مخازن CNG

مشخصات فایل

مقطع:کارشناسی
رشته تحصیلی:مهندسی مکانیک
نوع ارائه:پایان نامه
تعداد صفحات:79
قالب بندی:word قابل ویرایش

نحوه خرید

دانلود رایگان فایل
شما میتوانید تنها با یک کلید به راحتی فایل مورد نظر را دریافت کنید. 🙂

برای دسترسی به این فایل ابتدا باید اشتراک خریداری کنید. برای خرید اشتراک بر روی لینک زیر کلیک کنید.

ارتقاء عضویت

در صورت بروز هر گونه مشکل در روند خرید اینترنتی، بخش پشتیبانی کاربران آماده پاسخگویی به مشکلات و سوالات شما می باشد

چکیده

چکیده 1

با توجه به فرصت‌هاي موجود جهت كاهش روند رشد بالاي مصرف فرآورده‌هاي نفتي در بخش حمل و نقل و افزايش كارايي مصرف سوخت در بخش مذكور و نيز ملاحظات زيست‌محيطي، سازمان بهينه‌سازي مصرف سوخت كشور از بدو تأسيس، طرح CNGسوز كردن خودروهاي كشور را در دستور كار قرار داده‌است.

از آنجا‌كه طرح تبديل سوخت خودروها به گاز طبيعي يك طرح فراسازماني و ملي مي‌باشد، ضروري است تا همزمان با انجام امور اجرايي و ستادي مربوط به اين طرح، سطح دانش و اطلاعات كارشناسان و محققين در اين بخش، با آخرين يافته‌هاي جهاني يكسان گردد و فرهنگ‌سازي مربوط به آن در سطح جامعه و دانشگاه فراگير شود.

همزمان با برگزاري اولين همايش سراسري سوخت جايگزين (CNG) و خودروهاي گازسوز به‌منظور ارتقاء سطح دانش عمومي در صنعت CNG مجموعه‌اي در 5 جلد تحت عناوين:

  1. آلودگي
  1. ايستگاه‌هاي سوخت‌گیری
  1. كيت‌هاي تبديل
  2. مخازن سوخت
  3. موتورهاي گازسوز

تهيه شده تا علاقه‌مندان و پژوهشگران گرامي با كليات مسائل مربوط به  صنعت CNG آشنا گردند. در نگارش اين مجموعه‌ها سعي شده كه در هر مجموعه، مطالب به‌گونه‌اي بيان شوند تا خواننده پس از مطالعه آن‌ها، به يك ديدگاه كلي از وضعيت موجود رسيده و با معايب و مزاياي خودروهاي CNGسوز آشنا گردد.

همچنين سعي شده تا از پرداختن به مطالب، به‌صورت صرفاً تخصصي خودداري شود و بدين ترتيب مخاطبين بيشتري بتوانند از مجموعه حاضر استفاده نمايند.

اميد است مجموعه حاضر بتواند قدمي مثبت در جهت بالا بردن سطح اطلاعات و دانش فني كارشناسان و محققين گرامي جهت اجراي موفقيت‌آميز طرح ملي تبديل سوخت خودروها به گاز طبيعي باشد.

مقدمه 2

مشکلات ناشي از ذخيره‌سازي سوخت گاز، به‌عنوان يک مانع بزرگ در توسعة سريع خودروهاي گاز‌سوز جلوه کرده‌است. در حال حاضر سه مبنا براي ذخيره‌سازي سوخت‌هاي گازي که جزء اصلي آن‌ها متان است، وجود دارد:

  1. گاز طبیعی فشرده[1] (CNG)
  2. گاز طبیعی مايع‌شده[2] (LNG)
  3. گاز طبیعی جذب‌شده[3] (ANG)

امروزه استفاده از گاز طبیعی فشرده بيشترين کاربرد را از بین سه روش فوق دارد. مخازن ذخيرة گاز تحت فشار بالا، که در حال حاضر براي خودروهاي گازسوز کاربرد دارند، نسبت به آنچه که ده سال پيش مورد استفاده واقع مي‌شد، به‌طرز قابل‌توجهي تکامل‌ یافته‌اند. در مخازن فعلي، نسبت وزن بر واحد حجم گاز ذخيره‌شده در مقایسه با مخازن اولیه، به بیش از نصف کاهش یافته و مخازن در اندازه‌ها و شکل‌هاي متفاوت توليد شده‌‌اند. البته توسعه و پيشرفت در اين راه با کاربرد استانداردهاي جدیدISO با سرعت بیشتر قابل پيش‌بيني و انتظار است. اين در حالی است که ديگر روش‌هاي ذخيره‌سازي گاز در مراحل اولية توسعۀ خود هستند.

