نوع فایل: word
قابل ویرایش 180 صفحه
چکیده:
گاز طبعی فشرده (compressed naturalgas) گازی است که به عنوان سوخت جایگزین در خودرو ها مورد استفاده قرارا می گیرد و در مخازنی استوتنه ای شکل با فشاری بالاتر از حدود 200bar ذخیره می شود. مخازن cng به چار نوع تقسیم می شوند که شامل مخازن نوع اول ( مخازن تمام فلزی) مخازن نوع دوم (مخازنی با آستری فلزی تقویت شده با الیاف کامپوزیتی پیوسته پیچیده شده روس قسمت استوانه ای) ، مخازن نوع سوم (مخازنی با آستری فلزی تقویت شده با الیاف کامپوزیتی پیوسته پیچیده شده روس قسمت استوانه ای و قسمت های انتهایی) و مخازن نوع چهرم ( مخازن تمام کامپوزیتی ) می باشند.
مخازن تمام کامپوزیتی دارای آستری از جنس پلیمر بدون درز بوده که تمام سطح بیرونی این لایه داخلی توسط الیاف شیشه، کربن و آرامید یا مخلوطی از آنها که آغشته به رزین است پیچیده شده و این ساختار تمام کامپوزیت از سبک ترین انواع مخازن CNG می باشد.این مخازن با الیاف در جهت شعاعی و محوری تقویت شده و قابلیت تولید در ابعاد بزرگتر و یا قطر بیشتر را دارد. روش های تولید آستری پلاستیکی به چهار روش تقسیم می شود که شامل روش های قالب گیری چرخشی، قالب گیری تزریقی، قالب گیری اکستروژنی و قالب گیری دمشی( که خود به دو روش دمشی اکستروژنی و دمشی تزریقی می شود) می باشند. در مخازنی که با الیاف پیچیده شده اند الیاف پیچی به دو روش پیچش تر و پیچش الیاف از پیش آغشته به رزین تقسیم می شوند. الگوهای الیاف پیچی نیز شامل الیاف پیچی محیطی، الیاف پیچی مارپیچی و الیاف پیچی قطبی می باشد. از مزیت های مخازن کامپوزیتی می توان به احتمال ترکیدیگی کم آنها در حوادث، سبکی و استحکام بالاترشان نسبت به مخازن فلزی و عمری بالغ بر 100000 چرخه سوخت گیری نام برد. مشکل عمده آنها، مرور زمان در محل اتصال نافی فلزی انتهایی و آستری پلیمری می باشد.
مقدمه:
1-1) استفاده از گاز طبیعی به عنوان سوخت
مشکلاتی چون آلودگی زیاد محیط زیست، هزینه های بالای تهیه سوخت مایع و همچنین منابع محدود نفت در کشورهای مختلف از یک سو و همچنین هزینه کمتر گاز طبیعی برای کشورهای دارنده منابع گاز طبیعی از سوی دیگر باعث شده است که تمایل به استفاده از گاز طبیعی به عنوان سوخت جایگزین در خودروها در جهان افزایش یابد، در حال حاضر دو روش تجاری و یک روش آزمایشگاهی برای استفاده از گاز طبیعی در خودروها به عنوان سوخت وجود دارد. این سه روش به ترتیب عبارتند از:
- گاز طبیعی فشرده( Compressed Natural Gas=CNG)
- گاز طبیعی مایع شده (Liqufied Natural Gas=LNG)
- گاز طبیعی جذب شده (Adsorbed Natural Gas=ANG)
در روش گاز طبیعی فشرده (CNG) که مد نظر ما می باشد، این روش بیشترین کاربرد را از بین سه روش ذکر شده دارد و برای خودروهایی از قبیل سواری، کامیون، وانت و اتوبوس مورد استفاده قرار میگیرد، یکی از مهمترین و هزینه بر ترین مسائل تبدیل خودرو ها به خودرو های گاز سوز یا خودرو های اختصاصا گاز سوز، مساله مخازن ذخیره سازی سوخت گاز می باشد، برای استفاده از گاز طبیعی فشرده به عنوان سوخت جایگزین در خودروها، آشنایی با مخازن ذخیره سازی CNG و نکات ایمنی مربوط به این مخازن لازم و ضروری است، در روش CNG گاز در مخازنی استوانه ای شکل با فشاری بالاتر از حدود 200bar ذخیره می شود و این موضوع متضمن تغییرات اساسی در ساختار خودرو ها می باشد که منجر به محدود شدن فضای موجود برای سر نشینان و صندوق عقب خودرو شده و نیز منجر به افزایش وزن خودرو نسبت به خودرو های بنزینی و دیزلی امروزی شده است، برای برطرف کردن این مشکلات، مطالعات تحقیقاتی برای جایگزینی فولاد با مواد کامپوزیتی سبک تر آغاز شده و هم اکنون نیز ادامه دارد{1}، با این توصیف حال به تاریخچه تولید مخازن CNG می پردازیم.
