Авторефераты по всем темам >>
Авторефераты по техническим специальностям
На правах рукописи
БАНКЕТ МИХАИЛ ВИКТОРОВИЧ
ОБЕСПЕЧЕНИЕ РАБОТОСПОСОБНОСТИ ГАЗОБАЛЛОННЫХ АВТОМОБИЛЕЙ В УСЛОВИЯХ ОТРИЦАТЕЛЬНЫХ ТЕМПЕРАТУР ОКРУЖАЮЩЕГО ВОЗДУХА
Специальность 05.22.10 - Эксплуатация автомобильного транспорта
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук
Омск-2012
Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования Сибирская государственная автомобильно-дорожная академия (СибАДИ).
Научный консультант: доктор технических наук, профессор Певнев Николай Гаврилович
Официальные оппоненты: Ерохов Виктор Иванович доктор технических наук, профессор, заслуженный деятель науки РФ федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Московский государственный машиностроительный университет (МАМИ), кафедра Автомобильные и тракторные двигатели, профессор Анисимов Илья Александрович кандидат технических наук, доцент федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Тюменский государственный нефтегазовый университет (ТюмГНГУ), кафедра Эксплуатация автомобильного транспорта, доцент
Ведущая организация:
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Оренбургский государственный университет (ОГУ)
Защита состоится л25 октября 2012 г. в 1400 часов на заседании диссертационного совета Д 212.250.02 при федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования Сибирская государственная автомобильно-дорожная академия (СибАДИ) по адресу: 644080, г. Омск, проспект Мира, 5, ауд. 3124.
С диссертацией можно ознакомиться в читальном зале библиотеки ФГБОУ ВПО СибАДИ.
Отзывы на автореферат в двух экземплярах с подписью, заверенной печатью учреждения, просим направлять на адрес диссертационного совета: 644080, г. Омск, проспект Мира, 5.
Телефон для справок: (3812) 65-15-54, e-mail dissovetsibadi@bk.ru
Автореферат разослан л24 сентябрь 2012 г.
Ученый секретарь диссертационного совета, доктор технических наук Кузнецова В.Н.
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность темы. Использование в качестве топлива для автомобильных двигателей сжиженных углеводородных газов нефтяного происхождения, таких как сжиженный пропан-бутановый газ (СУГ), дает возможность увеличить эффективность эксплуатации автотранспортных средств за счет уменьшения количества вредных выбросов и снижения затрат на топливо. Кроме того, работа двигателя внутреннего сгорания (ДВС) на СУГ позволяет снизить износ цилиндропоршневой группы, увеличить пробег между заменами моторного масла, продлить срок службы свечей зажигания и деталей системы впрыска.
В регионах, где имеется развитая инфраструктура для использования СУГ на автомобильном транспорте, его применение в качестве моторного топлива считается перспективным. К таким регионам относятся вся Западная и Восточная Сибирь, Урал, области центра России (Москва, Нижний Новгород, Рязань) и др. Однако имеется ряд проблем обеспечения работоспособности газобаллонных автомобилей (ГБА) при отрицательных температурах окружающего воздуха.
Современные автомобили оснащены инжекторной системой питания ДВС.
Контроль над обеспечением работоспособности системы впрыска газа в условиях эксплуатации ГБА в городе Омске позволил установить причины снижения его работоспособности. Большинство причин происходит из-за снижения давления СУГ в газовом баллоне, которое обусловлено следующими факторами:
1) низкое качество газового топлива;
2) большие перепады отрицательных температур окружающего воздуха (как по времени года, так и в течение суток).
Экспериментально установлено, что при подаче СУГ через газовые форсунки для бесперебойной работы ДВС ГБА необходимо обеспечить минимальное избыточное давление насыщенных паров газа в газовом баллоне, равное 0,15 МПа.
Учитывая продолжительность периода отрицательных температур окружающего воздуха в различных регионах РФ, в это время использование СУГ становится проблематичным. Происходит снижение работоспособности ГБА на СУГ, что влечет за собой рост количества вредных выбросов, снижение показателей работы ДВС и увеличение затрат на топливо в результате использования бензина в качестве моторного топлива.
Исходя из вышесказанного, необходим комплекс решений, который позволит эксплуатировать ГБА на газовом топливе при отрицательных температурах окружающего воздуха.
