CC BY
33
3 Тихменев Б. Н., Трахтман Л. М. Подвижной состав электрифицированных железных дорог. Теория работы электрооборудования. М.: Транспорт, 1980. 471с.
4 Павленко А.П., Осиновский О.А. Математическое моделирование динамических процессов в системе тягового привода тепловозов. Вюник Схщноукрашського нацюнального ушверситету iм.. В. Даля, 2004
5 Шарпан С.М. Науковi основи удосконалення протибуксовочних систем тепловозiв. Вiсник Схщноукрашського нацiонального ушверситету iм.. В. Даля, 2004
6 ЦТ-0063 Правила ремонту електричних машин електровозiв i електропоiздiв,
2003
7 Денисова Т. В. Ремонт электрооборудования тепловозов. М. Транспорт, 1980.
295с.
8 Электровоз ВЛ8. Руководство по эксплуатации. М.: Транспорт, 1971. 311 с.
9 Минов Д. К. Роль скольжения колес при реализации тягового усилия и структура коэффициента сцепления при электрической тяге. «Известия ОТН АН СССР» №4, 1947
УДК 662.76
Грицук И.В., к.т.н. доцент, Савенко Э.С., ассистент (Донбасская национальная академия
строительства и архитектуры) Белай А.В., преподаватель (Мариупольский строительный
техникум)
ПУТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ПРИРОДНОГО ГАЗА В СИСТЕМАХ ПИТАНИЯ ТЕПЛОВЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ ТРАНСПОРТНЫХ
СРЕДСТВ
Традиционными моторными топливами на транспорте, является бензин и дизельное топливо.
Мероприятия, направленные на экономию нефти, не могут решить проблему недостатка нефтяного сырья для производства моторных топлив. Поэтому во всех странах мира продолжается поиск заменителей традиционных жидких нефтяных топлив. К таким альтернативным топливам относят сжатый или сжиженный природный газ, сжиженный
нефтяной газ (пропан-бутановые смеси), спирты (этанол, метанол), композиционное топливо в виде смеси бензина с присадками, включающими кислород, или с газом, синтетические бензины и дизельное топливо, полученное из угля, сланцев и природного газа.
Сегодня в мире наиболее широко применяется на транспорте природный газ. Природный газ как альтернативное моторное топливо привлекает внимание своими значительными запасами, а также тем, что имеет хорошие моторные характеристики, выделяется высокой детонационной стойкостью, низкой концентрацией токсичных компонентов в продуктах его сгорания. Природный газ является высокоэффективным моторным топливом, которое уступает бензину только объемной энергоемкостью, которая в газе почти в 1000 раз ниже, чем в бензине. Октановое число природного газа составляет 100...110 единиц, низшая теплота сгорания 32...36 Мдж/м . В связи с этим его используют на транспорте в сжатом до 16-20 МПа или в сжиженном состоянии при температуре хранения от - 158 до - 163 °С. Эти и прочие свойства позволяют отнести природный газ к экологически чистым моторным топливам. Поэтому использование природного газа как моторного топлива может значительно улучшить экологическую ситуацию, которая сложилась последними десятилетиями в Украине.
Природный газ на транспорте Украины используется и может быть использован для таких типов двигателей и транспортных силовых агрегатов (рисунок 1):
1) бензиновых двигателей с искровым зажиганием, дооборудованных дополнительной системой питания на газе (на транспортном средстве устанавливается дополнительное газобаллонное оснащение), при этом возможно применение систем сжиженного и сжатого газа, предназначенных для работы на газе и на бензине отдельно;
2) бензиновых двигателей с искровым зажиганием, дооборудованных системой питания на газе (при этом возможно применение систем сжиженного и сжатого газа), предназначенных для работы совместно на газе и на бензине (бинарные системы питания);
3) дизелей, переоборудованных для работы по газодизельному циклу (на транспортном средстве устанавливается дополнительное газодизельное оснащение в комплекте с баллонами для хранения сжатого природного газа);
4) однотопливных чисто газовых (дизельно-газовых) двигателей с искровым зажиганием на базе дизелей (транспортное средство может работать попеременно только на сжатом природном газе (в переделанном варианте) и дизельном топливе (в базовом варианте));
5) перспективных, транспортных, силовых агрегатов в объединении с топливными элементами, в которых природный газ используется как водородосодержащее топливо.
Рисунок 1 - Возможность использования природного газа на
транспорте
Каждый из перечисленных типов двигателей и способов переоборудования имеет свои преимущества и недостатки, их рассмотрение и углубленный анализ в пределах данной статьи невозможен, поэтому остановимся только на вопросах переоборудования двигателей по основным вышеизложенным типам.
