автореферат диссертации по транспорту, 05.22.10, диссертация на тему:Обеспечение работоспособности газобаллонных автомобилей в условиях отрицательных температур окружающего воздуха.

На правах рукописи

/

/ї/

. 7 Iі'' ■ п

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 руководитель:

Официальные оппоненты:

Ведущая организация:

доктор технических наук, профессор Певнев Николай Гаврилович

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

федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Оренбургский государственный университет (ОГУ)»

Защита состоится «25» октября 2012 г. в 14°° 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 «24» сентябрь 2012 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, доктор технических наук

Кузнецова В.Н.

российская ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

зсу дарственная библиотека

2Яій^міиІци-іяі 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;

4

- 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 13 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 H.H., Лукшо В.А., Панов Ю.В.,

5

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 A.B., 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 эжекцион-ных 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 омыва-ние 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.

При 1т)<>1кл\\.

а)

б)

(.МІв-СЛІш

Улє'ІЬІП.ій тсгілонои поток гіомоідйсм^й

СУГ ur« окружаю ще і і среды описывается, млем am ческой моделью:

I .V. .V

нф

Рп.ф.~>0

При />:о і^Лкл'і.

Удельный тепловой поток поглпишеииб окружающей средой из СУГ' пгшсывпсгся математической моделью:

Cikbt+CtihQ)

<!i =

\Чг

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; Гж ф - температура кипения жидкой фазы СУГ; - температура окружающего воздуха; Рп.ф. - давление паровой фазы СУГ; д - удельный тепловой поток; ¿6 - толщина стенки газового баллона; Аі - коэффициент теплопроводности стенки баллона; а; - коэффициент теплопередачи от наружной поверхности газового баллона к окружающему воздуху; 5п.ф - толщина паровой фазы СУГ; Я„.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. 1,6).

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:

Ос уг = ссуг-лгсуг-а'суг. 0)

где Ссуг - массовая теплоемкость жидкой фазы СУГ, кДж/(кг- °С); Мсуг - масса СУГ, кг; Д/суг - разница между начальной и конечной температурами СУГ, °С.

7

Количество тепла, необходимое для повышения температуры корпуса баллона,

кДж:

(2)

где Св^ - массовая теплоемкость материала баллона, кДж/(кг- °С); М^ - масса баллона, кг; Д/б - разница между начальной и конечной температурами баллона,°С.

Количество тепла, поглощенного корпусом автомобильного газового баллона извне (из окружающей среды), Вт:

4Ф К «2

где /п.ф - температура паровой фазы СУТ, "С; - температура окружающего воздуха, "С; 5п ф - толщина паровой фазы СУГ, м; 5В - толщина стенки газового баллона, м; Яп ф - коэффициент теплопроводности паровой фазы, Вт/(м- °С); А6- коэффициент теплопроводности стенки баллона, Вт/(м- °С); а2- коэффициент теплопередачи от наружной поверхности газового баллона к окружающему воздуху, Вт/(м2 °С); Fб - площадь поверхность газового баллона, м2.

Количество тепла, необходимое для поддержания заданного давления, кДж:

. (6Суг+ббт+а)

а,

где т] - КПД нагревательного элемента.

На основе расчетов выявлена закономерность, представленная на рис. 2.

Он, кДж

Убял = ЗУ Л

/м, МПа

>. .рх, МПа

МПа

р2, МПа

(тз'С

Рис. 2. Закономерность изменения количества тепла для под держания 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).

|'мр|к'.|ц |у 1| Иуг

блок 1 Клок 2 Блок 3 Блок 4 Блок 5 Блок 6 Блок 7 Блок 8 Блок 9

Условия жсилуаташн П»а

Давлсние насыщенных паров СУГ' /^.--/(компонентный сЬетаи./,11гп01)

Количество гепла, необходимое для поддержания заданного давлення СУГ _Йі^Луг -'"от .'»т-.Сі^Хіуг)_

Мощность, необходимая для поддержания талонного давления СУІ V -ПО, :т)

и

Мощность ТЭН V.., /ГЛО

При V, А^, ЭиергетическнП баланс ГБА

Параметры ТЭН / ДА .ж);.': '.Г Л Ч ,;:)

Тепловой поток

(?=/('<-уг^ь /гит» ;'„вг.,™:'Г>Н;)''СУГ1 -........

|хо

Коэффициент' полезного действии при V >0,851 Ш

Технические решения по поддержанию ладанного даилеппя СУГ ооі'сиечинаїот надавиме трубо пания

. К.УГ

УГа, при I/ <0.85

Выбор параметров тешюиполхшш

_ТИПІ Ящі/ь ;_

к™, І &,.„„ І /ин

Тепловой поток при применении теплой ІОЛЯІПІИ Ч»^; Й;."У)пііі '^п.', Sn.it!)