به‌کارگيري گاز طبیعی فشرده به‌عنوان سوخت وسائط نقليه در مقياس وسيع در دو دهة 50 و 60 میلادی در ايتاليا و روسيه آغاز شد. مخازن اولیه، مخازن فولادي بودند که با مشخصات صنعتي- ملي گوناگون ساخته مي‌شدند تا اين‌که در اواخر سال 1970 میلادی با وضع مقررات جديد در ايتاليا، مخازن فولادي کم‌وزن به بازار عرضه شدند. در آمريکاي شمالي نيز تبديل سوخت وسائط نقليه به گاز طبيعي در مقياس وسيعي، از سال 1980 میلادی به‌بعد آغاز گرديد. مخازن سبک‌وزن ساخته‌شده از آستر فلزي پيچيده‌شده با الياف شيشه‌ای كه براي كاربردهاي فضايي توسعه يافته بودند‏‏‏‏‏‏، در سال 1977 میلادی به بازارهاي صنعتي وارد شدند. در سال 1982 میلادی مخازني كه با آستر آلومينيومي با پيچش محيطی الياف شيشه ساخته شده‌بودند در صنعتCNG  مورد استفاده قرار گرفتند. سازندگان مخازن فولادي اين روند را تا طرح‌هاي سبك‌‌وزن‌تر براي CNG با توليد كردن آسترهاي فولادي پيچيده‌شده با الياف شيشه‌ای كه در سال 1985 میلادی آغاز شده بود، دنبال كردند. براي اين‌كه وزن مخزن را براي كار‌بردهاي CNG كاهش دهند، سازندگان بسياري، طرح‌هاي كامپوزيتي كاملاً پيچيده‌ای را توسعه دادند و آسترهاي فلزي يا پلاستيكي را براي مخزن محتوي گاز به‌كار بردند. در اواخر دهه 80 ميلادی كاربردهاي عملی مخازن CNG با آسترهاي پلاستيكي تقويت‌شده درسوئد، روسيه و فرانسه شروع شد. به‌دنبال توسعة استانداردهاي مخازن گاز طبيعي در آمريكاي شمالي، طرح‌هايي با آسترهاي نسبتاً نازك آلومينيوم يا آسترهاي پلاستيكي تقويت‌شدة كاملاً پيچيده‌شده با پوشش الياف شيشه و الياف كربن بعد از سال 1992 میلادی به بازار معرفي شدند. شکل 1 نمونه‌هایی از این مخازن را نشان می‌دهد.

مشخصات عمدة فناوري‌هاي ذخيره‌سازي سوخت گاز طبيعي در جدول 1 خلاصه شده‌اند. برای مقایسه؛ بنزين، اتانول و متانول نیز در این جدول فهرست شده‌اند. مقايسة فناوري‌هاي ذخيرة گاز طبيعي و فناوري‌هاي ذخيرة سوخت‌هاي مايع رايج، براساس ذخيره انرژي يکسان در هر سيستم سوخت بيان شده‌است.

مبناي مقايسه، يک مخزن 45 ليتري بنزین است که اکثراً در خودروهاي شخصي متوسط استفاده مي‌شود. با فرض ذخيرة گاز طبيعي براي 320 کيلومتر و با مصرف بنزين 8/11 ليتر در 100 کيلومتر، سه مخزن 50 ليتري گاز نیاز می‌باشد. همچنین در خودروهايي با مصرف بنزين 8/8 ليتر در 100 کيلومتر، دو مخزن 50 ليتري گاز و در خودروهايي با مصرف بنزين 7 ليتر در 100 کيلومتر، يک مخزن 50 ليتري گاز لازم است. با افزايش نسبت تراکم خودروهاي گازسوز، مي‌توان تا 15 درصد مصرف سوخت را کاهش داد که باعث کاهش وزن مخزن و هزينة ذخيرة گاز مي‌گردد. افزايش نسبت تراکم موتور از افزايش حجم مخزن ذخيرة گاز طبيعي فشرده اقتصادي‌تر است.

جدول 1: مقايسة روش‌هاي مختلف ذخيرة سوخت در خودروها [27].