Основные способы переоборудования бензиновых двигателей для работы на природном газе.
Универсальная система питания газобалонных автомобилей предназначена для работы в отдельности на газе и бензине. Она не дает
возможности использовать преимущества сжатого природного газа, который имеет высокое октановое число, поскольку степень сжатия определяется октановым числом товарных бензинов А-76 и АИ-93, которое составляет для них соответственно 76 ед. по моторному методу и 93 ед. по исследовательскому методу. Если перевести бензиновые двигатели на газ, то их максимальная мощность снизится на 14-20 % по сравнению с мощностью при работе на бензине. Это приводит к ухудшению тягово-динамических и эксплуатационных характеристик автомобилей:
- время разгона до скорости 60 км/ч увеличивается на 24%;
- максимальная скорость уменьшается на 5-6 %;
- уменьшается на 30-40% предельный угол подъема;
- усложняется эксплуатация большегрузных транспортных средств;
- пробег транспортных средств на одной заправке газом уменьшается до 200- 250 км;
- ухудшаются пусковые качества двигателя.
Уменьшить падения мощности двигателей, улучшить пусковые и эксплуатационные качества тепловых двигателей можно, если бензин и газ использовать совместно.
Особенностью работы бензогазовых двигателей с искровым зажиганием является то, что во время такта впуска из карбюратора-смесителя в цилиндры двигателя поступает смесь паров бензина и газа с воздухом. Во время сжатия происходит смешивания паров бензина и газа с воздухом, а в конце сжатия бензогазовоздушная смесь зажигается электрической искрой. Рабочий процесс двигателя, который работает на смеси бензина и газа, осуществляется так же, как бензинового или газового.
Высокие антидетонационные качества природного газа дают возможность использовать в бензогазовых смесях вместо товарных бензинов А-76 и АИ-93 бензины с низким октановым числом (50-60 ед.), выход которых из нефти значительно больший. Кроме того, технико-экономические показатели двигателей при работе на бензогазовых смесях значительно лучшие, чем при работе на самом природном газе.
Системы питания двигателей, которые работают на смеси низкооктанового бензина и сжатого газа, состоят из элементов штатных
систем питания двигателей бензином и газом. Отдельные агрегаты имеют некоторые конструктивные изменения.
По способу подачи топлива бинарные системы питания делятся на бензогазовые и жидкостно-газовые. В бензогазовых системах природный газ и жидкое топливо подаются в карбюратор-смеситель в отдельности. Газ дозируется в дозирующе-экономайзерной системе газового редуктора, жидкое топливо - в карбюраторе-смесителе.
В жидкостно-газовых системах питания используется жидкое топливо, насыщенное газом. В 1 м бензиновой фракции с удельным весом
33
700 кг/м при нормальном давлении, растворяется 1 м природного газа, при давлении 20 Мпа - приблизительно 200 м природного газа, то есть приблизительно 20 % массы жидкости. Кроме того, жидкостно-газовые фракции с удельным весом меньше 700 кг/м имеют эффект положительной адсорбции, то есть при давлении 20 МПа в 1 м жидкой фракции растворяется больше 200 м3 природного газа. Таким образом, объем, заполненный такой жидкостью, вмещает в себе больше природного газа, чем один и тот же объем без жидкости [5].
Это свойство используется в жидкостно-газовых системах питания, в которых жидкое топливо и газ хранятся в одной емкости, а двигатель имеет две системы питания. Штатная бензиновая система питания является резервной и используется в случае отсутствия смеси бензина и газа. Рабочие циклы бензогазовых и жидкостно-газовых систем питания не имеют существенных отличий. Обе системы принадлежат к двухтопливным системам питания двигателей с искровым зажиганием.
Основные требования к бензогазовых системам питания - это надежная работа двигателя на смеси бензина и газа, а в случае отсутствия одного из видов топлива - обеспечение работы двигателя как однотопливного с максимальными показателями мощности для данного вида топлива и оптимального состава горючей смеси. В случае использования низкооктанового бензина сохраняется возможность только кратковременной работы двигателя на этом бензине с ограничением мощности до 30-40 %. Работа двигателя на смеси низкооктанового бензина и газа является основной, поскольку объединение двух видов топлив дает возможность увеличить грузоподъемность за счет снижения количества газовых баллонов или пробег транспорного средства на одной заправке со штатным количеством баллонов.
Из двухтопливных систем питания двигателей наиболее часто
встречаются системы, разработанные ГосавтотрансНИИпроектом и Институтом Газа АН Украины совместно с Киевским политехническим институтом [5].
