Применение газобаллонного оборудования на АТС

Транспорт » Применение газобаллонного оборудования на АТС

По сравнению с водородом, рассматриваемым пока как перспективный вид газового моторного топлива (так как не разработаны промышленные способы его производства в достаточных для массового применения количествах), углеводородные газы – природный и нефтяной – являются наиболее приемлемыми для автотранспорта альтернативными видами топлив, которые могли бы покрыть все возрастающий дефицит жидкого моторного топлива.

Сжатый природный газ – это в основном метан (до 55% по объему) с дополняющими его углеводородами метанового ряда (этан, пропан, н-бутан, изобутан, пентан) и инертными компонентами (азот, углекислый газ, реже водород, оксид углерода, кислород). Общее содержание добавок к метану обычно не превышает 15%. Важными аргументами при рассмотрении природного газа как альтернативного моторного топлива являются его запасы и постоянно возрастающие объемы добычи.

Стандартизированная топливная оценка природного газа показывает, что он соответствует самому высококачественному бензину. Так, если наиболее массовые марки автомобильных бензинов, применяемых в России, А-76 и АИ-93 имеют октановое число соответственно 76 и 86 ед., то природный газ, транспортируемый по магистральным трубопроводам и содержащий некоторое количество более тяжелых, чем метан, углеводородов оценивается значением октанового числа в пределах 104 – 107 ед. Более высокие по сравнению с бензинами антидетонационные характеристики природного газа позволяют применять в двигателях более форсированные процессы. По данным, приведенным в [148], анализ многолетнего опыта эксплуатации стационарных газовых двигателей, созданных ВНИИГазом совместно с отечественными дизелестроительными заводами, убедительно свидетельствует о высокой эффективности газового топлива; КПД газовых двигателей достигает 38 – 40% в широком диапазоне режимов (у бензиновых – 30 – 35% на наиболее экономичных режимах). Моторесурс двигателя увеличивается в 1,5 раза, а срок смены масла – в 2 раза.

Низкую объемную концентрацию энергии природного газа при использовании его как моторного топлива удалось преодолеть сжатием газа до высоких давлений (20 МПа и выше).

Хранят сжатый природный газ в стальных баллонах. Так, при объеме баллонов 0,4 м и давлении сжатого природного газа в них 20 МПа запас хода грузового автомобиля ЗИЛ-138А (8 баллонов, емкостью по 50 л) по контрольному расходу топлива составляет 230 км (для бензина 550 км) [1]. В то же время установка 8 баллонов снижает грузоподъемность автомобиля.

Для заправки автомобильных баллонов сжатым природным газом в соответствии с ГОСТ 27577–87 «Газ природный топливный сжатый для газобаллонных автомобилей» предназначены две марки газа, имеющие различное содержание метана и азота. В составе газовых топлив ограничено содержание (г/м3, не более): сероводорода – 0,02, меркаптановой серы – 0,016, механических примесей – 0,001, влаги – 0,009, массовая доля сероводородной и меркаптановой серы не должна превышать 0,1%. Учитывая то, что природный газ по составу в разных месторождениях существенно различается, для соответствия техническим условиям он должен пройти очистку и соответствующую подготовку [16].

Сжиженный нефтяной газ – это в основном пропан-бутановая смесь (до 93%). Добывают нефтяной газ в основном как попутный на нефтяных месторождениях или получают при переработке нефти. При этом соотношение между основными компонентами газа пропаном и бутаном в обоих случаях колеблется в широких пределах. В качестве примесей могут быть другие углеводороды (изобутан, пропилен, бутилен). Присутствие инертных компонентов незначительно, так как в силу своих физических характеристик они отгоняются естественным путем. Различие соотношения основных компонентов нефтяного газа в попутном газе при добыче и переработке нефти, а также относительная простота разделения его на фракции создают условия для производства специального моторного топлива с контролируемым в определенных пределах составом, что является важным отличием нефтяного газа от природного [16, 149].

В соответствии с ГОСТ 27578–87 «Газы углеводородные сжиженные для автомобильного транспорта» определены две марки сжиженного нефтяного газа: пропан автомобильный (ПА) для зимних условий эксплуатации и пропан-бутан автомобильный (ПБА) – для летних. Нормируемые компоненты для ПА (массовая доля, %): пропан – 90 10; непредельные углеводороды не более – 6; соединения серы – 0,01, в том числе H2S – 0,003, жидкие осадки, вода – отсутствуют. Для топлива марки ПБА эти показатели соответственно: 5010; 6; 0,01; 0,003, отсутствие.