Отсутствие теоретических положений, адекватно отражающих практику, обуславливает принятие решений на основе практического опыта эксплуатации ГБА и опыта предшественников. Это указывает на наличие проблемы, актуальность ее решения в интересах практики и теории эксплуатации автомобилей в условиях отрицательных температур окружающего воздуха. Вышеизложенное определило цель работы.
Цель работы. Обеспечение работоспособности газобаллонных автомобилей при отрицательных температурах окружающего воздуха путем поддержания давления сжиженного углеводородного газа в автомобильном газовом баллоне в заданных пределах.
Настоящая цель определила необходимость постановки и последовательность решения следующих задач:
1. Выявить закономерности формирования агрегатного состояния СУГ в автомобильном газовом баллоне и изменения необходимого количества тепла для поддержания заданного давления СУГ в газовом баллоне.
2. Исследовать диапазоны регулирования процесса теплообмена в газовом баллоне при эксплуатации газобаллонных автомобилей в условиях отрицательных температур окружающего воздуха.
3. Разработать методику определения параметров комплекса технических решений по поддержанию заданного давления СУГ в газовом баллоне, включающую в себя многофакторные математические модели исследуемых процессов передачи тепла, описывающие выявленные закономерности.
4. Обосновать и разработать комплекс технических решений по поддержанию заданного давления СУГ в газовом баллоне.
5. Проверить адекватность многофакторных моделей по результатам эксперимента.
6. Дополнить нормативно-техническую документацию для газобаллонных автомобилей, работающих на СУГ.
7. Оценить влияние разработанного комплекса технических решений по поддержанию заданного давления СУГ в газовом баллоне на работоспособность газобаллонных автомобилей.
Объектом исследования является система питания ДВС ГБА при использовании СУГ в качестве топлива, в том числе с комплексом технических решений по поддержанию заданного давления СУГ в газовом баллоне.
Предметом исследования являются закономерности функционирования системы питания ДВС ГБА, а именно закономерности протекания тепловых процессов и изменения давления СУГ в автомобильном газовом баллоне при отрицательных температурах окружающего воздуха.
Методологической основой исследования является теория технической эксплуатации автомобилей, кинетическая теория газов, теория теплотехники и технической термодинамики. В качестве приемов исследований используются методы прямого эксперимента, математический анализ, моделирование, методы прогнозирования, наблюдения, измерения и сравнения.
Научная новизна:
1. Выявлена закономерность формирования агрегатного состояния СУГ в газовом баллоне.
2. Выявлена закономерность изменения необходимого количества тепла для поддержания заданного давления СУГ в газовом баллоне.
3. Разработана методика определения параметров комплекса технических решений по поддержанию заданного давления СУГ в газовом баллоне, включающая в себя многофакторные математические модели исследуемых процессов передачи тепла, описывающие выявленные закономерности.
4. Разработан комплекс технических решений, позволяющий обеспечить работоспособность ГБА на СУГ.
Практическая значимость. Результаты исследований могут быть использованы:
- на стадии проектирования газобаллонного оборудования;
- при эксплуатации ГБА в условиях отрицательных температур окружающего воздуха на территории Российской Федерации;
- высшими учебными заведениями в учебном процессе при подготовке выпускников автотранспортных специальностей и направлений;
- в научных исследованиях аспирантов и соискателей.
Апробация работы. Материалы диссертационной работы докладывались, обсуждались и были одобрены на ежегодных заседаниях кафедры Эксплуатация и ремонт автомобилей ФГБОУ ВПО СибАДИ (2007-2012г.г.); на международной научно-практической конференции "Автомобили, специальные и технологические машины для Сибири и Крайнего Севера" (Омск, 2007 г.); на всероссийской научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых (Омск, 2009 г.); на 63-й научно-технической конференции (Омск, 2009 г.); на 69-й научно-технической конференции Ассоциации автомобильных инженеров Какой автомобиль нужен России? (Омск, 2010 г.); на 64-й научно-технической конференции Креативные подходы к образовательной, научной и производственной деятельности (Омск, 2010 г.); на всероссийской 65-й научно-практической конференции Модернизация и инновационное развитие архитектурно-строительного и дорожно-транспортного комплексов России: фундаментальные и прикладные исследования (Омск, 2011 г.).
