Предыдущая страница реферата | 1  2  3  4 | Следующая страница реферата



Столь ошеломляющий рост потребления сырьевых ресурсов вызывает серьезную обеспокоенность ученых. Прогноз свидетельствует о том, что если темпы роста добычи сырья на душу населения в мире достигнут уровня США, то мировых запасов железных руд останется на 50 лет, бокситов — на 15, медных руд — на 6 лет, молибденовых — на 1 год. Эти цифры, несмотря на их условность, достаточно убедительно характеризуют сырьевой дефицит как один из серьезных факторов угрозы нормальному развитию человечества. Для преодоления минерально-сырьевого дефицита учеными предложен ряд решений, предусматривающих как более полноценную переработку добываемых из недр Земли руд, так и более эффективное использование извлекаемых из них металлов. Кроме того, все более широкое распространение получают новые конструкционные материалы: сплавы, полимерные материалы, керамика.

Так, использование керамических материалов может получить широкое распространение в производстве двигателей внутреннего сгорания. Благодаря высокой жаропрочности керамики рабочая температура в них может быть увеличена до 1200—1370°С. В результате окажется возможным достижение к.п.д., равного 45%. Важными достоинствами керамических двигателей станет их "всеядность" по отношению к составу топлива, отсутствие необходимости создания системы охлаждения, меньшая инерционность и лучшие экологические параметры. Однако в настоящее время на пути повсеместной замены традиционных материалов керамическими стоит проблема устранения их хрупкости. По мере усугубления сырьевого дефицита задача преодоления этого недостатка керамик становится все более актуальной и в будущем, несомненно, будет решена.

Транспортная проблема

Транспорт — важное условие функционирования общественного производства и жизни людей. Пассажиропотоки в городах растут быстрее, чем население городов. Большую долю всего объема транспортных перевозок выполняет промышленный транспорт, в составе которого 30 — 35% перевозок совершают железные дороги, около 60% автомобили, а остающиеся 5 — 10% — трубопроводы, транспортеры, речной и морской флот.

Транспортная сеть на Земле развита очень широко: протяженность автодорог с твердым покрытием около 12 млн.км, железных дорог — 1,3 млн.км, воздушных линий — 5,3 млн.км, трубопроводов — 1 МЛН.KM.

Влияние транспорта на литосферу. Транспорт существенно уменьшает общую площадь используемой земли, в том числе и общую площадь плодородной земли. Эрозия почвы происходит довольно быстро, а для воссоздания плодородного слоя глубиной 1 см необходимо около 100 лет. Крупный аэропорт требует для организации всех служб площадь, равную 25 — 50 км2. Еще большая площадь вокруг аэропорта становится непригодной для проживания людей из-за высокого уровня шума и условий безопасности полетов.

Сохранению почв служат такие главные направления в развитии транспорта, как выделение под транспортные сооружения менее ценных в сельскохозяйственном отношении земель; сохранение традиционных гидрологических режимов в районе транспортных сооружений; сокращение (лучше прекращение) загрязнения почв вредными компонентами работы транспортных средств.

За рубежом и в нашей стране накапливается опыт экономного использования земли с развитием транспорта. Так, в Москве построены два гаража: один большой многоярусный подземный на 1840 машин, другой — подземный гараж на улице Неждановой в самом центре Москвы. Планируется создание многих новых подземных сооружений. Имеются уже их проекты, но пока останавливает одна трудность — высокая стоимость их строительства.

Однако экономия на транспорте — вещь весьма разорительная;

