Материал: 1766

Рис. 5. Общий вид экспериментальной установки

Вэкспериментальной 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-2- 010, 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 -28,7≤tокр≤-30,6ºС, с 50 - литровым баллоном, заполненным СУГ до 40л, 30л, 20л и 10л.

Врезультате 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 -28,7≤tокр≤-30,6ºС; атмосферное дав-

ление Ратм = 766мм рт.ст.; объем газового баллона Vбал =50л; напряжение на нагревателе U =12В; потребляемая мощность ТЭН NТЭН = 0,8кВт.

11

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 α=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:

-количество тепла, необходимое для повышения температуры корпуса баллона

счисленными значениями, кДж:

- количество тепла, поглощенного корпусом автомобильного газового баллона извне (из окружающей среды) с численными значениями, Вт:

- время, требуемое для увеличения давления СУГ до 0,15 МПа при заданных граничных условиях с численными значениями, с:

Численные значения коэффициентов множественной корреляции для моделей (5 – 8) составили 0,95…0,98, коэффициентов детерминации – 0,89…0,97, что указывает на полноту учета факторов в моделях. Значения дисперсионного отношения Фишера, полученные на основе экспериментальных данных, больше табличных

12

значений F-критерия для доверительной вероятности α=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.

13

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.

14

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 30°С, 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 α=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 научно-

15