1831

В настоящее время существует несколько распространенных видов альтернативного топ­ лива для автомобильного транспорта: сжижен­ ный нефтяной газ, природный газ, биодизель¬ ное топливо, водород, спирты.

Биодизельное топливо - это альтернатив­ ный экологически чистый вид топлива, полу­ чаемый из растительных масел и используемый для замены (экономии) обычного дизельного топлива. Сырьем для производства биодизеля могут быть различные растительные масла: рапсовое, соевое, арахисовое, пальмовое, от¬ работанные подсолнечное и оливковое масла, а также животные жиры. Биодизельное топливо может использоваться в обычных двигателях внутреннего сгорания как самостоятельно, так и

всмеси с дизтопливом, без внесения изменений

вконструкцию двигателя. Биодизель получил широкое распространение во многих странах мира. Однако культивирование растений, кото¬ рые служат компонентами биодизеля, может крайне негативно сказаться на окружающей среде.

Природный газ, в основном состоящий из метана, является наиболее чистым и простым из углеводородов. Запасы метана практически неограниченны и он очень дешев. Но при ис¬ пользовании метана в качестве моторного топ¬ лива возникает одна проблема - компактно его можно хранить только в сжатом виде под дав-

лением в 250 атмосфер, для чего нужны очень прочные баллоны. Если делать их из стали, то придется возить с собой батарею баллонов ве¬ сом до полутора тонн - такой балласт могут взять на борт только грузовики и автобусы, да и то ценой существенного уменьшения грузо¬ подъемности. А ведь при малейших утечках есть еще и проблемы взрывобезопасности.

Абсолютно экологичным видом альтерна¬ тивного топлива для автомобилей считается водород. При сгорании водорода не образуется никаких вредных веществ, только вода. Не¬ смотря на бесспорные экологические, энергети¬ ческие и иные преимущества применения водо¬ рода, его внедрение на автотранспорт в на¬ стоящее время можно пока назвать только экс¬ периментальным, хотя и уже достаточно мас¬ штабным. Основные причинами являются: про¬ блема хранения водорода в автомобиле и эко¬ номическая целесообразность его применения.

Наиболее вероятным источником моторного топлива могут служить спирты, однако следует учесть их крайне плохие моторные свойства в случае использования их в дизелях. Применяе¬ мые способы использования спиртовых топлив требуют дополнительного усложнения конст¬ рукции, либо удорожания топлива.

Сжиженный нефтяной газ - это экологиче¬ ски безопасный вид топлива, который широко¬ масштабно применяются в России и за рубежом

на транспорте. Использование сжиженного нефтяного газа не требует кардинального изме¬ нения конструкции автомобиля, а только его приспособления к установке газового оборудо¬ вания, оставляя возможность использования как бензина, так и газа в качестве топлива. При его использовании количество основных вред¬ ных веществ снижается в 2 и более раза, в 1,5-2 раза уменьшается износ основных деталей цилиндропоршневой группы, повышается срок службы моторного масла, расходы на топливо снижается примерно в 2 раза.

Вг. Омске сжиженный нефтяной газ начали использовать в качестве топлива для ДВС на­ чиная с 1970 г. на автомобилях-газовозах типа АЦЖГ-6,0. Первые четыре газовоза были пере¬ оборудованы сотрудниками СибАДИ в транс¬ портном цехе ПО «Сибгазификация» по техни¬ ческой документации, разработанной СибАДИ (Научно-технический отчет по теме № 447, - ответственный исполнитель аспирант Певнев Н.Г.). Затем такие работы были выполнены в транспортном цехе «Омскоблгаз», на террито¬ рии которого была построена первая автомо¬ бильная газозаправочная станция (АГЗС). В транспортном цехе «Омскоблгаза» был выпол¬ нен полный технологический комплекс по пере¬ оборудованию автомобилей в газобаллонные, заправке, хранению и техническому обслужива¬ нию. Весь технологический комплекс выполнял¬ ся на основании научно-исследовательских хоздоговорных работ № 847, 1192.