1-2)تاریخچه تولید مخازن CNG
مخازن تولید شده اولیه در صنعت خودروهای گاز سوز، مخازن فولادی بودند که با مشخصات صنعتی- ملی گوناگون ساخته می شدند، به عنوان مثال، در ایتالیا اولین مخازن با جداره های ضخیم و بر اساس استاندارد مخازن تحت فشار US DOT 3AA ساخته می شدند، دیواره های مخازن تحت فشار باید طوری طراحی شوند که ضخامت کافی را برای تحمل فشار کاری در حین عمر کاری خود داشته باشند، در عمل این مخازن برای فشاری در حدود 2. 5 برابر فشار کاری به عنوان ضریب اطمینان، طراحی می شوند، در نظر گرفتن این ضریب اطمینان برای جلوگیری از انفجار به دلیل امکان تمام شده عمر کاری یا خرابی مواد به کار رفته در حین استفاده از مخازن لازم و ضروری می باشد، لذا استاندارد های طراحی این دو مخازن دارای معیارهای سختگیرانه ای برای طراحی و فرایند های تایید طراحی می باشد، نیاز به ذخیره سازی گاز در فشار های بالا منجر به ساخت مخازنی و ضخیم تر و سنگین تر می شد که برای حل این مشکل سازندگان مخازن به استفاده از مواد سبک تر روی آوردند، در این راستا کارخانه های خودرو سازی نیز به صورت پیوسته خواستار مخازنی سبک تر بودند تا اثر نا مطلوب افزایش وزن ناشی از مخازن را کاهش دهند بدون این که از خواص ایمنی مخازن کاسته شود، در اواخر سال 1970 میلادی در ایتالیا مخازن فولادی کم وزن به بازار عرضه شدند، در امریکای شمالی نیز تبدیل سوخت وسایل نقلیه به گاز طبیعی در مقیاس وسیعی از سال 1980 میلادی به بعد آغاز گردید، مخازن کامپوزیتی ساخته شده از آستر فلزی که برا ی کاربردهای فضایی توسعه سافته بودند، در سال 1977 میلادی به بازار های صنعتی وارد شدند، در سال 1982 میلادی مخازنی با آستر آلمینیومی با پیچش محیطی الیاف شیشه ای ساخته شده بودند در صنعت CNG مورد استفاده قرار گرفتند، سازندگان مخازن فولادی این روند را تولید مخازن سبک تر با استفاده از آستری های فولادی پیچیده شده با الیاف شیشه ای که در سال 1985 میلادی آغاز شده بود، دنبال کردند، برای این که وزن مخزن را برای کاربردهای CNG کاهش دهند، سازندگان بسیاری، طرح های کامپوزیتی کاملا پیچیده ای را توسعه داده و ساخت آستری یا پلاستیکی تقویت شده در سوئد، روسیه و فرانسه شروع شد، به دنبال توسعه استاندارد ها ی مخازن گاز طبیعی در امریکای شمالی، طرح هایی با آستری های نسبتا نازک آلومینیوم یا آستری های پلاستیکی تقویت شده کاملا پیچیده شده با پوشش الیاف شیشه ای و کربنی، بعد از سال 1992 میلادی به بازار معرفی شدند، این راه حل های اقتصادی کاهش وزن که در 30 سال اخیر و بعد از آن ارائه شده اند با بکار بردن موادی مانند الیاف شیشه ای، الیاف آرامیدی و الیاف کربنی ادامه پیدا کرده اند، ضخامت