Карьерные самосвалы на газовом топливе

А.Н. Сергель — начальник бюро УГК НТЦ ОАО «БЕЛАЗ»

Рис. 1.  БЕЛАЗ-75139 с двигателем на газодизельным режиме работы

Рассмотрим эту проблему перехода на газ комплексно. В качестве газового моторного топлива может быть использован либо пропан­бутан, либо метан. При этом пропано-­бутановая смесь тяжелее воздуха и при возможных утечках она будет скапливаться на дне карьера, что недопустимо. Поэтому, в качестве топлива для газификации карьерного самосвала был выбран природный газ, который легче воздуха и в случаях утечки не представляет большой опасности. Храниться на транспортном средстве газ может либо в компримированном (сжатом), либо в сжиженном виде (СПГ). В одинаковом по объему топливном баке сжиженного природного газа помещается в три раза больше, чем компримированного. Таким образом, при использовании СПГ количество заправок в течение определённого промежутка времени будет втрое меньше — да и продолжительность одной заправки заметно короче. Для карьерной техники, эксплуатация которой обходится дорого, количество заправок и продолжительность заправки — показатели критичные. Поэтому оптимальным газомоторным топливом для карьерной техники является СПГ.

Уточним, что для хранения СПГ используется специальные криогенные баки (фактически термос), так как температура хранения СПГ составляет от ­162 до ­140 °С. Перед подачей в камеру сгорания двигателя СПГ необходимо испарить и подогреть до положительной температуры. При этом необходимо поддерживать постоянный уровень избыточного давления газа в системе дозирования и подачи газа в двигатель.

Рис. 2.  БЕЛАЗ-75131 с газодизельным режимом в компании  ООО «ТехноЭко» (Сибирь-Энерго)

Газ в силовой установке может использоваться двумя разными способами:  

• как монотопливо в так называемом газопоршневом двигателе, когда все топливо является природным газом — в камеру сгорания подается только газ, воспламенение искровое;  
  
• в газодизельном режиме, когда природным газом замещается лишь часть топлива (30–50 %) поступающего в камеру сгорания — в камеру сгорания подаётся как газ, так и дизельное топливо, воспламенение дизтоплива, как и в дизеле, от сжатия, газ же загорается от дизтоплива).

Недостаток такой системы:  

• небольшой процент замещения дизтоплива природным газом; 
  
• необходимость установки на самосвал двух топливных систем (дизельной и газовой); 
  
• наличие в местах эксплуатации двух инфраструктур для доставки, хранения, заправки самосвалов обоими видами топлива.
  

А ее большое достоинство в том, что при отсутствии газа такой двигатель может работать как обычный дизель.

Средний коэффициент замещения дизельного топлива для газодизельных двигателей обычно составляет 30–50 %. Но он может быть и другим, вплоть до 90–95 %, однако при этом необходима значительно более глубокая модернизация дизельного двигателя, и в результате двигатель теряет возможность работы в дизельном режиме. На средний коэффициент замещения очень сильно влияет режим работы двигателя, как правило, на холостом ходу (ожидание погрузки) двигатель работает в дизельном режиме, а в режиме максимальной мощности замещение значительно снижается.

Традиционные поставщики дизельных двигателей для самосвалов БЕЛАЗ пока не имеют ни газопоршневых, ни газодизельных вариантов своих двигателей, адаптированных для использования на карьерной технике. Тем не менее, идя навстречу многочисленным запросам потребителей, а также на основании анализа рынка, ОАО «БЕЛАЗ» самостоятельно реализует несколько проектов по созданию карьерных самосвалов на газомоторном топливе (рис. 1).

Одним из первых таких проектов был перевод двигателей Cummins КТА50­С на газодизельный режим работы на карьерных самосвалах БЕЛАЗ­75139 (рис. 2) грузоподъемностью 136 т в хозяйстве Ковдорского горно­-обогатительного комбината. Поставщиками навесного оборудования выступает немецкая компания Heinzmann, топливной системы — московское предприятие «Гелиймаш». В течении непродолжительной эксплуатации было достигнуто замещение на уровне 50–55 %.

Рис. 3.  БЕЛАЗ-75476 грузоподъемностью 45 т с газопоршневым двигателем КУНГУР-550

Другим опытом применения СПГ на карьерных самосвалах БЕЛАЗ является проект по переводу карьерных самосвалов БЕЛАЗ­75131 на газодизельный режим ООО «ТехноЭко» (СибирьЭнерго, г. Новокузнецк). На начальном этапе, применялась система дозирования и подачи газа в двигатель собственной разработки, позже стали применять систему подачи газа производства ComAp. В общей сложности для работы в газодизельном режиме было модернизировано 60 карьерных самосвалов. Средний коэффициент замещения по всему автопарку составляет 30–35 %. Первый карьерный самосвал был переоборудован в июне 2017 года и эксплуатируется до сих пор.

Следующим значимым проектом ОАО «БЕЛАЗ» является изготовление карьерного самосвала БЕЛАЗ­75476 (рис. 3) грузоподъемностью 45 т с газопоршневым двигателем КУНГУР­550, разработанным на базе силовой установки ЯМЗ­240НМ2. Конвертация и поставка двигателя, равно как и разработка и поставка топливной системы, произведена ООО «Технология 1604» из Екатеринбурга. Мощность двигателя увеличена до 550 л.с. (против имеющихся штатно 500 л.с. у ЯМЗ240НМ2). Топливная экономичность по показателю в граммах на кВт/час практически равна топливной экономичности в граммах дизтоплива на кВт/час у ЯМЗ­240НМ2. Однако при относительно невысокой стоимости
газового топлива экономические преимущества от использования в составе самосвала двигателя КУНГУР­550 очевидны. Сегодня карьерный самосвал БЕЛАЗ­75746 проходит эксплуатационные испытания в Архангельской области в карьере Ломоносовского ГОКа.

В дальнейших планах ОАО «БЕЛАЗ» при сотрудничестве с компаниями «Технология 1604» и «Газовые транспортные системы» — создание карьерного самосвала грузоподъемностью 136 т с газопоршневым двигателем на базе дизельного двигателя Cummins КТА50­С в 2020 году.