Государственный стандарт РФ ГОСТ Р 51250-99 "Двигатели внутреннего сгорания поршневые. Дымность отработавших газов. Нормы и методы определения" (принят постановлением Госстандарта России от 3 марта 1999 г. N 57) (отменен)

Государственный стандарт РФ ГОСТ Р 51250-99
"Двигатели внутреннего сгорания поршневые. Дымность отработавших газов. Нормы и методы определения"
(принят постановлением Госстандарта России от 3 марта 1999 г. N 57)

Internal combustion reciprocating engines. Visible pollutants. Limit values and test methods

Дата введения 1 января 2000 г.

Введен впервые

ГАРАНТ:

Приказом Росстандарта от 6 сентября 2013 г. N 927-ст настоящий ГОСТ отменен с 1 июля 2014 г. Взамен введен в действие ГОСТ 24028-2013 "Двигатели внутреннего сгорания поршневые. Дымность отработавших газов. Нормы и методы определения"

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.

Раздел 1 (Измененная редакция, Изм. N 1).

2 Нормативные ссылки

В настоящем стандарте использованы ссылки на следующие стандарты:

ГОСТ 12.1.003-83 Система стандартов безопасности труда. Шум. Общие требования безопасности

ГОСТ 12.1.005-88 Система стандартов безопасности труда. Общие санитарно-гигиенические требования к воздуху рабочей зоны

ГОСТ 12.2.003-91 Система стандартов безопасности труда. Оборудование производственное. Общие требования безопасности

ГОСТ 12.3.002-75 Система стандартов безопасности труда. Процессы производственные. Общие требования безопасности

ГОСТ 10448-80 Дизели судовые, тепловозные и промышленные. Приемка. Методы испытаний

ГАРАНТ:

В соответствии с приказом Росстандарта от 4 августа 2011 г. N 218-ст ГОСТ 10448-80 не применяется на территории РФ с 1 января 2013 г. и введен в действие ГОСТ Р 53639-2009 (ИСО 3046-3:2006, ИСО 15550:2002) "Двигатели внутреннего сгорания поршневые. Приемка. Методы испытаний"

ГОСТ 30574-98 Дизели судовые, тепловозные и промышленные. Измерение выбросов вредных веществ с отработавшими газами. Циклы испытаний

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 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.

Раздел 2 (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 двигателя 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 двигателя.

дымомер: Прибор для измерения дымности.

дымомер оптического типа: Прибор для измерения непрозрачности ОГ, выраженной через коэффициент ослабления светового потока.

коэффициент ослабления светового потока (N, %): Часть светового потока от источника света дымомера, не достигшая приемника света из-за поглощения, отражения и рассеяния этой части потока отработавшими газами, проходящими через измерительную (дымовую) камеру дымомера.

натуральный показатель ослабления потока (К, м(-1)): Величина, обратная толщине слоя ОГ, м, проходя через который световой поток от источника света дымомера ослабляется в е раз, где е - основание натурального логарифма.

эффективная база дымомера оптического типа (L, м): Толщина оптически однородного слоя ОГ, эквивалентного по ослаблению светового потока столбу тех же ОГ, заполняющих измерительную камеру дымомера в условиях измерения.

предельно допустимое значение натурального показателя ослабления светового потока (К_д, м(-1)): Значение натурального показателя ослабления светового потока в зависимости от расхода ОГ, при превышении которого двигатель считается не выдержавшим испытаний.

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.

дымовое число фильтра FSN ("Filter Smoke Number"): Степень потемнения фильтра, определяемая по оптическому отражению от окрашенного ОГ фильтра по отношению к чистому фильтру, выраженная в условных единицах 10-балльной шкалы.

показатель отражения светового потока поверхностью фильтра (R, %): Часть светового потока источника света, достигшая приемника после отражения от эффективной поверхности фильтра. Измеряют оптико-электрическим рефлектометром.

эффективная длина дымовой колонки (L_F, м): Величина, определяемая эффективным объемом всасывания и эффективной поверхностью фильтра. Указывает организация-изготовитель.

4 Нормы дымности отработавших газов

Нормы дымности определяют в зависимости от расхода ОГ V_exh, дм3/с, приведенного к нормальным условиям (температура 273 К и давление 101,3 кПа).

4.1 Для новых двигателей

4.1.1 При измерении дымности оптическим методом максимально допустимые значения натурального показателя ослабления светового потока и соответствующие им значения коэффициента ослабления светового потока, приведенные к шкале дымомера с базой L = 0,43 м, в зависимости от расхода ОГ должны соответствовать приведенным в таблице 1.

