CC BY
45
ТРАНСПОРТ
УДК 629.3.063.2
ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЛИЧЕСТВА ГАЗОВОГО ТОПЛИВА В БАЛЛОНАХ АВТОМОБИЛЕЙ
© 2011 г. В.Г. Передерий, Л.Я. Шкрет, В.А. Брагинец, А.Н. Лобков, А.Е. Кириченко
Южно-Российский государственный South-Russian State
технический университет Technical University
(Новочеркасский политехнический институт) (Novocherkassk Polytechnic Institute)
Рассмотрены распространенные способы определения количества сжиженного нефтяного и сжатого природного газов в газовых баллонах автомобилей. Предложены уточненные зависимости этого определения в различных эксплуатационных условиях.
Ключевые слова: автомобиль; газовое топливо; газовый баллон; количество газа в м3 (л).
The most nide-used methods of quanti fying liquefied petroleum and natural gas in the fuel tanks of the automobiles are examined. Specified dependencies for the above evaluating under different running conditions are offered.
Keywords: automobile; gas fuel; gas tank; gas volume m3 (l).
Из-за непрерывного расширения использования газового топлива и повышения его стоимости в различных областях техники, в том числе на автомобильном транспорте России, повышается актуальность учета расходования этого высокоценного энергоносителя в различных эксплуатационных условиях, в частности при самоконтроле фактического количества топлива в баллонах автомобиля в гаражных условиях
[1 - 3].
Оценка количества сжиженного нефтяного газа, находящегося в топливных баллонах, иногда не вызывает больших затруднений. Она проводится аналогично определению количеств жидких топлив: дизельного топлива, бензина, керосина и иных смесей углеводородов с помощью штатных расходомеров, счетчиков, других серийных измерительных средств.
При отсутствии на автомобиле указанных достаточно точных расходомеров или счетчиков текущее количество сжиженного газа Уж в баллонах обычно оценивается по упрощенной зависимости - пропорционально давлению газа р в них
¥ж = const p (1)
или в относительной форме
¥ж = const р, (2)
- V - Р
где Vx = , V0 - вместимость баллона; р = —, pa -
Vo Ра
атмосферное давление.
Нами предлагается более совершенная зависимость вместо равенств (1) и (2)
V ж = сktkzР, (3)
где с - константа для конкретного типа газового баллона; поправочный коэффициент kt = Тн/Т, Тн - темпе-
ратура сжиженного газа сразу после наполнения им баллона; Т - текущее значение температуры данного топлива при эксплуатации автомобиля; к2 = 2/2н<1, 2 -текущее значение коэффициента сжимаемости газового топлива, 2н - коэффициент сжимаемости после полного заполнения баллона газом.
Пример. Определим величину у ж для стандартного баллона типа АГ-50 с вместимостью У0 = 50 л, ~р = 8, к = 0,97 и к2 = 0,95.
Для момента конца наполнения баллона газом используем общепринятые значения р = 16; Уж = 0,8 и к = 1. После подстановки принятых величин Уж, к и к2 в (3) находим с ~ 0,0526 и устанавливаем рабочую формулу для конкретного типа баллона
Уж = 0,0526кк, р. (3 а)
Для принятых исходных условий по формуле (3 а) находим Уж = 0,388, что составляет 77,6 % от соответствующего значения, полученного по зависимости (1). _
При оценке Уж по уравнению (3 а), как следует из его структуры, необходимо иметь экспериментальные данные по давлению р, определяемому обычно манометром, и температурам Тн и Т. Эти температуры могут фиксироваться, например, с помощью датчика температуры, встроенного в газовый баллон.
Значительные проблемы могут возникать при учете количества компримированного (сжимаемого) природного газа (КПГ). Расчетное количество КПГ в баллоне Ун в м3 при приведенных нормальных физических условиях (давлении р0 = 760 мм.рт.ст. = = 0,1 МПа, температуре /0 = 0 или 20 °С, Т0 = 273 или
293 К) зависит от давления р, температуры Т, поправочного коэффициента z = f(kp, kc), где kp и kc - коэффициенты расширения и сжимаемости газа. Кроме того, на величину Ун существенно влияет скорость и, соответственно, продолжительность т наполнения баллонов. При т = 0 - адиабатическое (предельно быстрое) наполнение, т^-да - изотермическое (медленное) наполнение. Практически 0<т<да - политропический процесс.
