VII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Как устроена АЗС
Автор работы награжден дипломом победителя III степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Введение
О том, как устроена современная автозаправочная станция задумываются далеко не все автолюбители. А ведь для того, чтобы топливо попало в бак автомобиля оно должно пройти достаточно сложный путь по самой АЗС, которые сейчас используют самые современные технологии. [5, 6].
АЗС строится так: сначала роют катлаван для топливных резервуаров, обычно немного в стороне от самой АЗС (для безопасности), далее в эти резервуары устанавливают насосы для подачи топлива (бензина) на колонки. Ну и кассово-операторская комната для управления.
Что такое бензин. Автомобилю нужен бензин так же, как человеку нужна еда - для получения энергии, чтобы двигаться. Трудно поверить, но бензин содержит в себе большое количество энергии. Бензин изготовляют из нефти, а энергию он имеет в себе потому, что нефть миллионы лет назад образовалась с живых когда-то существ, растений и животных.Эта энергия высвобождается внутри двигателя автомобиля и используется для вращения его колес. [4].
Откуда берётся бензин?
Существуют нефтеперерабатывающие заводы, которые распределяют топливо по нефтебазам, оттуда по заправкам.Привозят бензин цистернами в специальных машинах - бензовозах, и, заливают в резервуары [4].
Может ли автомобильное топливо (бензин) быть экологически чистым?
« - Нет, все продукты сгорания бензинов поступают в атмосферу, загрязняя воздух. Особенно сильное загрязнение продуктами сгорания происходит в крупных городах с большим числом эксплуатируемых автомобилей».
Цель работы:
Изучение работы АЗС и создание макета.
Задачи:
1.Узнать, что такое бензин;
2. Разобраться, как устроена АЗС. Понять что такое топливохранилище; 3. Узнать принцип работы топливораздаточной колонки;
4. Изучить устройство заправочного пистолета;
5. Рассмотреть конструкцию бензовоза;
6.Создать макет АЗС и решить задачки по заправке автомобилей бензином.
Содержание работы:
Впервые бензин начали продавать в аптеках, для хозяина аптеки это был дополнительный источник заработка и считался побочным бизнесом.
Первой газобензиновой станцией была аптека в городе Вислох (Германия), где Берта Бенц жена Карла Бенца наполнила бак первого автомобиля, на котором она совершила первое путешествие из Мангейма в Пфорцгейм и обратно в 1888 году.
Первые стоящие отдельно «станции для автомобилистов» появились в США в начале ХХ века (есть упоминания о 1907). Первые заправки представляли собой одну-две цистерны, стоящие на подпорках, от каждой шли шланги, по которым бензин самотеком поступал в баки автомобилей. Реальный рост и развитие бензозаправок начался в 1920-е гг. В это же время заправки стали оснащаться крупными вывесками, комнатами отдыха, навесами и мощеными подъездными путями. К концу 1920-х гг. деньги делались не только на бензине, но и на продаже покрышек, аккумуляторов и запчастей. Вошел в употребление и получил широкое распространение новый тип насоса: бензин поступал наверх, в стеклянный резервуар, так что покупатель мог убедиться в его чистоте, а затем по шлангу в бензобак автомобиля [6].
Первая АЗС в России появилась в 1911 г. По заказу Императорского Автомобильного Общества она была построена Товариществом «Бр. Нобель». Спустя всего три года в крупных российских городах насчитывалось 440 автозаправок. В довоенной России автотранспорта было немного. После войны в стране появилось большое количество трофейных автомобилей. К тому же была выпущена отечественная «Победа», а чуть позднее появились «Москвичи» и «Волги». Все функции нефтепродуктообеспечения лежали на государственном предприятии под названием «Госкомнефтепродукт». Топливо на АЗС отпускалось только по талонам – государственным и талонам. В 60-е годы на автозаправочных станциях можно было приобрести бензин с октановыми числами 66, 72 и 76, а также дизельное топливо. Месячный лимит топлива был строго ограничен. [6].
