ПЕРЕДВИЖНАЯ ГАЗОНАПОЛНИТЕЛЬНАЯ УСТАНОВКА Российский патент 2003 года по МПК F17C5/06 

Изобретение относится к газоснабжению компримированным природным газом (КПГ) газобаллонных автомобилей, населенных пунктов и производственно-технологических установок.

Заправка газобаллонных автомобилей КПГ обычно осуществляется на широко известных в мировой практике автомобильных газонаполнительных компрессорных станциях (АГНКС) [1] . Однако в условиях редкой сети таких станций велики холостые пробеги автомобилей на заправку. При принятом в мировой практике уровне заправки баллонов автомобилей до давления 20 МПа пробег автомобилей от одной заправки составляет не более 300 км. Холостой пробег на заправку, составляющий 10-20 км, снижает полезный пробег на 10-20%, что приводит к ухудшению экономических показателей автомобилей. Для сокращения холостых пробегов автомобилей используют доставку газа и заправку автомобилей с помощью передвижных газонаполнительных установок - автогазозаправщиков.

Известны передвижные автогазозаправщики, выполненные в виде смонтированной на полуприцепе группы сосудов высокого давления, соединенных общим коллектором, у которых опорожнение сосудов осуществляется с помощью установленного на том же полуприцепе компрессора [2]. Использование компрессора приводит к усложнению газонаполнительных установок, увеличению времени заправки автомобилей (компрессоры рассчитываются на небольшую производительность) и, кроме того, не обеспечивает полного опорожнения газонаполнительных установок, так как диапазон давлений всасывания компрессоров имеет узкие пределы, например 5-10 МПа. Поэтому передвижные газонаполнительные установки с компрессорами широкого применения не имеют.

Известны газонаполнительные установки, содержащие несколько групп баллонов с различным давлением, заправка от которых осуществляется путем последовательного подключения к группам баллонов, начиная с наименьшего давления [3]. Недостатком таких установок является неполное использование аккумулирующей способности баллонов.

Наиболее близкой к предлагаемой по технической сущности является передвижная газонаполнительная установка, содержащая газораспределительный блок и газобаллонную установку для компримированного природного газа, разделенную на секции баллонов или сосудов, соединительные трубопроводы с запорной арматурой, обратные клапаны, заправочную линию и установленные между секциями баллонов эжекторы, обеспечивающие дополнительное опорожнение баллонов из секций с низким давлением за счет подачи в активное сопло эжектора газа из секции с более высоким давлением [4]. Несмотря на применение эжекторов эффективность такой газонаполнительной установки, определяемая степенью опорожнения газобаллонной установки при заправке автомобилей, недостаточно высока, так как работа эжекторов требует наличия значительного перепада давления между пассивным и активным потоками, что в условиях резко переменного расхода в заправочной линии является трудноосуществимым.

Технической задачей, поставленной в предлагаемом изобретении, является увеличение эффективности передвижной установки для наполнения баллонов и сосудов компримированным природным газом путем повышения степени опорожнения баллонов или сосудов установки и соответствующего увеличения количества заправляемых автомобилей.

Эта задача в предлагаемом изобретении достигается тем, что секции газобаллонной или газоемкостной установки от первой наибольшей, с которой начинают заправку баллонов или сосудов, до последней наименьшей выполнены последовательно уменьшающимися по объему, определяемому количеством равнообъемных баллонов или сосудов в каждой секции с учетом числа секций равенством:
K_n=[N-(n-2)]•К,
где Kn - количество равнообъемных баллонов или сосудов в n-й секции;
N - общее количество секций в газобаллонной установке;
К - коэффициент кратного увеличения числа равнообъемных баллонов или сосудов в каждой секции, равный 1,2,3.. i;
n - порядковый номер секции.

