (o 40% przy sile ciągu równej 70 N), niż w przypadku zasilania silnika paliwem B50. Zwiększanie wartości siły ciągu skutkowało szybkim przyrostem wartości natężenia emisji omawianego składnika spalin dla paliwa B50. Od wartości siły ciągu 90 N wyznaczone średnie wartości natężenia emisji tlenków azotu były większe dla paliwa B50. Stwierdzono, że skutkiem zastosowania dodatku biopaliwa było zmniejszenie emisji sekundowej tlenków azotu dla małych i średnich wartości siły ciągu. Średnie wartości natężenia emisji dwutlenku węgla dla badanych paliw były zbliżone. Wzrost wartości siły ciągu skutkował zwiększaniem zużycia paliwa, a w konsekwencji zwiększeniem natężenia emisji dwutlenku węgla. Natężenie emisji omawianego składnika spalin dla maksymalnej wartości siły ciągu (120 N) wyniosło około 14 g/s. Domieszka biopaliwa nie spowodowała zwiększenia emisji dwutlenku węgla ze spalin silnika odrzutowego. Rys. 8. Natężenie emisji tlenków azotu (a) oraz dwutlenku węgla (b) dla silnika zasilanego paliwami Jet A-1 oraz B50 Streszczenie W artykule przedstawiono wyniki pomiarów emisji gazowych związków szkodliwych modelowego silnika odrzutowego GTM-120. Stanowisko badawcze wyposażono w czujniki prędkości obrotowej wału, temperatury gazów wylotowych oraz siły ciągu. Badany silnik zasilany był paliwem Jet A-1 z 50-procentowym dodatkiem bioestru. W czasie badań zmierzono stężenie głównych, gazowych związków szkodliwych: dwutlenku węgla, tlenku węgla, węglowodorów oraz tlenków azotu. Do pomiaru stężenia zanieczyszczeń wykorzystano odpowiedni analizator spalin. Na podstawie wykonanych badań przeprowadzono analizę, wpływu zastosowania biopaliwa jako dodatku do paliwa JET A-1 na emisję związków szkodliwych spalin. Słowa kluczowe: silnik odrzutowy, emisja spalin, paliwa alternatywne Analysis of exhaust emissions from jet engine powered by biofuel Abstract The article presents the results of measurements exhaust emissions from jet engine GTM-120. The test stand was equipped with basic sensors: shaft speed, exhaust gas temperature and thrust. The test engine was powered by Jet A-1 fuel with 50-percent addition of bioester. During the study the concentration of major harmful 3887

gaseous compounds: carbon dioxide, carbon monoxide, hydrocarbons and nitrogen oxides were measured. For measuring the concentration of exhaust emissions, the proper gas analyzer was used. On the basis of the analysis of the results, the effect of the use of biofuel as a fuel additive to JET A-1 on exhaust emission was presented. Keywords: jet engine, exhaust emissions, alternative fuels BIBLIOGRAFIA 1. Górski K., Olszewski W., Lotko W.: Alkohole i etery jako paliwa dla silników o zapłonie samoczynnym. Czasopismo Techniczne, z. 7. Wydawnictwo Politechniki Krakowskiej, Kraków 2008. 2. Karta charakterystyki wg rozporządzenia Unii Europejskiej Nr 453/2010 dla paliwa Jet A-1, 2010. 3. Merkisz J., Kozak M.: Wpływ składu mieszanek biopaliw z paliwami konwencjonalnymi na emisję toksycznych składników spalin. Eksploatacja i Niezawodność 2003, nr 3. 4. Johnson K., Durbin T., Cocker D., Miller J., Agama R., Moynahan N., Nayak G.: On-Road Evaluation of a PEMS for Measuring Gaseous In-Use Emissions from a Heavy-Duty Diesel Vehicle. SAE Technical Paper Series 2008-01-1300. 5. Merkisz J., Markowski J., Galant M., Karpiński D., Kubiak K.: Badania wpływu dodatku etanolu do paliwa Jet A-1 na emisję związków szkodliwych spalin silnika turbinowego GTM-120. Combustion Engines 2013, no. 3 (154). 3888