Советский Союз располагает крупнейшими в мире запасами природ­ного газа. По пятилетнему плану развития народного хозяйства производ­ство газа достигнет в 1970 г. 240—250 млрд. м³. Стоимость природного газа значительно ниже стоимости дизельного топлива. Моторесурс газового двига­теля больше, чем дизеля. Результаты эксплуатации стационарных газовых двигателей у нас и за границей убедительно подтверждают это. Так, отечественные газовые двигатели завода «Двигатель революции» марки 6 ГЧ 35/45, установленные на компрессорных станциях газопровода «Ставрополь — Москва», проработали свыше 45 000 ч без капитального ремонта. Моторе­сурс дизеля этой размерности согласно ТУ равен 18 000 ч.

Такой большой моторесурс газового двигателя определяется следующим.

1.         Процесс сгорания газовой смеси в цилиндре двигателя протекает с малой скоростью нарастания давления.

2.         При сгорании газообразного топлива почти не происходит нагаро-образования на деталях цилиндро-поршневой группы.

3.         Природный газ не имеет в своем составе абразивных и сернистых соединений.

4.         Отсутствие разжижения смазочного масла жидким топливом, что имеет место в дизелях.

Низкая стоимость природного и нефтяного попутного газов и повышен­ный моторесурс газовых двигателей создают технико-экономические пред­посылки применения газовых двигателей в народном хозяйстве страны.

Показателем возможности использования горючего газа в качестве топлива для судовых двигателей является его низшая теплотворность, так как она обусловливает необходимый запас газа для обеспечения определен­ного радиуса действия судна. С этой точки зрения наибольшего внимания заслуживают природный газ и газы нефтяного происхождения. Вопрос ис­пользования этих газов в качестве топлива для судовых двигателей пока еще у нас не получил практического разрешения. Однако наличие больших за­пасов и возрастающая добыча газа выдвигают необходимость применения их в судовых установках. Дизелестроительные заводы фирм МАН, «Бурмейстер и Вайн», «Пилстик» и др. приступили к выпуску судовых газовых двигателей. Так, фирма МАН выпускает судовые газовые двигатели мощностью 4000 л. с.

Природный газ почти состоит из одного метана и имеет низшую тепло­творность около 8400 ккал/нм³.

В последние годы стали строиться газотанкеры — суда для перевозки сжиженного природного газа при низкой температуре (—162° С). Новым и перспективным направлением применения газовых двигателей является их установка в качестве главных и вспомогательных двигателей газотанкеров. При этом газ может быть использован в качестве топлива для газовых двига­телей судна.

Наряду с природным газом может получить применение и сжиженный газ, являющийся продуктом переработки нефти и нефтегазов. Из всех сжи­женных газов наиболее пригодным для использования в качестве топлива для судовых двигателей являются бутан и пропан благодаря их высокой тепло­творности, хорошей стабильности и небольшой упругости насыщенных па­ров. Используемая в настоящее время для различных целей смесь, состоящая из 90% пропана С₃Н₈ и 10% бутана С₄Н1₀, имеет низшую теплотворность в жидком состоянии 11 000 ккал1кг, а в газообразном 22 230 ккал/н·м³. Октановое число около 122. Упругость паров при 0° С 3,4 кПсм²; при 20° С— 6,9 кГ/см² и при 30° С — 9,2 кГ/см².

Невысокая упругость паров данной смеси позволяет применять для ее хранения относительно легкие баллоны и цистерны, рассчитанные на рабо­чее давление до 16 кГ/см².

Принципиальная схема питания двигателя природным газом показана на рис. 149.

Баллоны 1 каждой секции трубками 2 с компенсационными витками 3 присоединяются к коллекторам 5. Каждый баллон имеет свой вентиль 4, а каждый коллектор для включения или отключения секции баллонов имеет вентиль 6.

При открытом вентиле 6 у одного из коллекторов газ высокого давле­ния через крестовину 7 подводится к магистральному вентилю 9. В период работы двигателя вентиль 9 открыт и газ через фильтр 11 поступает к редук­ционному клапану 12. Манометр 10 показывает давление в системе до ре­дуктора. Наполнение баллонов газом осуществляется через вентиль 8. Давление газа в трубопроводе до редукционного клапана равно давлению газа в баллонах. В начальный момент это давление равно 200 кГ/см². В ре­дукционном клапане давление газа снижается до 20—40 мм вод. ст. при работе двигателя с заполнением цилиндра двигателя газом в период такта всасывания. В случае же подачи газа в цилиндр в период такта сжатия дав­ление в редукционном клапане устанавливается в зависимости от требуемого давления подачи газа в цилиндр.

Баллоны являются основным, наиболее ответственным элементом сис­темы питания двигателя природным газом. Вес и габаритные размеры бал­лона обусловливают собой возможный запас газа в установке для работы двигателя. Конструкция же баллона определяет надежность и безопасность работы всей установки. Стандартные промышленные баллоны для кислорода и водорода, рассчитанные на давление 150 кГ/см², чрезмерно тяжелы и не­достаточно вместительны. Запас газа на судне при оборудовании силовой установки такими баллонами не обеспечивает большого радиуса действия судна. Для автомобилей давление газа в баллонах принято стандартным— 200 кПсм². На это давление изготовляются баллоны облегченного типа из легированной стали. Применяются также наиболее легкие баллоны из лег­ких сплавов с проволочной оплеткой. Материалом для таких баллонов яв­ляется алюминиевый сплав следующего состава: Мg — 7,5%; Мn — 0,5%; Fе —0,2%; Si — 0,15% и Аl — 91,65%.

Этот сплав после термической обработки имеет следующие механиче­ские свойства: предел прочности 3500—3700 кГ/см²; предел пропорциональ­ности 2400 кГ/см²; удлинение 20%; твердость по Бринеллю 70—75; удель­ный вес 2,63. Материал оплеточной проволоки — нелегированная высоко­углеродистая сталь.

Проведенные испытания показали, что баллоны, изготовленные из алюминиевого сплава, безопаснее стальных благодаря большей величине удлинения материала стенок и наличию продольных проволочных оплеток, разрыв которых всегда предшествует разрыву баллона и тем самым сигна­лизирует о возникновении опасных напряжений в стенках баллона.

При работе двигателя на сжиженном газе в схему питания перед редук­ционным клапаном включается подогреватель-испаритель газа. Для подогре­ва газа в испарителе используется горячая вода, выходящая из охлаждаю­щих полостей двигателя.

Выполненные в последние годы исследования работы дизеля на сжи­женном газе выявили возможность осуществления подачи в цилиндр газа в сжиженном состоянии. В этом случае топливоподающая система дизеля сохраняется без изменения. Для достижения устойчивого самовоспламенения газа в цилиндре к топливному насосу подводится смесь сжиженного газа и 10—15% по весу дизельного топлива. Примесь дизельного топлива не­обходима для повышения цетанового числа смеси паров жидкого топлива и газа.