Топливо для газобаллонных автомобилей
Горючие газы, используемые в газобаллонных автомобилях, могут быть естественными и искусственными. Естественные (природные) газы добывают из подземных газовых или нефтяных скважин. Искусственные газы являются побочными продуктами, получаемыми на химических или металлургических заводах.
Установлены (ГОСТ 20448-80) следующие марки газов: СПБТЗ — смесь пропана и бутана техническая зимняя; ГПБТЛ — смесь пропана и бутана техническая летняя; БТ — бутан технический. Сжиженный пропан — бутановый газ согласно стандарту должен содержать пропана зимой не менее 90 %, а летом — не менее 70%. Газ не должен содержать механических примесей, воды, водорастворимых кислот, щелочей, смол и других загрязняющих веществ.
Газообразное топливо по сравнению с жидким обеспечивает следующие преимущества:
Ø более высокое октановое число, что позволяет значительно повысить степень сжатия, увеличив мощность и экономичность двигателя;
Ø меньшее количество токсичных веществ в отработавших газах в результате лучшего сгорания газообразного топлива;
Ø большой срок службы двигателей из-за отсутствия конденсации топлива и смыва масла со стенок цилиндров; повышенный срок службы масла в двигателе, так как оно не разжижается топливом и меньше загрязняется механическими примесями;
Ø большой срок службы свечей зажигания и глушителя шума системы выпуска вследствие незначительного нагарообразования.
Сжиженные газы, обладая плотностью, большей плотности воздуха, могут при негерметичности цистерн, баллонов и других сосудов скапливаться в пониженных и заглубленных местах и создавать взрывную и пожарную опасность. Поэтому нужно тщательно контролировать все соединения и полости, чтобы избежать утечки газа (сжиженного или сжатого).
Сжатыми (сжимаемыми) называют газы, которые при обычной температуре окружающей среды и высоком давлении до 20МПа сохраняют газообразное состояние. Природный газ, применяемый для газобаллонных автомобилей, работающих на сжатых газах, состоит в основном из метана. Можно использовать и промышленные газы: светильный, коксовый и синтез-газ, но нужно помнить, что они содержат окись углерода (СО) и поэтому ядовиты.
 |
| Рис.1. Схема автомобильной газобаллонной установки для сжатого газа: 1 — баллон; 2 — угольник баллона; 3 — газопровод высокого давления; 4 — тройник баллона; 5 — крестовина наполнительного вентиля; 6 — наполнительный вентиль; 7 — угольник вентиля; 8 — расходный вентиль; 9 — топливный бак; 10 и 11 — манометры соответственно высокого и низкого давления; 12 — газовый фильтр; 13 — двухступенчатый газовый редуктор; 14 — дозирующее устройство газового редуктора; 15 — газопровод низкого давления; 16 — карбюратор-смеситель; 17 — топливопровод; 18 — топливный насос; 19 — подогреватель сжатого газа; 20 — магистральный вентиль; 21 — двигатель; 22 – трубка |
Сжиженными (сжижаемыми) газами называют такие, которые переходят из газообразного состояния в жидкое при нормальной температуре и небольшом давлении до 1,6МПа. К ним относят смеси углеводородов, получаемых при переработке нефти. Для газобаллонных автомобилей использование сжиженных газов предпочтительнее, чем сжатых.
Газобаллонные автомобили, работающие на сжиженных газах, по сравнению с автомобилями, работающими на сжатых газах, имеют следующие преимущества:
Ø больше грузоподъемность автомобиля, так как баллоны легче и их число меньше;
Ø меньше рабочее давление в газобаллонной установке, а следовательно, надежнее и безопаснее работа на такомавтомобиле;
Ø выше теплотворная способность газо-воздушной смеси, что способствует увеличению мощности двигателя;
Ø больше концентрация тепловой энергии в единице объема, что позволяет увеличить радиус действия автомобиля;
Ø проще заправочные станции;
Ø проще перевозка сжиженных газов на большие расстояния и различными видами транспорта.
