Государственный стандарт РФ ГОСТ Р 51249-99 "Двигатели внутреннего сгорания поршневые. Выбросы вредных веществ с отработавшими газами. Нормы и методы определения" (введен в действие постановлением Госстандарта России от 3 марта 1999 г. N 56) (отменен)

Государственный стандарт РФ ГОСТ Р 51249-99
"Двигатели внутреннего сгорания поршневые. Выбросы вредных веществ с отработавшими газами. Нормы и методы определения"
(введен в действие постановлением Госстандарта России от 3 марта 1999 г. N 56)

Internal combustion reciprocating engines. Emissions of harmful substances with the exhaust gases. Limit values and test methods

Дата введения 1 января 2000 г.

Введен впервые

ГАРАНТ:

Приказом Росстандарта от 6 сентября 2013 г. N 926-ст настоящий ГОСТ отменен с 1 июля 2014 г. Взамен введен в действие ГОСТ 31967-2012 "Двигатели внутреннего сгорания поршневые. Выбросы вредных веществ с отработавшими газами. Нормы и методы определения"

1 Область применения

Настоящий стандарт распространяется на судовые, тепловозные и промышленные двигатели внутреннего сгорания (далее - двигатели) и устанавливает нормы и методы определения выбросов вредных веществ с отработавшими газами (далее - ОГ) 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.

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 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 12.1.012-90 Система стандартов безопасности труда. Вибрационная безопасность. Общие требования

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 10150-88 Дизели судовые, тепловозные и промышленные. Общие технические условия

ГАРАНТ:

В соответствии с приказом Росстандарта от 4 августа 2011 г. N 217-ст ГОСТ 10150-88 не применяется на территории РФ с 1 сентября 2011 г. и введен в действие ГОСТ Р 53638-2009 (ИСО 3046-1:2002, ИСО 15550:2002) "Двигатели внутреннего сгорания поршневые. Общие технические условия"

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 13320-81 Газоанализаторы промышленные автоматические. Общие технические условия

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

(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.

сухие ОГ: ОГ, влагосодержание которых меньше или равно равновесному при температуре 298 К и атмосферном давлении 101,3 кПа.

влажные ОГ: ОГ, влагосодержание которых соответствует полному составу продуктов сгорания топлива.

вредные вещества: Вещества, содержащиеся в небольших количествах в ОГ и придающие им неблагоприятные либо вредные для человека и окружающей среды свойства. В рамках настоящего стандарта учитываются следующие вредные вещества: оксид углерода, оксиды азота и углеводороды.

оксид углерода: Газообразный продукт неполного окисления углерода, входящего в состав углеводородного топлива, обозначаемый символом СО.

оксиды азота: Смесь различных оксидов азота, образовавшихся в процессе горения топлива в цилиндре дизеля, обозначаемая символом NО_х.

углеводороды: Смесь паров всех несгоревших и частично окисленных углеводородов топлива и масла, образующихся в процессах горения топлива и выпуска продуктов сгорания из цилиндра, обозначаемая символом СН.

концентрация оксида углерода: Объемная доля в ОГ оксида углерода в объемных процентах (далее - об. %).

концентрация оксидов азота, приведенных к NO2: Объемная доля в ОГ оксидов азота, которую они занимали бы при трансформации в эквивалентный объем двуокиси азота NO2 в об. %.

концентрация углеводородов, приведенных к CH1,85: Объемная доля в ОГ суммы углеводородов, которую они занимали бы при условной трансформации в эквивалентный объем идеального газа с молекулярной массой 13,85 и энергией ионизации молекул, равной энергии ионизации пропана С3Н8 в об. %.

выброс вредных веществ: Количество вредного вещества, поступающего в атмосферу с ОГ в единицу времени.

испытательный цикл (режимы испытаний): Совокупность фиксированных по частоте вращения и мощности режимов работы двигателя, устанавливаемая в соответствии с его назначением и реализуемая в процессе испытаний.

весовой коэффициент режима испытаний (W): Условная величина, отражающая статистическую долю времени работы двигателей данного назначения в эксплуатации в окрестностях данного режима.

удельный средневзвешенный выброс вредного вещества: Количество вредного вещества, выбрасываемого в атмосферу с ОГ, приходящееся на 1 кВт х ч эффективной работы двигателя при совершении им полного испытательного цикла.