Публикации. Основные положения и результаты исследований изложены в печатных публикациях (в т.ч. 4 статьи в журналах, рекомендованных ВАК РФ).
На защиту выносится:
1. Закономерность формирования агрегатного состояния СУГ в газовом баллоне.
2. Закономерность изменения количества тепла для поддержания заданного давления СУГ в газовом баллоне.
3. Методика определения параметров комплекса технических решений по поддержанию заданного давления СУГ в газовом баллоне с многофакторными математическими моделями, описывающими исследуемые процессы передачи тепла.
4. Разработанный комплекс технических решений, позволяющий обеспечить работоспособность ГБА на СУГ.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, основных результатов и выводов, списка использованных источников и приложений. Объем диссертации составляет 146 страниц машинописного текста, 25 таблиц, 36 рисунков, 5 приложений, список литературы из 135 наименований.
СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Во введении обосновывается актуальность темы диссертационного исследования, излагается научная новизна, практическая значимость работы и основные положения, выносимые на защиту.
В первой главе проведен анализ состояния вопроса обеспечения работоспособности газобаллонных автомобилей в условиях отрицательных температур окружающего воздуха, и сформулированы задачи исследования.
Большой вклад в использование газового топлива для автомобилей внесли такие ученые, как Генкин К.И., Коллеров Л.К., Самоль Г.И., Гольдблат И.И., Григорьев Е.Г., Морев А.И., Ерохов В.И., Патрахальцев Н.Н., Лукшо В.А., Панов Ю.В., Певнев Н.Г., Колубаев Б.Д. и другие. Основоположниками научных принципов эксплуатации автомобилей в условиях отрицательных температур окружающего воздуха являются такие ученые, как Крамаренко Г.В., Резник Л.Г., Кузнецов Е.С., Захаров Н.С., Лосавио Г.С. и другие. Проблемами обеспечения работоспособности ГБА занимались такие ученые, как Гнатюк Е.В., Певнев Н.Г., Хабеишвили Д.А., Трофимов А.В., Морозов В.А. и другие.
Научные работы этих ученых в настоящем исследовании составили базу предлагаемых технических решений по обеспечению работоспособности ГБА при отрицательных температурах окружающего воздуха.
На сегодняшний день имеющиеся научные исследования не позволяют оценить работоспособность впрысковых систем питания ДВС ГБА, так как в этих исследованиях рассматриваются узлы, определяющие работоспособность эжекционных систем питания. Следовательно, необходимо оценить работоспособность впрысковых систем питания ДВС ГБА в заданных условиях.
Сравнивая опыт ФГБОУ ВПО СибАДИ и МГТУ МАМИ, которые в разное время предлагали устройства для поддержания давления СУГ в автомобильном газовом баллоне, такие как: утилизационный контур отработавших газов ДВС на автомобильном газовом баллоне; электронагревательный контур на автомобильном газовом баллоне; вариант испарения СУГ в автомобильном газовом баллоне при помощи охлаждающей жидкости, а также опыт подогрева газа в подземных резервуарах в системе жилищно-коммунального хозяйства и эксплуатацию ГБА на СУГ в странах Европы, Америки, Японии, Кореи и др., сделан вывод, что наиболее подходящим для поддержания давления СУГ в газовом баллоне в условиях отрицательных температур окружающего воздуха является электронагреватель с автоматическим поддержанием заданного давления СУГ. Проведя анализ электронагревателей, установлено, что наиболее рациональным для испарения СУГ в автомобильном газовом баллоне является трубчатый электронагреватель (ТЭН).
Вторая глава посвящена теоретическим исследованиям поддержания давления насыщенных паров СУГ в газовом баллоне.
В данной работе и работах предшественников принята аксиома, что в автомобильном газовом баллоне не происходят химические превращения, а изменяются лишь параметры жидкой и паровой фаз СУГ.
В автомобильном газовом баллоне СУГ находится в двух агрегатных состояниях: жидком, парообразном. Под влиянием температуры окружающего воздуха в газовом баллоне происходит изменение агрегатного состояния СУГ и теплосодержания системы (рис. 1) (стационарные условия).