Для всех газобаллонных автомобилей (независимо от того, на каком газе они работают) характерно: бездетонационная работа двигателя, значительно меньший износ деталей и более полное сгорание топлива. Однако сложнее обслуживание и эксплуатация таких автомобилей, так как требуется тщательное соблюдение правил техники безопасности.
 |
| Рис.2. Схема газобаллонной установки для сжиженного газа: 1 – магистральный вентиль; 2 — манометр баллона; 3 — паровой вентиль; 4 — предохранительный клапан; 5 — баллон для сжиженного газа; 6 — контрольный вентиль; 7 — наполнительный вентиль баллона; 8 — указатель уровня сжиженного газа; 9 — жидкостный вентиль; 10 — манометр редуктора; 11 — двигатель; 12 — карбюратор; 13 — смеситель газа; 14 — бак для бензина; 15 — газовый редуктор; 16 — испаритель сжиженного газа; 17 — штуцер для подвода горячей воды; 18 — штуцер для отвода воды; 19 — кран для слива воды |
Газобаллонные автомобили имеют также и недостатки:
Ø уменьшается мощность двигателя, если он не переделан для работы на газе;
Ø снижается полезная грузоподъемность автомобиля вследствие наличия баллонов;
Ø более трудоемко техническое обслуживание автомобиля из-за некоторых ограничений.
Гарантийный срок хранения сжиженного газа три месяца со дня изготовления. По истечении гарантийного срока хранения сжиженный газ должен быть проверен на соответствие требованиям действующего стандарта.
Какие горючие газы используются для газобаллонных двигателей
Для газобаллонных автомобилей в качестве топлива используют сжиженные углеводородные нефтяные и сжатые природные газы, жидкий метан и др. Наиболее широко применяют сжиженные газы, так как по сравнению с другими газами они имеют более высокие технико-экономические и санитарно-гигиенические показатели.
К сжиженным газам относятся такие, которые переходят из газообразного состояния в жидкое при температуре окружающей среды и сравнительно небольших избыточных давлениях. Сжиженные газы должны удовлетворять следующим требованиям: иметь стабильный компонентный состав в условиях эксплуатации; обеспечивать избыточное давление насыщенных паров от 1,6 до 0,07 МПа в интервале температур от +45 до —30 °С; не иметь жидкого неиспаряющегося осадка при испарении и редуцировании в автомобильной газовой аппаратуре.
Характеристика сжиженных углеводородных газов, применяемых в качестве топлива для газобаллонных автомобилей, определена техническими условиями ТУ 38 001302—78. Технические условия распространяются на все районы Советского Союза, за исключением холодной климатической зоны.
Рекламные предложения на основе ваших интересов:
Состав сжиженных газов. В состав сжиженных газов входит смесь простых углеводородных соединений, основными из которых являются этан, этилен, пропан, пропилен, бутаны и бутилены.
Этан С2Н6 и этилен С2Н4 содержатся в смеси сжиженных газов в небольших количествах. Их добавление в состав сжиженного газа считается нежелательным в летнее время и весьма полезным в зимний период для повышения давления насыщенных паров до необходимого для нормальной работы газовой установки автомобиля.
Пропан С3Н8 и пропилен С3Н6 определяют основные свойства сжиженных газов, так как являются их основными составляющими. Пропан является наиболее пригодным топливом для автомобильных газовых двигателей. Он обладает высокими антидетонационными свойствами и достаточной упругостью паров во всем диапазоне окружающих температур. Пропилен имеет сравнительно низкую детонационную стойкость и его содержание в газе должно быть ограничено.
Нормальный бутан Н-С4Н10, изобутан С4Ню, бутилен I-C4H8, изоб утилен И-С4Н8 и другие их изомеры являются высококалорийным и полноценным топливом для автомобильных двигателей. Однако их применение в чистом виде возможно только при положительных температурах, так как они не создают избыточного давления при температуре ниже 0 °С. В качестве топлива для автомобилей бутан и бутилены широко применяют в смеси с газами, имеющими высокое давление насыщенных паров (этан, пропан и др.).
К загрязняющим веществам в газах относятся сера и ее соединения, влага, механические примеси и тяжелые углеводороды.
Сера находится в сжиженном газе в растворенном состоянии. При испарении и редуцировании газа часть серы выпадает в топливной аппаратуре, сужая проходные сечения газовых каналов и разрушая резинотехнические изделия. Другая часть серы сгорает в цилиндрах двигателя, увеличивая токсичность отработавших газов.