Бензин
Бензин, которым мы пользуемся, вырабатывается из сырой нефти. В процессе перегонки нефть разлагается на разные части, одна из которых — бензин. Бензин — это смесь углеводородов. Его молекулы состоят из атомов водорода и углерода. Чтобы бензин лучше горел, в него добавляют специальные добавки. При температуре около 30°С бензин из жидкости очень быстро превращается в пар. В автомобильном двигателе бензин смешивается с воздухом. Температура двигателя превращает смесь в пар. Свеча зажигания дает искру, которая воспламеняет топливо [3, 4].
Государственными стандартами России определены 4 вида топлива: 80, 92, 95, 98 (рис.1). Номер марки обозначает показатель октанового числа бензина, которым характеризуется степень стойкости горючего к самовоспламенению при его сжатии в двигателе внутреннего сгорания. То есть, чем выше октановое число, тем меньше способность к самовозгоранию. В этом и заключается основная разница марок топлива [3, 4].
Рис.1
Одной из главных тенденций последних десятилетий является сохранение экологии. Нефтеперерабатывающая промышленность пересмотрела технологии производства бензина, при этом занялась производством все более экологически чистого вида топлива. Так в линейке бензинов появилось топливо под брендом ЭКТО. Бензин ЭКТО 92, оказался в целом соответствующим эконстандартам ЕВРО-5 [3, 4].
Как сгорание бензина заставляет машину двигаться? Жидкий бензин превращается в пар и смешивается с воздухом при помощи карбюратора. Эта смесь поступает в цилиндр, где сжимается поршнем, двигающимся внутри цилиндра. Когда смесь паров бензина и воздуха сжимается, искра из свечи зажигания воспламеняет топливо. Вырабатывается большое количество газа при этом небольшом взрыве (быстром возгорании). Давление этого газа оказывает воздействие на поршень и перемещает его внутри цилиндра. Поршень соединен с коленчатым рычагом, который легко поворачивается. Толчок, получаемый при сгорании бензина заставляет коленчатый рычаг поворачиваться. Этот рычаг, в свою очередь, соединен с колесами. Он проводит их в движение [1, 6].
Как устроена АЗС
Автомобильная заправочная станция (АЗС) — комплекс оборудования на придорожной территории, предназначенный для заправки топливом транспортных средств. Оборудование АЗС включает: топливораздаточные колонки, подземные топливные и электрические коммуникации, противопожарное оборудование, компрессор. Топливо хранится в металлических подземных резервуарах. Раздаточные колонки устанавливаются на заправочном островке — бетонированной площадке [1, 6, 7].
По конструктивному исполнению АЗС подразделяются на стационарные, контейнерные, передвижные, автоматические, газовые (АГЗС). Количество топливораздаточных колонок зависит от проектной мощности АЗС, объема резервуаров для хранения топлива и среднего времени заправки одного автомобиля [1, 6].
Модульная АЗС с надземным расположением резервуаров для хранения топлива, технологическая система, которой характеризуется разнесением ТРК и контейнера хранения топлива Контейнерная АЗС с надземным расположением резервуаров для хранения топлива, технологическая система, которой характеризуется размещением ТРК в контейнере хранения топлива. Передвижная АЗС установлена на автомобильном шасси, прицепе или полуприцепе.
АЗС должна быть удалена от: промышленных предприятий — на 15–25 м; жилых и общественных зданий — на 25–80 м; автодорог— на 9–20 м.
По способу размещения резервуаров АЗС подразделяются на подземные и надземные. Емкости для хранения делают из стали, чаще применяют двухстенные конструкции.
Топливохранилище
Резервуары под топливо могут быть наземными или подземными (рис.2).
Рис.2 Топливохранилище
Их изготавливают из стали и чаще всего делают двухслойными для безопасности. Обычно емкости для хранения топлива не превышают 50 кубометров, но есть емкости объемом более 200 кубометров, такие хранилища считаются мини-нефтебазами, к которым применяются свои требования [5].
Топливораздаточная колонка
Из резервуаров топливо через топливораздаточную колонку ТРК (рис. 3)
подается в горловину бака автомобиля. [1, 3, 5].
Приемный клапан. Он не дает топливу сливаться с трубопроводов и всего оборудования обратно в резервуар. Без клапана насосу пришлось бы при каждой заправке полностью заполнять всю систему от резервуара до заправочного пистолета, а это лишний расход электроэнергии и времени.