Рис. 3. Методика определения параметров комплекса технических решений по поддержанию заданного давления СУГ в газовом баллоне: у — место расположения газового баллона; Усуг— объем СУГ в баллоне, Убт~ объем газового баллона; 10кр вт - температура окружающего воздуха; и, — скорость ветра; рсуг - давление насыщенных паров СУГ в газовом баллоне; (?„ - полное количество тепла, необходимое для поддержания заданного давления СУГ; /лсуг — масса СУГ в баллоне; т&ш — масса баллона; Ссуг - массовая теплоемкость жидкой фазы СУГ; Свах - массовая теплоемкость материала баллона; - мощность, необходимая для поддержания заданного давления СУГ; т — время, необходимое для поддержания заданного давления СУГ в баллоне; Л'тэн — потребляемая мощность ТЭН; Л^сг — остаточная мощность; //ген - МОЩНОСТЬ генераторной установки; Л^ПШр — мощность потребителей электроэнергии на ГБА; / - длина проволоки нагревателя; г/ - диаметр нагревателя круглого сечения; Тф - тепловой поток, проходящий от ТЭН через газовый баллон с СУГ к окружающему воздуху; 'сугж.ф..- температура жидкой фазы СУГ; ¿сугп.ф. - температура паровой фазы СУГ; /тэн - температура ТЭН; Лташ - коэффициент теплопроводности теплоизоляции; Хгеш, - толщина теплоизоляции; I/ - коэффициент полезного действия; 'ZQT - 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-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<?акр5-30,6°С, с 50 - литровым баллоном, заполненным СУГ до 40л, 30л, 20л и Юл.

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 -28,7</О1ф<-30,6°С; атмосферное давление Р,ЛТ!Л = 766мм рт.ст.; объем газового баллона К&ц, =50л; напряжение на нагревателе 1/=12В; потребляемая мощность ТЭН Мтзи = 0,8кВт.

/), МПа

р, МПп

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;

р 1 - кривая давления при Ксуг=10л, МПа; р2 - кривая давления при Ксуг=20л, МПа;

рЗ - кривая давления при Ксут=30л, МПа; р4 - кривая давления при Усуг^Ол, МПа

Обработка результатов эксперимента проводилась по методике Захарова Н.С. (ТюмГНГУ), при доверительной вероятности а=0,90 и количестве испытаний п=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:

£?СУГ = Ссуг ■ МСУГ - Д'суг, (5)

- количество тепла, необходимое для повышения температуры корпуса баллона с численными значениями, кДж:

= 0,47- 23,1 -Дг6; (6)

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

(7)

а

к. 58

■/v..

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

800

(8)

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

значений /""-критерия для доверительной вероятности а=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.

Нормативно-техническая документация

ОСТ 37.001.653-99 Газобаллонное оборудование

транспортных средств, использующих газ в качестве моторного топлива. Общие технические Требовш 1ИЯ и методы испытания

• 4, Технические требования и требования по размещению газобаллонного оборудования на транспортом средстве. 4.1 Требования к комплекту газобаллонного оборудования (Дополнено требованиями, предъявляемыми к комплексу технических решении по поддержанию заданного давления СУГ в газоном бетоне).

РД 3112199-1094-03 Руководство по организации жеплуатацип газобаллонных автомобилей, работающих на сжиженном нефтяном те

— 4. Особенности эксплуатации ГБА, работающих на СУГ. (Дополнено рекомендациями по эксплуатации ГБА, оснащенных комплексом технических' решении но поддержанию заданного давления СУГ в газовом баллоне). 5. Организация технического обслуживания и текущего ремонта П/Л, работающих на СУГ. (Дополнено методикой проведения обслуживания комплекса технических решений по поддержанию заданного давления СУГ в газовом баллоне).

ТУ 152-12-008-99 Автомобили и автобусы. Переоборудование грузовых, легковых автомобилей и автобусов в газобаллонные для работы'на сжиженных нефтяных газах

■ 1. Технические требования, 1,4. Технические требования к монтажу газобаллонного оборудования (Дополнено методикой дооборудования ГШ комплексом технических решений по поддержанию заданного дашния СУГ и геповом 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.

Рес 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 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 а=0,90 значения дисперсионного отношения Фишера, полученные на основе экспериментальных данных, больше табличных значений /"-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, J1.C. 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-

технической 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, 20-21 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 научно-технический 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 архитектурно-строительного и дорожно-транспортного комплексов России: материалы Всероссийской научно-технической конференции (с международным участием). — Омск: СибАДИ, 2011.-Кн. 2. — С. 137-141.

