Скачать
 

Б. П. Загородских¹, В. П.Захаров² , Н.А Ченцов¹.

 ¹Саратовский государственный аграрный университет им. Н.И. Вавилова
²Западно-Казахстанский инженерно-гуманитарный университет

Аннотация. Статья посвящена использованию газообразного топлива в автотракторном машиностроении. Цель научного исследования: Обосновать оптимальные условия эксплуатации тракторов, оснащенных газобаллонным оборудованием на основе существующего опыта. Данная работа предназначена для ученых занимающихся проектированием систем подачи и управления двигателем при работе дизельному, газодизельному и газовому циклу. Приведен  метод сравнения выходных показателей дизеля при работе по дизельному и газодизельному циклу. Перевод техники на газообразное топливо позволяет существенно снизить выбросы токсичных веществ в атмосферу (более 30%), и сэкономить средства операторам техники до 400 тыс. рублей в год при незначительных снижениях мощностных показателей (менее 5%). Ценность проведенного исследования в том, что исследование систем с центральной и распределенной подачей газообразного топлива и применение компримированного природного газа в дизельных двигателях позволяет получить объективное представление о внедрении системы в производство для ее последующего совершенствования. Разработаны системы с центральной и распределенной подачей газообразного топлива при работе по дизельному и газодизельному циклу. Наиболее эффективно применение данных систем подачи газообразного топлива (природного газа) для тракторов малого тягового класса типа МТЗ-80/82 по сравнению с другими альтернативными видами топлива, в том числе и восстанавливаемыми.
Ключевые слова:Газообразное топливо, газ, дизель, метан, топливная аппаратура

_______________________________

Загородских Б. П., Захаров В. П., Ченцов Н.А
ГАЗБАЛЛОНДЫ ҚҰРЫЛЫҒЫМЕН ЖАБДЫҚТАЛҒАН ТРАКТОРЛАРДЫ ПАЙДАЛАНУ ТӘЖІРИБЕСІ

Түйіндеме: Бұл мақала автотракторлы машинажасауда газтектес жанармайды қолдануға  арналған. Ғылыми зерттеудің мақсаты: Белгілі тәжірибе негізінде газбаллонды құрылғымен жабдықталған тракторларды пайдаланудың мейлінше оқтайлы жағдайларын негіздеу.Бұл жұмыс дизельді, газдыдизельді және газды циклмен жұмыс жасау кезінде отын беру жүесін және қозғалтқышты басқаруды жобалаумен айналысып жүрген ғалымдарға арналған. Әдістемесі: Жоғарыда айтылған тұжырымдама дизельді және газды дизельді циклы бойынша жұмыс кезінде дизелдің шекті көрсеткіштерін салыстыру  әдісіне негізделген. Техниканы газтектес жанармайға көшіру атмосфераға уытты заттардың шығарылуын айтарлықтай төмендетуге (30 % жоғары) және қуат көрсеткіштерін әсіре көп төмендетпестен (50 % аз) техника операторларына жылына  400 мың рубльге дейін қаржы үнемдеуге мүмкіндік береді. Газ тектес жанармайды орталықты және бөлшекпен беру жүйесін зерттеу және дизельді қозғалтқыштарда компримирленген табиғи газын қолдану жүйенің одан әрі жетілдірілуі үшін оны өндіріске енгізу туралы объективті түсінік алуға мүмкіндік береді. Жұмыс  қорытындысының тәжірибелік маңызды: Дизельді және газдыдизельді циклдері бойынша жұмыс жасау кезінде газтектес жанармайын орталықты және бөлшектеп беру бойынша жүйелер дайындалған. Газ тектес жанармайлы (табиғи газ) отын берудің осы жүйесін МТЗ-80/82  типті тракторлар үшін қолдану өзге альтернативті жанармай түрлерімен салыстырғанда, соның ішінде қалпына келетіндерімен де, барынша тиімді болып табылады. Газтәрізді отынның берілуі орталықтандырылған жүйені зерттеу және сығылған газды дизель қозғалтқыштарында қолдану.
Түйінді сөздер: газтәрізді отын, газ, дизель, метан, отын аппаратурасы.