в будущем она обернется значительно большими расходами, если ее осуществлять непродуманно. Так, 1 км хорошей дороги с твердым покрытием стоил в 1990 г. от 1 до 1,5 млн. р. Однако отсутствие такого покрытия (например, в сельской местности) приводит к прямому разрушению и эрозии почвы. Передвижение транспорта по бездорожью выводит из использования большие площади земли. Часто в весенние и осенние распутицы старые, разбитые дороги забрасываются, а движение осуществляется по новым участкам земли, вплоть до засеянных пашен. Важно и то, что пыль, поднимающаяся с непокрытых дорог, попадает на придорожные растения и существенно снижает урожайность. К сожалению, неухоженные дороги в нашей стране являются отличительной чертой, которая связана и с развитием автомобильного транспорта. На сегодняшний день важно решить проблему: как использовать неудобные земли и осушенные морские территории для нужд транспорта. В США в Чикаго на берегу озера Мичиган на осушенной территории создан аэродром. Здесь был использован метод осушения территории с помощью дамб, который много веков с успехом используется в Голландии. Существует (в основном за рубежом) опыт создания плавучих топливных хранилищ и емкостей на морском дне. Конечно, одно из основных требований к этим хранилищам — надежно обеспеченная герметичность. Здесь следует отметить, что осушение территорий и создание подводных (или надводных) хранилищ топлива — во многом спорное (особенно в отношении хранилищ) направление освоения земной поверхности. Дело в том, что осушение прибрежных зон (литорали) может привести к серьезным нарушениям сложившихся экологических систем и связей водных обитателей. Кроме того, даже при сверхнадежной работе проектировщиков и строителей невозможно гарантировать полную безаварийность. После этого ясно, что спешки в освоении неудобий в нашей стране нельзя допускать. Эффективное освоение этих земель требует создания условий для обеспечения высокой экологичности проектов и наличия высокоразвитой и современной строительной индустрии.

Утилизация твердых транспортных отходов. Многие транспортные предприятия оставляют отходы (шлаки, мусор, отходы металлов, резин, пластмасс). Мусор рассеивается на довольно больших площадях вдоль железных и автомобильных дорог. Самый эффективный способ утилизации — переработка транспортного мусора (как и всякого другого) на специальных заводах, где производится сортировка этого мусора. В процессе сортировки магнитные сепараторы отделяют магнитные материалы от немагнитных. Из последних выделяются тяжелые компоненты — цветные металлы и стекло. Оставшийся мусор используется как топливо для производства электроэнергии. Существуют проекты и уже действующие установки по переработке органического мусора в синтетическое топливо.

Транспорт и гидросфера. Для технических целей транспорт (в первую очередь автомобильный и железнодорожный) расходует очень большие количества пресной воды. На загрязнение воды существенно влияют морские и речные суда. Нефть и нефтепродукты — это наиболее распространенные загрязнители воды. Нефтяная пленка, образующаяся на ее поверхности, снижает интенсивность фотосинтеза и образования биомассы в океане, так как задерживает до 40% ультрафиолетового излучения. Подсчет показывает, что 1 т нефти поглощает весь кислород, растворенный в 400 тыс. т воды. Из-за этого человечество сейчас недополучает от 5 до 20% морепродуктов (по разным оценкам).

Существенно и другое: нефтяная пленка на поверхности воды серьезно снижает испарение, уменьшает количество водяных паров в атмосфере. Это влияет на климат, в частности, может повысить вероятность засухи.

Основная задача конца XX в. в области влияния транспорта на гидросферу — прекращение (или существенное сокращение) сбросов загрязнителей (в первую очередь нефти и нефтепродуктов), использование оборотных систем водоснабжения. Так, Волжское пароходство 36% своих потребностей обеспечивает оборотным водоснабжением. Этот, казалось бы, не очень хороший показатель, к сожалению, является одним из лучших в нашей стране.

Транспорт и атмосфера. Автомобильный транспорт — основной источник загрязнения атмосферы среди других транспортных средств. Наиболее велик вклад транспорта в загрязнение атмосферы окисью углерода, поэтому создание экологически чистых передвижных средств — очень важная проблема.

Нормы токсичности веществ в отработанных газах в нашей стране и за рубежом различны, у нас они даже несколько выше. Государственным стандартом определены среднесуточные предельно допустимые концентрации СО (1 мг/м3), N0x(0,085 мг/м3), СН (0,035 мг/м3). Содержание серы и свинца ограничено стандартами на топливо. Общемировая тенденция заключается в снижении этих норм, что сдерживается экономическими и техническими причинами. В сравнении с автомобильным, другие виды транспорта существенно меньше загрязняют атмосферу. Например, движение на крупных железнодорожных станциях в нашей стране переведено на электротягу.

Автомобильный транспорт загрязняет атмосферу отработанными газами, картерными и углеводородами. Происходит испарение топлива из бака, карбюратора и трубопровода. В отработанных газах в процентах к объему содержатся: окись углерода (0,5-10%), окислы азота (до 0,8%), углеводороды (до 3%), альдегиды (до 0,2%), сажа.

