امروز: سه شنبه 20 آذر 1397
دسته بندی محصولات
بخش همکاران
بلوک کد اختصاصی

دانلود تحقیق معرفی اجمالی مخازن CNG و آزمونهای مرتبط با آنها و استانداردهای مربوط به آنها

دانلود تحقیق معرفی اجمالی مخازن CNG و آزمونهای مرتبط با آنها و استانداردهای مربوط به آنها دسته: محیط زیست
بازدید: 1 بار
فرمت فایل: doc
حجم فایل: 30 کیلوبایت
تعداد صفحات فایل: 31

گاز طبیعی در مجموع دارای آلودگی كمتری نسبت به سوخت های فسیلی بوده و از لحاظ شرایط عملكردی موتور وضعیت بهتری از بنزین دارند

قیمت فایل فقط 7,700 تومان

خرید

مقدمه

با توجه به مشكلات روزافزون آلودگی هوا و عواقب زیست محیطی آن به دلیل استفاده از سوخت های دودزا (گازوئیل و بنزین و …) كه حجم عمده ای از این آلودگی توسط وسایل نقلیه شخصی یا عمومی تولید می گردد، استفاده از سوخت گاز طبیعی به دلیل تولید حداقل گازهای آلوده كننده، درصد اولویت های دولت ها جهت جایگزین نمودن این سوخت بار دیگر سوخت های موجود در وسایل نقلیه قرار دارد.

از مزایای عمده سوخت گاز طبیعی نسبت به سوخت بنزینی می‌توان به موارد زیر اشاره نمود:

گاز طبیعی در مجموع دارای آلودگی كمتری نسبت به سوخت های فسیلی بوده و از لحاظ شرایط عملكردی موتور وضعیت بهتری از بنزین دارند، چراكه نسبت تراكم مناسب برای موتورهای با سوخت گاز طبیعی14:1 است، در حالی كه عدد اكتان بنزین 90 می‌باشد و سبب افزایش راندمان و كارآیی موتورهای گازی مضر می‌گردد.

چنانچه موتور برای شرایط گاز سوز طراحی شود، قدرت بیشتری از موتورهای بنزینی دارند. راندمان سوخت گاز حدود 15% بیشتر از بنزین است و همچنین ارزش حرارتی آن نیز حدود 13% بیشتر از سوخت بنزین است. قیمت گاز طبیعی در مقایسه با بنزین برای انرژی سوخت یكسان حدود یك سوم بنزین معادل می‌باشد. گاز طبیعی آلودگی منواكسیدكربن را تا 90%، اكسید نیتروژن را حدود 30% و هیدروكربن ها را تا 50% كاهش داده و تقریباً عاری از مواد سرطان زا می باشند. این مزیت ها مهمتریت عواملی هستند كه مشوق انتخاب گاز طبیعی به عنوان سوخت خودرو است ولی به این نكته كمتر توجه می‌شود كه آمار ایمنی خودروهای گازسوز (NGV) نسبت به تقریباً همه سوختهای متداول یا جایگزین امروز، مطلوب ترین وضعیت را دارد. بطوریكه گاز طبیعی را به صورت سوختی با ایمنی برابر یا حتی ایمنی تر از سایر سوختهای نفتی معرفی می‌كند.

دلایل این ایمنی بیشتر عبارتند از:

  • ¨ گاز طبیعی دارای دانسیته حدود 6/0 نسبت به هوا است در نتیه به محض نشت‌كردن، سریعاً در هوا پخش می‌گردد و تجمع نمی یابد.
  • ¨ گاز طبیعی در یك دامنه بسیار محدود (نسبت گاز به هوای 4 تا 15 درصد ) محترق می‌گردد، درغیر اینصورت صورت احترافی رخ نمی دهد.
  • ¨ از سویی لزومی ندارد صاحب جایگاه با خطر نشت از مخزن زیرزمینی است و پنجه نرم كند در حالیكه این یك نكته قابل ملاحظه و مهم در مورد سوختهای مایع است.

بنابراین درخصوص خودرو گاز طبیعی سوز نكته ایمنی مهم متوجه مخزن و متعلقات آن است و آن هم بیشتر به سبب فشار كاری بالایی است كه با آن كار می‌گردد.

این مقاله سعی دارد به معرفی اجمالی مخازن CNG و ازمونهای مرتبط با آنها بپردازند، استانداردهای مربوط به آنها را بیان كند و مختصری به تكنولوژی ساخت آنها اشاره داشته باشد.