Температура окружающего воздуха воздействует на газовый баллон, изменяя температуру стенок баллона, что в свою очередь приводит к изменению температуры паровой и жидкой фазы СУГ. Жидкая фаза СУГ состоит в основном из пропана и бутана. При повышении температуры окружающего воздуха происходит испарение более легких фракций СУГ, преимущественно пропана, тем самым изменяется давление паровой фазы в баллоне. При температуре окружающего воздуха выше температуры кипения жидкой фазы входящих компонентов не происходит омывание жидкой фазой СУГ внутренней стенки баллона (рис. 1, а). При этих условиях всегда между жидкой фазой СУГ и внутренней стенкой баллона по всей его поверхности будет паровая фаза. Чем больше в компонентном составе СУГ легких фракций, тем больше толщина паровой фазы и выше давление насыщенных паров СУГ.
Рис. 1. Формирование агрегатного состояния СУГ в газовом баллоне:
а - температура окружающего воздуха больше температуры кипения жидкой фазы СУГ;
б - температура окружающего воздуха меньше или равна температуре кипения жидкой фазы СУГ;
tж.ф - температура кипения жидкой фазы СУГ; tвоз - температура окружающего воздуха; Рп.ф. - давление паровой фазы СУГ; q - удельный тепловой поток; Sб - толщина стенки газового баллона;
б - коэффициент теплопроводности стенки баллона; 1 - коэффициент теплопередачи от наружной поверхности газового баллона к окружающему воздуху; Sп.ф - толщина паровой фазы СУГ;
п.ф - коэффициент теплопроводности паровой фазы При температуре окружающего воздуха, ниже или равной температуре кипения жидкой фазы входящих компонентов, давление насыщенных паров СУГ в газовом баллоне минимально и происходит омывание внутренней стенки баллона жидкой фазой СУГ (рис. 1, б).
Отсюда следует, что компонентный состав СУГ и температура окружающего воздуха формируют агрегатное состояние СУГ в газовом баллоне.
Данные утверждения раскрывают условия испарения жидкой фазы внутри баллона, так как теплопроводность жидкой фазы намного больше паровой.
В научных работах предшественников, таких как: Самоль Г.И., Гольдблат И.И., Ерохов В.И. и др., считалось, что, при температуре окружающего воздуха выше температуры кипения жидкой фазы входящих компонентов, паровая фаза формируется только сверху жидкой фазы СУГ.
Выявленная закономерность формирования агрегатного состояния СУГ в газовом баллоне позволила определить математические модели количества тепла для поддержания заданного давления СУГ в газовом баллоне.
Количество тепла, необходимое для повышения температуры СУГ до заданной величины, кДж:
QСУГ ССУГ МСУГ tСУГ, (1) где ССУГ - массовая теплоемкость жидкой фазы СУГ, кДж/(кг С); МСУГ - масса СУГ, кг; tСУГ - разница между начальной и конечной температурами СУГ, С.
Количество тепла, необходимое для повышения температуры корпуса баллона, кДж:
Qбал Сбал Мбал tб, (2) где Сбал - массовая теплоемкость материала баллона, кДж/(кг С); Mбал - масса баллона, кг; tб - разница между начальной и конечной температурами баллона,С.
Количество тепла, поглощенного корпусом автомобильного газового баллона извне (из окружающей среды), Вт:
tп.ф tв (3) Qe Fб,, Sп.ф Sб п.ф б где tп.ф. - температура паровой фазы СУГ, С; tв - температура окружающего воздуха, С; Sп.ф. - толщина паровой фазы СУГ, м; Sб - толщина стенки газового баллона, м;
п.ф. - коэффициент теплопроводности паровой фазы, Вт/(м С); б - коэффициент теплопроводности стенки баллона, Вт/(м С); 2- коэффициент теплопередачи от наружной поверхности газового баллона к окружающему воздуху, Вт/(м2С);
Fб - площадь поверхность газового баллона, м2.
Количество тепла, необходимое для поддержания заданного давления, кДж:
(QСУГ Qбал Qе) QП , (4) где - КПД нагревательного элемента.
На основе расчетов выявлена закономерность, представленная на рис. 2.
Рис. 2. Закономерность изменения количества тепла для поддержания заданного давления в газовом баллоне при изменении температуры окружающего воздуха и различных объемах жидкой фазы СУГ в баллоне Выявленные закономерности позволили разработать методику определения параметров комплекса технических решений по поддержанию заданного давления СУГ в газовом баллоне. Методика включает в себя многофакторные математические модели исследуемых процессов передачи тепла (рис. 3).
