Jerzy Merkisz BADANIA EMISJI ZWIĄZKÓW SZKODLIWYCH W STATKACH POWIETRZNYCH
Praca przewozowa x10 6 [tonokilometry] Wskaźnik pracy przewozowej w transporcie lotniczym wg ICAO 6000000 5000000 4000000 3000000 2000000 1000000 0 x 4 w ciągu 20 lat 1252163 4996847 1970-1989 1990-2009 Lata
Wskaźnik przewozu pasażerskiego [pasażerokilometr] Azja/Pacyfik Europa Ameryka Półn. Bliski Wschód Ameryka Połud. Afryka 7000 6000 5000 4000 3000 2000 1000 1995 r. 1995-2010 r. prognoza 2010-2030 r. 0 Wskaźnik pasażerskiego ruchu lotniczego wg prognozy ICAO Tempo wzrostu przewiezionych pasażerów 6% rocznie 5 miliardów pasażerów w 2025 r.
W Polsce transportem lotniczym przewieziono 4990,4 tys. pasażerów GUS (2010) 14,7% więcej niż w 2009 r. 6,6% komunikacja krajowa 16,7% komunikacja międzynarodowa
W ciągu najbliższych 20 lat 22 600 szt. 23 600 szt. nowych samolotów o liczbie miejsc powyżej 90
Europa Ameryka Północna Ameryka Południowa Australia i Oceania Afryka Azja Liczba śmigłowców [szt.] Liczba śmigłowców na świecie 1990 2012 r. 20000 16000 12000 1990 2012 24 159 szt. 42 241 szt. 8000 75% 4000 0
Liczba saamolotów prywatnych [szt] Liczba prywatnych samolotów w Polsce 700 600 500 ~10% / rok 400 300 Liczba prywatnych samolotów 200 100 w Polsce w 2020 r. 0 x2 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 Rok
Powstawanie toksycznych składników spalin HC (paliwo) + O 2 (tlen) Reakcja spalania CO 2 + H 2 O + Q ciepło Spalanie zupełne + CO + HC + NO x + PM + PN + hałas c = (T 1 -T 2 )/T 1 Spalanie niezupełne i niecałkowite
European Light Duty Vehicle Emission Regulations
Normy emisji Siedem grup silników lotniczych grupa T1 silniki turbinowo-odrzutowe oraz turbinowo- -wentylatorowe o ciągu startowym do 36 kn, grupa T2 silniki turbinowo-odrzutowe oraz turbinowo- -wentylatorowe o ciągu startowym równym lub większym 36 kn, grupa T3 silniki rodziny JT3D (samoloty B707, DC-8), grupa T4 silniki rodziny JT8D (samoloty B727, DC-9), grupa T5 silniki dla samolotów naddźwiękowych, grupa P1 silniki tłokowe, grupa P2 silniki turbinowo śmigłowe.
Normy emisji Jednostki napędowe samolotów o małych mocach: grupa P1 - silniki tłokowe grupa T1 - silniki turbinowe o ciągu startowym do 27 kn grupa P2 - silniki turbinowo-śmigłowe o mocy maksymalnej do 2 MW Nie są objęte normami emisji spalin!!!
Procedura certyfikacji emisji w cyklu LTO 1. Start: 0,7 min 2. Ciąg silnika: 100% Wznoszenie: 2,2 min Ciąg silnika: 85% 3. 4. Lądowanie: 4 min Ciąg silnika: 30% Kołowanie: 26 min Ciąg silnika: 7%
Pomiary stężenia związków szkodliwych spalin zmierzone w warunkach stacjonarnych odnosi się do poszczególnych udziałów czasowych testu LTO
Lokomotywa spalinowe Samochód ciężarowy Samochód osobowy Łodzie motorowe Badania emisji związków szkodliwych spalin w warunkach rzeczywistej eksploatacji dla wielu obszarów zastosowania silników spalinowych samoloty Maszyny pozadrogowe Ciągniki rolnicze
Badania emisji związków szkodliwych w spalinach statków powietrznych w rzeczywistych warunkach eksploatacji TEST EMISJI STATYCZNY Badania w trakcie lotu grupa P1 - silniki tłokowe
Mi-17 PZL SW-4 Puszczyk An-28 Wyposażone w pokładowe rejestratory parametrów lotu umożliwiają odniesienie próby stacjonarnej do warunków rzeczywistych PZL W-3 Sokół M-28 grupa P2 - silniki turbośmigłowe o mocy maksymalnej do 2 MW
grupa T1 - silniki turbinowe o ciągu startowym do 27 kn grupa T5 - silniki turbinowe dla samolotów naddźwiękowych
APARATURA POMIAROWA
SEMTECH DS CO 2, CO, HC, NO x pomiary w rzeczywistych warunkach
Pomiar masy PM cząstek stałych MSS Micro Soot Sensor
