Материал: 2295

давление в баллоне; время и давление при дегазации внутренней полости опорожняемого баллона. Эти параметры обуславливают продолжительность полного слива из баллона ГСН, а значит, и время нахождения автомобиля на посту слива. Естественно, количественные значения их должны быть технически обоснованы.

7.9.1. Время слива жидкой фазы ГСН

Время слива жидкой фазы ж зависит от объема её в баллоне и определяется из условия постоянства расхода через сливной шланг. Этот расход лимитируется максимально допустимой скоростью движения жидкой фазы (3 м/с), исключающей возникновение кавитации. С учетом данного ограничения ж возможно рассчитать по формуле

ж = 25,48 Уж d–2,

где УЖ- объем жидкой фазы ГСН в баллоне, м3; d - внутренний диаметр сливного шланга, м.

Время слива при различных объемах жидкой фазы в баллоне и d = 0,01 м приведено в табл. 7.4.

7.9.2.Давление, необходимое для слива жидкой фазы

Для нормального (без кавитации) слива жидкой фазы давление в автомобильном баллоне должно быть больше давления в сливном резервуаре на величину потерь в магистрали слива.

Рк = Рр + Нс,

где Рк- давление в автомобильном баллоне, необходимое для слива жидкой фазы ГСН, МПа; Рр- давление насыщенных паров ГСН в сливном резервуаре, МПа;

Нс- общие потери давления в магистрали слива, МПа.

Общие потери давления (напора) в сливной магистрали равны сумме потерь на трение о стенки шланга, потерь на местные сопротивления, потерь в выходном сечении и гидростатического напора. Для определения Нс магистраль слива разбиваем на отдельные участки (рис. 7.20) , на каждом из которых потери на трение и местные сопротивления будут иметь различные значения.

Если принять, что потери на местные сопротивления составляют 1,3 % от потерь на трение о стенки шланга, то для определения общих потерь давления в сливной магистрали справедливо выражение

где ж - плотность жидкой фазы ГСН, кг/м3 ;

i- коэффициент трения на i-ом участке[15, c. 97-104];

i - длина i-го участка;

Vi - средняя скорость потока на i-м участке (определяется из условия постоянства расхода), м/с;

d i - диаметр проходного сечения i-го участка, м; hH -hK - количество участков на магистрали слива.

По приведенной формуле рассчитывались общие потери напора при сливе ГСН из баллонов Куйбьшевского механического завода "Салют" при диаметрах приёмной трубки расходного вентиля dпт=4мм (вариант 1), 6 мм (вариант 2) и из баллонов Дружковского завода газoвой аппаратуры с dпт= 8 мм. Результаты расчетов сведены в табл.7.5.

Рис.7.20. Схема определения потерь давления в сливной магистрали:

I - автомобильный баллон; 2 - приемная трубка расходного вентиля жидкой фазы; 3 - расходный вентиль; 4 - крестовина; 5 - сливной шланг; 6 - вентиль; 7 - трубопровод; 8 - резервуар для слива ГСН; 1, 2, 3 - номера участков сливной магистрали; dК- коэффициент кинетической энергии; VK- скорость потока в выходном .сечении сливного трубопровода, м/с; hн и hк- высота расположения заборного и сливного сечений трубопроводов

Анализируя результаты расчета Нс, заключаем, что с уменьшением диаметра приёмной трубки расходного вентиля с 8 до 4 мм потери давления в сливной магистрали независимо от времени года возрастают в 12,7...12,8 раза. Поэтому dпт следует считать одним из основных факторов, влияющих на Рк. Во всех рассмотренных случаях в зимнее время года потери давления больше в 1,16...1,17 раза, чем в летнее. Это обусловлено увеличением плотности жидкой фазы ГСН с уменьшением температуры.

Давление насыщенных паров в сливном резервуаре Рр зависит от марки ГСН, температуры окружающей резервуар среды, которая обуславливается его расположением (наземным или подземным), и времени года (зима, лето). Так, в наземном резервуаре Рр будет в пределах 0,07...1,0 МПа при изменении температуры окружающего воздуха от - 40 до +40 °С. При подземной установке сливного резервуара температура окружающей его среды (грунта), а значит, и сжиженного газа изменяется незначительно: от –3 °С зимой до +11 °С летом. Следовательно, давление насыщенных паров ГСН в нем лежит в пределах 0,30...0,46 МПа.