4.1.2 При измерении дымности фильтрационным методом прибором с длиной колонки L_F = 0,405 м предельно допустимые значения дымового числа фильтра FSN в зависимости от расхода ОГ должны соответствовать приведенным в таблице 1.

Таблица 1

Расход ОГ V_exh, дм 3/с	Натуральный показатель ослабления светового потока К_д, м(-1), не более	Коэффициент ослабления светового потока N, приведенный к шкале дымомера оптического типа (L = 0,43 м) %, не более	Дымовое число FSN фильтра, приведенное к шкале дымомера фильтрационного типа (L_F = 0,405 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
Св. 160 до 185 включ.	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.

4.1.3 Двигатель 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 двигателей после капитального ремонта

4.2.1 Максимально допустимые нормы дымности для двигателей 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 двигателя в измерительной камере дымомера с известной эффективной базой.

Коэффициент ослабления светового потока N, %, при измерении непрозрачности рассчитывают по формуле

               Ф

      N = (1 - --) х 100,                                             (1)

               Ф

                0

      где Ф  - световой   поток,    достигший   приемника   света   после

               просвечивания столба ОГ, лм;

          Ф  - световой   поток,   достигший   приемника   света    после

           0   просвечивания чистого воздуха, лм.

      Из закона Бугера-Ламберта-Бера для дисперсной среды следует

      Ф

      -- = exp(-K x L).                                               (2)

      Ф

       0

Из формул (1) и (2) устанавливают зависимость натурального показателя ослабления светового потока К от коэффициента ослабления светового потока N по формуле

            1                 N

      K = - - x l х n х (1 - ---).                                    (3)

            L                100

Основным нормируемым параметром дымности ОГ является натуральный показатель ослабления светового потока К, вычисленный по формуле (3) и приведенный к базовым условиям по 9.1.

Вспомогательным нормируемым параметром дымности является измеряемый коэффициент ослабления светового потока по формуле (1), приведенный к измерительной базе L = 0,43 м. Если измерительная база дымомера L отличается от 0,43 м, то вспомогательный нормируемый параметр N, %, рассчитывают по формуле

                       0,43           N

      N     = {1 - exp[---- x l х n х (1 - ---)]} x 100.              (4)

       0,43              L           100

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.

Рефлектометры дымомеров могут быть проградуированы в единицах измеряемого показателя отражения светового потока R от 0% до 100% или в условных единицах поглощения светового потока фильтром, как, например, в приборах типа Бош.

Относительный показатель отражения затемненного фильтра R', %, оценивают по формуле

            R

      R' = (--) x 100,                                                (5)

            R

             0

      где R и R  - показатели отражения,  измеренные  рефлектометром,  от

               0   затемненного и чистого фильтра соответственно.

Тогда дымовое число фильтра как основную характеристику дымности, измеренную фильтрационным дымомером, FSN в усл. ед. 10-балльной шкалы рассчитывают по формуле

                  R'

      FSN = (1 - ---) x 10.                                           (6)

                 100

Дымовое число фильтра FSN отсчитывают по шкале рефлектометра (с соответствующей градуировкой) при условии установки на 0 его показаний при отражении от чистого фильтра.

Формула справедлива при эффективной длине дымовой колонки дымомера 0,405 м, при атмосферном давлении и температуре 298(+4) К.

При использовании дымомера с фильтрационной колонкой, эффективная длина которой отличается от 0,405 м, измеренное значение FSN приводят к указанной длине по формуле

                               0,405          FSN

      FSN      = 10 x {1 - exp[----- x l х n х (1 - ---)]},           (7)

         0,405                   L             10

                                  F

      где FSN и L  - параметры применяемого дымомера.

                 F

Основным нормируемым показателем дымности ОГ двигателя при измерениях фильтрационным методом служит дымовое число фильтра FSN.

При использовании дымомеров со 100-балльной шкалой усл. ед. дымности в формулах (6) и (7) коэффициент размерности 10 необходимо заменить на 100, а дымовое число FSN по таблице 1 умножить на 10.

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, приемосдаточных, 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 двигателей 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 двигателя 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 двигателя, 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.

Для дымомеров оптического типа внутренний диаметр d газоотборного зонда должен быть, при диаметре выпускной трубы D = 100 мм, не менее 0,225 х D и при любых D - не более 25 мм.