В работе [3] предлагается косвенно учитывать влияние скорости наполнения КПГ на его количество -массу в баллоне. Представляет практический интерес разработка оперативного уточненного расчета величины Ун по соответствующим известным зависимостям и опытным данным.
Для стандартного КПГ [2] на рис. 1 показаны зависимости z = f (р,Т), где Т = T/T0 = 0,91; 1,0; 1,09;
1,18; 1,37. Указанным значениям Т соответствуют t = -25; 0; 50; 100 оС. Там же пунктиром показаны дополнительные кривые для Т = 0,96; 1,04; 1,05; 1,07; 1,1; 1,13 (t = -10; 10; 15; 20; 30; 35 оС), скорректированные нами с помощью зависимостей z( Т ) при р = idem. Превалирующее практическое значение
имеет зависимость z = f( Т) для предельного давления I р I = \р\/ро, где p| - допустимое давление в баллоне,
например \p\ = 20 МПа. z
1,35
1,15 ÜT"
0,995 0,775 0,555
11
10
% \ « 7
- х - _L
- «&J : - ___ . — ■
~ — - ■ ч' ■ — — — -
3 ~ — — - — —
20 40 60 80 100 120 140 160 180 p Рис. 1. Зависимости z = f (р, Т) для КПГ:
№ ^ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
Т ^ 0,91 0,96 1,00 1,04 1,05 1,07 1,09 1,10 1,13 1,18 1,37
На основании рис. 1 для упомянутого значения \р\ = 20 МПа, \р \ = 200 построена приближенная линейная зависимость (рис. 2):
г = -0,56+1,31 Т. (4)
г
1,2 1,0 0,8
0,6 _ 0,9 1,0 1,1 1,2 1,3 Т
Рис. 2. Зависимость г = Д(Т) при \ р \ = 200
Аналогичные зависимости можно получить для других значений р = idem, в частности для минимального рекомендуемого значения р, допустим р = 10.
Влияние скорости наполнения баллонов КПГ на Ун можно оценить также по данным работы [2], обобщенным графически на рис. 3, где ^ - коэффициент, учитывающий продолжительность наполнения (т, мин) газовых баллонов некоторых отечественных серийных автомобилей. График выражается зависимостью
kT = (76,4+0,73 х )10--
(5)
где х = т/то, условно принято за базовое значение т = = то = 10 мин.
кт 0,8 0,7
Рис. 3. Зависимость кх = / (х)
С учетом полученных зависимостей (4) и (5) конкретизируем формулу из работы [2] для максимальной
V H.max ^ V б
1 б1,31Т - 0,56
kx , м
(6)
где Vб - объем баллона в м3; п - количество баллонов.
Формула (6) устанавливает зависимость Vн.ms¡x от всех важнейших параметров: р, Т, х, характеризующих эксплуатационные особенности заполнения баллонов КПГ. После их заправки при х >>1 величина кт = 1 и формула (6) упрощается
Р
VH.max ^ V6 / т-гЧ '
1 z( p, T)
(7)
1
0,4 м3; р = 200; T = 1,09;
Пример. Ун t = 25 оС.
Для принятых значений р и Т из рис. 1 определяем г = Д р, Т) ~ 0,9 и по формуле (7) находим
Vн.maX ~ 88,9 м3. _
При заправке баллонов КПГ величина р (р)
обычно контролируется штатным манометром, х (т) -секундомером или точными часами. Для определения Т (() можно предусмотреть установку в газовом баллоне датчика температуры, аналогичного штатным датчикам температуры охлаждающей жидкости автомобильных двигателей, и применение в кабине водителя штатного указателя температуры КПГ. Для обычного режима эксплуатации газобаллонного автомобиля после заправки КПГ в отдельных случаях температуру КПГ в баллонах приближенно можно принять равной температуре окружающей среды, которая легко определяется распространенными измерительными средствами.