Суммируя давление насыщенных паров ГСН в сливном резервуаре и общие потери давления в магистрали слива (табл. 7.5), находим давление в автомобильном баллоне, необходимое для слива жидкой фазы ГСН. Полученные результаты свидетельствуют о следующем. Во всех рассматриваемых вариантах давление Рк при dnт = 4 мм в 1,4… 4,2 раза больше значения Рк при dпт = 8 мм. Причем наибольшее превышение наблюдается в зимний период при наземном расположении сливного резервуара. В случаях, когда dпт равен 6 и 8 мм, величины Рк имеют близкие значения. Следовательно, для снижения энергетических затрат на слив ГСН из автомобильных баллонов приёмные трубки их расходных вентилей жидкой фазы диаметром 4 мм должны быть заменены на трубки с dпт = 6...8 мм.

Расположение сливного резервуара также оказывает существенное влияние на давление, необходимое для слива жидкой фазы ГСН. Так, наибольшее (t = + 40 °С) и наименьшее (t =

– 40 °С) значения Рк имеют место при наземном расположении сливного резервуара. Этот факт вызван тем, что давление паров ГСН в автомобильном баллоне в этом случае равно давлению в сливном резервуаре. Чем выше температура окружающего воздуха, тем больше Рк.

При подземной же установке сливного резервуара давление в нем не равно давлению насыщенных паров ГСН в автомобильном баллоне. Причем температура резервуара изменяется в меньших пределах. Это приводит к тому, что разница величины Рк в летний и зимний периоды составляет 0,01...0,14 МПа. Поскольку давление в подземном резервуаре изменяется незначительно, а фактическое давление насыщенных паров ГСН в автомобильном баллоне может повыситься до 1,0 МПа, то в летний период при t > +30 °C слив жидкой фазы ГСН из баллона можно производить без повышения давления в нем. С точки же зрения дополнительных энергетических затрат слив ГСН более выгодно производить в подземный сливной резервуар.

Изложенное свидетельствует, что давление, необходимое для слива жидкой фазы ГСН, изменяется в широких пределах в зависимости от расположения сливного резервуара, температуры автомобильного баллона, диаметра приёмной трубки расходного вентиля жидкой фазы и марки ГСН. Использование полученных

значений Рк на практике затруднительно. Хотя бы потому, что водитель не всегда точно знает, какая марка ГСН залита в баллон его автомобиля и какой диаметр приёмной трубки расходного вентиля жидкой фазы ГСН в баллоне. Поэтому для практического применения по усредненным физическим свойствам различных

смесей ГСН строились графические зависимости Рк = f( Рр). По ним

определялись средние значения Рк (табл. 7.6).

Проверка их адекватности по критерию Фишера при риске 0,1 показала, что точность их определения достаточна для использования в производственных условиях (при условии замены приёмных трубок с dпт = 4 мм на трубки с dпт= 6... 8 мм).

Из табл. 7.6 следует, что давление Рк при различных температурных условиях, с учетом расположения сливного резервуара, должно быть различным. Причем наименьшие энергетические затраты соответствуют dпт = 6... 8 мм. Применение же на практике строго фиксированных значений Рк (или больших расчетных) неизбежно приведет к возникновению кавитации в сливных трубопроводах.

Таблица 7.6

Средние значения давления, необходимого для слива жидкой фазы ГСН

7.9.3. Конечное давление в баллоне и время отсоса паровой фазы ГСН

После слива основной массы жидкой фазы ГСН внутренняя полость баллона будет заполнена некоторым количеством несливаемого остатка жидкой фазы и паровой фазой ГСН. Паровая фаза ГСН отсасывается из баллона и перекачивается в сливной резервуар. При этом в баллоне создается разрежение, а несливаемый остаток паровой фазы начинает интенсивно испаряться. Величина этого разрежения должна быть ниже давления упругости насыщенных паров основных компонентов ГСН при низких температурах окружающего воздуха. Но в то же время оно не может быть слишком низким из-за возможности деформации баллона.

Расчеты показали, что при давлении внутри баллона 10 кПа обеспечивается испарение основных компонентов несливаемого остатка жидкой фазы ГСН (пропана, бутана, изобутана) и исключается возможность деформации обечайки баллона (допустимое избыточное наружное давление на обечайку в 13,0...

19,3 раза больше фактического).

Объем паров ГСН, образующихся в баллоне при снижении давления до 10 кПа, равен

Vп =(Va – Vно) + ж VноRТж Zc (104 см)–1 ,

где Va - полный объем автомобильного баллона, м3; Vно- объем несливаемого остатка жидкой фазы ГСН, м3;

рж - плотность жидкой фазы ГСН, кг/м3; R - универсальная газовая постоянная; Тж- температура несливаемого остатка жидкой фазы ГСН при испарении, К;

Zc - коэффициент сжимаемости смеси;

см - молекулярная масса смеси ГСН, кг/кмоль.

Время, затрачиваемое на отсос из баллона образующихся паров ГСН, находится по формуле