ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Свойства моторных топлив из газа из "Транспорт на газе " В качестве моторного топлива можно применять практически любой горючий газ. Принято различать следующие виды газов, использующихся для питания двигателей внутреннего сгорания природный газ, нефтяной газ, биогаз. Имеют некоторое распространение и другие виды горючих газов, например коксовый, но для транспортных двигателей их не используют. В начале ТО-х годов внимание многих фирм и исследователей привлекло водородное топливо, которое рассматривается, как экологически чистое. [c.5] Однако до настоящего времени этот вид газового топлива остается только в виде перспективного, поскольку не разработаны промышленные способы его производства в достаточных для массового применения количествах. Тем не менее водород следует рассматривать, как важный вид газового моторного топлива. [c.5] Состав природного газа существенно зависит от месторож-дения, где он добыт, но всегда основную его часть составляет метан, не менее 85% по объему. Именно по этому показателю газ и относят к природному, независимо от способов получения. Газ с таким содержанием метана можно добывать и на нефтяных месторождениях, однако его и в этом случае считают природным, а н нефтяным. Другими компонентами природного га за, как правило, оказываются легкие углеводороды метанового ряда этан, пропан, нормальный бутан и изобутан, пентапы. Часто в природном газе встречаются инертные компоненты азот, углекислый газ, реже содержатся водород, оксид углерода, кислород. Общее содержание добавок к метану не превышает 15%. [c.5] В то же время присутствие в нем инертных составляющих незначительно, их физические параметры сильно отличаются от параметров главных компонентов нефтяного газа, вследствие чего они естественным путем отгоняются и не задерживаются в смеси. Различие соотношения главных компонентов нефтяного газа в исходном сырье (попутном газе при добыче и переработке нефти), а также относительная простота разделения сырья на фракции создают условия для производства специального моторного топлива с контролируемым в определенных пределах составом. Это обстоятельство является важным отличием нефтяного газа от природного. Последний в пределах применяемых на практике технологий не допускает контроля состава, что накладывает определенные особенности на условия его использования. [c.6] Первая группа показателей представляется наиболее важной при оценке качества применяемого продукта, что, однако, не исключает анализ и других групп, не говоря уже о том, что технология получения топлива может сыграть решающую роль в вопросах его конкурентоспособности. [c.8] Как и следовало ожидать, водород особенно резко отличается от других газов, хотя и соответствует общей тенденции. Его объемная теплота сгорания в 3,3 раза ниже, чем у ближайшего к нему по плотности метана, а массовая теплота сгорания в 2,4 раза выше. Такое резкое отличие от общего ряда уже в первом из рассматриваемых показателей говорит о необходимости иных подходов к конструированию двигателей и транспортных средств, использующих водородное топливо. В этом одна из причин высказанных опасений относительно конкурентоспособности даже дешевого в производстве водорода. [c.9] Используя экспериментальные значения а и Го и приведенные ниже формулы для расчета других показателей, можно сравнить энергетические факторы различных топлив. [c.10] Заключая рассмотрение энергетических показателей газовых топлив, отметим важную особенность, состоящую в том, что в природных топливах этого типа энергетические возможности нестабильны и меняются в зависимости от месторождения и периода его разработки. В качестве иллюстрации этого положения в табл. 3 приведены вариации низшей объемной теплоты сгорания, объемной удельной теплоты сгорания стехиометриче-ской газовоздушной смеси и стехиометрического коэффициента, рассчитанные по данным 30 месторождений природного газа. Таблица показывает существенные различия в свойствах природного газа, наблюдаемые по стране. [c.11] Особые свойства газа в части детонационной стойкости не могут рассматриваться отдельно, без сопоставления с другими специфическими особенностями, способными влиять на организацию рабочего процесса в двигателе. К таким свойствам относятся пределы воспламенения топлива и связанные с ними пределы эффективного обеднения рабочей смеси. Соотношения пределов воспламенения для некоторых топлив приведены в табл. 4. [c.14] Из таблицы отчетливо видно, что основные горючие компоненты газового топлива и само топливо имеют пределы воспламенения значительно смещенные в сторону бедных смесей, что дает дополнительные возможности повышения топливной экономичности при его использовании. [c.14] В совокупности влияние детонационной стойкости топлива и пределов воспламенения может быть проанализировано на диаграмме (рис. 1). В координатах коэффициент избытка воздуха а — степень сжатия е изображены области нормальной работы двигателя при использовании различных