Рис. 3. Методика определения параметров комплекса технических решений по поддержанию заданного давления СУГ в газовом баллоне:
- место расположения газового баллона; VСУГ - объем СУГ в баллоне, Vбал - объем газового баллона; tокр.воз.- температура окружающего воздуха; в - скорость ветра; рСУГ - давление насыщенных паров СУГ в газовом баллоне; Qп - полное количество тепла, необходимое для поддержания заданного давления СУГ; mСУГ - масса СУГ в баллоне; mбал - масса баллона; ССУГ - массовая теплоемкость жидкой фазы СУГ; Сбал - массовая теплоемкость материала баллона; Nг - мощность, необходимая для поддержания заданного давления СУГ; - время, необходимое для поддержания заданного давления СУГ в баллоне; NТЭН - потребляемая мощность ТЭН; Nост - остаточная мощность; Nген - мощность генераторной установки; Nпотр - мощность потребителей электроэнергии на ГБА; l - длина проволоки нагревателя; d - диаметр нагревателя круглого сечения; Q - тепловой поток, проходящий от ТЭН через газовый баллон с СУГ к окружающему воздуху;
tСУГж.ф..- температура жидкой фазы СУГ; tСУГп.ф..- температура паровой фазы СУГ; tТЭН - температура ТЭН; тепл - коэффициент теплопроводности теплоизоляции; Sтепл - толщина теплоизоляции;
- коэффициент полезного действия; Qт - тепловой поток, проходящий от ТЭН через газовый баллон с СУГ и теплоизоляцию к окружающему воздуху Разработанная методика позволяет произвести выбор параметров, входящих в комплекс технических решений по поддержанию заданного давления СУГ в газовом баллоне, для конкретного ГБА с учетом влияния на него температуры окружающего воздуха.
Для сохранения тепла, подводимого к СУГ, находящегося в газовом баллоне, предложено ограничить выход теплового потока от ТЭН к окружающему воздуху за счет теплоизоляции автомобильного газового баллона.
В настоящей диссертационной работе установлено, что при применении теплоизоляции тепловой поток, проходящий от ТЭН через газовый баллон с СУГ к окружающему воздуху, снизился на 44,5 Вт (29,0%). Предложенные технические решения позволяют сохранить тепло, подводимое к СУГ в газовом баллоне.
Третья глава посвящена экспериментальным исследованиям поддержания давления насыщенных паров СУГ в газовом баллоне.
Для проверки результатов теоретических исследований поддержания заданного давления СУГ в газовом баллоне были проведены эксперименты. Для проведения испытаний подготовлена экспериментальная установка, ее принципиальная схема и общий вид представлены на рис. 4 и 5.
Объектом экспериментальных исследований является комплекс технических решений по поддержанию заданного давления СУГ в газовом баллоне для системы питания ДВС. Фрагмент этой системы, а именно газовый баллон с устройством для поддержания заданного давления СУГ, является предметом детального исследования.
Задачами экспериментов являются:
- оценка работоспособности предложенного комплекса технических решений по поддержанию заданного давления СУГ в газовом баллоне;
- проверка адекватности многофакторных моделей по результатам эксперимента.
Рис. 4. Принципиальная схема экспериментальной установки:
1 - газовый баллон; 2 - входной газовый фильтр; 3 - блок арматуры; 4 - заправочная магистраль; 5 - выносное заправочное устройство; 6 - расходная магистраль; 7 - образцовый манометр;
8 - термопара паровой фазы; 9 - измеритель температуры; 10 - клеммы ТЭН; 11 - датчик для контроля давления СУГ; 12 - лабораторный термометр; 13 - схема отключения устройства для поддержания заданного давления СУГ при увеличении давления выше заданного и выработке газа из баллона; 14 - источник питания (АКБ и генераторная установка); 15 - датчик уровня газа; 16 - трубчатый электронагреватель; 17 - термопара жидкой фазы Рис. 5. Общий вид экспериментальной установки В экспериментальной установке использовался ТЭН с потребляемой мощностью 0,8 кВт. Мощность ТЭН выбрана по результатам расчетов с использованием разработанной методики определения параметров комплекса технических решений по поддержанию заданного давления СУГ в газовом баллоне.