предельно допустимый удельный средневзвешенный выброс вредного вещества: Значение удельного средневзвешенного выброса вредного вещества, при превышении которого двигатель не допускается к эксплуатации.

газоанализатор: Прибор для непосредственного измерения концентрации вредного вещества в пробе ОГ.

(Измененная редакция, Изм. N 1).

4 Предельно допустимые значения удельных средневзвешенных выбросов вредных веществ с отработавшими газами двигателя

4.1 Нормируемые параметры

Нормируемым параметром является удельный средневзвешенный выброс i-го вредного вещества с ОГ двигателя e(P)_i, выражающий количество этого вредного вещества в граммах, приходящееся на 1 кВт x ч эффективной работы двигателя, совершенной им при выполнении полного испытательного цикла, имитирующего типовые условия эксплуатации.

Устанавливают следующую номенклатуру нормируемых параметров:

- удельный средневзвешенный выброс оксида углерода е(P)_CO;

- удельный средневзвешенный выброс оксидов азота е(P)_NOx;

- удельный средневзвешенный выброс суммы углеводородов е(P)_CH.

По согласованию между изготовителем двигателя, его потребителем и разработчиком стандарта номенклатура нормируемых параметров может быть расширена.

4.2 Предельно допустимые значения нормируемых параметров

4.2.1 Для новых двигателей

Предельно допустимые значения удельных средневзвешенных выбросов вредных веществ для вновь изготовленных двигателей судовых, промышленных и тепловозных при их стендовых испытаниях должны соответствовать приведенным в таблице 1.

Таблица 1

Наименование нормируемого параметра	Обозначение	Назначение двигателя	Норма удельных средневзвешенных выбросов
			Выпуск до 2000 г. Постановка на производство с 2000 г.	Выпуск с 2000 г. Постановка на производство до 2000 г.
Удельный средневзвешенный выброс оксидов азота (NOx) в приведении к NO2, г/(кВт х ч)	e(P)_NOx	Тепловозный	18,0	12,0
		Промышленный	16,0	10,0
		Судовой	17,0	(17,0-9,8)*
Удельный средневзвешенный выброс оксида углерода (СО), г/(кВт x ч)	e(P)_CO	Любое	6,0	3,0
Удельный средневзвешенный выброс углеводородов (СН) в приведении к CH1,85, г/(кВт х ч)	e(P)_CH	Любое	2,4	1,0
* Удельный средневзвешенный выброс оксидов азота для судовых двигателей: - при частоте вращения n <= 130 мин(-1) - e_NO = 17 г/(кВт x ч); - в диапазоне частот 130 < n <= 2000 мин(-1) рассчитывают по формуле e_NOx = 45 x n(-0,2) г/(кВт х ч); - при частоте вращения n > 2000 мин(-1) - e_NOx = 9,8 г/(кВт x ч).

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

4.2.2 Для двигателей после капитального ремонта

Предельно допустимые значения удельных средневзвешенных выбросов вредных веществ с отработавшими газами двигателей, прошедших капитальный ремонт, [e(P)_i]_рем устанавливают на основе данных таблицы 1 с использованием корректирующих коэффициентов k_рем по формуле

        P               P

      [e ]    = k    х e .                                            (1)

        i рем    рем    i

Значения корректирующих коэффициентов в зависимости от вредного вещества устанавливают по таблице 2.

Таблица 2

Вредное вещество	Значение корректирующего коэффициента k_рем
Оксид углерода	1,20
Оксид азота	0,95
Углеводороды	1,25

5 Методы определения удельных средневзвешенных выбросов вредных веществ с отработавшими газами двигателя

5.1 Измеряемые параметры

5.1.1 На каждом режиме испытаний двигателя измерению подлежат следующие показатели:

- эффективная мощность Р_е, кВт;

- частота вращения коленчатого вала п, мин(-1);

- расход воздуха, приведенный к нормальным атмосферным условиям (Р_0 = 101,3 кПа, Т_0 = 273 К) - V_air, м3/ч;

- концентрация в ОГ оксида углерода С_CO, об. %;

- концентрация в ОГ оксидов азота (в приведении к NO2) - C_NOx, об. %;

- концентрация в ОГ суммы углеводородов (в приведении к СН1,85) - С_CH, об. %.

5.1.2 Применяемые оборудование и приборы для проведения измерений состава газов должны обеспечивать точность не ниже указанной в таблице 3.