فناوري ذخيره سوخت حجم

(lit)

وزن

(kg)

انرژي

(109 J)

هزينه

($)

پيمايش (km)
بنزين 9/46 5/39 493/1 25 534
اتانول 1/71 1/63 487/1 40 533
متانول 4/95 4/84 493/1 50 534
مخزن نوع 2* 9/149 7/150 498/1 1545 536
مخزن نوع 3* 5/152 133 514/1 1695 542
مخزن نوع 4* 9/149 9/64 493/1 2050 534
گازطبيعي مايع 1/68 3/71 514/1 1875 542
گازطبيعي جذب‌شده 4/151 8/90 477/1 در مرحلة تحقيقاتی 529

* حجم در مخازن گاز طبیعی به‌صورت حجم آبی (لیتر آب) سنجیده می‌شود.

مخازن CNG به‌دليل ملاحظاتی همچون سهولت ساخت و استحكام، اغلب به‌شكل كروي يا استوانه‌اي ساخته مي‌‌شوند. ساخت آستر فلزی مخازن به‌شكل مستطيلي (جعبه‌اي)، عايق‌كاري آن‌را مشكل مي‌كند و همچنين از استحكام كمتري به‌علت جوشكاري در درزها برخوردار مي‌باشد. در عوض مخازن استوانه‌اي براحتي قابل ساخت می‌باشند. در دو سر این مخازن، دو نیمکرة عدسی‌شکل به روش‌های خاص شکل‌دهی ايجاد می‌گردند. بنابراین مخازن گاز طبیعی بدون درز و جوش هستند. بخش عمده‌اي از هزينة ساخت مخازن استوانه‌اي را هزینة همين قسمت‌های نيمكره‌اي تشکیل می‌دهد. مخازن كروي در مقايسه با مخازن استوانه‌اي از لحاظ اندازه و فضايي كه اشغال مي‌كنند براي قرارگيري در صندوق عقب اتومبيل يا هر جاي ديگري كه براي مخزن درنظر گرفته شود، مناسب‌ نمي‌باشند. در شکل 2 نمونه‌ای از شکل عمومی مخازن، نشان داده شده‌است.

عملكرد و شرايط مخازن CNG 6
تعيين مخزن با توجه به نوع خودرو 7

یکی از نکات مهم در طراحی خودروهاي سبك گازسوز، طراحي، انتخاب و نصب صحيح يك مخزن مي‌باشد. محدوديت‌هاي وزني، قيمتي و فضاي اشغال‌شده توسط اين نوع مخازن در اين خودروها اهميت بسيار بالايي دارند. ذخيرة گاز در مخازن كوچك، مشكلات فوق را تا حد زيادي حل مي‌كند ولي موجب مي‌شود تا نياز به سوخت‌گيري مجدد در خودرو بشدت بالا رود و عملكرد چنين خودرويي مناسب نيست. وقتي به محدوديت‌هاي سوخت‌گيري مجدد خودرو (سوخت‌گيري‌هاي پي‌درپي) نيز بيانديشيم مسألة طراحي يا انتخاب مناسب، از اهميت بيشتری برخوردار مي‌شود. در سيستم‌هاي دوسوخته يا خودروهايي كه با دو نوع سوخت كار مي‌كنند به‌علت وجود سوخت ثانويه در كنار گاز، اين مسأله چندان بحراني نيست و طراحي يا انتخاب، كمي ساده‌تر مي‌شود زيرا امكان سوئيچ كردن بين سوخت گاز و سوخت مايع وجود دارد. به هر حال سوخت‌گيري‌هاي متوالی، زماني كه حجم مخزن ذخيرۀ خودرو كوچك باشد، مي‌تواند سبب استفادة دائمی مصرف‌كننده از گازوئيل يا بنزين در چنين خودروهايي شود و اين امر مطلوب نيست. برای رانندگان خودروهای شخصي، معمولاً انگيزة اقتصادي براي جلوگيري از استفادة بنزين يا گازوئيل وجود دارد، حال آن‌كه در مورد رانندگان خودروهای دولتی و عمومی چنين نيست و آن‌ها ترجيح مي‌دهند كه از بنزين یا گازوئیل استفاده كنند. ميزان انرژي ذخيره‌شده در مخازن با فشار بالای CNG، به تركيب گاز بستگي خواهد داشت و استاندارد عمومي خاصي در اين زمينه وجود ندارد. مقياس مفيدي كه براي محاسبة تعداد مخازن مي‌توان به‌كار برد، اين است كه هر ليتر مخزن، ميزان 180 گرم گاز طبيعي را نگهداري مي‌كند. نكتة مهم ديگر اين است كه دماي گاز ذخيره‌شده معمولاً درنظر گرفته نمي‌شود اما به‌طور متعارف بايد C15 درنظر گرفته شود. درهنگام پر‌كردن مخزن، به‌دليل بالا رفتن دماي گاز، حجم آن افزايش مي‌يابد و در‌نتيجه، اين امر سبب كاهش حجم مؤثر مخزن مي‌شود. به‌طور ميانگين خودرويي كه موتور آن 5/1 ليتر حجم دارد با يك مخزن ذخيرة 60 ليتري حدود 180 تا 200 كيلومتر حركت مي‌كند. اين مسأله در مورد خودروهاي دوسوخته مناسب به‌نظر مي‌رسد، مشروط بر اين‌كه اولاً‌ توسعة جايگاه‌هاي سوخت‌گيري مجدد بخوبي انجام گيرد تا از اين نظر مشكلي حاصل نگردد و ثانياً اختلاف قيمت بين سوخت گازي و بنزين بنحوي باشد كه راننده ترغيب شود از سوخت گاز استفاده كند. با افزايش توليد و تجربه‌هاي عملي خودروهاي گازسوز، در دسترس بودن گسترۀ وسيع‌تري از شكل و اندازة مخازن، توازن اقتصادي بين محدوديت‌ها حاصل خواهد شد. به هر حال مسألة حجم مخزنCNG ‌ و جانمایی آن يكي از جنبه‌هاي منفي سوخت‌هاي گازي و كاربرد آن در خودروها به‌شمار مي‌آيد.