سعی شده اس مطالب تا حد امكان مختصر، اما مفید و منسجم باشند تا خواننده در فرصتی كوتاه بتواند اطلاعات قابل توجه و مفیدی راجع به مخازن تحت فشار در خودروهای گازسوز بدست آورد.


بخش اول انواع مخازن CNG

مخازن CNG برحسب ساختار می توانند بر چهار نوع باشند:

مخازن نوع اول ـ مخازن تمام فلزی (CNG-1)

این مخازن از جنس فولاد یا آلومینیوم هستند و شرایط تركیب شیمیائی آنها در استاندارد مربوطه ذكر گردیده است.

مخازن نوع دوم ـ مخازن كمرپیچ (CNG-2)

این نوع مخازن دارای یك لایه داخلی (Liner) از جنس فولاد یا آلومینیوم بدون دز است و قسمت استوانه ای این لایه داخلی توسط الیاف شیشه، آرامید، یا مخلوطی از آنها كه آغشته به رزین است پیچیده شده و این ساختار كامپوزیتی كه به مخزن داده شده این امكان را بوجود می آورد كه بتوان از ضخامت قسمت فلزی كاست و در نتیجه مخزن سبكتری را بدست آورد.

رزینی كه در ساختار مخزن كامپوزیتی استفاده می‌شود می تواند از نوع گرما نرم (Thermoplastic) یا گرما سخت (Thermo-setting) باشند.

مخازن نوع سوم ـ مخازن تمام پیچ (CNG-3)

این نوع مخازن دارای یك لایة داخلی از جنس فولاد یا آلومینیوم بدون درز است و تمام این لایه داخلی توسط الیاف شیشه، آرامید، كربن یا مخلوطی از آنها كه آغشته به رزین است پیچیده است و این ساختار كامپوزیتی كه به مخزن داده شده این امكان را بوجود می آورد كه بتوان از ضخامت قسمت فلزی كاست و در نتیجه مخزن سبك تری را نسبت به دو نوع اول بدست آورد.

مخازن نوع چهارم ـ مخازن تمام كامپوزیت (CNG-4)

این نوع مخازن دارای یك لایه داخلی (Liner) از جنس پلیمر بدون درز است. و تمام این لایه داخلی توسط الیاف شیشه، آرامید، كربن یا مخلوطی از آنها كه آغشته به رزین است. پیچیده شده و این ساختار تمام كامپوزیت یكی از سبكترین انواع را در مخازن CNG تأمین می نماید. در ساخت این نوع مخازن از تكنولوژی بالایی استفاده شده است و تعداد سازندگاانی كه از این نوع مخازن تولید می كنند، بسیار معدود است و قیمت آنها نیز بالاتر از سایر انواع می باشند.

استفاده از مخازن CNG در جهان

خودروهای گازسوز طبیعی بیش از پنجاه سال است كه در جهان مورد استفاده قرار می گیرند. استفاده از این خودروها از سال 1970 به دلیل مزایای زیست محیطی و اقتصادی روبه افزایش و به خصوص استفاده از كامپوزیت ها از سال 1980 توسعه یافته است. در حال حاضر بیش از دو میلیون خودرو در جهان برای استفاده از CNG ساخته و یا تبدیل شده اند.

این خودروها و مخازن آنها سابقة عمومی عالی از خودشان داده اند در حالیكه مخزن فولادی در دنیا متداول ترند، بازار آمریكای شمالی توسط مخازن كامپوزیت اشغال شده‌اند. بسیاری از كارخانه های سازنده مخازن CNG  دارای سابقه طولانی تولید تسلیحات بوده اند و بعداً به تولید این مخزن روی آورده اند.


بخش دوم آزمونهای مخازن

به منظور اطمینان از ساخت صحیح و مطابق با استاندارد مخازن CNG ، آنها را تحت آزمونها و شرایط مختلفی قرار می دهند. یك مخزن وقتی مورد تأیید قرار می‌گیرد و گواهی استاندارد مربوطه را دریافت می‌كند كه آزمونهای آن استاندارد را با موفقیت پشت سر بگذارد.

تعداد این آزمونها بسته به نوع مخزن متفاوت است. در مورد مخازن كامپوزیت (بخصوص نوع چهارم) آزمونها مفصل و سختگیرانه تر است و چون آزمونهای خاص مرتبط با مواد پلیمری را هم شامل می شود، تعداد آزمونها بیشتر است.