___________________________________

Zagorodskikh B.P., Zakharov V.P., Chentsov N.A.
OPERATING EXPERIENCE OF TRACTORS EQUIPPED WITH GAS CYLINDER EQUIPMENT

Abstract. The value of the study is that the study of systems with central and distributed supply of gaseous fuels and the use of compressed natural gas in diesel engines allows you  get an objective view of the implementation of the system in production for its further improvement. Systems have been developed with central and distributed supply of gaseous fuel when operating on diesel and gas-diesel cycle. The most effective use of these systems supply of gaseous fuels (natural gas) for small tractor drawbar category of MTP-80/82 as compared to other alternative kinds of fuels, including restorable ones.
Key words: Gaseous fuel, gas, diesel, methane, fuel equipment

Введение. За последнее десятилетие использование природного газа (метана) в качестве топлива для различных видов техники во всем мире выросло на порядок. В качестве моторного топлива природный газ широко используется, прежде всего, в странах, имеющих собственные газовые месторождения и озабоченных проблемами энергетической и экологической безопасности и экономической стабильности. К таким странам относятся Пакистан, Аргентина, Бразилия, Индия, Китай и США. Набирает обороты потребление природного газа и в странах таможенного союза. Цель статьи — обобщение опыта использования природного газа (метана) в качестве топлива для сельскохозяйственных тракторов [1].

Наиболее простым и приемлемым способом перевода дизеля для работы на газообразном топливе, в сельском хозяйстве, является использование газодизельного цикла, так как это не требует значительных изменений конструкции двигателя, сохраняется серийная топливная аппаратура и способность работать как на дизельном топливе, так и на его смеси с компримированным (КПГ) или сжиженным природным газом. Для этого на технику устанавливается оборудование, состоящее из баллонов, предназначенных для перевозки запаса газообразного топлива, системы вентилей и редуцирования, а также системы управления подачей газообразного и дизельного топлива[2].

Системы управления подачей газообразного топлива выпускаются фирмами КАМАЗ – МАДИ (Россия),Woodward, GFI, AFS, Nippon, Мерседес(Германия), IMPCO (США), LandiRenzo, Lovato(Италия), NissanDiesel, NIKKI (Япония). В настоящее время имеется техническая документация на переоборудование тракторов К-701, 700А, Т-150К, МТЗ-80/82, ДТ-75, разработанная в ОАО ВНИИГАЗ, ГНУ ВИМ, ФГУП НАМИ, АО НЗТА г. Москва и ООО «ППП Дизельавтоматика» г. Саратов, для работы по газодизельному циклу. Отдельные модификации тракторов прошли приемочные испытания на Центральной, Кубанской, Поволжской МИС. Опытные образцы газодизельных тракторов работают в Ставропольском крае, Саратовской, Воронежской, Владимировской и Рязанской областях.[1] В Саратовской области газобаллонным оборудованием оснащены и работают трактор К-700А с распределенной (поцилиндровой) подачей газообразного топлива (совместной разработки ООО «ППП Дизельавтоматика» и СГАУ им. Н. И. Вавилова, рис.1,2) [3,4] и  трактор РТМ-160 с центральной (во впускной коллектор) подачей газообразного топлива(совместной разработки СГАУ им. Н. И. Вавилова и НТЦ «Авангард»).[1]

Рис.1. Система распределенной подачей газообразного топлива
на тракторе К-700А.

Рис. 2 Система с центральной подачей газообразного топлива
на тракторе РТМ-160.

Методы исследований. В результате эксплуатационных исследований системы с центральной подачей газообразного топлива было доказано, что выходные параметры дизеля изменяются в пределах 3-5%. (Рис. 3)

Во время проведения исследований вся информация о параметрах, характеризующих работу двигателя, на основании которых были произведены расчеты, записывалась на компьютер при помощи программного комплекса «Тракторинжект» посредством связи с электронным блоком управления. Электронный блок управления установлен в кабине оператора вместе с электронным педальным задатчиком.

Рис. 3. Расход газообразного и дизельного топлива при выполнении различных видов сельскохозяйственных работ:
1 – расход дизельного топлива нового двигателя при работе по дизельному циклу;
2 – расход дизельного топлива экспериментального двигателя при работе по дизельному циклу;
3 – суммарный расход топлива экспериментального двигателя при работе по газодизельному циклу,
суммарный эквивалентный расход топлива определяется по левой шкале, расход газообразного топлива
определяется по правой шкале из принятого условия, что 1 м³ газообразного топлива эквивалентен 1 кг дизельного топлива;
4 – суммарный расход топлива двигателя, работающего по системе с центральной подачей газообразного топлива,
при работе по газодизельному циклу.