Влага в сжиженных газах может содержаться как в свободном, так и в растворенном состоянии и является нежелательным компонентом. Особенно недопустимо содержание влаги в зимнее время. При отрицательных температурах влага образует ледяные пробки в газовой магистрали и перекрывает подачу газа к двигателю.
Тяжелые углеводороды с содержанием Сб и выше при редуцировании газа скапливаются в виде неиспаряющегося осадка (конденсат) в газовой аппаратуре автомобиля. Наибольшее количество конденсата осаждается на мембранах газового редуктора и нарушает его работу.
Одоризация газа. Чтобы ощутить наличие газа в воздухе, ему придается специфический запах. Для этой цели используются вещества, называемые одорантами. В качестве одоранта широко применяют этилмеркаптан (С2Н2СН). На 100 л сжиженного газа добавляют приблизительно 2,5 г одоранта. При таком количестве одоранта становится возможным по запаху определить 0,4—• 0,5% газа в воздухе. Указанная концентрация не представляет опасности взрыва, так как составляет всего 20% от нижнего предела воспламеняемости.
Физико-химические свойства простых углеводородов представлены в табл. 4. В ней же для сравнения приведены данные о свойствах бензина А-76.
Свойства сжиженных газов определяют по параметрам отдельных углеводородов, входящих в смесь. Благодаря идентичности строений молекул смеси пропана и бутана подчиняются правилу аддитивности, т. е. параметры смеси пропорциональны параметрам отдельных компонентов.
К основным параметрам, которые характеризуют сжиженные газы как топливо для двигателей автомобилей, относятся давление насыщенных паров, плотность, низшая теплота сгорания.
Давление насыщенных паров оказывает наибольшее влияние на работу газовой установки автомобиля. По максимальному давлению насыщенных паров газа рассчитывают на прочность газовый баллон. Кроме того, сжиженный газ должен иметь и достаточную величину минимального избыточного давления (0,1—0,2 МПа) для обеспечения нормальной работы топливноподающей аппаратуры.
Чем выше температура, тем выше давление насыщенных паров, и наоборот. Но при одной и той же температуре различные углеводородные газы имеют разные давления насыщенных паров. Следовательно, давление паров смеси сжиженных газов будет зависеть как от температуры, так и от состава смеси. Величину давления смеск газов можно определить по значению составляющих (парциальных) давлений углеводородных газов, входящих в состав смеси пропорционально концентрациям.
Относительная масса углеводородных газов показывает, во сколько раз их пары тяжелее или легче воздуха. Из всех сжиженных газов только этилен легче воздуха. Относительная масса характеризует способность газов скапливаться в низких местах (канавах, приямках), образуя взрывоопасную смесь, что необходимо учитывать при работе с этими газами.
Пределы воспламеняемости газа характеризуют его пожаро- и взрывобезопасность. Наиболее показательным является нижний предел воспламеняемости, характеризующий минимальное содержание газа в воздухе, при котором может произойти воспламенение. Нижние пределы воспламеняемости у газообразных топлив несколько выше, чем у паров бензина, и составляют 1,8—2,4%.
Октановое число оценивает детонационную стойкость углеводородных газов. Чем выше октановое число, тем более стоек газ против детонации и тем лучше его эксплуатационные качества. Октановое число для большинства газов составляет 90—99 единиц. Лишь отдельные компоненты сжиженных газов .(пропилен, бутилен) имеют сравнительно низкое октановое число и их содержание в сжиженном газе ограничивают.
Токсичность углеводородных газов проявляется косвенным воздействием на организм человека. Сами углеводородные газы не вызывают отравления, но, смешиваясь с воздухом, уменьшают содержание кислорода в воздухе. Человек, находящийся в такой атмосфере, испытывает кислородное голодание. В связи с этим санитарными нормами установлена предельно, допустимая концентрация содержания пропана в рабочей зоне, равная 1800 мг/м3, или 0,09% по объему. Такая концентрация примерно в три раза ниже нижнего предела воспламеняемости.
