Эффективность мероприятий по переводу двс на газовое топливо.
В настоящее время эксплуатируются автомобили ЗИЛ-138, ГАЗ-53-07, I 2-0?- и ГАЗ-24-07, использующие в качестве топлива сжиженную пропанобутановую смесь, основными источниками получения которой являются переработка попутного
нефтяного газа юбочные продукты процессов переработки нефти. Этот вид газообразного топлива представляется наиболее удобным заменителем жидких нефтяных видов топлива, поскольку его физико-хические и другие свойства близки к свойствам автомобильных бензинов, а перевод автомобилей на питание таким газом
несложен.
Важнейшие свойства и состав природных газов основные месторождений России приведены в табл. 2.6. Как видно из таблицы, основным компонентом природного газа является метан,, свойства которого в основном и определяют особенности работы автомобилей на этом топливе.
Таблица 3.
Месторождение |
Минимальная теплота сгорания, кДж/м3 |
Плотность газа кг/м3 ,при 0,1 МПа и 0ºС |
Состав газа, % по объему |
|||||||
Метан |
Этан |
Пропан |
Бутан |
Пентан + высшие углеводороды |
Азот + редкие газы |
Двуокись углерода |
Сероводород |
|||
Газовые месторождения с запасом газа 100—1000 млрд. м3 и более |
||||||||||
Медвежье |
35401 |
0,72 |
98,56 |
0,17 |
0,01 |
0,01 |
0,02 |
1,01 |
0,22 |
- |
Северно-Уренгойское |
35523 |
0,72 |
97,88 |
0,82 |
- |
- |
- |
1,090 |
0,21 |
- |
Арктическое |
34593 |
0,72 |
96,62 |
0,07 |
- |
- |
- |
2,19 |
1,12 |
- |
Комсомольское |
34639 |
0,74 |
96,37 |
0,22 |
0,03 |
0,01 |
- |
2,88 |
0,49 |
- |
Южно-Русское |
35468 |
0,72 |
99,16 |
0,02 |
- |
- |
- |
0,06 |
0,22 |
- |
Губкинское |
35028 |
0,74 |
96,95 |
0,47 |
0,07 |
- |
- |
1,98 |
0,53 |
- |
Вынгапуровское |
34907 |
0,74 |
97,43 |
0,11 |
- |
- |
- |
2,02 |
0,44 |
- |
Северо-Ставропольское |
35011 |
0,74 |
97,80 |
0,08 |
0,01 |
0,01 |
- |
1,1 |
1,2 |
- |
Газоконденсатные месторождения |
||||||||||
Уренгойское |
41497 |
0,87 |
85,31 |
5,81 |
5,31 |
2,05 |
0,018 |
0,9 |
0,44 |
- |
Ямбургское, Заполярное |
38319 |
0,83 |
87,89 |
5,29 |
2,13 |
0,98 |
0,29 |
2,44 |
0,98 |
- |
Оренбургское |
32110-55897 |
0,69-1,16 |
63,1-90,1 |
2,0-11,6 |
0,7-13,6 |
0,9-6,6 |
0,3-4,2 |
0,2-8,8 |
0,4-5,4 |
1,5-4,9 |
Шатлыкское |
35393 |
0,76 |
95,05 |
1,63 |
0,2 |
0,07 |
0,07 |
1,75 |
1,2 |
- |
Особенности работы автомобильных двигателей внутреннего сгорания на природном газе исследованы достаточно всесторонне. При переводе бензинового двигателя на питание природным газом без изменения его конструкции (универсальный двигатель) происходит снижение мощности на 15—20% и ухудшение топливной экономичности на 10—15 %
При установ
ке
таких двигателей на автомобили происходит
снижение тягово-динамических качеств,
недопустимое для автопоездов. Это видно
на рис.58 где показан мощности баланс
для автопоезда в составе тягача ЗИЛ-130-80
и прицепа. ГКБ-817 с полной массой 18,6 т на
дорожных подъемах, характерных для
автомобильных дорог III категории, при
бензиновом двигателе и том же
двигателе, но питаемом газовоздушной
смесью, когда его удельная мощность
составляет около 4,4 кВт/т.