Основные способы переоборудования дизелей в газодизели.
Конструкция дизеля, рассчитанная на высокие нагрузки и давления, может успешно использоваться для создания высокоэффективного газового двигателя. Сегодня наибольшего распространения приобрели два способа переоборудования дизелей для работы на газовом топливе:
- для работы по газодизельному циклу;
- в однотопливные чисто газовые двигатели с искровым зажиганием.
Особенностью газодизельного цикла является то, что температура
самовоспламенения газа выше по сравнению с температурой самовоспламенения дизельного топлива, а поскольку температура в цилиндре двигателя в конце такта сжатия ниже, температуры самовоспламенения газо-воздушной смеси, то для ее надежного зажигания необходимо впрыскивать в цилиндры газодизеля так называемую "запальную дозу" дизельного топлива.
Основным преимуществом газодизелей является то, что они без снижения мощности могут работать как по дизельному циклу (только на дизельном топливе), так и по газодизельному циклу (на природном газе и дизельном топливе). При этом величина "запальной дозы" дизельного топлива может колебаться в границах от 5...10% до 30% от номинальной подачи. Следует отметить, что для надежного зажигания газовоздушной смеси, которая находится в цилиндрах газодизеля, достаточно 5....7% величины "запальной дозы" на всех скоростных и нагрузочных режимах. Однако достичь таких значений, не изменяя конструкции топливной аппаратуры (ТА), невозможно. Если в конструкцию топливной аппаратуры вносят изменения (уменьшают диаметр или ход плунжеров топливного насоса высокого давления (ТНВД), площадь проходных отверстий форсунок или их количество), это приводит к тому, что газодизель во время работы по дизельному циклу теряет до 25...40% мощности.
Существенное влияние на энергетические и экологические показатели работы газодизеля оказывает выбор способа регулирования его мощности (рис. 2) [5].
Способы регулирования делятся на такие: качественный (рисунко 2а) - регулируя газовой заслонкой, изменяют количество газа, который
подается в газовоздушный смеситель, изменяя качество газовоздушной смеси; количественный (рисунок 2 б) - регулируя газовоздушной заслонкой, установленной за газовоздушным смесителем, изменяют количество газовоздушной смеси, подаваемой в цилиндры газодизеля; смешанный (рисунок 2в) - регулируя газовой и воздушной заслонками, регулируют количество газа и воздуха, подаваемого в газовоздушный смеситель, или при котором, управляя газовой заслонкой, регулируют количество газа, подаваемого в газовоздушный смеситель, а, управляя газовоздушной заслонкой, регулируют количество газовоздушной смеси, подаваемой в цилиндры газодизеля.
На практике используют разные способы регулирования мощности газодизеля, но наибольшего распространения приобрел простейший качественный способ.
Воздух
Газ
Ш
б)
5Т
Воздух
Воздух
о ¿¡¿Гг
Воздух
|\1 Газ
1 - газовая заслонка; 2 - газовоздушная заслонка; 3 - воздушная заслонка Рисунок 2 - Способы регулирования мощности газодизеля
2
Дизельно-газовые двигатели или «чисто» газовые дизеля
В отличие от газодизельных двигателей дизельно-газовые двигатели (однотопливные чисто газовые) допускают попеременную работу как на дизельном, так и на газовом топливе, в то время как газодизель требует дизельного топлива и не может работать по чисто газовому циклу.
Разработанный во ВНИИГАЗе такой дизельно-газовый двигатель (рис.3) позволяет путем простой замены системы топливоподачи и подключения системы зажигания (в условиях эксплуатации примерно за 36ч [1]) переводить двигатель на работу по газовому или дизельному циклу. При этом обеспечивается переход с одного вида топлива на другой посредством унифицированных комплектов дизельной и газовой топливной аппаратуры с взаимозаменяемыми основными узлами, а также с помощью системы зажигания, которой снабжен двигатель. При переходе, например, с дизельного топлива на газообразное вместо дизельной форсунки устанавливается взаимозаменяемая форкамера объемом Уф = 20.35 % от объема камеры сгорания, что приводит к снижению степени сжатия до уровня, обеспечивающего бездетонационное сгорание газообразного топлива.
Форкамера (рис. 3) состоит из цилиндрической части 2 с конусным наконечником 1 и камерой 3, имеющей отверстие 4 под свечу зажигания и отверстие 5 под самодействующий газовый клапан. Форкамера выполнена с охлаждающим кожухом. Мощный факел, выбрасываемый из форкамеры, позволяет получить устойчивый рабочий процесс даже на режимах холостого хода и малых нагрузках.