Подписано к печати 19.09.2012 Формат 60x90 1/16. Бумага писчая. Оперативный способ печати. Усл. п. л. 1,1; Уч.-изд. 0,85. Тираж 120. Заказ №266.

Отпечатано в подразделении оперативной полиграфии УМУ ФГБОУ ВПО «СибАДИ» 644080 г. Омск, пр. Мира, 5

u- 20490

2012350504

2012350504

ВВЕДЕНИЕ.

1 ОЦЕНКА СОСТОЯНИЯ РАБОТОСПОСОБНОСТИ ГАЗОБАЛЛОННЫХ АВТОМОБИЛЕЙ ПРИ ОТРИЦАТЕЛЬНЫХ ТЕМПЕРАТУРАХ ОКРУЖАЮЩЕГО ВОЗДУХА.

1.1 Использование сжиженного углеводородного газа в качестве моторного топлива на современном этапе.

1.2 Анализ методов для поддержания давления сжиженного углеводородного газа.

1.2.1 Методы для поддержания давления сжиженного углеводородного газа, применяемые на автомобильном транспорте в автомобильных газовых баллонах.

1.2.2 Методы испарения сжиженного углеводородного газа в емкостях хранения, использующиеся в жилищно-коммунальном хозяйстве.

1.2.3 Анализ конструкций электронагревателей для испарения сжиженного углеводородного газа.

2 ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПОДДЕРЖАНИЯ ЗАДАННОГО ДАВЛЕНИЯ НАСЫЩЕННЫХ ПАРОВ СЖИЖЕННОГО УГЛЕВОДОРОДНОГО ГАЗА В ГАЗОВОМ БАЛЛОНЕ.

2.1 Процесс формирования агрегатного состояния сжиженного углеводородного газа в газовом баллоне.

2.2 Определение количества тепла необходимого для поддержания заданного давления сжиженного углеводородного газа в газовом баллоне.

2.3 Определение мощности трубчатого электронагревателя для поддержания заданного давления сжиженного углеводородного газа в газовом баллоне.

2.4 Определение потерь тепловой энергии от трубчатого электронагревателя в окружающую среду.

2.5 Мероприятия по снижению потерь тепловой энергии вырабатываемой трубчатым электронагревателем.

2.6 Методика определения параметров комплекса технических решений по поддержанию заданного давления СУ Г в газовом баллоне.

3 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПОДДЕРЖАНИЯ ЗАДАННОГО ДАВЛЕНИЯ НАСЫЩЕННЫХ ПАРОВ СЖИЖЕННОГО УГЛЕВОДОРОДНОГО ГАЗА В ГАЗОВОМ БАЛЛОНЕ.

3.1 Объект экспериментальных исследований.

3.2 Применяемая измерительная аппаратура и определение погрешности измерений.

3.3 Методика испытаний.

3.4 Результаты испытаний.

3.5 Оценка сходимости результатов полученных теоретическим путем с результатами экспериментальных исследований.

4 ДОПОЛНЕНИЯ К НОРМАТИВНО-ТЕХНИЧЕСКОЙ ДОКУМЕНТАЦИИ ДЛЯ ГАЗОБАЛЛОННЫХ АВТОМОБИЛЕЙ, РАБОТАЮЩИХ НА СЖИЖЕННЫХ УГЛЕВОДОРОДНЫХ ГАЗАХ.

4.1 Дополнение к нормативно-технической документации с учетом комплекса технических решений по поддержанию заданного давления сжиженного углеводородного газа в газовом баллоне.

4.1.1 Требования, предъявляемые к комплексу технических решений по поддержанию заданного давления сжиженного углеводородного газа в газовом баллоне.

4.1.2 Методика дооборудования газобаллонного автомобиля комплексом технических решений по поддержанию заданного давления сжиженного углеводородного газа в газовом баллоне.

4.1.3 Рекомендации по эксплуатации газобаллонных автомобилей оснащенных комплексом технических решений по поддержанию заданного давления сжиженного углеводородного газа в газовом баллоне.

4.1.4 Методика проведения обслуживания комплекса технических решений по поддержанию заданного давления сжиженного углеводородного газа в газовом баллоне.

4.2 Влияние комплекса технических решений по поддержанию заданного давления сжиженного углеводородного газа в газовом баллоне на работоспособность газобаллонных автомобилей.

Интерес в Российской Федерации к альтернативным видам моторного топлива во многом обусловлен пристальным вниманием к экологическим проблемам и ростом цен на нефть.