Втранспортном цехе ПО «Сибгазификация» был создан технологический комплекс для об¬ служивания газобаллонного оборудования ав¬ томобилей и контрольных проверок емкостей (цистерн) автогазовозов, запорно-

предохранительной арматуры, сливных и на¬ полнительных рукавов (Научно-технический отчет № 764), а также выполнены исследования по совершенствованию узлов системы питания двигателя сжиженным газом.

Внедрение результатов исследований в практику эксплуатации предложенных вариан¬ тов модернизации существующих систем пита¬ ния ДВС газом путем включения оригинальных узлов, в частности - испарителя сжиженного газа для двигателя ЗИЛ-130, дозирующеэкономайзерного устройства, позволяющего снизить токсичность выхлопных газов на пере¬ ходных режимах и режимах холостого хода, комбинированного карбюратора-смесителя для обеспечения работоспособности двигателя в условиях высокогорья (ПО «Таджикгазификация») показали положительные результаты. Так, в 1975 году автомобиль-газовоз АЦЖГ-5,8 на шасси ЗиЛ-130 с разработанной схемой питания

демонстрировался на ВДНХ СССР и был удо¬ стоен золотой, серебряной и 3-х бронзовых ме¬ далей ВДНХ СССР.

Освидетельствование газовых автомобиль¬ ных баллонов осуществлялось на специализи¬ рованном участке ТПО «Омскавтотранс», вы¬ полненном по техническому проекту СибАДИ (Научно-технический отчет № 198).

В 1986 году было опубликовано Постанов¬ ление правительства РСФСР о замещении жид¬ кого топлива сжиженным пропан-бутановым газом. Во

исполнение указанного Постановления ми¬ нистерства и ведомства разрабатывали про¬ граммы его исполнения. Так, МЖКХ РСФСР объявило конкурс на лучший вариант переобо¬ рудования спецавтомобилей ЖКХ для исполь¬ зования сжиженного пропан-бутанового газа, поскольку этот вид топлива был в распоряжении этого министерства. На конкурс было представ¬ лено несколько вариантов. Вариант, образец которого предложил СибАДИ, был принят за основу и рекомендован к внедрению. Для вы¬ полнения программы работ с МЖКХ РСФСР при институте был организован «Арендный научнопроизводственный участок газобаллонной ап¬ паратуры при СибАДИ (АНПУ ГБА)» с само¬ стоятельным балансом, подотчетным институту. Руководителем арендного участка был назна¬ чен к.т.н. доц. Певнев Н.Г.

Врезультате выполнения программы, пред¬ ложенной МЖКХ РСФСР, была разработана, испытана и поставлена на производство «Уста¬ новка газобаллонная СибАДИ-РЗАА для пита¬ ния двигателей грузовых автомобилей ЗИЛ, ГАЗ сжиженным газом с использованием баллонов 3-50 ГОСТ 15860-84», акт приемки опытного образца от 21.03.1988, утвержденный приказом Минжилкомхоза РСФСР от 12.04.1988 г. №100.

Виюне 1988 г. в г. Омске МЖКХ РСФСР на базе Омского областного управления ЖКХ и СибАДИ была проведена республиканская на¬ учно-практическая конференция по эксплуата¬

ции газобаллонных автомобилей МЖКХ РСФСР, на которой был одобрен опыт исполь¬ зования газового топлива на специализирован¬ ном транспорте ЖКХ и рекомендован к внедре¬ нию во всех управлениях и ведомствах МЖКХ

РСФСР.

Опыт использования газового топлива на автотранспортных предприятиях жилищнокоммунального хозяйства Омского облисполко¬ ма в ноябре 1988 г. был одобрен коллегией МЖКХ РСФСР. Министерством было установ¬ лено задание СибАДИ ежегодно на хоздоговор¬ ных условиях изготавливать 2000 комплектов газобаллонной аппаратуры для переоборудова-

ния автомобилей с бензиновыми двигателями на сжиженный нефтяной газ в условиях пред¬ приятий жилищно-коммунального хозяйства.

Оригинальность предложенного комплекта газобаллонного оборудования СибАДИ заклю¬ чалась в том, что с учетом специфики работ автотранспорта жилищно-коммунального хозяй¬ ства (небольшие суточные пробеги) были ис¬ пользованы 50-литровые газовые баллоны по ГОСТ 15860-84 с изменением запорнопредохранительной арматуры. Это позволило с небольшими затратами решить проблему заме¬ ны жидкого топлива (бензина) сжиженным неф¬ тяным газом.