Перевод автомобильного двигателя на сжиженный газ улучшает его характеристики за счет повышения степени сжатия до 11 ед., так как основные компоненты обладают повышенными антидетонационными показателями. В соответствии с этим двигатели, работающие на сжиженном газе, могут иметь более высокий КПД, чем бензиновый аналог.

Как отмечено в [148], при использовании в качестве моторного топлива 1 л бензина или 1 л сжиженного нефтяного газа (в отличие от расчетного) практически получаются сопоставимые показатели пробега, хотя плотности топлив существенно различаются. Это связано с тем, что КПД двигателя, работающего на газовоздушной смеси, выше, чем на бензовоздушной, что и повышает длину пробега.

Сжижение газов производят в обычных температурных условиях при относительно низком давлении (1,035 МПа). Хранят и транспортируют их в цистернах или баллонах. На автомобилях сжиженные газы хранят в баллонах под давлением 1,7 МПа. Емкости заполняют не более чем на 90% полной вместимости, чтобы над жидкостью было пространство для скопления газов. Для заправки сжиженным газом используют стационарные и передвижные газонакопительные станции.

Испытания работы двигателей на сжиженном газе показывают, что по сравнению с использованием бензина в ОГ содержится в 2 – 4 раза меньше СО, в 1,4 – 1,8 раза – NOx. В то же время выбросы углеводородов, особенно при работе в низких скоростных режимах и малых нагрузках, увеличиваются в 1,2 – 1,5 раза [1].

В целом по мнению специалистов, использование сжиженного газового топлива в автомобильных двигателях перспективно, так как упрощается система питания, легко образуется горючая смесь, обеспечивается полное сгорание с незначительным избытком воздуха, отсутствует разжижение масла топливом, повышается экономичность за счет увеличения степени сжатия. Важное преимущество – снижение токсичности. Однако ресурсы сжиженного нефтяного газа ограничены, выполненные оценки не дают основания надеяться на покрытие дефицита за счет этого вида топлива; одновременно ресурсы и уровень добычи природного газа настолько велики, что позволяют рассматривать его в качестве альтернативного моторного топлива.

Внедрение газового топлива на автомобильном транспорте стимулируется не только стремлением разнообразить энергоносители в условиях все большего дефицита нефти, а также экологичностью данного вида топлива, что крайне важно в условиях ужесточения норм токсичных выбросов, но и отсутствием каких-либо серьезных технологических процессов подготовки данного вида топлива к использованию. По данным, на дорогах мира к 1990 г. уже находилось в эксплуатации 4 млн газобаллонных автомобилей. Распределение их по странам в то время приведено в табл. 4.1.

Во многих странах разработаны крупномасштабные национальные программы по внедрению газового топлива на автотранспорте. Анализ перспектив выполнения этих программ показывает, что одной из главных задач при этом является создание легких и прочных газовых баллонов из композитных материалов для оснастки автомобилей, применение которых может существенно повысить максимальное рабочее давление газа в баллонах и таким образом увеличить пробег авто – мобиля на одной заправке.

Так, если при давлении газа в баллоне 210 кгс/см пробег автомобиля составляет 320 км, то при давлении 350 кгс/см2 он возрастает до 435 км. Стоимость баллонов, однако, увеличится на 40%. В ФРГ, например, фирма «Маппеипапп» уже разработала баллоны для природного газа, используемого для двигателей грузовых автомобилей. Баллон изготовлен из стали с добавками хрома и молибдена и снаружи покрыт высокопрочной пластмассой. Вес баллона емкостью 165 л по сравнению с обычным стальным баллоном снижен на 50%.

По данным в Великобритании фирма «MAN» также проводит исследования по созданию легкого газового баллона из композитных материалов, а также модификации дизелей малотоннажных автомобилей и фургонов с целью перевода их на газ. При этом, несмотря на то, что дизель, переведенный на газ, теряет 20% КПД, необходимость устранения вредных выбросов ОГ для соответствия будущим жестким нормам выбросов ДД способствует выбору в пользу природного газового топлива.