Являясь нефтедобывающей и газодобывающей страной, РФ располагает достаточной ресурсно-сырьевой базой для использования и расширения производства сжиженных углеводородных газов нефтяного происхождения, таких как сжиженный пропан-бутановый газ (СУГ). Так, запасы попутного нефтяного газа (являющегося одним из основных источников сырья для производства СУГ) в нефтяных месторождениях РФ составляют, по имеющимся оценкам, порядка 1,5 трлн. м3. На рынке моторных топлив СУГ успешно конкурирует с автомобильными бензинами [11].

Использование в качестве топлива для автомобильных двигателей СУГ дает возможность увеличить эффективность эксплуатации автотранспортных средств за счет уменьшения количества вредных выбросов и снижения затрат на топливо [12]. 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 [76].

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 имеются ряд проблем обеспечения работоспособности газобаллонных автомобилей (ГБА) при отрицательных температурах окружающего воздуха.

Актуальность темы.

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.

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 13 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.

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 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 «=0,90 значения дисперсионного отношения Фишера, полученные на основе экспериментальных данных, больше табличных значений ^-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.

1. Александров A.B. Автоматизированное управление единой системой газоснабжения: Материал технической информации / A.B. Александров. -М.: Недра, 1980. 352 с.

2. Ануръев В.И. Справочник конструктора-машиностроителя (том 1) / В.И. Анурьев. М.: Машиностроение, 2001. - 920 с.

3. Арнольд Л.В. Техническая термодинамика и теплопередача / Л.В. Арнольд, Т.А. Михайловский, В.М. Селиверстов. М.: Высшая школа, 1979. -446 с.

4. Баврин И.И. Теория вероятностей и математическая статистика / И.И. Баврин. М.: Высшая школа, 2005. - 160 с.

5. Барахтин Б.К. Металлы и сплавы. Анализ и исследование. Физико-аналитические методы исследования металлов и сплавов. Неметаллические включения. Том 1 / Б.К. Барахтин, A.M. Немец С.Пб.: НПО "Профессионал", 2006. - 490 с.

6. Бессонов JT.A. Теоретические основы электротехники. Электрические цепи / Л.А. Бессонов М.: Высшая школа, 1996. - 344 с.

7. Белов A.A. Теория вероятностей и математическая статистика / A.A. Белов, Б. А. Балл од, H.H. Елизарова. М.: Феникс, 2008. - 318 с.

8. Бобров Ю.Я. Теплоизоляционные материалы и конструкции / Ю.Л.

9. Бобров, Е.Г. Овчаренко, Б.М. Шойхет и др. М.: ИНФРА-М, 2003. - 268 с.

10. Бок М.А. Развитие индустрии и секторов конечного потребления сжиженных углеводородных газов в мире и в России / М.А. Бок // Автономное газоснабжение. 2007. - Июль. - С. 7-11.

11. Бэр Г. Д. Техническая термодинамика / Г. Д. Бэр. М.: Мир, 1977.-518с.

12. Варгафтик Н.В. Справочник по теплопроводности жидкостей и газов / Н.В. Варгафтик Л.П. Филиппов, A.A. Тарзиманов и др. М.: Энерго-атомиздат, 1990. - 352 с.

13. Вахламов В.К. Автомобиль. Основы конструкции / В.К. Вахламов. М.: Академия, 2004. - 528 с.

14. Вукалович М.П. Техническая термодинамика / М. П. Вукалович, И. И. Новиков. М.: Энергия, 1968. - 496 с.

15. Гаврилов А.Х. Газобаллонов оборудование автомобилей / А.Х. Гав-рилов, Н.Г. Певнев, J1.H. Бухаров. М.: Недра, 1991. - 141 с.

16. Генкин К.И. Газовые двигатели / К.И. Генкин. М.: Машиностроение, 1977. - 196 с.

17. Геращенко O.A. Тепловые и температурные измерения. Справочное руководство / O.A. Геращенко, В.Г. Федоров. Киев: Наукова думка, 1965.-304 с.

18. Голъдблат И.И. Использование горючих газов в качестве топлива для быстроходных двигателей внутреннего сгорания / И.И. Гольдблат. М.: ЦИНТИ Маш, 1961.- 110 с.

19. Гольянов А.И. Газовые сети и газохранилища: учебник для вузов / А.И. Гольянов. Уфа: Монография, 2004. - 303 с.

20. Горлов Ю.П. Технология теплоизоляционных материалов: учебник для вузов / Ю.П. Горлов, А.П. Меркин, A.A. Устенко. М.: Стройиздат, 1980.- 399 с.

21. ГОСТ Р 50992-96. Безопасность автотранспортных средств при воздействии низких температур внешней среды. Общие технические требования. М.: Издательство стандартов, 1996. - 14 с.

22. ГОСТ Р 52087-2003. Газы углеводородные сжиженные топливные.- М.: Издательство стандартов, 2003. 11 с.