Упомянутые выше работы выполнялись АНПУ ГБА по научно-исследовательским дого¬ ворам с МЖКХ РСФСР. По выполненным рабо¬ там с данными предприятиями была опублико¬ вана монография производственнопрактического издания: А.К. Гаврилов, Н.Г. Певнев, Л.Н. Бухаров «Газобаллонное оборудова¬ ние автомобилей» (М.: Недра, 1991 - 144 с), заказчик МЖКХ РСФСР.

Комплекты газобаллонного оборудования для работы автомобилей на сжиженном нефтя¬ ном газе широко использовались во многих ре¬ гионах страны - от Владивостока до Мурманска. Начиная с 1988 г. СибАДИ совместно с пред¬ приятиями Управления жилищнокоммунального хозяйства г. Омска переобору¬ довали более 1000 автомобилей и изготовили более 10000 комплектов, которые были отправ¬ лены по заявкам территориальнопроизводственных объединений жилищнокоммунального хозяйства РСФСР.

Решением Минавтотранса РСФСР от 01.09.88 г. СибАДИ был утвержден в качестве

базового центра министерства по переподго¬ товке специалистов автотранспортных пред¬ приятий, связанных с переоборудованием ав¬ томобилей с бензиновыми двигателями на сжи¬ женный нефтяной газ и эксплуатацией их в раз¬ личных регионах страны. При СибАДИ функ¬ ционировал факультет повышения квалифика¬ ции ИТР Минавтотранса.

Кроме того, СибАДИ оказывал методиче¬ скую помощь АТП по переоборудованию авто¬ мобилей с бензиновыми двигателями на сжи¬ женный нефтяной газ и правилам их безопас¬ ной эксплуатации.

Значительным этапом в области совершен¬ ствования процесса эксплуатации газобаллон¬ ных автомобилей следует считать проведенные фундаментальные исследования по гранту №1.2.97Ф, выигранному СибАДИ по Министер¬ ству общего и профессионального образования РФ в 1997 г. По проведенным исследованиям

защищены три кандидатских диссертации (Рудских В.И., Жигадло А.П., Трофимов А.В.) и вы¬ полнены конструкторские разработки по газо¬ баллонной аппаратуре для легковых автомоби¬ лей.

В2000 г. комплект ГБО СибАДИ для легко¬ вых автомобилей категории М1 (ВАЗ, АЗЛК), изготовленный на предприятиях военнопромышленного комплекса г. Омска, прошел сертификационные испытания на Волжском ав¬ томобильном заводе (г. Тольятти). На комплект был получен сертификат соответствия сроком на 3 года.

Втечение 2001-2002 гг. комплект был дора¬ ботан, проведены дополнительные сертифика¬ ционные испытания и в марте 2002 г. на него был получен сертификат соответствия для ав¬ томобилей категории М2 (микроавтобусы Га¬ зель) семейства ГАЗ.

Многие узлы комплекта газобаллонного оборудования, разработанные в СибАДИ, вы¬ полнены на уровне изобретений и защищены авторскими свидетельствами СССР: № 58949 от 28.09.1977; № 1268778 от 08. 07. 1986 г.; №1390422 от 22.12.1987 г.; №166845 от 14.04.1988 г.; патент РФ № 2094641 от 21.10.1997; патент РФ № 2131990 от 16.

07.1999; патент РФ № 2211360 от 2003. Дальнейшие исследования были посвяще¬

ны установлению закономерностей взаимного влияния бензиновой и газовой систем питания при работе двигателя по универсальной схеме (бензин или газ), разработка методов повыше¬ ния эффективности эксплуатации ГБА в усло¬ виях низких температур, корректировке норма¬ тивов технических воздействий на двухтоплив¬ ную систему питания и мероприятий по повы¬ шению безопасной эксплуатации газобаллон¬ ных автомобилей. По материалам этих иссле¬ дований были защищены кандидатские диссер¬ тации (Темирбаев Р.М., Залознов И.П., Лисин В.А. 2004 - 2005 гг.).