Предлагаемое техническое решение предназначено в первую очередь для заправки баллонов автомобилей до давления 20 МПа от передвижной газонаполнительной установки с рабочим давлением 25-40 МПа, то есть в 1,25-2 раза более высоким, чем давление в баллонах автомобилей. Оптимальным рабочим давлением газобаллонной установки, определяемым удельной массой баллонов и технико-экономическими показателями дожимных компрессоров, является 32 МПа. Выполненные расчеты и эксперименты по определению коэффициента опорожнения газобаллонной установки при разном числе баллонных секций (1-7) и соотношении их объемов позволили получить данные, приведенные в таблице для случая заправки автомобилей от газонаполнительной установки с рабочим давлением 32 МПа до давления 20 МПа при начальном давлении в баллонах автомобиля 1,0-1,2 МПа.

Из таблицы следует, что при предлагаемом распределении объема баллонных секций коэффициент опорожнения выше (оптимален), чем при выполнении секций равного объема.

На основании полученных данных объем каждой секции баллонов газобаллонной установки определяется количеством равнообъемных баллонов или сосудов в каждой секции с учетом числа секций равенством:
K_n=[N-(n-2)]•К,
где K_n - количество равнообъемных баллонов или сосудов в n-й секции;
N - общее количество секций в газобаллонной установке;
K - коэффициент кратного увеличения числа равнообъемных баллонов или сосудов в каждой секции, равный 1,2,3...i;
n - порядковый номер секции.

Возможные отклонения объема секций на величину менее или равную объему одного баллона или сосуда не вызывают сколь-нибудь заметного изменения коэффициента опорожнения газобаллонной установки.

На фиг. 1 изображена схема предлагаемой передвижной газонаполнительной установки для примера с четырехсекционной газобаллонной (газоемкостной) установкой.

Передвижная газонаполнительная установка включает установленные на автотранспортном средстве газораспределительный блок и газобаллонную или газоемкостную установку, состоящую из нескольких секций 1,2,3 и 4 газовых баллонов или емкостей. Баллоны каждой секции соединены между собой трубопроводами 5,6,7 и 8 и через трехходовые краны 9 и 10 объединены в общий трубопровод 11. На трубопроводе 11 установлен понижающий редуктор давления 12. Выход редуктора защищен от превышения давления предохранительным клапаном 13. Редуктор 12 трубопроводом 14 соединен через трехходовой заправочный кран 15 с автозаправочным гибким рукавом 16. Каждая секция баллонов снабжена предохранительным клапаном 17, 18, 19 и 20 и вентилями 21, 22, 23 и 24 для заправки газом по трубопроводу 25 собственно передвижной газонаполнительной установки на АГНКС. Секции газобаллонной или газоемкостной установки от первой наибольшей, с которой начинают заправку баллонов или сосудов, до последней наименьшей выполнены последовательно уменьшающимися по объему, определяемому количеством равнообъемных баллонов или сосудов в каждой секции с учетом числа секций равенством:
K_n=[N - (n - 2)]•К,
где Kn - количество равнообъемных баллонов или сосудов в n-й секции;
N - общее количество секций в газобаллонной установке;
К - коэффициент кратного увеличения числа равнообъемных баллонов или сосудов в каждой секции, равный 1, 2,3..i;
n - порядковый номер секции.

Предложенная установка работает следующим образом.

На АГНКС установка трубопроводом 25 присоединяется к гибкому рукаву заправочной колонки станции. После этого открывают вентили 21-24 и газ поступает в баллонные секции установки до момента достижения давления 32 МПа. На этом процесс заправки установки заканчивают, закрывают краны 21-24 и отсоединяют заправочный рукав от установки. После заправки газом установка перемещается на место заправки газобаллонных автомобилей, например, в автотранспортное предприятие. Перед заправкой автомобилей трехходовой кран 9 поворачивают в положение, соединяющее 1-ю секцию баллонов с трубопроводом 11. Затем соединяют рукав 16 с баллоном автомобиля и открытием крана 15 осуществляют заправку автомобиля газом до давления 20 МПа, после чего кран 15 закрывают, газ из рукава 16 стравливают на свечу и рукав 16 отсоединяют от автомобиля. Таким образом процесс заправки автомобилей до 20 МПа (одноступенчатая заправка) повторяется до тех пор, пока давление в первой секции не снизится, например, до 21-22 МПа, и заправить следующий автомобиль до 20 МПа не представляется возможным. Тогда этот автомобиль заправляют из первой секции до максимально возможного давления (например, 18 МПа), после чего кран 9 переводят в положение, соединяющее 2-ю секцию с трубопроводом 11, и из этой секции дозаправляют автомобиль до 20 МПа (двухступенчатая заправка). Так процесс последовательной заправки автомобилей из двух секций продолжается до тех пор, пока давление и во второй секции станет недостаточным для заправки очередного автомобиля до 20 МПа. После этого в работу с помощью крана 10 (по аналогии с краном 9) включается третья секция (трехступенчатая заправка), а затем по аналогии и четвертая (четырехступенчатая заправка). На этом заправку автомобилей до давления 20 МПа прекращают и автогазозаправщик возвращается на АГНКС для заправки до 32 МПа.