Таблица 3

Наименование измеряемого компонента ОГ	Обозначение компонента	Предел основной приведенной погрешности измерения, %
Концентрация оксида углерода	С_CO	+-5,0
Концентрация оксидов азота в приведении к NO2	C_NOx	+-10,0
Концентрация углеводородов в приведении к CH1,85	C_CH	+-5,0

(Измененная редакция, Изм. N 1).

5.1.3 Измерение других показателей двигателей - по ГОСТ 10448 и ГОСТ 10150.

5.2 Испытательные циклы и состав режимов испытаний в зависимости от назначения двигателя должны соответствовать ГОСТ 30574.

Двигатель считается находящимся на данном режиме испытаний, если соответствующие ему значения частоты вращения и мощности установлены c точностью по ГОСТ 10448.

5.3 Методы определения нормируемых параметров

Удельный средневзвешенный выброс i-го вредного вещества рассчитывают по формуле

                           m

                         сумма (C   x V     x W )

       P                 j = 1   ij    exhj    j

      e  = 0,446 x мю  х ------------------------,                    (2)

       i             i            m    _

                          P   x сумма (P   x W )

                           en   j = 1   ej    j

      при мю    - молекулярная  масса  i-го  вредного  вещества  либо его

            i     эквивалента  по  приведению  мю_NO2 = 46,   мю_CO = 28,

                  мю_CH1,85 = 13,85), кг/кмоль;

          m     - количество режимов испытаний в испытательном цикле;

          j     - порядковый  номер  режима   испытаний  в  испытательном

                  цикле;

          i     - индекс вредного вещества;

          С     - измеренная   при  испытаниях   в  j-м  заданном  режиме

           ij     концентрация i-го вредного вещества в ОГ, об. %;

          V     - объемный   расход   ОГ,    приведенный   к   нормальным

           exhj   атмосферным  условиям   (Т_0 = 273 К, Р_0 = 101,3 кПа),

          _       м3/ч, во "влажном" или "сухом" состоянии;

          Р     - отношение эффективной мощности дизеля на данном режиме

           ej     испытаний к номинальной эффективной мощности;

          W     - весовой коэффициент режима;

           j

          Р     - номинальная эффективная мощность дизеля, кВт.

           en

Объемный расход ОГ V_exh, м3/ч, измеряют любым прямым способом с последующим приведением к стандартным атмосферным условиям либо рассчитывают по измеренным значениям расхода воздуха и топлива на каждом режиме испытаний по формуле

      V    = V    + F  x B ,                                          (3)

       exh    air    f    f

      где V    - объемный  расход  воздуха,   приведенный   к  нормальным

           air   атмосферным   условиям   (T_0 = 273 К, Р_0 = 101,3 кПа),

                 м3/ч;.

          F    - коэффициент приведения к нормальным атмосферным условиям

           f     расхода  неразбавленных   продуктов  сгорания  различных

                 топлив (м3/кг),  принимаемый  по таблице  5 для "сухого"

                 или  "влажного"  состояния ОГ  (или коэффициент  состава

                 топлива);

          B    - массовый расход топлива, кг/ч.

           f

Таблица 5*

Вид топлива	Значение коэффициента состава топлива F_f, м3/кг, для состояния отработавших газов
	влажного	сухого
Дизельное	0,75	-0,77
Моторное	0,72	-0,74
Мазут	0,69	-0,71
Природный газ	1,33	-1,34
Пропан-бутан	0,98	-1,00
Метанол	1,05	-0,35
Этанол	0,97	-0,49
Примечание - В случае применения в судовых дизелях зарубежного топлива допускается использование соответствующего коэффициента F_f из данной таблицы для дизельного топлива, моторного топлива или мазута в зависимости от вязкости применяемого топлива.

"Влажное" состояние ОГ принимают для случаев, когда влагосодержание неразбавленной пробы газов, подаваемой в газоанализатор, соответствует полному составу продуктов сгорания. "Сухое" состояние ОГ принимают для случаев, когда влагосодержание неразбавленной пробы газов, подаваемой в газоанализатор, меньше или равно равновесному при температуре ниже 298 К.

Для остальных случаев принимают "сухое" состояние ОГ.

Для расчета объемного расхода ОГ допускаются другие стандартные методы, например, метод баланса углерода и кислорода. Методы углеродного и углеродокислородного балансов приведены в приложении В.

5.2, 5.3. (Измененная редакция, Изм. N 1).