Ф ильтр. Еще один фильтрующий элемент на АЗС, он может быть установлен сразу после приемного клапана или в газоотделителе (5). Если фильтр забивается, то при заправке слышен гул, так как насосу приходиться работать с большим усилием.
Рис.3 Устройство топливораздаточной колонки
Двигатель и насос. Работают в паре, соединены, как правило, ременной передачей, но есть и такие конструкции, где насос и двигатель сидят на одном валу. Более безопасной считается ременная передача, так как она защищена от повышенных нагрузок на двигатель.
Газоотделитель. В соответствии с названием, отделяет от топлива лишние газы, которые в спокойном состоянии находятся во взвешенном состоянии, а при активном перемешивании топлива объединяются и начинают создавать пену. Устройство газоотделителя предельно простое — это небольшой резервуар, в котором топливо ненадолго задерживается, а лишние газы свободно уходят через дренажные отверстия сверху.
Электромагнитный клапан. Открывается при подаче топлива и закрывается сразу, после того как прекращается закачка топлива. Если данный клапан сломан, то он может просто перекрыть всю систему или не закрывать ее, в последнем случае даже после отключения насоса топливо будет поступать в раздаточный пистолет по инерции. При незакрывшемся электромагнитном клапане ТРК заправляет примерно 0,2-0,5 литра лишнего топлива.
Измеритель жидкости. Называться может по-разному, например, топливоизмеритель, счетчик жидкости и т.д., но функция у него одна — точно отмерять количество топлива. Топливоизмерители могут быть электронными или механическими. В первом случае настройка точности проводиться с помощью специальных команд, во втором случае с помощью регулировочных болтов.
Смотровое окно. Представляет собой полую колбу со стеклом. Если колба наполнена топливом, значит, приемный клапан работает и топливо остается в системе после отключения насоса.
Раздаточный пистолет (рис.4).Может называться по-разному, предназначен для управления подачи топлива в горловину бака, также отсекает подачу топлива при переполнении бака [2, 5].
Устройство заправочного пистолета
Рис.4Устройство заправочного пистолета: 1-жиклер, 2-шарик, 3-мембрана, 4-пружина клапана, 5-клапан, 6-теплоизоляция, 7-вращающееся соединение, 8-пружина отсечки, 9-рычаг, 10-скоба.
Перспективна автоматизация процессов заправки, повышающая пропускную способность АЗС, снижающая потери топлива и трудоёмкость процессов. Для этой цели применяются дистанционное управление выдачи дозы топлива, получение топлива на автоматической колонке индивидуальным ключом или перфокартой (см. Топливораздаточная колонка), двусторонняя громкоговорящая связь оператора АЗС с заправочными колонками, механизированный учёт работы АЗС и т. д.
Бензовоз
На автозаправочные станции топливо попадает разными способами, топливо могут привезти с помощью железнодорожного состава, а могут доставлять до пункта назначения с помощью трубопровода, но чаще всего его подвозят на отдельные станции с помощью обычных бензовозов, рис.5.
Рис.5. Доставка топлива на АЗС
Современные бензовозы, как правило, имеют несколько внутренних секций, поэтому привозят они сразу несколько видов топлива, рис.6, 7.
Рис.6.Бензовоз
Слив топлива предусматривается через сливные устройства, установленные в технологическом колодце. Перед тем как топливо сливается в подземные хранилища оно проходит контроль. В первую очередь проверяются документы на топливо, вскрывается пломба на цистерне, проверяется уровень ее наполненности, а затем берется анализ топлива. Новое топливо проверяют на плотность, оно не должно быть разбавлено водой [5, 2].После проверки топливо с помощью сливной трубы соединяют с резервуаром, и начинается слив топлива.
Рис.7.Конструкция кузова бензовоза
Во время слива топлива с автоцистерны в резервуар эксплуатация АЗС приостанавливается, прекращается заправка автотранспорта через топливозаправочные колонки, связанные с заполняемым резервуаром до окончания слива в него нефтепродукта из автоцистерны. В технологической системе АЗС при сливе топлива предусматривается линия рециркуляции (возврата) паров бензинов из резервуара в автоцистерну, рис.8.
Рис.8. Схема слива топлива из автоцистерны с возвратом паров.