Эксперимент проводился по следующей методике. Газовый баллон находился на открытом воздухе в течение 3 часов. Перед включением устройства для поддержания заданного давления СУГ в газовом баллоне фиксировались температура окружающего воздуха и температура наружных стенок баллона с помощью термометра ТМ-1, температура жидкой и паровой фазы с помощью ТХА 9608-03, давление СУГ в газовом баллоне с помощью МТИ-1511. После чего включалась экспериментальная установка, согласно схеме отключения устройства для поддержания заданного давления СУГ при увеличении давления выше заданного и выработке газа из баллона. Через каждые 2 минуты, исходя из показаний секундомера СОПпр-2010, производились замеры давления насыщенных паров СУГ в баллоне. После чего газовый баллон помещался в теплоизоляционный кожух, и проводились повторные испытания согласно описанной методике. Эксперимент проводился в четыре этапа при температуре окружающего воздуха -28,7tокр-30,6С, с 50 - литровым баллоном, заполненным СУГ до 40л, 30л, 20л и 10л.
В результате проведенного эксперимента были получены данные об изменении давления насыщенных паров СУГ от времени работы устройства для поддержания заданного давления СУГ в баллоне при различных объемах СУГ. Полученные в ходе исследований результаты использовались для построения графических зависимостей, приведенных на рис. 6.
Граничные условия: температура воздуха -28,7tокр-30,6С; атмосферное давление Ратм = 766мм рт.ст.; объем газового баллона Vбал =50л; напряжение на нагревателе U =12В; потребляемая мощность ТЭН NТЭН = 0,8кВт.
а) б) Рис. 6. Изменение давления насыщенных паров СУГ в зависимости от времени работы устройства для поддержания заданного давления СУГ:
а - без применения теплоизоляции; б - с применением теплоизоляции;
р1 - кривая давления при VСУГ=10л, МПа; р2 - кривая давления при VСУГ=20л, МПа;
р3 - кривая давления при VСУГ=30л, МПа; р4 - кривая давления при VСУГ=40л, МПа Обработка результатов эксперимента проводилась по методике Захарова Н.С.
(ТюмГНГУ), при доверительной вероятности =0,90 и количестве испытаний n=5.
Оценка сходимости многофакторных математических моделей осуществлялась по результатам эксперимента. Математические модели, описывающие закономерности изменения количества тепла для поддержания заданного давления СУГ в баллоне с численными значениями их параметров, имеют следующий вид:
- количество тепла, необходимое для повышения температуры СУГ до заданной величины, кДж:
QСУГ CСУГ МСУГ tСУГ; (5) - количество тепла, необходимое для повышения температуры корпуса баллона с численными значениями, кДж:
Qбал 0,47 23,1 tб; (6) - количество тепла, поглощенного корпусом автомобильного газового баллона извне (из окружающей среды) с численными значениями, Вт:
tп.ф tв Qe Fбж; (7) Sп.ф 0,0 0,0п.ф - время, требуемое для увеличения давления СУГ до 0,15 МПа при заданных граничных условиях с численными значениями, с:
QП 1, .
(8) 8Численные значения коэффициентов множественной корреляции для моделей (5 - 8) составили 0,95Е0,98, коэффициентов детерминации - 0,89Е0,97, что указывает на полноту учета факторов в моделях. Значения дисперсионного отношения Фишера, полученные на основе экспериментальных данных, больше табличных значений F-критерия для доверительной вероятности =0,90, что свидетельствует об адекватности многофакторных моделей (5 - 8) результатам эксперимента.
На основе полученных результатов экспериментальных исследований можно утверждать, что выдвинутые теоретические гипотезы подтвердились.
В четвертой главе разработаны дополнения к нормативно-технической документации для ГБА, работающих на СУГ, и установлено влияние комплекса технических решений по поддержанию заданного давления СУГ в газовом баллоне на работоспособность ГБА (рис. 7). Дополнения позволяют в полной мере дооборудовать, эксплуатировать и обслуживать ГБА, оснащенные комплексом технических решений по поддержанию заданного давления СУГ в газовом баллоне.
Рис. 7. Дополнения к нормативно-технической документации для ГБА, работающих на СУГ По результатам проведенных исследований справедливо утверждать, что разработанный комплекс технических решений по поддержанию заданного давления СУГ в газовом баллоне обеспечивает работоспособность ГБА на СУГ при отрицательных температурах окружающего воздуха (рис. 8).