23. ГОСТ 28656-90. Газы углеводородные сжиженные. Расчетный метод определения плотности и давления насыщенных паров. М.: Всесоюзный научно-издательский институт углеводородного сырья, 1990. - 105 с.

24. ГОСТ Р 50994-96. Газы углеводородные сжиженные. Метод определения давления насыщенных паров. М.: Стандартинформ, 1996. - 11 с.

25. ГОСТ 20448-90. Газы углеводородные сжиженные топливные для коммунально-бытового потребления (введен взамен ГОСТ 20448-80). М.: Стандартинформ, 1990. - 8 с.

26. ГОСТ 27483-87. Испытания на пожароопасность. Методы испытаний. Испытания нагретой проволокой. М.: Издательство стандартов, 1989. -Юс.

27. ГОСТ 16350-80. Районирование и статистические параметры климатических факторов для технических целей. М.: Государственный комитет СССР по гидрометеорологии и контролю природной среды, 1981. - 114 с.

28. ГОСТ 12.1.010-76. Система стандартов безопасности труда. Взры-вобезопасность. М.: Издательство стандартов, 1978. - 5 с.

29. ГОСТ 22782.6-81. Электрооборудование взрывозащищенное с видом взрывозащиты «взрывонепроницаемая оболочка». Технические требования. М.: Издательство стандартов, 1982. - 73 с.

30. ГОСТ 13268-88. Электронагреватели трубчатые. Технические условия. М.: Издательство стандартов, 1988. - 16 с.

31. Григорьев В.Я. Тепловые процессы в устройствах тягового электроснабжения / B.JL Григорьев, B.B. Игнатьев. М.: УМЦ, 2007. - 182 с.

32. Григорьев E.V. Газобаллонные автомобили / Е.Г. Григорьев, Б.Д. Колубаев, В.И. Ерохов, A.A. Зубарев. М.: Машиностроение, 1989. - 216 с.

33. Джонсон И. Статистика и планирование эксперимента в технике и науке. Методы обработки данных. Пер. с англ. / И. Джонсон, Ф. Лион. М.: Мир, 1980.-620 с.

34. Драчнев В.Г. Диспетчеризация городских систем газоснабжения: монография / В.Г. Драчнев. JL: Недра, 1982. - 198 с.

35. Дьяков В.И. Типовые расчеты по электрооборудованию: практическое пособие 7-е изд. / В.И. Дьяков. М.: Высшая школа, 1991. - 160 с.

36. Ерофеев B.JJ. Теплотехника: учебник для вузов / B.JI. Ерофеев, П.Д. Семенов, A.C. Пряхин. М.: Академкнига, 2006. - 456 с.

37. Ерохов В.И. Газобаллонные автомобили (конструкция, расчет, диагностика): учебник для вузов / В.И. Ерохов. М.: Горячая линия-Телеком, 2011.-598 с.

38. Ерохов В.И. Система питания двигателя внутреннего сгорания сжиженным газовым топливом / В.И. Ерохов // АвтоГазоЗаправочный Комплекс +Альтернативное топливо: Международный научно-технический журнал. 2008. - №2 (38). - С. 55-60.

39. Ерохов В.И. Легковые газобаллонные автомобили: устройство, переоборудование, эксплуатация, ремонт / В.И. Ерохов. М.: Академкнига, 2003.-283 с.

40. Жилин О. Ф. Российское газовое общество, эффективный механизм проведения государственной политики в газовой сфере / О.Ф. Жилин // Транспорт на альтернативном топливе: Международный научно-технический журнал. 2008. - №2 (2). - С. 13-14.

41. Зайделъ А.Н. Погрешности измерений физических величин / А.Н. Зайдель. Л.: Наука, 1985. - 112 с.

42. Зайцев С.А. Нормирование точности / С.А. Зайцев, А.Д. Куранов, А.Н. Толстов. М.: Академия, 2004. - 256 с.

43. Залознов И.П. Повышение эффективности эксплуатации автомобилей за счет обоснования периодичности обслуживания электромагнитных форсунок: дис. . канд. техн. наук / И.П. Залознов. Омск, 2003. - 115 с.

44. Захаров В.К. Теория вероятностей / В.К. Захаров, Б.А. Севастьянов, В.П. Чистяков. М.: Наука, 1983. - 160 с.

45. Захаров Н.С. Программа «REGRESS» Руководство пользователя / Н.С. Захаров. Тюмень: ТюмГНГУ, 1999. - 40 с.

46. Золотницкий В.А. Новые газотопливные системы автомобилей / В.А. Золотницкий. М.: Третий Рим, 2005. - 64 с.