Преимущества и недостатки АЗС
На сегодняшний день ни один автомобиль не может обойтись без топлива, которое обеспечивается автозаправочной станцией.Автозаправочные станции располагаются на автодорогах и в населённых пунктах, в местах, обеспечивающих удобный заезд и выезд автомобилей. На некоторых загородных АЗС устраиваются площадки для техобслуживания и мойки автомобилей, кафетерий, бытовые помещения.
СовременныеАЗС должны обеспечивать заправку автомобилей всех типов бензином 4—5-го сортов, дизельным топливом и маслом 3—4-го сортов. По пропускной способности автозаправочные станции разделяются на классы: I класса — рассчитанные на заправку более 1000; II класса —500—1000; III класса — до 500 автомобилей в сутки.
Автомобильный транспорт, с одной стороны, потребляет из атмосферы кислород, а с другой – выбрасывает в нее отработавшие газы, картерные газы, окиси углерода, окиси свинца, тем самым, влияя на окружающую среду, животный и растительный мир, в том числе и на человека. Установка на АЗС оборудования для улавливания и возврата (рекуперации) паров (рис.9) помогает решить эти проблемы.
Рис.9. Схема рекуперации ПВС на АЗС при заправке автомобиля.
Необычные АЗС
АЗС давно пришли к единому стандарту внутреннего устройства. Все автозаправочные станции отличаются друг от друга лишь качеством оборудования, а вот принципиальные схемы не меняются уже десятилетиями. Исключение составляет разве что необычная схема с верхним расположением ТРК (рис.10). Но используются такие схемы крайне редко, в первую очередь из-за дефицита подобного оборудования и определенными сложностями с его обслуживанием. Особой выгоды от такого расположения ТРК нет, разве что автомобили можно разместить чуть плотнее, а сами ТРК невозможно задеть автомобилем.
Рис. 10 АЗС с верхним расположением ТРК.
Практическая часть:
В практической части работы я изготовлю (макет) стандартной АЗС, рис.11.
Рис.11Макет АЗС
Для изготовления макета необходимо: картон (10 шт.), пластик (2 шт.), гуашь и лак.
При изучении литературы, работая над темой «Как устроена АЗС»,
я встретил интересные задачки по заправке автомобиля (рис.12):
Условие: Бак какого автомобиля будет наполнен первым?
а б в
Рис. 12 Задачи
Решение к задачам на рис.12:
на рис.12 (а) скорее всего быстрее наполнится бак машины номер 2.
на рис.12 (б и в) кажется, что бак первого автомобиля будет наполнен первым. Но доступ к резервуару закрыт. А также - не третья и не четвертая машина будет заправлена топливом. У них перекрыта подача топлива. Остается машина номер 3.
Макет к этим задачкам (чтобы пояснить свое решение) представлю на очном заседании VII Международного конкурса научно-исследовательских и творческих работ учащихся «СТАРТ В НАУКЕ».
Выводы:
В своей работе я узнал, что такое бензин;
Рассмотрел, как устроена АЗС. Разобрался, что такое топливохранилище;
Узнал принцип работы топливораздаточной колонки;
Изучил устройство заправочного пистолета;
Подробно рассмотрел конструкцию бензовоза.
Отметил преимущества и недостатки АЗС.
В практической части создал собственный макет АЗС. Рассмотрел задачки по заправке автомобилей бензином.
Список литературы:
О книге "Техника. Как это работает. Детская энциклопедия" /Малов В.И./ Издательство: АСТ / Серия: Хочу все знать (АСТ) / 2017 г.- 96 c;
[электронный ресурс]http://punkt-zapravki.ru/index.php/item/38-vidy-azs
электронный ресурс] https://drivertip.ru/osnovy/chto-takoe-ekto-benzin.html
[электронный ресурс] https://drivertip.ru/zhizn/kakoy-benzin-luchshe-92-ili-95
[электронный ресурс] https://factik.ru/kak-ustroena-avtozapravochnaya-stanciya-azs/
[электронный ресурс] http://spp124.ru/news/lobortis-a-quam-sit-amet-vestibulum-etiam-fermentum-volutpat-4/
[электронный ресурс] https://potomy.ru/