Количество загрязняющих веществ пропорционально расходу топлива, поэтому более экологичны двигатели, расходующие меньше топлива. Сокращение расхода топлива можно добиться уменьшением массы автомобиля. Легко рассчитать, что расход топлива автомобилем прямо пропорционален его массе. Особенно сильно масса влияет на расход топлива при разгоне и торможении. На многих моделях автомобилей сталь и чугун заменяют легкими сплавами, композитами и пластмассами. Даже блоки цилиндров делают сейчас из легких сплавов. Другой резерв экономии топлива — более полный учет аэродинамического сопротивления автомобиля. Наиболее существенная экономия топлива может быть получена для большегрузных автомобилей и автопоездов. Другая проблема (не только экономическая, но и сугубо экологическая) — сокращение холостого пробега. Автомобиль, "возящий воздух", не только зря "сжигает деньги", но и отравляет атмосферу.

В повышении экологичности автотранспорта важно следить за его техническим состоянием. Одна неработающая свеча карбюраторного двигателя повышает расход топлива на 15 — 20%, неисправность одной форсунки дизельного двигателя увеличивает расход топлива еще больше — до 28%. Плохо отрегулированный карбюратор ведет к росту образования окиси углерода до 15%.

Значительная перспектива в повышении экологичности двигателей внутреннего сгорания связана с поиском принципиально новых технических решений. Эти усовершенствования и поиски идут по целому ряду направлений. На них следует остановиться особо.

Изменения в системе зажигания должны значительно повысить экологичность автомобильного транспорта. Одна из основных причин загрязнения воздуха автомобильными двигателями — несовершенство системы зажигания. Разрабатываются новые принципы и схемы зажигания:

— бесконтактное электронное зажигание (оно ставится на многих двигателях, в том числе и советских) обеспечивает стабильность работы при более интенсивном разряде на свечах;

— форкамерное (или факельное) зажигание позволяет уменьшить выброс в атмосферу всех токсичных компонентов, экономит до 10% топлива. Работа форкамерного зажигания основана на том, что в малой форкамере обычной электрической искрой поджигается богатая бензиновая смесь. Факел, образующийся при возгорании, зажигает остальную, более бедную часть смеси. Сгорание топлива улучшается при таком зажигании.

Улучшение систем подачи топлива осуществляется следующими путями:

— изменением клапанного механизма для лучшего распыления и перемешивания смеси при ее поступлении в цилиндры;

—установкой двух карбюраторов (вместо одного) на двигателе. Один карбюратор обеспечивает работу двигателя на обедненной смеси в холостом режиме, другой работает при возрастании мощности на рабочих режимах. Существуют модели карбюраторов, совмещающие в едином блоке устройства, обеспечивающие оба режима работы;

— заменой карбюратора системой форсунок, осуществляющей впрыскивание топлива во впускной трубопровод или в цилиндры. Такая система позволяет достаточно равномерно распределить топливо внутри цилиндра, так как идет хорошее перемешивание топлива с воздухом.

Сложность внедрения этих систем состоит в том, что они могут быть установлены только на вновь выпускаемых автомобилях.

Усовершенствование ими старых двигателей практически нереально.

Нейтрализация выхлопных газов заключается в установке небольших приборов, обеспечивающих дожигание и разложение продуктов неполного сгорания (нейтрализаторов) на выхлопную трубу. Такие нейтрализаторы, как правило, обеспечивают разложение окислов азота NOx на составные элементы — азот и кислород. Существуют два основных вида нейтрализаторов — термические и каталитические.

Термические нейтрализаторы осуществляют пламенное дожигание окиси углерода СО, превращая ее в двуокись углерода СО2, а также тех альдегидов и углеводородов, которые не сгорели в цилиндре. Это сгорание происходит при температурах 500 — 600°С.

Каталитические нейтрализаторы дожигают СО, альдегиды, углеводороды, а также N02 Выполняются они по двухкамерной схеме с дополнительной подачей воздуха. Лучший, но очень дорогой катализатор — платина. Окись алюминия используется в нейтрализаторах, производимых в нашей стране. Эти нейтрализаторы ставятся на карбюраторные и дизельные двигатели. На схеме 1 показана схема каталитического нейтрализатора.

