P1000713 - Copy

مخازن گاز طبیعی فشرده در خودروهای گازسوز CNG

انــــواع مخــــازن و ویژگی های آنها

در اين فصل ضمن معرفی انواع مخازن CNG به طور خلاصه به بررسي مقايسه اي آنها از نظر ساختار و برخی مشخصات اساسی مانند نسبت حجم به وزن پرداخته شده است. در حال حاضر مخازن CNG در چهار نوع کلي ساخته مي شوند.

معرفی ساختار انواع مخازن

04-Tanks

مخازن نوع اول 

مخازن نوع اول به مخازنی اطلاق می شود که بطور کامل از فلز بدون درز ساخته شده اند. در ساخت اين مخازن بطور معمول از فولاد يا آلومينيوم استفاده می گردد. برخی الزامات اساسی، مشخصات فیزیکی و ترکيب شيميايي مواد بکار رفته در تولید آنها در استانداردهاي مربوطه از جمله ISO 11439 و ISO 9809 ذکر گرديده است. اين نوع مخازن در مقايسه با ديگر انواع آن (در حجم برابر) داراي وزن بيشتري هستند و در عين حال قيمت و ريسک نسبی پايين تري دارند.

مخازن نوع دوم 

اين نوع مخازن داراي يک لايه داخلي (Liner) از جنس فولاد يا آلومينيوم بدون درز می باشند که قسمت استوانه اي آن توسط الياف شيشه، آراميد کربن يا مخلوطي از آنها که آغشته به رزين است تقویت می گردد. ساختار کامپوزيتي این نوع مخازن، سبب کاهش ضخامت قسمت فلزي مخزن می گردد و نتیجتا در حجم یکسان مخازن نوع دو در مقایسه با مخازن نوع یک وزن کمتری دارند.

مخازن نوع سوم

اين نوع مخازن داراي يک لايه داخلي (liner) از جنس فولاد يا آلومينيوم بدون درز است که تمام سطح آن توسط الياف شيشه، آراميدکربن يا مخلوطي از آنها که آغشته به رزين است تقویت می گردد. این نوع ساختار کامپوزيتي، سبب کاهش بیشتر ضخامت قسمت فلزي مخزن می گردد و نتیجتا در حجم یکسان مخازن نوع سه در مقایسه با مخازن نوع یک و نوع دو وزن کمتری دارند.

مخازن نوع چهارم

اين نوع مخازن داراي يک لايه داخلي (Liner) از جنس پليمر بدون درز هستند که تمام سطح آن توسط الياف شيشه، آراميدکربن يا مخلوطي از آنها که آغشته به رزين است، تقویت می گردد. ساختار تمام کامپوزيتی این مخازن سبب شده است که در حجم یکسان مخازن نوع 4 از دیگر انواع آن سبک تر باشد.

در ساخت اين نوع مخازن ، از فناوري بالايي استفاده شده و تعداد سازندگاني که ازاين نوع مخازن توليد مي کنند معدود است. اين نوع مخازن گرانتر از ساير انواع مخازن CNG  می باشد.

1308071748

وزن انواع مخازن

يکي از معیارهای مهم در بررسي خصوصيات مخازن و انتخاب آنها براي نصب در خودروهاي گازسوز، وزن مخزن است. از آنجا که اضافه شدن وزن خودرو مي تواند اثرات منفي بر عملکرد آن داشته باشد تلاش هاي زيادي براي کاهش وزن مخازن گاز خودروهاي گازسوز شده است. طراحي و ساخت مخازن کامپوزيتي را مي توان اصلی ترین روش براي کاهش وزن مخازن گاز خودروها دانست.

بمنظور بررسی مقایسه ای وزن مخازن از پارامتري تحت عنوان وزن واحد حجم استفاده مي شود. اين پارامتر به صورت نسبت وزن مخزن خالي به حجم هندسی (یا آبی) آن تعريف مي شود. این پارامتر به نوعی بیانگر این است که بمنظور ذخیره سازی مقدار مشخصی از گاز (بعنوان سوخت خودرو) چه میزان وزن اضافی بر خودرو تحمیل خواهد گردید.

یکی از مهم ترین پارامترهای موثر در نسبت وزن به حجم مخازن ساختار و مواد تشکیل دهنده آنها می باشد. بديهي است  از آنجا که استفاده از ساختار کامپوزيت سبب کاهش ضخامت بخش فلزي مخزن مي گردد، منجر به کاهش  وزن  واحد حجم آن خواهد بود. بنابراين مخازن نوع 4، 3 و2 در مقایسه با مخازن نوع 1 به ترتیب دارای نسبت وزن به حجم کمتری هستند.

GX_TANK_INSTALL_x (1)

ریسک نسبی

یکی از مهمترين معیارها در بررسي مقايسه اي مخازن ميزان ایمنی آنها می باشد. اگر چه بر اساس تجربه جهانی مخازن گاز خودروهاي گازسوز از نظر ايمني کارنامه قابل قبولي داشته اند، اما اين موضوع همواره مورد توجه توليد کنندگان و استفاده کنندگان اين خودروها بوده است..