در برخي از خودروهاي بزرگتر، امكان جانمایی مخزن در زير سقف ماشين يا قسمت‌هايي كه در آن‌‌جا فضاي مرده وجود دارد، به‌وجود آمده‌است و درنتيجه استفاده از حجم‌هاي بزرگتر مخزن ميسر گشته‌است ولي اين مشكل همچنان بر سر راه خودروهاي كوچك قرار دارد. به‌عنوان يك راه‌حل، مي‌توان مخزن بنزين را كاملاً برداشته و توسط يك مخزن کوچک ذخيرة بنزين جايگزين كرد به‌طوری‌كه حداقل ظرفيت لازم براي رسيدن به جايگاه سوخت‌گيري را داشته و از طرفی فضای مورد نياز براي نصب مخازن CNG مهيا شود. طراحي و ساخت مخازن فشاربالا با بهبود ساختار مواد مصرفي، با پيشرفت قاطعی همراه بوده‌است و در مدت پانزده سال، نسبت وزن بر واحد حجم مخازن از حدودkg/lit  4/1 تا نزديكkg/lit  3/0 كاهش يافته‌است (توجه شود كه حدود ده سال پيش، رسيدن به مقدار 4/0 در حالت نظری به‌عنوان كمترين حد ممكن درنظر گرفته مي‌شد).

با توجه به هزينة بالاي مخازن گاز طبيعي و همچنين هزينة استهلاك قطعات مختلف خودرو که ناشي از افزودن وزن مخازن روي خودرو و غیره می‌باشد، انتخاب صحيح مخازن تأثير انكارناپذيري بر مطالعات اقتصادي و حاشيه اطمينان بازگشت سرمايه، خواهد داشت. با نگرش جامع به مسألة جايگزيني سوخت‌هاي موجود خودروها با سوخت گاز طبيعي فشرده، انجام بررسي در خصوص تأثير افزودن وزن مخازن بر پارامترهاي مختلف عملكردي و سازه‌اي بررسی خاص خود را طلب مي‌نمايد. اين بررسي به‌دلايل زیر لازم مي‌باشد:

  • وزن مخزن با قيمت آن نسبت عكس دارد.
  • عمده‌ترين رقم سرمايه‌گذاري در پروژة جايگزيني، مربوط به مخازن مي‌باشد.
  • موضوع مهم ديگر، ميزان تحميل اضافه‌وزن ناشي از هر يك از انواع مخازن و اثر آن در تغيير مركز ثقل و سيستم تعليق خودرو، بدون درنظر گرفتن قيمت آن است. با توجه به محدوديت‌هاي وزني و نيز حجم آبي مخازن مورد نياز براي پيمايش‌هاي مختلف و همچنين محدوديت حجمي صندوق عقب خودرو، نوع مخزن مورد استفاده مشخص مي‌شود.
  • از ديگر پارامترهاي مهم در انتخاب مخزن مناسب، انتخاب با توجه به حداقل پيمايش با يك‌بار سوخت‌گيری است. اين مسأله در هيچ يك از استانداردهای موجود، مطرح نگرديده‌است و صرفاً كارخانه‌هاي خودروساز با توجه به امكانات موجود از نظر جانمايي مخزن، حداكثر پيمايش قابل دستيابي و حداقل كردن تعداد مخازن، به‌جهت صرفه اقتصادي، به آن مي‌پردازند.
  • با بررسي خودروهاي سواري در حال حركت و با توجه به استانداردها و مقررات نصب، در حال حاضر، نصب مخازن صرفاً در صندوق عقب یا پشت صندلي عقب مقدور است.