Обобщающим результатом комплекса работ по совершенствованию процесса эксплуатации газобаллонных автомобилей была защита док¬ торской диссертации Певнева Н.Г. в январе 2005 г. Все упомянутые научные работы защи¬ щались в диссертационном совете Оренбург¬ ского госуниверситета.

Жизнь потребовала проведение исследова¬ ний по комбинированию топлив в системе пита¬ ния двигателя (бензин+газ). По результатам этих исследований подготовлены и защищены две кандидатские диссертации (Елгин А.П., Ле¬ вашов М.Г.). Кроме того, эксплуатация ГБА в условиях Сибири требует разработки карди¬ нальных мер по обеспечению работоспособно-

В настоящее время научный коллектив ка¬ федры выполняет исследования по применению водородосодержащей добавки (синтез-газ) к ос­ новному газовому топливу (один из вариантов комбинирования топлив). Это перспективное на¬ правление исследований выполняется совмест¬ но с институтом катализа СО РАН (г. Новоси¬ бирск). Внедрение этих разработок сулит полу¬ чение чистого выхлопа двигателя, удовлетво¬ ряющего требованиям Евро IV, да еще экономии основного топлива до 15-20% на режимах час¬ тичных нагрузок и холостого хода. Эта перспек¬ тивная работа требует огромных усилий, сосре¬ доточения научных и финансовых ресурсов.

Особое значение для учебного процесса имеют проводимые на кафедре исследования. Ежегодно, за весь обозначенный период, на ка¬ федре совместно с преподавателями и аспиран¬ тами работают студенты. Они участвуют в вы¬ полнении хоздоговорных работ и работают на малых предприятиях, организованных при ка¬ федре. Их работа отражается в курсовых и ди¬ пломных проектах. От 10 до 20% студентов от общего числа выпускников выполняют диплом¬ ные проекты по использованию газового топлива на АТ, раскрывая в проектах весь спектр про¬ блем и предлагая свои варианты их решения. Такие проекты на проводимых зональных и рес¬ публиканских смотрах занимают призовые места. Необходимо отметить, что все упомянутые выше аспиранты вышли из студенческой научной сре¬ ды, либо работающие на предприятиях кафед¬ ры.

В учебный план по специальности 190601.65 «Автомобили и автомобильное хозяйство» в разделе специальных дисциплин введена дис¬ циплина «Особенности эксплуатации газобал¬ лонных автомобилей в условиях Сибири», это 42

часа лекционного материала и 16 часов лабора¬ торных работ - 5 курс. Здесь будущие специали¬ сты познают все тонкости обращения с газобал¬ лонными автомобилями и газобаллонной аппа¬ ратурой. Многие из числа выпускников успешно ведут собственный бизнес по оказанию услуг, связанных с эксплуатацией газобаллонных авто¬ мобилей.

The dynamics of the research process, operation of vehicles in Siberia on alternative

fuels and their results

N.G. Pevnev, A.P. Jigadlo

In clause the kinds of spent researches on per­ fection of process of operation the gas automobiles in conditions of Siberia for the period with 1970 o 2010 are resulted and results of their researches.

Певнев Николай Гаврилович - доктор техн. наук, профессор зав. каф. «Эксплуатация и ремонт авто­ мобилей» Сибирской государственной автомобиль­ но-дорожной академии. Основное направление науч­ ных исследований - Эксплуатация автомобильного транспорта. Имеет 112 опубликованных работ.

Жигадло Александр Петрович - канд. техн. наук, доктор пед. наук, доцент декан факультета «Авто¬ мобильный транспорт» Сибирской государственной автомобильно-дорожной академии. Основные на¬ правления научных исследований - повышение эф­ фективности эксплуатации автомобильного транс¬ порта в условиях низких отрицательных темпера¬ тур; формирование и развитие профессионально важных качеств личности студентов; создание вы¬ соко интегрированной информацио-образовательной среды в системе непрерывного профессионального образования. Имеет 77 опубликованных работ.

Введение. Водо- и теплоснабжение насе¬ ления, а также транспорт углеводородного сы¬ рья в основном обеспечивается с использова¬ нием трубопроводов.