47. Зубеня A.A. Выгода очевидна. Российское газовое общество / A.A. Зубеня // Газовый бизнес. 2008. - Июль-Август. - С. 30-33.

48. Исаченко В.П. Теплопередача / В.П. Исаченко, В.А. Осипова, A.C. Сукомел. М.: Энергия, 1975. - 488 с.

49. Исследование надежности газобаллонной аппаратуры РЗАА в условиях Сибири. Отчет о НИР (промежуточный) / СибАДИ; Научный руководитель Е.В. Гнатюк, отв. исполнитель Н.Г. Певнев Тема 1142; № ГР 79032952, инв. № - 02818012392 - Омск, 1981. - 47 с.

50. Карапетъянц М.Х. Основные термодинамические константы неорганических и органических веществ / М.Х. Карапетьянц, M.J1. Карапетьянц. -М.: Химия, 1968.-464 с.

51. Кириллин В.А. Техническая термодинамика / В.А. Кириллин, В. В. Сычев, А. Е. Шейдлин. М.: Наука, 1979. - 512 с.

52. Коллеров JI.K. Газовые двигатели поршневого типа: научное издание / JI.K. Коллеров. М.: Машгиз, 1955. - 212 с.

53. Конторович А.Э. Прогноз развития нефтегазового комплекса России и экспорта нефти, нефтепродуктов и газа на новые рынки АТР / А.Э. Конторович, А.Г. Коржубаев // Инновации. Технологии. Решения. 2006. -Сентябрь.-С. 8-12.

54. Кочергин С.М. Теплоизоляция. Материалы, конструкции, технологии / С.М. Кочергин. М.: Строитель, 2008. - 440 с.

55. Крестовников А.Н. Химическая термодинамика / А.Н. Крестовников, В.Н. Вигдорович. М.: Металлургия, 1973. - 256 с.

56. Кудинов В.А. Техническая термодинамика / В.А. Кудинов, Э.М. Кармашев. М.: Высшая школа, 2000. -261 с.

57. Ландау Л. Теоретическая физика / J1. Ландау, Е. Лифшиц. М.: Наука, 1964. - 567 с.

58. Левашов М.Г. Повышение эффективности эксплуатации газобаллонных автомобилей путем применения комбинированной системы впрыска: дис. . канд. техн. наук / М.Г. Левашов. Омск, 2007. - 120 с.

59. Лисин В.А. Повышение эффективности эксплуатации газобаллонных автомобилей путем обоснования нормативов обслуживания двухтопливной системы питания: дис. . канд. техн. наук / В.А. Лисин. Омск, 2005. -120 с.

60. Лосавио Г. С. Эксплуатация автомобилей при низких температурах / Г.С. Лосавио. М.: Транспорт, 1973. - 117 с.

61. Миронов Д.А. СУГ как ключевая компетенция / Д.А. Миронов // Газ России. 2010. - №3. - С. 14-16.

62. Морев А.И. Газобаллонные автомобили: справочник / А.И. Морев,

63. В.И. Ерохов, Б.А. Бекетов. М.: Транспорт, 1992. - 175 с.

64. Морозов В.А. Повышение эффективности эксплуатации газобаллонных автомобилей на основе прогнозирования работоспособности редуктора-испарителя: дис. . канд. техн. наук / В.А. Морозов. Оренбург, 2011.— 145 с.

65. Назаров Н.Г. Метрология. Основные понятия и математические модели / Н.Г. Назаров. М.: Высшая школа, 2002. - 348 с.

66. Национальная газомоторная ассоциация. Мировой рынок сжиженного углеводородного газа для автомобилей. МЕТАНинфо. апрель 2010 г. Электронный ресурс. Дата обновления 15.10.2010. URL: http://www.ngvrus.ru/ (дата обращения: 05.02.2011).

67. ОАО «ГЭС» Специальное обозрение. 14.06.2007 Электронный ресурс. Дата обновления 14.06.2007. URL: www.raiffeisen.ru/common/img/uploaded/files (дата обращения: 21.12.2008).

68. ООО "Форвард Комплект" Трубчатые электронагреватели. 16.04.2007 Электронный ресурс. Дата обновления 16.04.2007. URL: www.forkom.ru (дата обращения: 22.07.2008).

69. Панов Ю.В. Перспективы газомоторной отрасли / Ю.В. Панов // АвтоГазоЗаправочный Комплекс + Альтернативное топливо: Международный научно-технический журнал. 2012. - №2 (62). - С. 64-66.

70. Патент Российской Федерации RU2242096. Трубчатый электронагреватель. Грепан Сергей Евгеньевич. Дата начала действия патента: 2002.12.24

71. Пащенко КГ. Excel 2007 / И.Г. Пащенко. М.: Эксмо, 2009. - 496с.