Pomiar liczby PN cząstek stałych AVL Particle Counter
1133,0 1139,0 1145,0 1151,0 1157,0 CAMBUSTION Pomiar rozkładu średnic PM EEPS TSI 1.8l DI Diesel NEDC without Catalytic stripper Dynamic Spectrum Viewer 1,0E+07 9,0E+06 8,0E+06 7,0E+06 6,0E+06 5,0E+06 dn/dlogdp /cc To play: Drag the handle Play of Speed the sliding control below 2x 4,0E+06 3,0E+06 2,0E+06 Time (s) 1,0E+06 0,0E+00 3 6 10 18 32 56 100 178 316 562 1000 Particle Diameter (nm)
Przykładowe wyniki badań
Porównanie stężenia związków spalin z samolotu i z samochodu osobowego Prędkość obrotowa [obr/min] Średnie stężenie CO [%] HC [ppm] NO x [ppm] CO 2 [%] Prędkość lotu 130 km/h Prędkość jazdy 130 km/h 2000 4000 2,2 2900 400 8,2 0,02 5 40 12 Porównanie stężenia samolot / samochód 110 x więcej 580 x więcej 10 x więcej 1,4 x mniej
Natężenie emisji CO 2, CO, HC, NO x [g/h] Emisja związków szkodliwych spalin w fazie kołowania, startu i lotu Parametr Prędkość obrotowa [obr/min] Faza lotu Rozruch Kołowanie Start Przelot 0 1200 1200 2400 2000 100000 CO2 CO HC NOx 10000 1000 100 10 1 Rozruch Kołowanie Start Przelot Faza lotu 95% emisji spalin to faza lotu
Emisja jednostkowa CO 2, CO, HC, NOx [g/kwh] Badania emisji spalin turbinowych silników śmigłowych 10000 1000 1109 100 10 1 14 1,8 2,0 CO2 CO HC NOx Odmienny charakter emisji niż w silnikach tłokowych
Obciążenie [%] Obciążenie [%] Opracowanie nowych testów badawczych 1. Wyznaczenie histogramów podczas próby i podczas lotu PZL W-3 Sokół 100 80 60 40 20 0 33% 22% 21% 24% 120 100 80 60 40 20 0 2,2% 0,5% 1,3% 10% 34% 52% 0 25 50 75 100 Udział czasu próby [%] 0 25 50 75 100 Udział czasu eksploatacji [%]
Rozruch Rozgrzewanie Weryfikacja poprawności działania bloków Próba w zawisie Chłodzenie CO, HC, NOx [ppm] CO 2 [%] 12000 10000 8000 6000 4000 CO HC/10 NOx/100 CO2 6 5 4 3 2 2. Zestawienie stężenia związków szkodliwych spalin z przebiegiem lotu 2000 1 0 0 0 100 200 300 400 500 600 t [s] W-3 Sokół
Emisja jednostkowa CO 2, CO, HC, NOx [g/kwh] Obciążenie [%] 3. Wyznaczenie emisji jednostkowej związków szkodliwych 10000 1000 100 10 1 0,1 CO2 CO HC NOx 15 65 72 84 100 80 60 40 20 0 22% 33% 21% 24% 0 25 50 75 100 Udział czasu próby [%] Obciążenie [%] E j n i 1 E ji u i g kwh E wartość emisji jednostkowej dla danego obciążenia [g/kwh] u udział czasu obciążenia podczas próby [ ] j CO, HC, NO x, PM i liczba faz testu
Emisja jednostkowa CO 2, CO, HC, NOx [g/kwh] Badania emisji spalin silników turbinowych śmigłowców 4. Testy emisyjne 5. Wartości emisji 6. Propozycje limitów emisji 10000 1000 100 10 1317 16 2,8 2,7 EI CO = 15 g/kwh EI HC = 2 g/kwh EI NOx = 2 g/kwh 1 CO2 CO HC NOx Propozycja oceny emisyjnej statków powietrznych
Badania emisji spalin silników turbinowych śmigłowców Mi-2 PZL-W-3 Sokół Dzienna emisja śmigłowca = roczna emisja z pojazdu
Badania emisji spalin samolotu F-16 Emisja spalin proporcjonalna do zużycia paliwa 1. Zwykły lot 2. Lot wojskowy 3. Użycie dopalacza Zużycie 0,7 t/h Zużycie 6 t/h Zużycie 30 t/h
Badania emisji spalin i hałasu silnika turbinowego F100-PW-229 F-16 Zużycie paliwa (z użyciem dopalacza): 30 000 kg/h dla samochodu osobowego wystarczy na 400 000 km
Badania emisji spalin silnika turbinowego F100-PW-229 F-16 Rozruch silnika
Badania termowizyjne silnika turbinowego F100-PW-229 F-16 Obudowę silnika można dotknąć nieosłoniętą ręką, jej temperatura wynosi ok. 50 o C
Całkowicie ekologiczne
Combustion Engines Silniki Spalinowe Wszystkie wydania na: www.ptnss.pl
Jerzy Merkisz BADANIA EMISJI ZWIĄZKÓW SZKODLIWYCH W STATKACH POWIETRZNYCH