Карьерные самосвалы БЕЛАЗ на газовом топливе и СПГ

А.Н. Сергель, начальник бюро УГК НТЦ
Журнал “Горная Промышленность”№5 (147) 2019, стр.29

Интерес потребителей обусловлен целым рядом причин. Во-первых, стоимость газа по сравнению с дизельным топливом значительно ниже (на 50%). Во-вторых, карьерная техника наиболее удобна для «газификации»: она эксплуатируется недалеко от места своей дислокации, и одна заправка может обслуживать весь парк самосвалов в отличие от подавляющего большинства транспортных средств, движущихся по дорогам общего пользования, заправки для которых необходимо иметь по всему пути их следования. В-третьих, переход на газ существенно улучшает экологическую ситуацию в обычно сильно загазованных карьерах.

Рассмотрим вопрос перехода на газ комплексно. В качестве газового моторного топлива может быть использован либо пропан-бутан, либо природный газ. При этом пропанбутановая 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 накапливается, а испаряется в атмосферу. Храниться на транспортном средстве газ может либо в компримированном (сжатом), либо в сжиженном виде. В одинаковом объеме сжиженного природного газа помещается в три раза больше, чем компримированного.

Таким образом, при использовании СПГ количество заправок в течение определенного промежутка времени будет втрое меньше, да и продолжительность одной заправки заметно короче. Для карьерной техники, эксплуатация которой обходится дорого, как количество заправок, так и продолжительность одной заправки – показатели очень важные.

Поэтому оптимальным газомоторным топливом для карьерной техники является СПГ.

Уточним, что для хранения СПГ используются 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.

Газ в силовой установке может использоваться двумя разными способами. Во-первых, как монотопливо в так называемом газопоршневом двигателе, когда все топливо является природным газом (в камеру сгорания подается только газ, воспламенение искровое). Во-вторых, в газодизельном режиме, когда природным газом замещается лишь часть топлива, поступающего в камеру сгорания (30–50%): в камеру сгорания подается как газ, так и дизельное топливо; воспламенение дизтоплива, как и в дизеле, от сжатия, газ же загорается от дизтоплива. В зависимости от режима работы силового агрегата система постоянно регулирует соотношение подаваемых в камеру сгорания порций дизтоплива и газа.

При этом необходима установка сравнительно недорогого навесного оборудования на дизельный двигатель для его перевода в газодизельный режим работы. Недостаток такой схемы – кроме меньшего замещения дорогого дизельного топлива более дешевым природным газом – в необходимости установки на самосвал двух топливных систем (дизельной и газовой), а также в зависимости от наличия 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 (отношение количества энергии, полученной от сжигания природного газа, к общей энергии воспламенения топлива внутри камеры сгорания) для газодизельных двигателей обычно составляет 30–50%. Но он может быть и другим, вплоть до 90–95%, правда, при этом, во-первых, необходима значительно более глубокая модернизация дизельного двигателя, а, во-вторых, двигатель теряет возможность работы в дизельном режиме.

На средний коэффициент замещения газодизеля очень сильно влияет режим работы двигателя, как правило, на холостом ходу (ожидание погрузки) двигатель работает в дизельном режиме, а на режиме максимальной мощности замещение значительно снижается.

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.

Другим опытом применения СПГ на карьерных самосвалах БЕЛАЗ является проект по переводу карьерных самосвалов БЕЛАЗ-75131 на газодизельный режим ООО «ТехноЭко» (Сибирь-Энерго), 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 г. и эксплуатируется до сих пор.

Следующим значимым проектом ОАО «БЕЛАЗ» является изготовление карьерного самосвала БЕЛАЗ-75476 грузоподъемностью 45 т с газопоршневым двигателем КУНГУР-550, разработанным на базе силовой установки ЯМЗ-240НМ2. Конвертация и поставка двигателя, равно как и разработка и поставка топливной системы, произведены ООО «Технология 1604» из Екатеринбурга. Мощность двигателя увеличена до 550 л.с. (против имеющихся штатно 500 л.с. у ЯМЗ-240НМ2).

Топливная экономичность по показателю в граммах на кВт/ч практически равна топливной экономичности в граммах дизтоплива на кВт/ч у ЯМЗ-240НМ2. Однако при относительно невысокой стоимости газового топлива экономические преимущества от использования в составе самосвала двигателя КУНГУР-550 очевидны. Сегодня карьерный самосвал БЕЛАЗ-75746 проходит эксплуатационные испытания в Архангельской области в карьере Ломоносовского ГОКа.

С апреля 2018 г. карьерный самосвал БЕЛАЗ-75746 успешно работает в АО «Невьянский цементник» (поселок Цементный, Невьянский район Свердловской области). По результатам испытаний БЕЛАЗ на СПГ можно выявить следующие преимущества: снижение затрат на топливо в стоимостном выражении в два раза по сравнению с новым аналогичным карьерным самосвалом на дизельном топливе; увеличенный межсервисный интервал до 500 мч против 250 мч у БЕЛАЗ-7547.

В настоящее время ОАО «БЕЛАЗ» изготовлен второй образец карьерного самосвала БЕЛАЗ-75476 со следующим основным усовершенствованием: топливные баки увеличенного объема обеспечивают работу самосвала в течение 12 ч.

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 КТА50-С в 2020 г.
E-mail: A.Sergel@belaz.minsk.by