При применении разработанного комплекса технических решений по поддержанию заданного давления СУГ в газовом баллоне работоспособность ГБА в условиях эксперимента увеличилась на 18,3%. Затраты на топливо для одного автомобиля снизились на 12100 руб. в год.
Рис. 8. Влияние комплекса технических решений по поддержанию заданного давления СУГ в газовом баллоне на работоспособность ГБА Представленная работа выполнена в рамках Федеральной целевой программы Развитие транспортной системы России (2010 - 2015 годы).
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ 1. Выявлена закономерность формирования агрегатного состояния сжиженного углеводородного газа в автомобильном газовом баллоне. Это позволило определить факторы, влияющие на теплосодержание системы: компонентный состав СУГ, температура окружающего воздуха, количество тепла, подводимое к СУГ от трубчатого электронагревателя.
2. Выявлена закономерность изменения необходимого количества тепла для поддержания заданного давления сжиженного углеводородного газа в газовом баллоне при изменении факторов, влияющих на теплосодержание системы. Это позволило определить технические параметры трубчатого электронагревателя.
3. Проведя исследования вариантов регулирования процесса теплообмена в газовом баллоне при эксплуатации газобаллонных автомобилей в условиях отрицательных температур окружающего воздуха установлено, что при применении теплоизоляции тепловой поток, проходящий от ТЭН через газовый баллон с СУГ к окружающему воздуху, снизился на 44,5 Вт (на 29,0%).
4. На основе выявленных закономерностей формирования агрегатного состояния сжиженного углеводородного газа в газовом баллоне и изменения необходимого количества тепла для поддержания заданного давления сжиженного углеводородного газа в газовом баллоне разработаны многофакторные математические модели исследуемых процессов передачи тепла с численными значениями параметров.
Это позволило разработать методику определения параметров комплекса технических решений по поддержанию заданного давления СУГ в газовом баллоне.
5. Обоснован и разработан комплекс технических решений по поддержанию заданного давления СУГ в газовом баллоне. Экспериментальные исследования подтвердили работоспособность предлагаемого комплекса технических решений. Комплекс технических решений позволяет поддерживать давление в заданном интервале при отрицательных температурах окружающего воздуха. В условиях эксперимента при температуре окружающего воздуха минус 30С, объеме сжиженного углеводородного газа в газовом баллоне 40 литров и мощности трубчатого электронагревателя 0,8 кВт требуется 23,9 минуты для увеличения давления на 0,15 МПа, а при применении теплоизоляции - 17,4 минут.
6. Оценка сходимости математических моделей количества тепла и времени, требуемого для увеличения давления СУГ, осуществлялась по результатам эксперимента. Для доверительной вероятности =0,90 значения дисперсионного отношения Фишера, полученные на основе экспериментальных данных, больше табличных значений F-критерия, что свидетельствует об адекватности многофакторных моделей результатам эксперимента.
7. Разработаны дополнения к нормативно-технической документации для ГБА, работающих на СУГ с учетом комплекса технических решений по поддержанию заданного давления СУГ в газовом баллоне.
8. Произведена оценка влияния комплекса технических решений по поддержанию заданного давления СУГ в газовом баллоне на работоспособность ГБА. При применении разработанного комплекса технических решений работоспособность ГБА в условиях эксперимента увеличилась на 18,3%. Затраты на топливо для одного автомобиля снизились на 12100 руб. в год.
Основные положения и результаты диссертации отражены в следующих работах:
Рецензируемые научные журналы, рекомендованные ВАК РФ:
1. Банкет М.В. Оптимизация теплосодержания СУГ в автомобильном газовом баллоне для обеспечения бесперебойной работы ГБА [текст] / М.В. Банкет, Н.Г.
Певнев, В.И. Гурдин // Транспорт на альтернативном топливе: Международный научно-технический журнал. - 2010. - №4 (16). - С. 10-13.
2. Банкет М.В. Регулирование теплообмена в газовом баллоне при эксплуатации ГБА в зимнее время [текст] / М.В. Банкет, Н.Г. Певнев, В.И. Гурдин // Транспорт на альтернативном топливе: Международный научно-технический журнал. - 2010. - №5 (17). - С. 12-14.