Рис 58 Удельный мощностной баланс автопоезда (ЗИЛ-130-80 + ГКБ-817) с различными типами двигателей: fa — скорость автопоезда; 1, II... V — удельная мощность двигателя соответственно на I, II......... V передачах; i — кривые удель ной мощности сопротивления на подъемах с различными уклонами. Сплошные линии — для универсального двигателя, работающего на газе; пунктирные — для того же двигателя, работающего на бензине |
Газовая модификация двигателя должна быть со степенью сжатия, повышенной до 9—12, увеличенными проходными сечениями впускной трубы и выпускного коллектора, оптимальными характеристиками регулирования состава рабочей смеси. Автомобиль с таким двигателем будет иметь динамические характеристики такие же, как у базового автомобиля с бензиновым двигателем, а топливная экономичность его будет повыше-5—20 % (по сравнению с базовым бензиновым двигателем). Однако специальная
газовая модификация двигателя теряет возможность полноценной работы на бензине.
Существенное влияние на эффективность и другие показатели работы газобаллонных автомобилей оказывают способы хранения и транспортировки запаса газа на автомобиле (табл. 4).
Предполагается использовать автомобили, на которых запас природного газа будет храниться при 20МПа в стандартных баллонах из легированной или углеродистой стали, параметры которых приведены в табл. 5. Наружный диаметр баллонов обоих видов — 219 мм, толщина стенки для первых — не мене 6 мм, а для вторых — не менее 8,9 мм.
При 17°С и давлении 20,0 МПа в баллоне емкостью 50 содержится 12,36 м3 газа, приведенного к атмосферным условиям, что эквивалентно по теплоте сгорания 12,85 л бензина. Таким образом для обеспечения двигателя запасом газа, эквивалентным по энергии хотя бы 70—100 л бензина, требуется установить на автомобиль батарею из 5—8 баллонов. Масса такой батареи в несколько раз (до 10) превышает массу бака с бензином, что вызывает необходимость снижения грузоподъемности и, следовательно, производительности автомобиля
Таблица 4.
Вид топлива и способ его хранения на автомобиле |
Объемно-массовые показатели способов хранения |
||||
Масса топливного бака, кг/100 тыс. кДж топлива |
Объем, дм3 100 тыс. кДж, топлива |
||||
без учета массы топлива |
с учетом массы топлива |
емкостей для хранения |
емкостей с учетом мертвого пространства при использовании цилиндрических или сферических баллонов |
||
Бензин в обычном баке |
10,5 |
3,35 |
3,15 |
- |
|
Сжиженный газ в металлических сварных бал-* лонах (давление до 1,6 МПа) |
1,95-2,51 |
34,24-4,42 |
4,3-5,5 |
5,7-6,9 |
|
Природный газ (метан), сжатый до 20 МПа, в баллонах из:
|
углеродистой стали
|
22,6-30,6 |
24,6-32,3 |
16,0-18,6 |
20,5-23,6 |
легированной стали |
15,5-16,7 |
17,2-18,6 |
14,3-14,8 |
18,6-19,1 |
|
полимерных материалов
|
3,1 |
5,2 |
14,3 |
17,9-27,5 |
|
Сжиженный, в криогенном баке |
2,9-4,5 |
4,8-6,7 |
4,8-7,6 |
7,9-9,5 |
|
Таблица 5.
Объем баллона, л |
Длина баллона, мм |
Масса баллона, кг |
Объем баллона, л |
Длина баллона, мм |
Масса баллона, кг |
Баллоны из легированной стали |
Баллоны из углеродистой стали |
||||
40 |
1350 |
51,5 |
40 |
1430 |
76,5 |
50 |
1660 |
62,5 |
50 |
1755 |
93,0 |
Следует также учитывать значительный объем баллонов, что вызывает особые затруднения при переводе на газ седельных тягачей и самосвалов.
Несмотря на имеющиеся проблемы, уже сейчас при использовании обычных баллонов из углеродистой стали и двигателей, лишь частично приспособленных к работе на газе (с учетом сохранения возможности работы на бензине), применение таких газобаллонных автомобилей во многих случаях является эффективным