Схема 1

В мировом автомобилестроении достаточно широко используются найтрализаторы. Здесь есть свои недостатки: удорожание автомобиля, неполное (даже в очень хороших нейтрализаторах) сгорание отработавших газов, некоторое ухудшение характеристик двигателя (при некоторых схемах нейтрализаторов). Но требования чистоты воздуха заставляют все шире использовать их для очистки выхлопов автомобилей, несмотря на многие недостатки.

Кроме доработки существующих схем карбюраторного двигателя, осуществляются разработки новых типов двигателей, прежде всего для легкового автомобильного транспорта.

Дизельные двигатели, традиционно применяемые на грузовых автомобилях и автобусах, все шире находят применение в легковом автомобилестроении. Их преимущества: меньшая по сравнению с карбюраторными двигателями суммарная токсичность выхлопных газов (хотя по ряду показателей — сажа, сернистые соединения — дизельные двигатели более токсичны), более высокий КПД (до 35%), возможность работы на более дешевом топливе.

Газотурбинный двигатель давно испытывается на автотранспорте и, прежде всего, на грузовиках и автобусах. Преимуществами этого типа двигателей являются существенно меньшая токсичность отработанных газов, малая масса, высокая удельная мощность (т.е. мощность на единицу массы), плавность работы, низкий уровень шума. Однако распространение этого типа двигателей сдерживают два основных недостатка: низкая топливная экономичность, т.е. относительно большой расход топлива при той же мощности двигателя, плохие эксплуатационные характеристики, например сложности остановки и торможения.

Электрические двигатели проходят испытания во многих странах. Первые образцы электромобилей были созданы еще в конце XIX в. Считается, что электромобиль — это экологически чистое транспортное устройство. Он идеален в эксплуатации в условиях города. Строго говоря, абсолютно чистого экологически технического устройства быть не может. Что касается электромобиля, то неясной проблемой во многих отношениях остается воздействие создаваемых им электрических полей на организм человека, что касается и вообще всех электрических приборов, окружающих нас. Очевидны и многократно доказаны экологические достоинства электромобиля: отсутствие выхлопов, очень малый шум. Есть и чисто технические и эксплуатационные преимущества: легкость управления, хорошие тяговые характеристики, отсутствие сложных трансмиссий. Но в реальной практике все эти плюсы электромобиля перечеркиваются его существенным недостатком — низкой энергоемкостью электрических батарей (для сравнения: энергоемкость свинцово-кислотной батареи — 40 Вт-ч/кг, а бензина — 11 тыс.Вт-ч/кг). Для пробега без подзарядки около 400 км масса батареи должна быть порядка 1,0 — 1,5 т. Обычному легковому автомобилю для такой поездки нужно от 25 до 40 л бензина.

Создано несколько десятков различных видов аккумуляторов:

никель-железные, никель-цинковые, никель-кадмиевые, серебряно-цинковые и др. Они имеют различные сроки службы, измеряемые в количестве циклов зарядки — от 200 до 3000. После этого батарею необходимо менять. Важным показателем является время зарядки: для свинцово-кислотной батареи оно равно приблизительно 6 ч, а для никель-кадмиевой — несколько минут.

Все действующие модели электромобиля работают в городе, расстояние их пробега между двумя подзарядками — от 60 до 100 км. Существуют гибридные автомобили, включающие как двигатели внутреннего сгорания, так и электродвигатели. Несмотря на все очевидные преимущества, широкое внедрение таких автомобилей ограничивается их очень высокой стоимостью.

Еще один вариант — электромобиль, работающий от солнечных батарей. Такие автомобили интересны в настоящее время с исследовательской стороны. Реальное их транспортное использование ограничено малой мощностью, небольшим пробегом (10 — 20 км), высокой стоимостью.

Другая альтернатива автомобилю — транспорт на магнитной подвеске. В ФРГ и Японии уже работают подобные линии. Но у автомобиля в его традиционном понимании в сравнении с транспортом на магнитной подвеске есть немаловажное преимущество:

гораздо более высокая относительная автономность. Так что транспорт на магнитной подвеске — это скорее альтернатива железнодорожному транспорту, метро, трамваю и др.

Рекомендуем скачать другие рефераты по теме: инновационный менеджмент, курсовая работа по менеджменту.

Предыдущая страница реферата | 1  2  3  4 | Следующая страница реферата

Поделитесь этой записью или добавьте в закладки