Тепловозы на природном газе
Дипломная работа - Транспорт, логистика
Другие дипломы по предмету Транспорт, логистика
?С.
Таким образом, наиболее реальным и эффективным направлением решения проблемы устойчивого снабжения тепловозов моторным топливом, снижения расходов на его приобретение, а также повышения экологических показателей, является применение природного газа.
Выбор вида (агрегатного состояния) природного газа для тепловозов
Природный газ может находиться в двух состояниях: сжиженном (СПГ) и сжатом или компримированном (КПГ). Во всех случаях в цилиндры двигателя газ подается в сжатом виде, поэтому выбору подлежит состояние перевозимого на тепловозе запаса газа.
Сжиженный природный газ (СПГ) представляет собой криогенную жидкость (по составу это практически жидкий метан СН4), хранящийся, в зависимости от давления, при отрицательных температурах, от -155С до -162С (118 - 111 К). СПГ после его перевода в газообразное состояние, может быть пригодным для использования в двигателях внутреннего сгорания, а также для всех видов теплоэнергетики, при обеспечении организации его крупномасштабного производства.
Перед КПГ он имеет то преимущество, что при таком охлаждении его плотность увеличивается почти в 600 раз. При сжатом до 20,0 МПа состоянии (обычное давление в газовых баллонах) плотность газа увеличивается в 200 раз. Поэтому теоретически в одинаковом геометрическом объеме сжиженного газа может поместиться в 3 раза больше, чем сжатого. Однако, на практике необходимость подогрева СПГ в газоводяном теплообменнике с системой подачи в него горячей воды из дизеля, тепловой инерционности теплообменника при резко переменных режимах нагрузки тепловоза и вызванной этим необходимостью установки резервной емкости для сжатого газа, не позволяет полностью использовать преимущество большей плотности сжиженного газа. Указанные агрегаты, устройства автоматики управления, безопасности, а также газовоздушный теплообменник также требуют свободного объема на тепловозе для их размещения. Если, например, в объеме криогенного тендера тепловоза 2ТЭ116Г вместо криогенных емкостей и указанного оборудования установить баллоны со сжатым газом под давлением 25,0 МПа, то в них можно разместить до 10 тонн КПГ. В криогенном тендере помещается 17 тонн СПГ и до 3-х тонн составляет технологический запас для обеспечения температуры его хранения. Таким образом, увеличение возимого запаса природного газа в сжиженном состоянии, по сравнению со сжатым, практически не превышает 25…28%.
Сжиженный природный газ в теплотехническом и эксплуатационном плане является более сложным видом топлива. Стоимость криогенных емкостей значительно выше стоимости баллонов для сжатого газа. Сам сжиженный газ в силу его низкой температуры и высокой плотности при утечках не улетучивается, а опускается вниз, что создает опасность пожара и взрыва и ожогов обслуживающего персонала. Получение СПГ, его хранение и транспортировка требуют специального оборудования, дополнительных территорий, а также квалифицированной рабочей силы.
В процессе эксплуатации в верхней части криогенной емкости находится испарившийся газ, давление которого постепенно повышается. При давлении более 1,6 МПа его необходимо сбрасывать в атмосферу, что на электрифицированных линиях создает опасность повреждения контактной сети.
Сжатый природный газ находится в состоянии пригодном для подачи в цилиндры двигателя, но его хранение требует применения высокого давления, что создает определенные трудности в уплотнении газопроводов и обеспечении безопасности эксплуатации.
При аварийном истечении сжатого газа вследствие внезапного его расширения происходит обмерзание краев отверстия, благодаря чему поступление газа сокращается или становится пульсирующим.
Таким образом, каждое из агрегатных состояний имеет свои недостатки, и поэтому его выбор должен соотноситься с условиями эксплуатации тепловозов.
Так, для маневровых тепловозов, где количество изменений режимов работы достигает 100 операций в час, применение сжиженного газа практически невозможно из-за инерционности газификатора.
Поэтому для маневровых газотепловозов применен сжатый природный газ. Количество возимого запаса КПГ на них составляет 850 нм3 при давлении 20 МПа, что обеспечивает срок работы до 2,5 - 3,0 суток без дозаправок.
Для магистральных тепловозов, режимы работы которых более стабильны и где пробег между заправками, в силу их большого удаления от депо, имеет большее значение, чем для маневровых, могут рассматриваться оба агрегатных состояния. Однако сжиженный газ может применяться только в тех регионах, где имеется его производство, где значительные затраты на создание инфраструктуры газоснабжения будут оправданы достаточным количеством газодизельных локомотивов.
Таким образом, для маневровых локомотивов наиболее целесообразным является применение сжатого природного газа. Для магистральных локомотивов может рассматриваться как СПГ, так и КПГ. Однако производство СПГ требует развития целой индустрии на основе криогенных технологий по созданию и производству оборудования для сжижения, хранения, транспортировки и использованию СПГ; его применение будет оправдано только при массовом внедрении газодизельных локомотивов.
На настоящее время в России отсутствуют положительные результаты по созданию криогенной техники для магистральных и маневровых тепловозов, что отодвигает реализацию их внедрения, по крайней мере, на 3 - 5 лет.
1.5 Схема газоснабжения транспорта
Широкое развитие транспорта