Tractors and Agricultural MachineryTractors and Agricultural MachineryТракторы и сельхозмашины0321-44432782-425XEco-Vector10928910.17816/0321-4443-109289Theory, designing, testingТеория, конструирование, испытанияResearch ArticleDetermination of biogas fuel compression ratio for agricultural machinery fuelingОпределение коэффициента сжимаемости биогазового топлива для заправки сельскохозяйственной техникиhttps://orcid.org/0000-0002-8927-78287971-2057PetrovNikolay V.ПетровНиколай Вадимович
Russian Federation

Cand. Sci. (Tech.), Associate Professor of the Operation of Road Transport and Vehicle Maintenance Department of the Road Faculty

к.т.н., доцент кафедры «Эксплуатация автомобильного транспорта и автосервис» автодорожного факультета

petnikvad1988@mail.ruNorth-Eastern federal university named after M.K. Ammosov YakutskСеверо-Восточный федеральный университет им. М.К. Аммосова070320238953513561107202204092022Copyright ©; 2023, Eco-VectorCopyright ©; 2023, Эко-Вектор2023Eco-VectorЭко-Векторhttps://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/https://journals.eco-vector.com/0321-4443/article/view/109289

BACKGROUND: Agricultural machinery is the main consumer of liquid petroleum-product fuel in the countryside of Republic of Sakha (Yakutia). Even partial machinery transition to biogas fuel would reduce consumption of liquid petroleum-product fuel, in this regard, first of all, it is necessary to determine biogas fuel compression ratio for agricultural machinery fueling. A number of experimental works is demanded to carry out to determine compression ratio of biogas fuel of different compositions.

AIMS: Determination of compression ratio of biogas fuel of different composition for agricultural machinery fueling with a compressor.

METHODS: Experimental determination of biogas fuel compression ratio carried out with the UGK-3 test facility. Based on obtained experimental data, numerical simulation was carried out with CurveExpert and MS Excel software (for data set linear approximation).

RESULTS: Based on Mendeleev-Clapeyron ideal gas law, the formula for theoretical calculation of compression ratio of biogas fuel of different chemical compositions. In order to obtain experimental data, a number of experimental works was carried out with the UGK-3 test facility, updated for considering of biogas fuel compression ratio in various conditions. According to the results of linear approximation, with increasing of methane volume fraction, biogas fuel compression ratio tends to values of pure methane compression ratio taken from GOST 30319.2-2019.

CONCLUSIONS: Practical utility of the study lies in ability of using the proposed method of calculation of compression ratio during vehicle fueling with biogas fuel for the sake of safe and effective fueling.

Обоснование. В сельской местности Республики Саха (Якутия) основным потребителем жидкого топлива нефтяного происхождения является сельскохозяйственная техника. Даже частичный перевод этой техники на биогаз позволил бы снизить потребление жидких нефтяных топлив, в связи с этим, для заправки сельскохозяйственной техники биогазовым топливом в первую очередь необходимо определить коэффициент сжимаемости биогазового топлива. Для определения коэффициента сжимаемости биогаза разного состава требуется проводить ряд экспериментальных работ.

Цель работы – определение коэффициента сжимаемости биогазового топлива разного состава, используемого при заправке сельскохозяйственной техники компрессором.

Материалы и методы. Экспериментальное определение коэффициента сжимаемости биогазового топлива проведено на установке типа УГК-3. Математическое моделирование на основе полученных экспериментальных работ выполнено в программе CurveExpert и Excel – для линейной аппроксимации массива данных.

Результаты. На основе уравнения Менделеева-Клапейрона для идеального газа получена формула для теоретического расчета коэффициента сжимаемости биогаза для разного химического состава. Для получения экспериментальных данных было проведено ряд экспериментов на установке типа УГК-3 с доработками для учета коэффициента сжимаемости биогазового топлива для разных условий. Согласно, результатам линейной аппроксимации, показатель коэффициента сжимаемости биогазового топлива с увеличением объемного содержания метана стремится к значению коэффициента сжимаемости чистого метана по ГОСТу 30319.2-96.

Заключение. Практическая ценность исследования заключается в возможности использования предложенного метода расчета коэффициента сжимаемости при заправке автотракторной техники биогазовым топливом для безопасной и эффективной заправки.

biogas fuelbiogas fuel compression ratiothe UGK-3 test facilityideal gas lawbiogas fuel densityбиогазовое топливокоэффициент сжимаемости биогазового топливаустановка УГК-3уравнение Менделеева-Клапейронаплотность биогазаLapshin VI, Kruglov YuYu, Zheltov AP. Experimental determination of the supercompressibility coefficient of gas mixtures with a high content of H2S, CO2. Ekspress-inform. Ser. Razrabotka i ekspluatatsiya gazovykh i gazokondensatnykh mesto-rozhdeniy. 1988;1:32–33. (in Russ).Лапшин В.И., Круглов Ю.Ю., Желтов А.П. Экспериментальное определение коэффициента сверхсжимаемости газовых смесей с высоким содержанием H2S, CO2 // Экспресс-информ. Сер. Разработка и эксплуатация газовых и газоконденсатных месторождений. 1988. № 1. С. 32–33.Lapshin VI, Volkov AN, Shafiev IM. Installations for thermodynamic studies of reservoir oil and gas condensate systems of OAO Gazprom fields. Vesti gazovoy nauki. 2011:92–102. (in Russ).Лапшин В.И., Волков А.Н., Шафиев И.М. Установки для термодинамических исследований пластовых нефтегазоконденсатных систем месторождений ОАО «Газпром» // Вести газовой науки. 2011. С. 92–102.Manuilov AV, Rodionov VI. Chemistry, 8th and 11th grades. Three levels of study. Novosibirsk: NGU; 1998. (in Russ).Мануйлов А.В., Родионов В.И. Химия, 8 и 11 классы. Три уровня обучения. Новосибирск: НГУ, 1998.Saushev AV. Methods for linear approximation of the boundary points of the areas of operability of technical systems. Vestnik gosudarstvennogo universiteta morskogo i rechnogo flota im. admirala SO Makarova. 2013;3(19):41–51. (in Russ).Саушев А.В. Методы линейной аппроксимации граничных точек областей работоспособности технических систем // Вестник государственного университета морского и речного флота им. адмирала С.О. Макарова. 2013. № 3(19). С. 41–51.GOST 30319.2-96. Gaz prirodnyy. Metody rascheta fizicheskikh svoystv. Available from: https://docs.cntd.ru/document/1200002059 Accessed: 10.07.2022. (in Russ).ГОСТ 30319.2-96. Газ природный. Методы расчета физических свойств. Режим доступа: https://docs.cntd.ru/document/1200002059 Дата обращения: 10.07.2022.Compressor Coltri MCH-10. Methane filling equipment [internet]. Available from: https://ecofuel.su/index.php?page=shop.product_details&flypage=flypage.tpl&category_id=38&product_id=490&option=com_virtuemart&Itemid=141 Accessed: 10.07.2022.Компрессор Coltri MCH-10. Оборудование для заправки метаном. [internet] Режим доступа: https://ecofuel.su/index.php?page=shop.product_details&flypage=flypage.tpl&category_id=38&product_id=490&option=com_virtuemart&Itemid=141 Дата обращения: 10.07.2022.