ТОПЛИВО ДЛЯ ДВИГАТЕЛЕЙ ГАЗОБАЛЛОННЫХ АВТОМОБИЛЕЙ
Наряду с автомобилями, оборудованными двигателями, работающими на бензине и дизельном топливе, выпускаются и эксплуатируются газобаллонные автомобили, топливом для которых служат горючие газы. Используют как природные горючие газы, добываемые из газовых и нефтяных месторождений, так и промышленные газы, получаемые при переработке нефти, нефтяных газов и твёрдых горючих ископаемых.
При прочих одинаковых условиях для автомобилей, работающих на газовом топливе, себестоимость топлива снижается в 2 – 3 раза на каждый тонно-километр по сравнению с автомобилями, работающими на бензине. Наряду с более низкой стоимостью газовое топливо обладает и другими преимуществами перед жидким топливом. Оно более полно сгорает в цилиндрах двигателя, а отработавшие газы (продукты его сгорания) намного меньше загрязняют окружающий воздух. Газовое топливо не разжижает масло в картере двигателя, не смывает масло со стенок цилиндров и не ухудшает этим условий смазывания, поэтому износ деталей двигателя ниже. Увеличивается также срок службы масла в 2 – 3 раза, что снижает его расход на 30 – 40 %. Газовое топливо имеет высокую детонационную стойкость (октановое число около 100 и выше), поэтому возможно повышение такой рабочей характеристики двигателя, как степень сжатия, для получения ещё более высокой топливной экономичности.
Недостатком газового топлива является необходимость иметь на автомобиле более тяжёлые и дорогие баллоны для размещения запаса газа по сравнению с баками для жидкого топлива, и поэтому повышается масса автомобиля. Для заправки газобаллонных автомобилей требуется строительство газонаполнительных станций, которые дороже, чем бензозаправочные станции. Кроме того, затруднён пуск двигателя зимой, особенно при температуре ниже – 15˚С (более высокая температура воспламенения газовоздушной смеси, меньшая скорость распространения пламени, отсутствие возможности создать в момент пуска оптимальный состав смеси). Наконец, требуется соблюдение дополнительных мер по безопасному обращению с газообразными веществами.
Однако основным сдерживающим фактором развития газового направления является крайне малое число заправочных газовых станций – в настоящее время на газе работает только около 1% автомобилей России. По прогнозам до 2010 г. число газобаллонных автомобилей возрастёт в 2 раза.
Газовое топливо, применяемое для автомобилей, находится в сжиженном или сжатом состоянии, поэтому газобаллонные автомобили подразделяются на автомобили, работающие на сжиженном или сжатом газе, и используются баллоны соответствующих конструкций.
Газобаллонные автомобили в зависимости от конструктивных особенностей могут работать либо только на газовом топливе, либо на газе и жидком топливе – бензине. Универсальность дает возможность переключать автомобиль на тот или иной вид топлива в зависимости от его наличия в автотранспортной организации и устраняет простои автомобиля из-за отсутствия топлива, но усложняет и удорожает конструкцию.
Для газобаллонных автомобилей, работающих на сжиженном газе, ГОСТ 27578 – 87 «Газы углеводородные сжиженные для автомобильного транспорта» устанавливает следующие марки сжиженных газов:
ПА – пропан автомобильный для применения в зимний период при температуре – 20…. – 30˚С;
ПБА – пропан-бутан автомобильный для применения при температуре не ниже – 20˚С.
Для того чтобы газовые баллоны и газовая аппаратура имели небольшую массу, давление насыщенных паров газа должно быть минимальным. В то же время подача сжиженного газа из баллонов в карбюратор двигателя осуществляется под действием давления паров газа, находящихся в баллоне в виде паровой подушки под сжиженным газом, т.е. для надёжной подачи топлива давление насыщенных паров должно быть достаточным.
Сжиженные газы не имеют запаха, и для того чтобы их обнаруживать в воздухе при утечках из газовых систем в них вводят безвредные одоранты – пахнущие вещества, например, этантиол (этилмеркаптан), запах которого ощущается при содержании 0,19 г на 1000 м 3 воздуха.
К сжатым относятся газы, которые при нормальной температуре сохраняют газообразное состояние даже при высоком давлении. Характерным представителем сжатых газов является природный газ. Основным компонентом сжатого газа является метан (82…98%), наряду с ним входят другие углеводороды, СО2, О2, N2, H2S, тиолы (R-SH), а также механические примеси и влага, содержание которых ограничивается.