 

بديهي است که مسايل و مشکلاتي که احتمال بروز آنها در مخازن CNG وجود دارد، از درجه اهميت يکساني برخوردار نيستند. بنابراين براي بررسي مقايسه اي انواع مختلف مخازن CNG از حیث ایمنی لازم است بر اساس اهميت موارد مختلف، مدل وزني مناسبي تهيه گردد.

برمبنای آزمايش هاي متعدد انجام شده در مورد انواع مخازن و بر اساس مدل وزني تعریف شده، پارامتری تحت عنوان Relative Risk یا ریسک نسبی تعريف گردیده است که بیانگر وضعیت کلی انواع مختلف مخازن در آزمايش هاي انجام گرفته است .

جدول زير مقادير ریسک نسبی را براي برخی انواع مخازن نشان مي دهد .

Relative Risk

Cylinder Type

32

Type 1 steel

58

Type 1 aluminum

68

Type 2 aluminum

97

Type 3 aluminum / glass

91

Type 4 carbon

83

Type 4 hybrid

توزیع بار (ناشی از فشار داخلی) در انواع مخازن

همانطور که در معرفی اجمالی انواع مخازن ذکر شد، بمنظور کاهش وزن مخزن (در حجم یکسان) از ضخامت بخش فلزی آن کاسته و  بر بخش غیر فلزی آن افزوده می گردد. بنابراین بدیهی است توزیع بار مکانیکی ناشی از فشار داخلی مخزن در انواع مختلف مخازن متفاوت خواهد بود. جدول زير چگونگي این توزيع بار را در انواع مخازن CNG نشان مي دهد:

درصد تحمل بار توسط بخش غیرفلزی

درصد تحمل بار توسط بخش فلزی

مخزن

0

100

نوع 1

45

55

نوع 2

80

20

نوع 3

100

0

نوع 4

بازده حجمی انواع مخازن

یکی دیگر از معیارهای مقایسه ای مخازن بازدة حجمي آنها مي باشد که عبارتست از نسبت حجم داخلي مخزن به حجم خارجي آن (این تفاوت ناشی از ضخامت ضخامت جدارة مخزن است).

از آنجا که يکي از محدوديت هاي مهم در نصب مخازن در خودروها، محدودیت فضای نصب می باشد، مقدار بازده حجمي مخازن نیز معیاری قابل توجه است. هر چه بازده حجمي مخزن بيشتر باشد به اين معني است که به ازای يک حجم مشخص اشغال شده در خودرو، گاز بيشتري ذخيره شده است .

طبیعی است استفاده از موادي با استحکام مکانيکي بالاتر منجر به توليد مخازني با بازدة حجمي بيشتر مي شود. چرا که اگر براي ساخت مخزن از ماده اي با استحکام مکانيکي بالاتر استفاده شود، ضخامت جداره مخزن کاهش مي يابد و در نتيجه بازده حجمي آن بالاتر مي رود .

به عنوان نمونه آلومينيوم در مقايسه با فولاد تنش تسليم پايين تري دارد. از اينرو لازم است ضخامت جداره مخازن آلومينيومي بيشتر از ضخامت مخازن فولادي مشابه باشد و طبيعي است هر چه ضخامت جداره سيلندر بيشتر شود بازده حجمي سيلندر کاهش می يابد.

جدول زير مقايسه اي را از ميزان بازده حجمي براي چند نوع سيلندر ارائه مي دهد .

نوع مخزن

درصد راندمان حجمی

نوع یک (فولادی)

91

نوع یک (آلومینیوم)

78

نوع دو (لاینر فولادی)

85

 نوع دو (لاینر آلومینیوم)

76

نوع سه ( الیاف شیشه )

74

نوع سه ( الیاف کربن )

84

نوع چهار ( الیاف کربن )

82

نوع چهار ( الیاف هیبرید )

77

انــواع روش های تـــولید

بطور کلی سه روش اساسی برای تولید مخازن تحت فشار بدون درز بکار گرفته می شود. در این بخش مراحل اصلی فرآیند تولید مخازن از روش های مختلف بطور خلاصه معرفی می شوند . . . .

مطالب فوق بخشی از کتاب بازرسی ادواری مخازن گاز طبیعی فشرده است.

برای اطلاعات بیشتر به آدرس زیر مراجعه کنید :

کتاب بازرسی ادواری مخازن گاز طبیعی فشرده (CNG)

استفاده و به اشتراک گذاری کلیه مطالب با ذکر کامل مرجع مجاز است.

فیلم آموزشی درباره مخازن CNG نوع 1

فیلم آموزشی در مورد مخازن CNG نوع 2

فیلم آموزشی در مورد مخازن CNG نوع 3