Экспериментальная проверка данной технологии заправки автомобилей до 20 МПа с 32 МПа с четырьмя разнообъемными секциями и предлагаемым соотношением объемов баллонных секций в газонаполнительной установке показала следующее:
- из первой секции заправили 2 автомобиля ЗИЛ 130;
- из первой и второй секций заправили 7 автомобилей ЗИЛ 130;
- из первой, второй и третьей секций заправили 7 автомобилей ЗИЛ 130;
- из первой, второй, третьей и четвертой секций заправили 6 автомобилей ЗИЛ 130;
Всего заправили 22 автомобиля ЗИЛ 130. Коэффициент опорожнения газобаллонной установки составил 71,9%, что подтвердило наши расчеты и справедливость предлагаемого соотношения по определению оптимального объема газобаллонных секций.

Источники информации
1. Использование газа в качестве моторного топлива. Информационные материалы. Издание Госплана СССР. М., 1985 г., 85с.

2. Патент Российской Федерации. RU 2185976 С1,27.07.2002.

3. Авторское свидетельство СССР 783532 от 1978 г. по кл. F 17 C 5/06.

4. Авторское свидетельство СССР 1153164 от 1982 г. по кл. F 17 C 5/00.

Передвижная газонаполнительная установка для заправки баллонов и сосудов компримированным природным газом включает установленные на автотранспортном средстве газораспределительный блок и газобаллонную или газоемкостную установку. Газобаллонная или газоемкостная установка состоит из нескольких секций газовых баллонов или емкостей, соединенных трубопроводами с газораспределительным блоком. Секции газобаллонной или газоемкостной установки от первой наибольшей, с которой начинают заправку баллонов или сосудов, до последней наименьшей выполнены последовательно уменьшающимися по объему, определяемому количеством равнообъемных баллонов или сосудов в каждой секции с учетом числа секций равенством K_n=[N-(n-2)]•K, где K_n - количество равнообъемных баллонов или сосудов в n-й секции; N - общее количество секций в газобаллонной установке; k - коэффициент кратного увеличения числа равнообъемных баллонов или сосудов в каждой секции, равный 1, 2, 3...i; n - порядковый номер секции. Использование изобретения позволит повысить эффективность. 1 табл., 1 ил.

Передвижная газонаполнительная установка для заправки баллонов и сосудов компримированным природным газом, включающая установленные на автотранспортном средстве газораспределительный блок и газобаллонную или газоемкостную установку, состоящую из нескольких секций газовых баллонов или емкостей, соединенных трубопроводами с газораспределительным блоком, отличающаяся тем, что секции газобаллонной или газоемкостной установки от первой наибольшей, с которой начинают заправку баллонов или сосудов, до последней наименьшей выполнены последовательно уменьшающимися по объему, определяемому количеством равнообъемных баллонов или сосудов в каждой секции с учетом числа секций равенством
K_n=[N-(n-2)]•K,
где K_n - количество равнообъемных баллонов или сосудов в n-й секции;
N - общее количество секций в газобаллонной установке;
k - коэффициент кратного увеличения числа равнообъемных баллонов или сосудов в каждой секции, равный 1, 2, 3...i;
n - порядковый номер секции.