72. Певнев Н.Г. Техническая эксплуатация газобаллонных автомобилей: учебное пособие / Н.Г. Певнев, А.П. Елгин, J1.H. Бухаров и др. Омск: СибАДИ, 2002.-218 с.

73. Певнев Н.Г. Совершенствование процесса эксплуатации газобаллонных автомобилей с двухтопливной системой питания: дис. . д-ра. техн.наук / Н.Г. Певнев. Омск, 2004. - 425 с.

74. Певнев Н.Г. Регулирование теплообмена в газовом баллоне при эксплуатации ГБА в зимнее время текст. / Н.Г. Певнев, В.И. Гурдин, М.В. Банкет // Транспорт на альтернативном топливе: Международный научно-технический журнал. 2010. - №5 (17). - С. 12-14.

75. Певнев Н.Г. Повышение эффективности эксплуатации газобаллонных автомобилей в зимнее время года / Н.Г. Певнев, В.И. Гурдин, М.В. Банкет // Транспорт на альтернативном топливе: Международный научно-технический журнал. 2012. - №1 (25). - С. 74-77.

76. Певнев Н.Г. Методика расчета трубчатого электронагревателя сжиженного газа для автомобильного баллона / Н.Г. Певнев, М.В. Банкет //

77. 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.

78. Певнев Н.Г. Определение мощности для испарения сжиженного газа на различных режимах работы газобаллонного автомобиля / Н.Г. Певнев, P.M. Темирбаев // СибАДИ. Омск. - 2004. - С. 9.

79. Петров А.Б. За вас, за нас и за газ! / А.Б. Петров, Ю.В. Трофимов, Ю.Н. Фролов, A.B. Ширяев // Журнал «Новости авторемонта». 2003. - №16.- С. 38-40.

80. Поспелов Г.Е. Электрические системы и цепи: учебник для вузов / Г.Е. Поспелов, В.Т. Федин, П.В. Лычёв. Мн.: УП «Технопринт», 2004. - 720 с.

81. ПОТ РМ-008-99. Межотраслевые правила по охране труда при эксплуатации промышленного транспорта (напольный безрельсовый колесный транспорт). Постановление от 7 июля 1999 г. N 18 - 76 с.

82. Проект Федерального закона N 130858-4 "Об использовании альтернативных видов моторного топлива" (ред., внесенная в ГД ФС РФ). -2005.

83. Путилов К.А. Термодинамика / К.А. Путилов. М.: Наука, 1971.376 с.

84. Рачевский Б.С. Сжиженные углеводородные газы / Б.С. Рачевский.- М.: Нефть и газ, 2009. 640 с.

85. Резник Л.Г. Приспособленность автомобилей к низким температурам воздуха / Л.Г. Резник, Г.М. Ромалис, С.Т. Чарков. Тюмень: ТГУ, 1985. -105 с.

86. Решетов Д.Н. Детали машин: учебник для студентов машиностроительных и механических специальностей вузов / Д.Н. Решетов. М.: Машиностроение, 1989. - 496 с.

87. РД 3112199-1094-03. Руководство по организации эксплуатации газобаллонных автомобилей, работающих на сжиженном нефтяном газе. -ФГУП НИИАТ. 2002. - 84 с.

88. Рогов В. А. Методика и практика технических экспериментов / В.А. Рогов, Г.Г. Позняк. М.: Академия, 2005. - 283 с.

89. Рудских В.И. Влияние условий эксплуатации автомобиля на стабильность состава топливовоздушной смеси при использовании сжиженного нефтяного газа: На примере двигателя ЗМЗ-406.2.10: дис. . канд. техн. наук/ В. И. Рудских. Оренбург, 2001.- 139 с.

90. Румшиский JT.3. Математическая обработка результатов эксперимента / Л.З. Румшиский. М.: Наука, 1971. - 192 с.

91. Самоль Г.И. Газобаллонные автомобили / Г.И. Самоль, И.И. Гольдблат. М.: Машгиз, 1963. - 388 с.

92. Сидоров H.A. Топливо стране по народной цене / H.A. Сидоров // Транспорт на альтернативном топливе: Международный научно-технический журнал. 2008. - №4 (4). - С. 24-26.

93. СНиП 42-01-2002. Газораспределительные системы. М.: Управление стандартизации, технического нормирования и сертификации Госстроя России, 2002. - 87 с.

94. Соколов A.B. Газ как альтернатива / A.B. Соколов // Журнал «Карманный автомастер». Челябинская область: Издатель ЗАО «Производственное объединение «ТРЕК». 2007. - №7. - С. 24-28.