Теплосети включают в себя тепломагистрали из труб большого диаметра и распредели¬ тельные сети. Суммарная протяженность теп¬ лосетей в двухтрубном исчислении в стране превышает 183 тыс. км. Теплосети в основном созданы в 60-80-е годы прошедшего столетия из стальных труб с нормативным сроком служ¬ бы 25 лет. Износ трубопроводов в сетях оцени¬ вается 60-70 % и чтобы привести систему транспорта теплоносителя в надежное состоя¬ ние, необходимо провести капитальный ремонт или замену 150 тыс. км теплотрасс в двухтруб¬ ном исчислении [1]. Последствия износа тепло¬ трасс отражаются в росте числа аварий (по за¬ кону геометрической прогрессии) и удвоению их количества через каждые 2 года.

По трубопроводам России перекачивается более 90% добываемой нефти. В эксплуатации находится более 1 млн. километров магист¬ ральных, промысловых и распределительных нефтегазопродуктопроводов. Эта система по¬ крывает 35% территории страны, на которой проживает 60% населения. Основное строи¬ тельство трубопроводного транспорта углево¬ дородного сырья приходится на 70-е годы и на¬ чало 80-х. В настоящее время 3% российских магистралей имеет срок эксплуатации менее 10 лет, 30% - от 10 до 20 лет, 32% - от 20 до 33 лет, остальные эксплуатируются более 33 лет. В годы строительства предельный срок службы труб в процессе эксплуатации установлен в 30¬ 33 года. Последствия несоблюдения норматив¬ ных показателей очевидны. Ежегодно на маги¬ стральных трубопроводах происходит 55 круп¬ ных аварий и от 20 до 40 тыс. мелких [2]. Потери нефти и нефтепродуктов за счет аварий оцени¬ ваются в 1-1,2% от объема перекачки, т.е. мил¬ лионами тонн.

Для обеспечения питьевой водой в стране построено и эксплуатируется 8659 систем цен¬ трализованного водоснабжения и 6354 отдель¬ ных водопроводных систем. Общая фактиче¬ ская мощность городских водопроводов оцени¬ вается в 70 млн. м3/сутки, а коэффициент за¬ грузки - единицей. В развитых странах норма¬ тивный коэффициент загрузки не превышает 0,5, российские нормативы ограничивают его величину 0,85. В результате имеющиеся мощ-

ности водопроводных систем используются в режиме перегрузки, практически во всех городах России имеются перебои в водоснабжении верхних этажей зданий. Кроме того почти все металлические трубопроводы проложены без защитной облицовки внутренних поверхностей и подвержены внутренней коррозии и обраста¬ нию. Повреждения на трубопроводах в виде свищей, трещин, разрывов и расстройства сты¬ ков вызывают утечки воды, оцениваемые в 30% [3], порядка 55% водопроводов требуют ремон¬ та.

Таким образом, сложившуюся ситуацию с безопасностью функционирования трубопро¬ водного транспорта следует оценить как небла¬ гоприятную. Существующие взгляды на ее улучшение позволяют наметить практические шаги для достижения сформулированных це¬ лей.

Основная часть. Вплоть до настоящего времени при проектировании и эксплуатации трубопроводных систем пользовались основ¬ ными постулатами теории надежности. На ее основе разработаны схемы по организации об¬ служивания систем, оптимальному управлению эксплуатационными процессами, обеспечению запасными частями и т.д. Базовым уравнением теории является вероятность безотказной рабо¬ ты системы Pc = Pk • Pm • Pn , где Pk - вероят¬ ность безотказной работы системы по непро¬ гнозируемым внезапным отказам; Pm - вероят¬ ность безотказной работы системы при посте¬ пенном изменении параметров, выходы которых за допустимые границы не всегда удается пре¬ дупредить; Pn - вероятность безотказной рабо¬ ты системы, обусловленной наличием элемен¬ тов, отказы которых являются внезапными, но могут быть предотвращены высоким качеством

обслуживания. Развернутые выражения для Pc

приведены в [4]. С их помощью можно вычис¬ лить момент времени проведения следующего обслуживания, гарантирующего заданную веро¬ ятность безотказной работы.

В последнее десятилетие сложные системы стали предметом интенсивных исследований в теории безопасности и риска [5]. Традиционный подход теории надежности, основанный на по¬ строении дерева отказов, учитывает лишь взаимосвязи между элементами сложной сис-