این آزمونها را می‌توان براساس هدف آنها در سه نوع رده بندی نمود. هریك از آزمونها در یكی از این سه رده قرار می گیرند:

  1. آزمونهای تحمل آسیب
  2. آزمونهای محیطی
  3. آزمونهای چرخة عمر

در این‌جا به اختصار به شرح این آزمونها می پردازیم:

1. آزمونهای تحمل آسیب آزمون نفوذ گلوله

پس از این آزمون مخزن نباید به ذرات خرد تقسیم شود. استفاده از الیاف شیشه و كربن تحمل این آسیب را افزایش می‌دهد. هرچه ضخامت دیوارة كامپوزیت افزایش یابد، كه این معمولاً با افزایش قطر و فشار همراه است، مقاومت آن در برابر تأثیر آسیب افزایش می یابد. در این آزمون مخزن با یك گلوله جنگی به قطر 62/7 میلی متر طوری مورد اصابت قرار می‌گیرد كه حداقل یك سمت آزمون سوراخ شود. مخزن باید تا فشار 200 برابر پر شده باشد.

آزمون سقوط

در این آزمون یك یا چند مخزن تكمیل شده بدون اعمال فشار داخلی و شیر،‌ در دمای محیط تحت آزمون قرار می گیرند. یك مخزن بصورت افقی از فاصله 8/1 متری از سطح زمین انداخته می‌شود. یك مخزن بصورت عمودی به صورت انداخته می‌شود كه انرژی پتانسیل آن 488 ژول باشد، ولی در هیچ حالتی ارتفاع عدسی پایینی مخزن نباید از 8/1 متر بیشتر باشد.

یك مخزن نیز باید تحت زاویة 45 درجه از ارتفاعی روی عدسی انداخته شود كه فاصله مركز گرازش آن از زمین 8/1 متر باشد.

پس از این آزمون مخزن در 3000 چرخه در دمای محیط تحت چرخة فشار بین 20 الی 260 بار قرار گرفته و سپس تحت 12000 چرخة دیگر قرار می‌گیرد. مخزن در 300 چرخة اول نباید دچار نشت یا گسیختگی شود، ولی در 12000 چرخة بعدی می تواند دچار نشت شود.

نكتة مهمی كه در مورد این آزمون وجود دارد این است كه وقتی مخازن تحت فشار هستند در مقابل آسیب های ناشی از سقوط مقاومترند، چراكه فشار داخلی از فرورفتگیهایی كه می تواند در دیواره ایجاد آسیب نماید تا حدودی جلوگیری می نماید؛ به همین دلیل مخازن بدون اعمال فشار تحت آزمایش قرار می گیرند.

آزمون تحمل خرابی (تحمل شكاف)

این آزمون شبیه سزی بریدگی ها و سایش هایی است كه ممكن است طی عمر كاری برای مخزن رخ ‌دهد. (این آزمون مخصوص مخازن كامپوزیت است) در این آزمون دو شكاف یكی به طول 25 میلیمتر و به عمق 25/1 میلیمتر و دیگری بطول 200 میلیمتر و عمق 75/0 میلیمتر در جهت طولی، روی دیواره مخزن ایجاد می‌شوند و مخزن در دمای محیط تحت چرخة فشار بین 20 الی 260 بار قرار می گیرد؛ مخزن تحت 3000 چرخة اول نباید گسیخته شود، ولی در 12000 چرخة بعدی می تواند دچار نشتی شود.

آزمون تصادف

این آزمون كه در استاندارد FMVSS303 پیشنهاد شده است، برای شبیه سازی تصادف می‌باشد. مخازن پس از طی این آزمون نباید دچار نشت یا گسیختگی شوند.

2. آزمونهای محیطی

شامل شرایط حدی محیطی كه یك مخزن NGV در طول عمر كاری خود می تواند با آنها مواجه شود می‌باشد.

آزمون قرار گیری در معرض مایعات خورنده: در این آزمون مخزن در معرض مایعات خورنده ای كه در محیط خودرو یافت می‌شود، قرار می‌گیرد. این مایعات عبارتند از: اسیدسولفوریك، سدیم هیدروكسید، مخلوط متانول / بنزین، نیترات آمونیوم، مایع شستشوی شیشه.