95. СП 41-101-95. Проектирование тепловых пунктов. Министерство строительства Российской Федерации от 1.7.96 N 41-101-95. - 199 с.

96. Справочник газоснабжения. Мировые тенденции использования сжиженного газа. Электронный ресурс. Дата обновления 06.05.2008. URL: http://fas.su/ (дата обращения: 03.11.2010).

97. Стасайтис A.B. Перспективы развития рынка АГЗС в России / A.B. Стасайтис // Транспорт на альтернативном топливе: Международный научно-технический журнал. 2008. - №1 (1). - С. 22-26.

98. Стаскевич H.J1. Справочник по газоснабжению и использованию газа / H.JI. Стаскевич, Г.Н. Северинец, Д.Я. Вигдорчик. JL: Недра, 1990. -762 с.

99. Стативко B.JI. Формирование российского рынка альтернативных видов моторного топлива / B.JI. Стативко // Газовая промышленность. -2007.-Апрель.-С. 21-24.

100. Судо М.М. Нефть и углеводородные газы в современном мире. Издание 2 / М.М. Судо, P.M. Судо. М.: ЛКИ, 2008. - 256 с.

101. Темирбаев P.M. Повышение эффективности эксплуатации газобаллонных автомобилей в условиях низких температур путем совершенствования процесса подогрева газа: дис. . канд. техн. наук / P.M. Темирбаев. -Омск, 2004. 119 с.

102. Толбоев М.А. Внедрение газомоторного топлива на автотранспорте России эффективный путь улучшения состояния окружающей среды / М.А. Толбоев // Транспорт на альтернативном топливе: Международный научно-технический журнал. - 2008. - №2 (2). - С. 16-18.

103. Трофимов A.B. Повышение эксплуатационной надежности газобаллонных автомобилей за счет применения двухтопливной системы питания: дис. . канд. техн. наук / A.B. Трофимов. Омск, 2002. - 123 с.

104. Фадеев М.А. Элементарная обработка результатов эксперимента: учебное пособие / М.А. Фадеев. СПб. : Лань, 2008. - 117 с.

105. Федеральная целевая программа «Развитие транспортной системы России (2010 2015 годы)»: утв. Постановлением Правительства РФ от 20 мая 2008 г. № 377. - М.: Информавтодор, 2008. - 136 с.

106. Хабеишвипи Д.А. Повышение эксплуатационной надежности системы питания газобаллонных автомобилей: дис. . канд. техн. наук / Д.А. Хабеишвили. Москва, 1994. - 213 с.

107. Чукарин JI.A. Сельская газовая служба / JI.A. Чукарин. Л.: Недра, 1984.-215 с.

108. Шашков А.Г. Волновые явления теплопроводности. Системно-структурный подход / А.Г. Шашков, В. А. Бубнов, С. Ю. Яновский. Едитори-ал УРСС, 2004. 296 с.

109. Шевченко В.В. Анализ и разработка мероприятий по уменьшению аварийности электронагревателей / В.В. Шевченко // Система обработки информации. 2009. - №4 (78). - С. 117-183.

110. Cipollone R., Villante С.: A dynamical analysis of LPG vaporisation in liquid-phase injection systems. University of L'Aquila 2002.

111. Cipollone R., Villante C.: A/F and liquid-phase control in LPG injected spark ignition ICE. SAE 2000-01-2974.

112. Dutczak J., Golec K., Papuga Т.: Niektore problemy zwi^zane z wtryskowym zasilaniem silnikow cieklym propanem-butanem. Mat. VI Mi^dzynarodowej Konf. Naukowej SILNIKI GAZOWE 2003, Wydawnictwo Poli-techniki Cz^stochowskiej, Cz^stochowa 2003.

113. Energy and Environmental Analysis, Inc., Study of the Propane Industry's Impact on the U.S. and State Economics. Arlington, Virginia, November 2004. 18-62

114. Kazimierz Lejda, Artur Jaworski. Influence of liquid LPG injection change pressureon the injection control. Department of Automotive Vehicles and Internal Combustion Engines. TEKA Kom. Mot. Energ. Roln. OL PAN, 2008, 8, 141-148.

115. Ken Otto. Global LPG Market Outlook. LP Gas exceptional energy. World LP Gas Association. September 2009. 12-19.

116. National Propane Gas Association, "The History of Propane," April 10, 2008.

117. Secretaría de Energía. Liquefied Petroleum Gas Market Outlook 20008-2017. Gobierno Federal. México, 2008. 84.

118. Sharon E. State Code. Liquefied Petroleum Gas. Containers and Equipment. October 1, 2001, 90

119. Sykes R.: Gas works. Engine Technology International, № 4/99. VIALLE Materialy szkoleniowe, Kielce 2001.