قسمت های استوانه ای با قسمت های انتهایی یک سان در نظر گرفته می شوند ولی قسمت های استوانه ای با الیاف کامپوزیتی پیچیده می شود تا فشار داخل مخزن را تحمل کن، از آنجایی که مواد کامپوزیتی سبک وزن دارای استحکام کششی قابل مقایسه با فولاد می باشند، بنابر این وزن مخزن کاهش پیدا می کند که این کاهش وزن باعث افزایش هزینه خواهد شد، یک مخزن الیاف شیشه ای با آستری فولادی با نام کامپوزیتی-فولادی طبقه بندی می شود، در سال های اخیر آلومینیوم به عنوان جایگزینی برای فولاد معرفی شده است و این مخازن آلومینیومی با الیاف شیشه ای به طور کامل پوشش داده می شود و به عنوان مخازن کامپوزیتی_ آلومینیومی طبقه بندی می شوند، از آنجایی که چگالی آلومینیوم 3/1 چگالی فولاد و استحکام کششی آن 2/1 فولاد می باشد، بنا بر این وزن یک مخزن تقویت شده کامپوزیتی_ آلومینیومی در حدود 3/2 وزن یک مخزن فولادی تقویت شده با همان حجم و فشار خواهد بود، مخازنی با مواد کامپوزیتی بر پایه الیاف کربنب نیز اخیرا به عنوان یک جایگزین مطرح شده اند و طرح هایی از این نوع مخازن در دسترس می باشد، چگالی الیاف کربنی در حدود 3/1 چگالی فولاد می باشد در صورتی که استحکام کششی این الیاف مشابه فولاد استف بنا بر این وزن این مخازن الیاف کربنی در حدود 3/1 وزن مخازن فولادی و 2/1 وزن مخازن آلومینیومی با همان حجم و فشار خواهد بود. ]2[
فهرست مطالب:
چکیده
فصل اول: کلیات
1-1) استفاده از گاز طبیعی به عنوان سوخت
1-2)تاریخچه تولید مخازن CNG
1-3) انواع مخازن CNG
1-3-1)مخازن نوع اول
1-3-2)مخازن نوع دوم
1-3-3)مخازن نوع سوم
1-3-4)مخازن نوع چهارم
فصل دوم: روش های تولید مخازن CNG کامپوزیتی
2-1) مقدمه
2-2) اجزای مخازن
2-2-1) آستری
2-2-2)نافی فلزی
2-2-3) بخش کامپوزیتی مخزن
2-2-4) ساختار کاهش آسیب در قسمت های گنبدی شکل
2-2-5) رنگ مخزن
2-3) تولید آستری مخازن
2-3-1)مواد مورد استفاده در آستری
2-3-1-1) مروری بر پلی اتیلن
2-3-1-2) روش های تولید پلی اتیلن
2-3-1-2-1) فرایند فشار بالا
2-3-1-2-2) فرایند زیگلر-ناتا
2-3-1-2-3) فرایند فیلیپس
2-3-1-2-4)فرایند نفت استاندارد(ایندیانا)
2-3-1-3-1) پلی اتین با دانسیته بالا (HDPE)
2-3-1-3-2) پلی اتین با دانسیته پایین(LDPE)
2-3-1-3-3) پلی اتین خطی با دانسیته پایین (LLDPE)
2-3-1-3-4) پلی اتین با وزن مولکولی بسیار بالا (UHMWPE)
2-3-2) روش های تولید آستری
2-3-2-1)روش قالب گیری چرخشی
2-3-2-2) روش قالب گیری تزریقی
2-3-2-3)روش قالب گیری اکستروژنی
2-3-2-4)روش قالب گیری دمشی
2-3-2-4-1) قالب گیری دمشی اکستروژنی
2-3-2-4-2) قالب گیری دمشی تزریقی
2-4) تولید لایه های کامپوزیتی در مخازن نوع دوم، سوم و چهارم