مخزن به مدت 30 دقیقه در معرض پدهایی كه آغشته به هریك از این مایعات هستند قرار می‌گیرد. در یك آزمون دیگر كه به منظور شبیه سازی محیط بران اسیدی / آب نمك جاده انجام می شود، با غوطه ور كردن بخشی از مخزن در مخلوط مشخصی از آب یون زدایی شده، كلرید سدیم، كلرید كلسیم و اسیدسولفوریك انجام می‌شود.

پس از این آزمون ها مخزن در معرض چرخة فشار و آزمون تقلیل یافته تركیدن قرار می‌گیرد. در آزمون محیط اسیدی قسمتی از مخزن كه تحت فشار هیدرواستاتیك 260 بار است به مدت 100 ساعت در معرض محلول اسیدسولفوریك 30%‌قرار می‌گیرد. و سپس تا مرحلة تركیدن، فشار هیدرواستاتیك افزایش می یابد. فشار تركیدن باید از 85% فشار طراحی تركیدن بیشتر باشد.

آزمون قرارگیری در معرض دماهای حدی

این آزمون ها شبیه سازی كننده دماهای حدی محیطی است كه در خودرو وجود خواهد داشت . این دماهای حدی عبارتند از: دمای حدی پایین °C40- و دمای حدی بالای °C 28. دمای حدی بالا در همه جای خارج محفظه موتور وجود دارد و می تواند در اثر تشعشع گرمایی خورشید یا شرایط كاری بوجود آید. دراین آزمون، مخزن در دمای 100 درجه سلسیوس به مدت 200 ساعت تحت فشار 260 بار قرار می‌گیرد. سپس تحت آزمون هیدرواستاتیك، آزمون نشت و آزمون تركیدن قرار می‌گیرد كه باید در همة آزمون ها قبول شد.

آزمون گسیختگی تحت تنش تنش سریعی

این آزمون برای بررسی افت استقامت الیاف و یا رزین در اثر دما و زمان وقتی تحت بار قرار دارد انجام می‌شود، در نتیجه این آزمون، مخصوص مواد كامپوزیت است. این آزمون تحت حداكثر فشار پرشدن و در دمای °C 65 و در یك دورة 1000 ساعته انجام می‌شود. این افزایش دما موجب تسریع زمان آزمون با ضریبی معادل 32 می‌شود و علاوه بر آن تغییرات استقامت در اثر افزایش دما مورد بررسی قرار می‌گیرد.

در این آزمون مخازنی كه دارای مشكلاتی در پایداری محیطی هستند شناسایی می‌شوند.

آزمون قرارگیری در معرض آتش (Bonfire)

این آزمون مرتبط با آتش سوزی هایی است كه ممكن است در خودرو رخ دهد و به منظور اطمینان از عملكرد صحیح سیستم تخلیة فشار و شیر مخزن انجام می‌شود. در این آزمون، مخزن پر شده، در فاصله 100 میلی متری از منبع آتش كه 65/1 متر طول دارد قرار می‌گیرد كه باید بدون گسیختگی، از وسیله اطمینان تخلیه فشار (PRD)  محتویاتش را تخلیه نماید. در خصوص مخازن با طول زیاد باید از دو یا چند PRD استفاده شود.

PRD ها بر دو نوع فعال با دما و تركیبی فعال با دما و فشار هستند. استفاده از PRD فعال با دما این امكان بوجود می آورد كه مخزن هنگام قرارگیری در معرض آتش، بدون توجه به فشار داخل آن محافظت شود.

3. آزمو‌ن‌های چرخة عمر

این آزمون ها به توانایی مخزن برای عملكرد صحیح در كل عملكرد صحیح در كل طول عمر كاری خود مرتبط است. عبارتند از:

آزمون تركیدن هیدرواستاتیك

این آزمون ملاحظات حداقل استقامت را برای مخازن و ملاحظات تنش گسیختگی را برای الیاف تقویت كننده مورد بررسی قرار می‌دهد. مخازن باید حد اطمینانی را در مقابل بیش از حد پر شدن احتمالی یا قرار گرفتن در معرض دمای بیش از حد انتظار پس از پر شدن و سایر وقایع غیرمنتظره برآورده سازند.

حداقل نسبت تركیدن باتوجه به فشار تنظیم در دمای °C 21 برابر 25/2  است و در فشار تنظیم در دمای °C 15 برابر 35/2 است. تنش گسیختگی پدیده ای است كه در آن در اثر اعمال بار مداوم در یك حد مشخص، تقویت الیاف دچار لطمه می‌شود. روش انجام این آزمون به این ترتیب است كه نمونة مخزن را با آب پر می‌كنند و تا مرحله تركیدن قسمت فشار این عمل را ادامه می دهند. حداقل فشار تركیدن نباید از 450 بار كمتر باشد.