Вместо плунжерной пары дизельного топлива в топливный насос устанавливается дозатор плунжерного типа газового топлива (рисунок 3), состоящий из втулки 1 с газоподводящими отверстиями 2 и плунжера 3 с окнами 4, обеспечивающими линейную зависимость между количеством подаваемого газового топлива и перемещением рейки регулятора (не показана). Для предотвращения утечек газового топлива предусмотрены кольцевые проточки 5 и сальниковое уплотнение 6.
Кулачки топливного насоса поворачиваются на 160 - 180°, что позволяет подать топливный газ в начале такта впуска. Свечи зажигания, ввернутые в форкамеру, подключаются к системе зажигания.
СЕКЦИЯ ТОПЛИВНОГО НАСОСА ЗОЛОТНИКОВОГО ТИПА
1,2 - ресивер; 3- патрубки; 4 - дозатор; 5 - автоматический клапан; 6 -форкамера; 7 - клапан; 8 - газовый клапан; 9 - кулачок; 10 - патрубок; 11 -смесительное устройство; 12 - регулятор скорости; 13 - регулятор давления газа; 14 - редуктор пуска; 15 - кран сброса газа; 16 - топливный кран; 17 - редуктор форкамерного газа
Рисунок 3 - Принципиальная схема системы топливоподачи двигателя
8ДГЧН 26x26
При переоборудовании дизельных двигателей в однотопливные чисто газовые появляются следующие различие, которые будут связаны с
конструктивными особенностями этих двигателей: по давлению газа, по изменению степени сжатия, по изменению системы зажигания и по регулированию подачи газового топлива (рисунок 4).
Рисунок 4 - Способы регулирования газовых двигателей на основе дизелiв
Выводы. С сегодняшней точки зрения, трудно сказать какая из систем питания останется наилучшей для использования на транспорте. Все рассмотренные системы могут вполне успешно использоваться. Вероятно, что в ближайшее время будут широко использоваться бензогазовые и газодизельные системы, а также найдут широкое применение однотопливные чисто газовые системы на основе дизелей.
Список литературы
1. Природный газ как моторное топливо на транспорте /Ф.Г.Гайнулин, А.И.Гриценко, Ю.Н.Васильев и др. - М.: Недра, 1986.-255с.
2. Генкин К.И. Газовые двигатели. - Г. Машгиз, 1962. -116 с.
3. Автомобильный справочник: Перевод с англ. /Первое рус. издание. - Г.: За рулем, 2000. - 896 с.
4. Долганов К.Э., Ковалев С.А., Кухтик В.В. Переоборудование дизелей ЯМЗ в газодизели //Автошляховик Украини. - 1993. - № 2. 13- 16 с.
5. Автомобили с бензогазовыми двигателями и газодизелями: особенности конструкции и технического обслуживания /К.Е. Долганов, А.Г. Говорун, О.И. Пятничко и др. - К.: Техника, 1991. - 128 с.
6. Корнилов Г. С. Современные требования к автомобильным двигателям и пути их достижения в отечественном автомобилестроении Журнал ААИ. - 2001. - № 2(10). -С. 31-34.
УДК 629113
Комов П.Б., доцент, к.т.н., АДИДонНТУ
ОРГАНИЗАЦИЯ И ЗАДАЧИ КОНТРОЛЯ ИНЖЕНЕРНО-ТЕХНИЧЕСКОЙ СЛУЖБЫ АВТОМОБИЛЬНОГО ТРАНСПОРТА
Государственный уровень актуальности проблемы контроля определён Приказом №82 Минтранса от 10.02.2004г - «Рабочий план реализации первоочередных мероприятий по обеспечению безопасности дорожного движения на автотранспорте». Согласно Приказу на автомобильном транспорте (АТ) необходимо создание основ интегрированной эффективной системы регулирования и контроля. Масштабы проблемы подчёркивают запланированные Программой финансовые затраты, которые Минтранс оценивает в целом в 517 тыс. грн. Из них 210 тыс. на разработку нормативных требований к автотранспортным предприятиям (АТП), а 120 тыс на усовершенствование системы технического контроля автотранспортных средств (АТС).
Правовой основой создания системы регулирования и контроля деятельности инженерно-технической службы (ИТС) АТ является Закон Украины от 12.05.1991г. «О защите прав потребителей», статья №5 которого предусматривает проверять у субъектов хозяйственной деятельности сферы услуг качество услуг, соблюдение обязательных требований по их безопасности.
В ТЭА хозяйствующим субъектом, согласно Закону Украины от 5.04.2001г. «Об автотранспорте» (ст. №26), является предприниматель.
