Приложение А (справочное). Обоснование количества циклов наполнения

Приложение А
(справочное)

Обоснование количества циклов наполнения

А.1 Транспорт для использования в личных целях

А.1.1 Общие положения

Определение количества циклов наполнения, на которое должен быть рассчитан топливный бак, требует рассмотрения двух сценариев риска деградации материала и системы: предполагаемые условия эксплуатации и дополнительная прочность, как показано в А.1.2 и А.1.3.

А.1.2 Предполагаемые условия эксплуатации

Должны рассматриваться случаи максимальной нагрузки при наполнении пустого топливного бака транспортного средства до полного состояния на протяжении всего срока эксплуатации.

Максимальное количество наполнений пустого топливного бака до полного состояния в предполагаемых условиях эксплуатации определяется по следующей формуле:

,

где:

- максимальное число наполнений пустого топливного бака до полного состояния в предполагаемых условиях эксплуатации;

L - общий пробег транспортного средства в предполагаемых условиях эксплуатации;

R - запас хода транспортного средства с полным топливным баком.

Топливные баки должны быть рассчитаны на максимальное количество наполнений от пустого до полного состояния.

Максимальное число наполнений топливного бака в течение предполагаемого срока эксплуатации не должно быть меньше 500, как указано в Е.3.2 (приложение Е). Данное значение основано на общем пробеге транспортного средства 161000 км и запасе хода с полным баком 322 км.

А.1.3 Требования повышенной долговечности

Должны быть также рассмотрены случаи интенсивного использования топливного бака, когда транспортное средство подвергается более тяжелой (физической и химической) нагрузке и большему количеству частичных наполнений топливного бака в течение срока своей эксплуатации.

Внешние нагрузки включают в себя истирания и разрезы, которые могут быть получены в результате воздействия различных элементов конструкции транспортного средства или быть связаны с воздействием химических веществ на активные компоненты конструкции во время эксплуатации (например, кислотные дожди, аккумуляторная кислота).

Топливные баки должны быть рассчитаны на максимальное количество частичных наполнений в течение своего срока службы.

Максимальное число частичных наполнений определяется по следующей формуле:

,

где:

- максимальное число частичных наполнений в процессе эксплуатации;

L - пробег транспортного средства с учетом повышенной долговечности;

R - запас хода транспортного средства с полным топливным баком;

V - средняя объемная доля наполнения.

Уменьшенное число циклов наполнения (5500 циклов), указанное в 4.5.2, основано на следующих предположениях:

- пробег транспортного средства с учетом повышенной долговечности 590000 км;

- запас хода транспортного средства с полным топливным баком 322 км;

- средняя объемная доля наполнения 0,33.

Оценка, выполненная компанией Sierra Research для Калифорнийского совета по воздушным ресурсам (California Air Resources Board) в 2001 г. по результатам пробега транспортных средств, показала, что все списанные транспортные средства имели пробег менее 563000 км (значение диапазона 3-сигма, 99.8 процентиль: 418000 км, значение диапазона 6-сигма: 590000 км). Поэтому в качестве величины пробега транспортного средства в условиях повышенной долговечности было выбрано значение 590000 км.

В настоящее время все дорожные транспортные средства, выпускаемые изготовителями транспортных средств в массовом производстве, имеют запас хода более 322 км с полным топливным баком.

Надежная статистика по объемной доле наполнения в настоящее время отсутствует. Статистика для транспортных средств, работающих на водородном топливе, будет зависеть от доступности автозаправочных станций для заправки водородом. Предположение основывалось на том факте, что наполнение топливного бака менее чем на 33% от его полной емкости создает предельное условие, связанное со средним наполнением бака через интервалы от 106 км до 161 км. Объединение этих предельных условий позволяет установить требование к минимальному уменьшенному числу циклов наполнения, указанному в 4.5.2, для условий повышенной долговечности.

А.1.4 Требования к конструкции по надежности в условиях повышенной долговечности

Вероятность того, что топливный бак будет иметь указанное число наполнений, определяется умножением вероятности того, что пробег транспортного средства составит 590000 км или больше () на вероятность того, что запас хода транспортного средства с полным баком составит 322 км или меньше () и на вероятность наличия средней объемной доли наполнений 0,33 для срока службы транспортного средства (). Оценки, полученные на основе приведенных выше данных, показывают, что и составляют меньше , что гарантирует итоговый результат на уровне меньше .

Транспортное средство с запасом хода 322 км при полном топливным баке должно пройти свыше 1600000 км для 5500 наполнений топливного бака от пустого до полного состояния.

Частичные наполнения при низком объеме приводят к существенно более низким колебаниям температуры и давления, и, следовательно, к значительно меньшим нагрузкам по сравнению с нагрузками в случае наполнений топливного бака от пустого до полного состояния. Исчерпывающие данные отсутствуют (нагрузки на порядок величины ниже по сравнению с наполнением топливного бака от пустого до полного состояния). Проведение циклических испытаний давлением с использованием уменьшенного числа циклов наполнения, указанного в 4.5.2, с колебаниями давления наполнения от пустого до полного состояния топливного бака обеспечивает потенциальный запас надежности порядка 10.

А.2 Коммерческие транспортные средства большой грузоподъемности

Квалификацию конструкции топливных баков для промышленных транспортных средств большой грузоподъемности (для тяжелых условий эксплуатации) отличают два фактора.

Во-первых, коммерческие транспортные средства подвергаются интенсивному техническому обслуживанию (например, ремонту двигателя и коробки передач), приводящему к существенному увеличению общего пробега транспортного средства и, следовательно, к повышению числа наполнений топливного бака в течение предполагаемого срока службы.

Во-вторых, коммерческие транспортные средства, как правило, подвергаются интенсивной эксплуатации в течение 15 лет и более. Руководители автопарков требуют сертификаты для систем хранения топлива на срок службы от 20 до 25 лет. Кроме того, коммерческие транспортные средства могут подвергаться регулярным ежедневным наполнениям топливного бака от пустого до полного состояния с последующей постановкой на стоянку в течение ночного периода времени, при этом не происходит изменения давления и температуры топлива в результате последующего движения в течение нескольких часов.

С учетом этих отличий, требования к циклическому испытанию давлением для коммерческих транспортных средств большой грузоподъемности необходимо сформулировать следующим образом:

- максимальное число наполнений топливного бака от пустого до полного состояния в течение предполагаемого срока службы рассчитывается с помощью уравнения, приведенного в подпункте А.1.2 (приложение А), однако это значение не может быть меньше чем 1000 циклов. Это обеспечивает вдвое больший общий пробег для коммерческих транспортных по сравнению с транспортными средствами, используемыми для личного пользования, в случае предполагаемых условий эксплуатации. Если будут доступны статистические данные по общему пробегу промышленных транспортных средств, это значение может быть пересмотрено в последующих изданиях настоящего документа.

- для сценария повышенной долговечности число циклов наполнения рассчитывается по формуле, приведенной в А.1.3 (приложения А), но при этом число циклов должно быть не меньше 11250. Для расчета принималась во внимание особенность организации эксплуатации автобусов, связанная с необходимостью наполнения топливного бака из пустого состояния в полное состояние, с целью обеспечения его непрерывной эксплуатации, дважды в течение суток. В соответствии с сертификацией для промышленных транспортных средств минимальный срок службы составляет 15 лет, следовательно, минимальное число циклов наполнения составляет 2 цикла в сутки х 365 дней в году х 15 лет = 11000. Надежность данных технических требований обеспечивается признанием того факта, что 11000 циклов наполнения х 322 км/цикл наполнения превышает пробег 3,2 млн. км.