Газоотборный зонд должен быть установлен по оси выпускной трубы с внутренним диаметром D так, чтобы его открытый конец был направлен навстречу потоку газов и чтобы он располагался на прямолинейном участке трубы длиной не менее 6 х D против направления потока газов и длиной 3 х D - по направлению потока газов.

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.

Для настройки надлежащего перепада давлений Р в газовой трассе дымомера рекомендуется устанавливать регулируемую заслонку в выпускной трубе за газоотборным зондом по направлению потока газов на расстоянии не менее 3 х D.

При измерениях на частичных нагрузках нельзя изменять положение заслонки.

Рекомендуется устанавливать теплообменные устройства в газоподводящей трубе.

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.

Внутренний диаметр d газоотборного зонда на всем протяжении системы отбора проб от входа до фильтра должен быть не менее 3 мм.

Мертвый объем V_D - общий объем от входа в газоотборный зонд до поверхности фильтра - не должен превышать 15% номинального объема всасывания V_N. Лишь в случае многократного пропускания проб (не менее 3) через один фильтр, эквивалентного соответствующему увеличению V_N и допустимого при измерениях на крупных двигателях, зонд может быть удлинен, но значение V_D должно быть не более 40% от V_N.

Во всех случаях перед отбором мертвый объем должен быть заполнен чистым воздухом.

Внутренний диаметр верхней по потоку части зажимного устройства для фильтра рассматривается как размер, определяющий эффективную поверхность фильтра A_F, он должен находиться в диапазоне 15-35 мм. Внутренний диаметр нижней по потоку части зажимного устройства должен быть таким же или не более чем на 0,5 мм большим, а несоосность этих диаметров не более 0,2 мм или 0,7% внутреннего диаметра верхней по потоку части зажимного устройства.

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.

При наличии шкалы натурального показателя ослабления К она должна иметь деления по меньшей мере 0,025 м(-1) между 0 и 2 м(-1) и по меньшей мере 0,05 м(-1) между 2 и 4 м(-1).

Оптические свойства дымовой камеры дымомера должны быть такими, чтобы суммарное отклонение значения коэффициента ослабления светового потока, вызванное рассеиванием и отражением, при значении N = 50% не вышло за пределы +-0,5%.

(Измененная редакция, Изм. N 1).

7.2.1 Допускаемая максимальная температура газов в измерительном контуре дымомера должна быть не ниже 433 К и должна указываться изготовителем.

7.2.2 В качестве источника света следует использовать электрическую лампу накаливания с цветовой температурой нити 2800-3500 К или диод зеленого излучения со спектральным пиком в интервале 550-570 нм. Применение других источников света не допускается.

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.

7.2.4 Для проверки характеристики системы "источник света - фотоприемник - индикатор дымности" применяют контрольный светофильтр с нейтрально серым цветом, для которого значение N в пределах 50% - 55% должно быть известно с погрешностью не более 0,5%. После установления стрелки индикатора дымности в нулевое положение светофильтр следует ввести между источником света и фотоприемником. При этом значение, отсчитанное на индикаторе дымности, не должно отклоняться от указанного на светофильтре значения более чем на 0,5%.

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.

7.3.2 Оценка равномерности почернения фильтра: значения FSN рефлектометра, измеренные в периферийной части поверхности фильтра, не должны отличаться от значений FSN, измеренных в центральной части поверхности фильтра, более чем на 5%.

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.

                                       __

      Среднюю скорость в любом сечении ню, м/с, рассчитывают по формуле

             V

      __      N

      ню = ------,                                                    (8)

           A  x t

            s

      где V  - номинальный объем всасывания, м3;

           N

          t  - время всасывания, с;

          A  - площадь поперечного сечения  в  каком-либо  месте  системы

           s   отбора проб, м2.

Время всасывания для дымомера с поршневым насосом представляет собой время от начала движения поршня до момента, когда давление за фильтром стабилизируется до уровня +-1 кПа по отношению к значению статического давления на входе в газоотборный зонд и когда дымность пробы находится в диапазоне 3-4 FSN.

7.3.4 Допустимое изменение утечек V_L при эксплуатации прибора, связанное, например с износом уплотнений, не должно превышать 1% номинального объема всасывания V_N.

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)%.

Примечание - Стандарт отражательной способности для известных рефлектометров дает таблетка сульфата бария (BaSO4) или окиси магния (MgO).

Толщина бумаги должна быть в пределах 0,17-