6 Оборудование испытательного стенда

Испытательный стенд должен быть оборудован системой пробоотбора и газоанализаторами для измерения состава ОГ, а также устройствами для измерения расходов воздуха, топлива и мощности двигателя. Рекомендуемая схема установки для измерения состава неразбавленных ОГ приведена на рисунке 1.

(Измененная редакция, Изм. N 1).

6.1 Система пробоотбора

Система пробоотбора состоит из пробоотборного зонда и пробоотборной магистрали с устройствами пробоподготовки для транспортирования пробы на анализ.

6.1.1 Пробоотборный зонд устанавливают на расстоянии не менее 0,5 м до выхода газов из выпускной системы в атмосферу и достаточно близко к двигателю, чтобы обеспечить температуру пробы газов не менее 373 К. Рекомендуется устанавливать зонд на расстоянии шести диаметров прямого участка трубы от присоединительного фланца выпускного коллектора.

Пробу неразбавленного газа для всех компонентов отбирают с помощью одного или нескольких пробоотборных зондов и делят перед входом в газоанализаторы. Пробоотборный зонд должен быть выполнен из нержавеющей стали с толщиной стенок не более 1 мм. Внутренний диаметр должен быть не более внутреннего диаметра трубок в системе распределения проб. Рекомендуется применять прямой многодырчатый пробоотборный зонд (не менее трех отверстий в разных плоскостях) с закрытым концом.

(Измененная редакция, Изм. N 1).

6.1.2 Пробоотборную магистраль изготовляют из нержавеющей стали или тефлона. Не допускается использовать медь и ее сплавы, а также углеродистую сталь. Диаметр трубки пробоотборной магистрали 6-8 мм. Рекомендуемая длина пробоотборной магистрали - не более 5 м. При использовании более длинных пробоотборных магистралей следует определять степень искажения состава пробы по методике изготовителя оборудования. При этом дополнительная погрешность измерения не должна выходить за пределы +-2%. Применять магистрали длиной более 20 м не допускается.

При определении состава неразбавленных газов температура поверхности внутренней стенки пробоотборной магистрали должна поддерживаться на уровне (453+-20) К. При использовании устройства для разбавления пробы газов перед анализом допускается понижать температуру в пробоотборной магистрали до (373+-20) К. При этом должна быть определена дополнительная погрешность измерения концентрации СН по методике изготовителя оборудования, которая не должна выходить за пределы +-2%.

6.1.3 Устройства пробоподготовки (осушители, клапаны, фильтры и насос) устанавливают только в тех случаях, когда газоанализаторы не укомплектованы штатной системой пробоподготовки. В случае их установки должна быть оценена дополнительная погрешность измерения по методике изготовителя оборудования, которая не должна выходить за пределы +-2%.

6.2 Газоанализаторы (ГОСТ 13320)

Газоанализаторы должны быть проградуированы в объемных процентах (об. %) и иметь стандартный унифицированный выходной сигнал для возможности подключения самописца или использования в измерительных комплексах. Запаздывание показаний газоанализаторов, подключенных к системе пробоотбора, не должно превышать 3 с.

6.2.1 Газоанализатор оксида углерода должен иметь недисперсионный инфракрасный детектор и обеспечивать измерение концентрации СО в диапазоне от 0,01% до 0,5%.

6.2.2 Газоанализатор углеводородов должен иметь пламенно-ионизационный детектор, нагреваемый до температуры (453+-1) К и обеспечивать измерение концентрации углеводородов по эквиваленту СН1,85 в диапазоне от 0,001% до 0,2%.

6.2.3 Газоанализатор оксидов азота должен иметь хемилюминесцентный детектор или нагреваемый хемилюминесцентный детектор (при "влажном" состоянии пробы ОГ) с преобразователем NOx в NO. Измеряемым компонентом должна быть сумма всех оксидов азота NOx, выраженная через эквивалентную объемную долю оксидов вида NO2. Газоанализатор должен обеспечивать измерения от 0,005% до 0,5% по эквиваленту NO2 при любом составе индивидуальных оксидов.

При проведении испытаний, не связанных с сертификацией дизеля, допускается по согласованию с разработчиком стандарта применять другие методы измерения концентраций вредных веществ, обеспечивающих точность измерений не ниже указанных в таблице 3.

Все газоанализаторы должны быть снабжены методиками поверки.