Если не учитывать изложенные соображения, то повышается вероятность допущения существенных погрешностей в оценке Ун. Например, при ускоренном заполнении баллонов с продолжительностью до т = = 2 мин вместо т = 10 мин коэффициент кт уменьшается в 1,1 раза, т.е. возможно недополучение потребителем до 10 % требуемой массы КПГ. Неточности в
определении р (р) и Т (/) также могут приводить к значительным погрешностям в оценке Ун как в пользу продавца, так и потребителя КПГ.
Количество отпускаемого КПГ на крупных газонаполнительных станциях измеряется в соответствии с ГОСТ 27577-2000 табличным способом, с помощью газовых счетчиков либо автоматизированной системы учета газа. В эксплуатационных условиях вне указанных станций запас КПГ в баллонах обычно оценивается, как для сжиженных газов, лишь по давлению р. Это оперативное, но зачастую неприемлемое по точности определение количества массы газа или его
Поступила в редакцию
объема Ун с погрешностью до 20 %. Рассмотренный выше метод позволяет существенно снизить эту погрешность, так как учитывает конкретные данные: 2, кт, р и Т. Он может быть использован владельцами газобаллонной техники для самоконтроля количества Ун при заправке КПГ и его расходовании в эксплуатации.
Литература
1. Газобаллонные автомобили : справочник / А.И. Морев [и др.] М., 1992.
2. Самоль Г.И., Гольдблат И.И. Газобаллонные автомобили. М., 1963.
3. Шкрет Л.Я., Бочаров А.М., Спиридонова Е.Л. Оценка количества природного газа в баллонах транспортных средств // Изв. вузов. Сев.-Кавк. регион. Техн. науки. 2004. № 3. С. 132 - 133.
19 апреля 2011 г.
Передерий Владимир Григорьевич - д-р техн. наук, профессор, кафедра «Автомобильный транспорт и организация дорожного движения», ректор, Южно-Российский государственный технический университет (Новочеркасский политехнический институт). Тел. (8635)22-40-00.
Шкрет Леонид Яковлевич - канд. техн. наук, доцент, кафедра «Автомобильный транспорт и организация дорожного движения», Южно-Российский государственный технический университет (Новочеркасский политехнический институт).
Брагинец Владимир Алексеевич - канд. техн. наук, доцент, кафедра «Автомобильный транспорт и организация дорожного движения», Южно-Российский государственный технический университет (Новочеркасский политехнический институт).
Лобков Анатолий Николаевич - канд. техн. наук, доцент, кафедра «Автомобильный транспорт и организация дорожного движения», Южно-Российский государственный технический университет (Новочеркасский политехнический институт).
Кириченко Алексей Евгеньевич - ассистент, кафедра «Автомобильный транспорт и организация дорожного движения», Южно-Российский государственный технический университет (Новочеркасский политехнический институт).
Perederiy Vladimir Grigorievich - Doctor of Technical Sciences, department «Road Transport and Traffic Management», rector, South-Russia State Technical University (Novocherkassk Polytechnic Institute). Ph. (8635)22-40-00.
Skret Leonid Yakovlevich - Candidate of Technical Sciences, assistant professor, department «Road Transport and Traffic Management», South-Russia State Technical University (Novocherkassk Polytechnic Institute).
Braginets Vladimir Аlekseevich - Candidate of Technical Sciences, assistant professor, department «Road Transport and Traffic Management», South-Russia State Technical University (Novocherkassk Polytechnic Institute).
Lobkov Anatoliy Nikolaevich - Candidate of Technical Sciences, assistant professor, department «Road Transport and Traffic Management», South-Russia State Technical University (Novocherkassk Polytechnic Institute).
Kirichenko Alexey Evgenievich - assistant, department «Road Transport and Traffic Management», South-Russia State Technical University (Novocherkassk Polytechnic Institute).