топлив, внутри которых обеспечены устойчивое зажигание смеси, бездетонаци-онная работа и отсутствие самовоспламенения. Границами областей являются условия появления детонации (кривые 1м, 1п, 16, здесь и далее литеры м, п и б означают соответственно метан, пропан, бензин), предельная степень сжатия, не вызывающая самовоспламенения (горизонтальные уровни 2м, 2п, 26), предел воспламенения на богатых смесях (кривые Зм, Зп, 36) и предел воспламенения на бедных смесях (кривые 4м, 4л, 46). В области бедных смесей, где сгорание топлива происходит достаточно полно, на диаграмму нанесены линии постоянного значения достижимой удельной мощности (сетка тонких линий). Переход с одной кривой на другую означает изменение мощности на 3%. [c.14] ДЛЯ достижения наибольшей удельной мощности, представляет метан. Его высокая детонационная стойкость и широкие пределы воспламенения позволяют выбирать конструктивные параметры и режим работы двигателя, обеспечивающие более высокие показатели, чем другие виды топлива. Следует, однако, отметить, что в целях повышения наглядности приводимая на рис. 1 диаграмма построена для низкооктанового бензина (04=66). Более качественный бензин создает лучшие условия для использования его энергетических возможностей и по детонационным ограничениям может приблизиться к пропану, если его октановое число превысит 98 единиц. [c.15] Практически во всех случаях расчетов. Следует обратить внимание и на тот факт, что пропан-бутановая смесь в значительной области образует конденсат. Это надо учитывать при конструировании топливной аппаратуры. [c.17] Важными газодинамическими характеристиками вещества являются скорость звука и связанный с ней критический перепад давлений, т. е. отнощение давлений на входе и выходе сопла, при котором в узком сечении газ течет со скоростью звука. Неидеальность газа и в этом случае влияет на конечные характеристики. На рис. 4 показаны зависимости скорости звука в метане, пропане и бутане от температуры и давления в сопоставлении со скоростью звука, рассчитанной в предположении идеальности газа. Различие оказывается весьма значительным и при расчетах топливной аппаратуры должно учитываться. Еще большее значение для расчета топливной аппаратуры имеет критический перепад давлений, поскольку от него зависит режим работы ступени редуктора. При сверхкритическом перепаде работа ступени более стабильна, однако осложняется регулировка на малых расходах. Наиболее важно знать критический перепад в случае, когда на выходе из сопла поддерживается атмосферное давление. Это условия работы последней ступени газового редуктора, от которой во многом зависят выходные показатели двигателя, в том числе топливная экономичность и экология. Значения критического перепада давления для наиболее важных топливных газов приводятся в табл. 5. [c.19] Проблема использования газового моторного топлива на транспорте приобрела к настоящему времени мировой характер.. Ведущее положение в области применения природного газа в качестве моторного топлива для автомобилей занимает Италия. , К настоящему времени в Италии на КПГ эксплуатируются 350 тыс. автомобилей, в основном легковых и для заправки име-Чются 350 автомобильных газонаполнительных компрессорных станций (АГНКС). [c.22] В Японии широко используют СНГ. Например, в Токио все такси переведены на этот вид топлива, что позволило резко улучшить экологическую обстановку в городе. Начаты опытные работы по использованию КПГ, в том числе по разработке чисто газовых модификаций двигателей с высокой степенью сжатия. [c.23] Программа использования КПГ получает все больше сторонников и спонсоров в США. В этом смысле показательна правительственная поддержка в виде 50 млн. долл и заказ президента Буша Почтовому Министерству на перевод на КПГ 500 автомобилей. Интересным также является заявление директора программы США Автомобили на природном газе, перспективы в свете национальной безопасности Чарльза К- Эбинджера о переводе 80 тыс. нетоксичных автомобилей Министерства обороны на КПГ. [c.24] В то же время, в США й на 80-ти подконтрольных территориях действуют Федеральные стандарты на чистоту воздуха, контролируемые Федеральным агентством, которые требуют снижения вредных выбросов. В частности, Нью-Йорк привлек к себе Бруклин Юнион Газ для работ по использованию КПГ. В результате на КПГ переведено 200 автомобилей и подготовлен проект переоборудования двух новых автобусов для массовых транзитных перевозок. Часть переводимых на КПГ автомобилей будет использована при поездках по туристским городским маршрутам. Получает развитие использование для заправки автомобилей КПГ домашних компрессоров. [c.24] В Канаде на КПГ переведено более 50 тыс. автомобилей и 30 тыс. — на СНГ. Имеется 140 государственных станций заправки. Проводится изучение рынка, в частности, на предмет продажи газа частным коммунальным потребителям, использующим домашние компрессоры. Создается разветвленная инфраструктура газораздаточных станций. [c.24] Вернуться к основной статье