2-4-1)مواد مورد استفاده
2-4-1-1)الیاف
2-4-1-1-1)الیاف شیشه ای
2-4-1-1-2)الیاف کربنی
2ـ4ـ1ـ1ـ3)الیاف آرامیدی
2ـ4ـ1ـ2)رزین ها
2-4-1-3)پرکننده ها(افزودنی ها)
2-5-) الیاف پیچی
2ـ 5ـ 1) روش های الیاف پیچی
2ـ 5ـ1ـ1) پیچش تر
2ـ5ـ1ـ2) پیچش الیاف از پیش اغشته به رزین
2ـ5ـ2) الگوهای الیاف پیچی
2ـ5ـ2ـ1) الیاف پیچی محیطی
2ـ5ـ2ـ2) الیاف پیچی مارپیچی
2ـ5ـ2ـ3)الیاف پیچی قطبی
2-5-3) عمل آوری
2ـ6)فناوری های جدید در مخازن CNG کامپوزیتی
2ـ6ـ1)سیستم ذخیره سازی یک پارچه
2-6-2) مخازن تطابق پذیر
2-7)علامت گذاری مخزن
2-7-1)ازاطلاعات ضروری
2-7-2)اطلاعات اختیاری
2-8) آزمون های مخازن نوع چهارم
2-8-1) آزمون های نمونه اولیه
2-8-1-1) آزمون نشتی پیش از شکست
2-8-1-2) آزمون فشار ترکیدن هیدرواستاتیک
2-8-1-3) آزمون چرخه فشار در دمای محیط
2-8-1-4) آزمون محیط اسیدی
2-8-1-5) آزمون قرارگیری در معرض آتش
2-8-1-6) آزمون نفوذ گلوله
2-8-1-8) آزمون خزش در دمای بالا
2-8-1-9) آزمون تسریع گسیختگی ناشی از تنش
2-8-1-10) آزمون سقوط
2-8-1-11) آزمون نفوذپذیری گاز
2-8-1-12) خواص کششی پلاستیک
2-8-1-13) دمای نرم شدن پلاستیک
2-8-1-14) آزمون مقاومت برشی رزین
2-8-1-15) آزمون گشتاور نافی
2-8-2) آزمون های بهر
2-8-2-1) آزمون هایی که باید روی هر بهر انجام شود.
2-8-2-2) آزمون دوره ای چرخه فشار
2-8-3) آزمون های در حین تولید روی هر مخزن
2-8-4) گواهی پذیرش بهر
2-8-5) برآورده نشدن الزامات آزمون
فصل سوم: مقایسه مخازن CNG (نوع کامپوزیتی با نوع فلزی)
3-1) مقایسه از نظر خواص مخازن
3-3) مقایسه از نظر طراحی ایمن مخازن
فصل چهارم: نتیجه گیری و پیشنهادات
4-1) نتیجه گیری
4-2) پیشنهادات
منابع و مراجع
منابع و مأخذ:
1)Ingersoll., G., Natural Gas Vehicles, The Fairmont press, inc., 700 indian Trail, Liburn,GA 30247.
2) جزوه مجلد شده مخازن سوخت در خودروهای گازسوز، تهیه شده در موسسه عالی پژوهشی خودرو، سوخت و محیط زیست سازمان بهینه سازی مصرف سوخت کشور و دانشگاه تهران.
3)www.ifco.ir/cng/tips/cylinder_new.aso.
4) Compressed Natural Gas (CNG) Cylenders : Tips for General Visual Inspection and Care, Gas Research Institute, GRI 0426
5) Compressed Natural Gas Storage Optimization for Natural Gas Vehicles, Gas Research Institute, GRI 0364.
6) www.fluidmechanicgroup.com.
7) استاندارد ملی ایران 6306، مخازن گاز_ مخازن تحت فشار بالا، برای ذخیزه گاز طبیعی به عنوان سوخت بر روی خودرو.
8) بروشورهای سازمان بهینه سازی مصرف سوخت کشور.
9) www.hyrospin.com.
10) www.pressedsteel.com.
پروژه رشته میکانیک با موضوع مخازن کامپوزیتی ((CNG)). doc