3. Банкет М.В. Повышение эффективности эксплуатации газобаллонных автомобилей в зимнее время года [текст] / М.В. Банкет, Н.Г. Певнев, В.И. Гурдин // Транспорт на альтернативном топливе: Международный научно-технический журнал. - 2012. - №1 (25). - С. 74-77.
4. Банкет М.В. Обеспечение работоспособности газобаллонных автомобилей в условиях отрицательных температур окружающего воздуха / М.В. Банкет, Н.Г.
Певнев, Л.С. Трофимова // АвтоГазоЗаправочный Комплекс +Альтернативное топливо: Международный научно-технический журнал. - 2012. - №5(65). - С. 12-15.
В прочих изданиях:
5. Банкет М.В. Анализ устройств, применяемых для испарения сжиженных газов в емкостях хранения [текст] // Автомобили, специальные и технологические машины для Сибири и Крайнего Севера: Материалы 59-й Международной научнотехнической конференции Ассоциации автомобильных инженеров (ААИ). - Омск:
СибАДИ, 2007. - С. 43-52.
6. Банкет М.В. Методика расчета трубчатого электронагревателя сжиженного газа для автомобильного баллона [текст] / М.В. Банкет, Н.Г. Певнев // Автомобили, специальные и технологические машины для Сибири и Крайнего Севера: Материалы 59-й Международной научно-технической конференции Ассоциации автомобильных инженеров (ААИ). - Омск: СибАДИ, 2007. - С. 222-227.
7. Банкет М.В. К выбору испарителя жидкой фазы сжиженного нефтяного газа в автомобильном баллоне при отрицательных температурах окружающего воздуха [текст] / М.В. Банкет, Н.Г. Певнев // Вестник СибАДИ: Научный рецензируемый журнал. - Омск: СибАДИ. - 2009. - №1 (11). - С. 5-9.
8. Банкет М.В. Анализ способов крепления трубчатого электронагревателя жидкой фазы СУГ к фланцу автомобильного баллона [текст] / М.В. Банкет, Н.Г.
Певнев // Развитие дорожно-транспортного комплекса и строительной инфраструктуры на основе рационального природопользования: Материалы IV Всероссийской научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых, 20-мая 2009 г. - Омск: СибАДИ, 2009. - Кн. 1. - С. 260-264.
9. Банкет М.В. Повышение эксплуатационной надежности газобаллонных автомобилей при низких температурах окружающего воздуха [текст] / М.В. Банкет, Н.Г. Певнев // Транспорт на альтернативном топливе: Международный научнотехнический журнал. - 2009. - №5 (11). - С. 36-39.
10. Банкет М.В. Методика проведения и техническое обеспечение эксперимента по поддержанию заданного давления СУГ в автомобильном баллоне [текст] / М.В. Банкет, Н.Г. Певнев // Материалы 63-й научно-технической конференции ГОУ СибАДИ. - Омск: СибАДИ, 2009. - Кн. 2. - С. 38-41.
11 Банкет М.В. Повышение эффективности использования СУГ на автомобильном транспорте в зимнее время года [текст] / М.В. Банкет, Н.Г. Певнев, В.И.
Гурдин // Материалы 64-й научно-технической конференции ГОУ СибАДИ в рамках юбилейного Международного конгресса Креативные подходы в образовательной, научной и производственной деятельности, посвященного 80-летию академии. - Омск: СибАДИ, 2010. - Кн. 1. - С. 33-36.
12. Банкет М.В. Специфика разработки бизнес-плана предоставления услуг по установке дополнительного оборудования на легковые автомобили [текст] / М. В.
Банкет, И.А. Заломаев // Труды аспирантов и студентов ГОУ СибАДИ: Сб. науч.
тр. - Омск: СибАДИ, 2011. - Вып. 8. - С. 10-14.
13. Банкет М.В. Повышение показателей эксплуатации газобаллонных автомобилей в зимнее время года путем стабилизации давления СУГ в баллоне [текст] / М.В. Банкет, Н.Г. Певнев // Ориентированные фундаментальные и прикладные исследования - основа модернизации и инновационного развития архитектурностроительного и дорожно-транспортного комплексов России: материалы Всероссийской научно-технической конференции (с международным участием). - Омск:
СибАДИ, 2011. - Кн. 2. - С. 137-141.
Авторефераты по всем темам >>
Авторефераты по техническим специальностям