آزمون چرخه فشار در دمای محیط

این آزمون وضعیت مخزن را در پر و خالی شدن های متوالی در طی عمر كای خود شبیه سازی می‌كند. در این آزمون به صورت متوالی (تا 1000 برابر عمر كاری خود برحسب سال) تحت فشارهای كم و زیاد قرار می‌گیرد.

آزمون نشست پیش از شكست

این آزمون به این اشاره دارد كه لایه داخلی یا مخزن پیش از انكه الیاف در چرخه هیدرواستاتیك دچارخرابی شود در اثر گسیختگی خراب شود. الزام چرخه هیدرواستاتیك بدون نشست معمولاً از 15000 تا 20000 چرخه در حداكثر فشار پر شدن است. الزام نشست پیش از شكست تا 45000 بدون گسیختگی ادامه می یابد و معمولاً در فشار 200 الی 300 بار انجام می‌شود.

چرخه گاز طبیعی

این آزمون به ساختار پتانسیل الكترواستاتیك و تخلیه آن كه در حین پركردن و تخلیه رخ می‌دهد اشاره دارد. در این آزمون مخزن 1000 بار پر و تخلیه می‌شود و نباید در نتیجه آن دچار اضمحلال (degradation) شود. در مورد مخازن فلزی یا دارای لایه فلزی مشكلی وجود نخواهد داشت چراكه پتانسیل الكترواساتیك از طریق شیر و لوله ها تخلیه مداوم می‌شوند.

ولی در مورد مخازن تمام كامپوزیت (دارای لایه پتانسیل) باید از ایجاد این پتانسیل الكترواستاتیك اجتناب یا آن را به صورت مداوم تخلیه نمود. از انجایی كه معمولاً در این نوع مخازن نافی (BOSS) از جنس فلزی است، بار الكترواستاتیك را جمع‌آوری نموده و مانند مخازن دارای لایه فلزی تخلیه می‌كند. طی این آزمون پس از طی نمودن چرخه‌ها مخزن برش زده شده و از نظر وجود هرگونه ترك یا تخلیه الكترواستاتیك بررسی می‌شود.

آمار خرابی‌های میدانی

آماری كه از سال 1993 تاكنون در مورد وضعیت خرابی مخازن در آمریكای شمالی كه منطبق بر استانداردهای FMVSS304، قسمت دوم B-51 و ISO1143 بوده اند وجود دارد تنها از هشت مورد خرابی گزارش داد. از این هشت مورد:

  • سه مورد مربوط به خوردگی تحت تنش الیاف شیشه به دلیل قرارگیری در معرض اسید
  • چهار مورد به دلیل آسیب فیزیكی در عین حال فشار بیش از حد برای در مورد از آنها
  • یك مورد به دلیل بیش از حد تحت فشار قرار گرفتن بوده است.

در آمار موجود هیچ مخزنی به دلیل برخورد (تصادف) یا آتش دچار گسیختگی نشده است.

وجود این خرابی ها در سال های اخیر موجب بروز اصلاحاتی بر روی استانداردهای موجود گردید. به صورت خاص آزمون محیطی مربوط به قرارگیری در معرض مالیات خورنده بعداً به این استانداردهای اضافه شده است. استفاده از الیاف كربن تقویت شده و الیاف شیشه مقاومت به خوردگی به دلیل وجود این خرابی های گزارش شده افزایش یافته است.

به دلیل وجود آمار خرابی‌های ناشی از آسیب، امروزه بر روی انجام بازرسی های دوره ای تأكید می‌شود چراكه در همه خرابی های ناشی از آسیب، وجود این آسیب ها طی معاینه‌های دقیق چشمی موجود در بازرسیهای ادواری قابل شناسایی بود. این آسیب‌ها شامل ترك ناشی از خودرگی تحت تنش، برخوردها، بریدگی ها و سایش ها است.

فایل ورد 31 ص

قیمت فایل فقط 7,700 تومان

خرید

برچسب ها : معرفی اجمالی مخازن CNG , آزمونهای مرتبط , استانداردهای CNG

نظرات کاربران در مورد این کالا
تا کنون هیچ نظری درباره این کالا ثبت نگردیده است.
ارسال نظر