Схема подключения газоанализаторов с приспособлениями для дополнительной регистрации концентраций СО2 и О2, необходимых для случаев определения расхода газов V_exh по методу углеродного или кислородного баланса, приведена на рисунке 1.

6.2.2, 6.2.3 (Измененная редакция, Изм. N 1).

7 Условия проведения измерений

7.1 Двигатель

Измерения выбросов вредных веществ с ОГ судовых, тепловозных и промышленных двигателей следует проводить при всех видах стендовых испытаний по ГОСТ 10448.

В условиях стабильного производства рекомендуется использовать концепции семейства и группы двигателей в соответствии с требованиями ГОСТ Р ИСО 8178-7 и ГОСТ Р ИСО 8178-8;

Испытания проводят на двигателе, установленном на испытательном стенде, оснащенном измерителем эффективной мощности и обеспечивающим точность измерений не ниже указанной в ГОСТ 10448.

Мощность для расчета удельных средневзвешенных выбросов вредных веществ принимается в соответствии с заданной в технических условиях изготовителя на конкретный двигатель (номинальная или полная).

При испытаниях двигатель должен работать на топливе по ГОСТ 305 и маслах, указанных в технических условиях на двигатель конкретного типа.

Если двигатель должен соответствовать специальным требованиям к выбросам на месте его установки, испытания проводят на том топливе, которое будет использоваться на месте установки.

7.2 Атмосферные условия

Все объемные расходы газов должны быть приведены к температуре 273 К и давлению 101,3 кПа.

На испытательном стенде должны быть измерены температура T_a, К, и давление сухого воздуха Р_a, кПа, на впуске в двигатель, а также относительная и абсолютная влажность воздуха.

По результатам измерений рассчитывают параметр атмосферных условий F по одной из следующих формул:

- для двигателей без наддува, с наддувом от приводного нагнетателя или с комбинированным наддувом

                  T

           99      a  0,7

      F = (--) x (---)   ;                                            (4)

           P      298

            a

- для двигателя с наддувом от свободного турбокомпрессора

                     T

           99 0,7     a  1,5

      F = (--)    x (---)   .                                         (5)

           P         298

            a

В случае использования результатов испытаний для сертификации двигателя эти результаты считают достоверными, если в течение времени проведения испытаний параметр F остается в пределах

      0,98 <= F <= 1,02.                                              (6)

7.1, 7.2. (Измененная редакция, Изм. N 1).

8 Проведение измерений

Измерения проводят на режимах работы двигателя, указанных в таблице 4, в соответствии с его назначением. Рекомендуется начинать измерения с режима полной мощности и далее последовательно приближаться к режиму минимальной нагрузки.

Перед началом измерений газоанализаторы следует прогреть и настроить по поверочным газовым смесям класса Государственных образцов (ПГС ГСО) по инструкции предприятия-изготовителя.

Отсчет показаний газоанализаторов следует проводить на каждом режиме три раза с интервалом не менее 1 мин, причем первый отсчет следует проводить не ранее чем через 2 мин после установления температурного состояния двигателя на режиме испытаний. Результаты трех последовательных отсчетов должны отличаться друг от друга не более чем на 10%. За результат измерений принимают среднеарифметическое значение трех отсчетов.

Одновременно регистрируют показатели двигателя, необходимые для определения значений нормируемых параметров.

Результаты измерений и расчетов оформляют в виде отчета, содержание которого должно соответствовать [1].

Раздел 8. (Измененная редакция, Изм. N 1).

9 Требования безопасности

9.1 Оборудование испытательного стенда и организация рабочего места при испытаниях должны соответствовать требованиям безопасности по ГОСТ 12.2.003 и ГОСТ 12.3.002.

9.2 Каждый испытательный стенд, оборудованный газоанализаторами, должен быть снабжен инструкцией по технике безопасности, утвержденной в установленном порядке, с которой персонал, обслуживающий испытательный стенд, должен быть ознакомлен.

9.3 Воздух рабочей зоны стендового помещения должен соответствовать ГОСТ 12.1.005.

9.4 Уровни шума и вибрации на рабочих местах стендового помещения должны соответствовать требованиям ГОСТ 12.1.003 и ГОСТ 12.1.012.

9.5 Персонал, обслуживающий испытательный стенд, должен быть обеспечен средствами индивидуальной защиты органов слуха по ГОСТ 12.4.123.

(Измененная редакция, Изм. N 1).

______________________________

* Таблица 4 (Исключена, Изм. N 1).