به‌جهت اهميت زياد قيمت و وزن مخازن CNG‌، بايد مقايسة قيمت و وزن نيز انجام شود. اگر خودرو دوسوخته باشد وزن بنزين، گاز و مخزن از اهميت زيادي برخوردار مي‌گردد و مي‌بايست از مخازن سبك كامپوزيتي استفاده كرد تا نسبت وزن به قدرت، كاهش يابد. با درنظر گرفتن وزن و ظرفيت در مخازن گاز طبيعي فشرده، هزينة مواد و تجهيزات و هزينه‌هاي توليد، مي‌توان هزينة توليد مخازن را با هم مقايسه كرد. در مقايسة فناوري‌هاي ذخيره گاز طبيعي فشرده، استفاده از مخازن آلومينيومي در مقايسه با مخازن فولادي باعث كاهش وزن خودرو مي‌شود.

انواع مخازن CNG 11
مخازن CNG-I 11
مخازن CNG-II 12
مخازن CNG-III 14
مخازن CNG-IV 15
4-4-1 اجزاي مخزن CNG-IV 16
مقایسة انواع مخازن 19
فناوري توليد مخازن گاز طبيعي فشرده 20
تولید مخازن نوع 1 20
6-1-1 توليد مخزن از مادة اولية ورق 20
6-1-2 توليد مخزن از مادة اولية لوله 23
6-1-3 توليد مخزن از مادة اولية شمشال 23
تولید مخازن نوع2 24
6-2-1 اليافپيچی 24
تولید مخازن نوع 3 26
6-3-1 ساخت کامپوزيتهاي پيشرفته 26
تولید مخازن نوع 4 28
طراحی مخازن 29
الزامات طراحي 29
محدوديتهاي طراحي 30
اصول حاكم براي طراحی مخازن CNG 30
مراحل انجام طراحي 31
مراحل محاسبة قيمت مخزن 32
استانداردهاي مخازن 32
استاندارد ISO 34
تعدادي از استانداردهاي مخازن CNG 36
8-2-1 استاندارد (CNG4) ISO/FDIS/11439 36
8-2-3 استانداردهاي ملي ايران 40
آزمون‌های مخازن CNG 43
آزمون‌هاي كيفي حين توليد 43
9-1-1 بازرسي اولتراسونيك 44
9-1-2 آزمون سختيسنجي 44
9-1-3 آزمون تعيين حجم 45
9-1-4 کنترلهاي لازم برای مخازن کامپوزیتی 45
آزمونهاي تأييد ايمني مخازن 45
بازرسي 52
10-1 نحوة انجام بازرسي 53
10-2 ویژگی‌های بازرس 58
مكانيزمهاي آسيب 58
11-1 آسيبهاي معمول در مخازن ذخيرة گاز طبيعي 60
11-1-1 بهوجود آمدن آسيب درهنگام شكلدهي آستر 60
11-1-2 آسيب در هنگام ایجاد پوشش كامپوزيت 60
اطلاعات مربوط به علامتگذاري مخزن 62
فناوریهای جدید در مخازن CNG 63
سيستم ذخيرهسازي ISS 63
مخازن تطابق‌پذیر 65
مخازن با قطر بزرگتر 66
طراحي نوع خاصي از مخزن CNG ساختهشده از جنس آلومينيوم و پلاستيك تقويتشده 68
مراجع 70

نحوه خرید

دانلود رایگان فایل
شما میتوانید تنها با یک کلید به راحتی فایل مورد نظر را دریافت کنید. 🙂

برای دسترسی به این فایل ابتدا باید اشتراک خریداری کنید. برای خرید اشتراک بر روی لینک زیر کلیک کنید.

ارتقاء عضویت

در صورت بروز هر گونه مشکل در روند خرید اینترنتی، بخش پشتیبانی کاربران آماده پاسخگویی به مشکلات و سوالات شما می باشد

راهنمای سایت

برخلاف سایت های دیگر که فایل ها را به صورت تکی می فروشند روال سایت ما این است که شما با عضویت در سایت ما میتوانید از تمام فایل های موجود استفاده کنید.

تمام مطالب سایت فقط برای اعضای سایت رایگان است.

نحوه عضویت در سایت