Эксплуатационными исследованиями подтверждено, что вредные выбросы тракторных дизелей, работающих по газодизельному циклу, значительно снижаются при использовании системы распределенной подачи газообразного топлива по эжекционному принципу по сравнению с дизельным циклом и серийно выпускаемой системой с центральной подачей газа СЭРГ-500 установлено снижение содержания NO_х на 20 %, СН_х – на 30 %, СО – на 10 %, а содержание СО₂ повысилось на 30 %, что в целом соответствует требованиям ЕВРО-4 (Рис.4). На основании этих данных был проведен технико-экономический анализ, который показал, что нормативные платы за выбросы загрязняющих веществ при использовании газомоторного топлива снижаются в 2 раза по сравнению на дизельном топливе

 Рис. 4. Экологические исследования трактора К-700А при эксплуатации по дизельному циклу,
газодизельному циклу с центральной системой подачи газообразного топлива (ЦП) и газодизельному циклу
с распределенной системой подачи газообразного топлива (РП).

 Результаты и их обсуждение. Проведенные экономические исследования, на основании стандартных методик [5,6] показали, что наиболее экономически выгодным видом альтернативного топлива является природный газ (метан), особенно при использовании его на тракторах малого тягового класса, типа МТЗ-80/82 (Рис.5).

Проведенные эксплуатационные испытания показали, что вредные выбросы тракторных дизелей, работающих по газодизельному циклу, существенно снижаются при использовании системы распределенной подачи газообразного топлива по эжекционному принципу по сравнению с дизельным циклом и серийно выпускаемой системой с центральной подачей газа СЭРГ – 500. При этом было зафиксировано существенное снижение содержания NOх, СН х  и СО  правда, содержание СО2 повышается примерно на 30 %, но это в целом не противоречит требованиям стандартов ЕВРО -4. Наиболее ценным представляется тот факт, что наряду со снижением выброса загрязняющих веществ нормативная оплата за их выбросы при использовании газомоторного топлива снижаются почти в 2 раза по сравнению с показателями при использовании дизельного топлива, а за счет снижения расхода дизельного топлива (вследствие замещения его газом)  годовой экономический эффект при эксплуатации трактора К — 700А может достигать неизменно высокого уровня.

При экономических исследованиях применения основных видов альтернативных топлив для дизелей учитывалось, что эквивалент 1 нм³(нормальный метр кубический) компримированного природного газа ≈ 1л дизельного топлива, а цена биотоплива представлена из расчета себестоимости, в случае если производитель изготавливает топливо для себя, а рыночная цена составляет порядка 100 руб./литр

Срок окупаемости

Экономия руб. в год

Рис.5 Экономические исследования применения основных видов альтернативных топлив для дизелей.

 Вывод. Таким образом, перевод техники на газообразное топливо позволяет существенно снизить выбросы токсичных веществ в атмосферу (более 30%), и сэкономить средства операторам техники до 400 тыс. рублей в год при незначительных снижениях мощностных показателей (менее 5%). Подобные результаты наиболее ценны в работе малых или средних фермерских хозяйств, для которых важна как степень доступности к альтернативному топливу, так и наименьшие сроки окупаемости техники. Системы с центральной и распределенной подачей газообразного топлива при работе по дизельному и газодизельному циклу наиболее эффективны для тракторов малого тягового класса типа МТЗ-80/82 по сравнению с другими альтернативными видами топлива, в том числе и восстанавливаемыми.

 Список литературы

 1          Марков, В.А. Топлива и топливоподача многотопливных и газодизельных двигателей / В.А. Марков, С.И. Козлов // — М.: Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2000. — 296 с.

2          Бебенин, Е. В. Совершенствование топливной системы тракторных дизелей для работы по газодизельному циклу на примере трактора РТМ-160: дис. канд. техн. наук : 05.20.01, 05.20.03: защищена «15.05.09» : / Е.В. Бебенин. — Саратов, 2009. — 136 с. — Библиогр.: с. 117-126

3          пат. №105372 Российская Федерация МПК: F02М, Система распределенного эжекционного впрыска газообразного топлива/ Володин В.В., Загородских Б.П., Бебенин Е.В. приоритет 21 декабря 2010, бюлл. №16 от 10.06.2011г.

4          пат. №108491 Российская Федерация МПК: F02B Устройство эжекционной подачи топлива в двигатель/ Володин В.В., Загородских Б.П., Бебенин Е.В. приоритет от 21 декабря 2010г., бюл. №26 от 20.09.2011г.

5          Володин В.В. , Загородских Б.П. , Бебенин Е.В.  Эжекционная система распределенной подачи газообразного топлива в дизель // Тракторы и сельхозмашины. — 2012. — №5, -С. 13-15

6          ГОСТ 23728-88 Техника сельскохозяйственная. Основные положения и показатели экономической оценки – введ. 01.01.1988. – М.: Изд-во стандартов. – Взамен ГОСТ 23728-79. – М.: Изд-во стандартов (Система стандартов по экономической оценке сельскохозяйственной техники)