В США также усиливается интерес к возможностям использования природного газа в качестве топлива для автомобилей. В 1988 г. была создана ассоциация по автомобилям, работающим на природном газе. Ассоциация объединяет 20 газовых компаний и 75 фирм, занимающихся производством автомобилей и сервисом, разрабатывает мероприятия по выполнению поправки к закону США, о чистом воздухе 1989 г., по которой в 24 городах США, где наиболее значительны разрушения озонового слоя, фирмы, имеющие более 10 автомобилей, должны пополнять парк автомобилями, работающими на альтернативных топливах. Доля таких автомобилей должна составить в 1998 г. 30%, 1999 – 50 и в 2000 г. – 70%. Планируется, что к 2002 г. в стране будет не менее 750 тыс. автомобилей, работающих на газовом топливе. Это обусловливает развитие разработок по переводу двигателей на природный газ. Так, фирма «Сшппш» разработала двигатель L-10, фирма «GM» – двигатель 6V92, фирма «Hercules Engine» – гамму двигателей объемом 3,7 л. В этом направлении работают также крупнейшие фирмы «Ford» и «General Motors». Наряду с разработками конструкций двигателей важное значение придается вопросам безопасности, созданию станций технического обслуживания и другим сопутствующим проблемам.

В нашей стране природный газ в качестве моторного топлива начали применять раньше, чем в других странах, в 1934–1936 гг. За прошедшие годы накоплен значительный опыт в области конструирования и эксплуатации газомобилей различного направления. Разработанные конструкции газомобилей базируются на бензиновых прототипах, дополнительно оборудуемых газобаллонной аппаратурой. Конструктивные элементы газобаллонной аппаратуры для сжатого природного и сжиженного нефтяного газов аналогичны. Точно также аналогичны смесительные устройства. Основными отличиями являются наличие баллонов, рассчитанных на давление 20,0 МПа, и увеличенное их число из-за низких показателей энергоемкости единицы хранения в таре (табл. 4.2).

По данным, приведенным в [148], производимой в нашей стране газобаллонной аппаратурой могут оснащаться 13 моделей отечественных автомобилей и автобусов. Наиболее совершенную газобаллонную аппаратуру для работы на сжиженном нефтяном газе производит одно из предприятий Государственного газового концерна «Газпром». Так же как на сжатом газе автомобили ЗИЛ, ГАЗ, автобусы ЛАЗ выпускаются в модификациях, позволяющих работать на сжиженном нефтяном газе. Производится также модификация легкового автомобиля ГАЗ-24 «Волга», работающего на сжиженном газе. Сообщается, что металлопластиковые баллоны прошли испытания в составе газобаллонной установки автомобиля «Москвич» ИЖ-412 в условиях полигона. Пробег газобаллонного автомобиля составил более 20 тыс. км с имитацией различных типов дорог. Полигонные испытания показали надежность и безопасность металлопластиковых баллонов в условиях эксплуатации

И все-таки основная техническая концепция, реализуемая в конструктивных решениях газобалонных автомобилей, которые производят и разрабатывают в нашей стране и за рубежом, состоит в принципе двухтопливности: автомобиль должен быть готов работать на любом из двух видов топлива – газовом или жидком. Эта концепция позволяет всегда иметь аварийный резерв топлива для функционирования транспорта при аварийных или других бедственных ситуациях. Создание местных резервов газового топлива сложно и дорогостояще. В то же время, как отмечено в работе в качестве основного эксплуатационного топлива предпочтителен газ, цена которого в 2 – 4 раза ниже, чем бензина. Двухтопливность позволяет решить это противоречие: в обычных условиях используется газовое топливо, а для экстремальных обстоятельств создаются резервы жидкого топлива.

В связи с этим необходимо строительство и введение в эксплуатацию многотопливных заправочных комплексов, позволяющих удовлетворять любые требования потребителя, а также расширить их круг за счет включения в него сельскохозяйственной техники и дорожно-строительных машин.

Расчет рыночной стоимости объектов оценки статистическим методом
Статистический метод основан на достижениях математической статистики. Статистика изучает связи между явлениями. Если за явлением Х всегда следует явление Y, то такая связь называется жестко детерминированной или функциональной. Можно сказать, что вероятность того, что за явлением Х последует явлен ...

Дополнительные системы карбюратора
Простейший карбюратор на двигателях автомобилей практически не используется, так как имеет серьезные недостатки, главный из которых заключается в том, что этот карбюратор не может изменять состав приготовляемой смеси при изменении режимов работы двигателя. Для оценки работы карбюраторов используют ...

Расчет плана по труду
План по труду включает годовой фонд оплаты труда, контингент, среднемесячную заработную плату, производительность труда. Производительность труда – это количество продукции, производимое одним работающим за единицу времени. где N – годовая программа участка; – списочный контингент участка, чел. Пла ...