ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Совершенствование газовых топливных емкостей из "Газовое моторное топливо " Одной из главных проблем в широком использовании газового моторного топлива (ГМТ) на транспорте является совершенствование газовых топливных емкостей для хранения ГМТ на транспортном средстве. Важность этой проблемы следует хотя бы из того, что, например, в автомобильных газобаллонных установках масса баллонов для хранения газового топлива составляет 90-94% общей массы установки при использовании сжиженного нефтяного газа (СНГ) и доходит до 997о при применении КПГ. Совершенствование показателей хранения газа может идти в трех направлениях выбор материалов и технологий изготовления баллонов, совершенствование конструктивных форм баллонов, оптимизация параметров хранения. Конечно, наибольших результатов следует ожидать от перехода к новым перспективным материалам. Но в проблеме применения КПГ нельзя отказываться ни от одной возможности, так как в этом направлении неудачные решения по хранению газа делают неприемлимой саму идею транспортного средства. [c.60] Из таблицы видно, что переход от нормального давления 20 МПа к давлению 40 МПа увеличивает массу баллонов на 27%, но почти вдвое меньше становится габаритный объем - на 42%. Если применяются для изготовления баллонов углеродистые стали, при которых удельная масса, приходящаяся на 1 л внутреннего объема баллона на рабочее давление 20 МПа, составляет 1,86 кг. то проигрьш по массе на 1 нормальный м хранимого газа окажется 2,1 кг, что недопустимо даже для грузовых автомобилей. Так, для автомобиля ЗИЛ-130 переход к давлению 40 МПа означал бы допол нительную массу баллонов 185 кг. Сокращение же габаритного объема баллонов составило бы при этом около 250 л, то есть каждый литр сокращения объема обошелся бы привесом 0,74 кг. [c.62] Этот пример показывает, что принятая норма рабочего давления оказывается достаточно обоснованной при использовании малоэффективных материалов для изготовления баллонов. При переходе к материалам, позволяющим иметь удельную массу баллона на 20 МПа, равной 0,5 кг/л, можно ожидать привеса на 1 л сокращения габаритного объема только 0,2 кг, что не является слишком большой ценой. Поэтому переход на рабочее давление 32-40 МПа представляется целесообразным. [c.63] Из таблицы видно, что наименьший вес имеет сферический баллон, который однако неудобен для разме щения. В то же время малый удельный вес такого баллона позволяет применять более высокие давления, при этом снижение показателей хранения, связанное с ростом коэффициента сжимаемости, компенсируется малой массой баллона, например, если вместо баллонов, имеющих = 10 и рабочее давление 20 МПа, применить сферические на рабочее давление 40 МПа, то масса баллонов снизится на 8%, а габаритный объем умень шится на 207о. Еще эффективнее замена на сферические коротких баллонов, применяемых для легковых автомобилей. Так, при замене баллона с соотношением длины к диаметру в пределах 3 и переходе к давлению 40 МПа вместо 20 МПа получим снижение массы на 21% и умень шение габаритного объема на 29,4%. [c.64] Существенный выигрыш в массе дает применение баллонов из композитных материалов. Институтом механики совместно с институтом электросварки АН УССР разработана базовая модель баллона из металлостекло-пластика на давление 20 МПа и емкостью 50 л. Дополнительно была создана модель баллона емкостью 30 л для легковых автомобилей. Запас прочности для этих баллонов принят 8 = 2,6. [c.65] Силовая нагрузка воспринимается оболочкой из стеклопластика на основе стекловолокна и эпоксидной смолы. Стекловолокна предварительно формируются в ленты стеклопластика по 24 волокна шириной 5 мм, которые затем идут в намотку баллона. Баллон под действием внутреннего давления находится в плоском напряженном состоянии. Соответственно волокна композита должны быть ориентированны по двум осям - в кольцевом и продольном направлении. Поскольку напряжения в кольцевом направлении вдвое больше продольных, в поперечный слой обмотки укладывается вдвое больше материала, чем в продольный. [c.65] Общая масса баллона, включая гильзу, не превышает 50 кг и может бьггь снижена до 40 кг посредством использования в качестве композита стекловолокно БМП со связующим ЭДТ-100. [c.65] Для изготовления газовых емкостей (баллонов) перспективными видами композитных материалов яв ляются угле и органопластики - высокомодульные, высокопрочные материалы второго поколения (табл.15). [c.66] Как следует из этой таблицы, за счет более высокого модуля упругости, меньшей плотности и более высокой усталостной прочности газовые баллоны из ар-мидного волокна Кевлар значительно превосходят аналогичные изделия из стеклопластика. [c.66] Перспективным является углеродное волокно. Разработчики этого материала, исходя из опыта работы с изделиями, испытывающими внешнее сжатие, считают, что из композитного материала углеродное волокно- ал-люминий можно выполнить конструкции газовых топливных емкостей для транспортных средств (на требуемые рабочие параметры) удельной массой 0,12-0,15 кг/л. [c.66] Показатели хранения сжиженного нефтяного газа (СНГ) гораздо выше, чем для сжатого, поэтому вопросы их улучшения не так остры. Тем не менее применение легких материалов для емкостей должно рассматриваться в качестве важной перспективной задачи. В первую очередь следует рассмотреть изготовление баллонов для СНГ из алюминиевых сплавов. Это позволит снизить массу емкости почти в 2 раза. Следующим шагом может стать применение композитных материалов, при условии использования наиболее дешевых исходных компонентов. Ожидаемое снижение массы емкостей не сможет значительно повысить технико-экономические данные транспортных средств. В совершенствовании конструкций баллонов для СНГ главное значение имеет повышение безопасности использования этого топлива. Здесь следует обратить внимание на целесообразность применения предохранительного клапана. Обеспечивая сохранность емкости, клапан представляет, с другой стороны, повьшгенную опасность для окружающих, поскольку на транспортном средстве по существу нет зоны безопасного выброса газа. Разнообразие условий движения и хранения этой техники таково, что любой выброс может оказаться причиной тяжелых последствий. В этих условиях клапан должен обеспечивать высокую герметичность во всех случаях нормального функционирования емкости. Вероятность утечки через клапан не должна превышать 0,000001 в год. Такой уровень герметичности достигается только установкой последовательно клапану разрывной мембраны. Наличие такого решения чрезвычайно важно, так как снижает требования пожарной безопасности в местах хранения или технического обслухсивания транспортных средств. [c.69] Вернуться к основной статье