1, Conceptul de bază al motorului ME-C-GI cu combustibil dublu cu viteză mică. În prezent, motoarele cu combustibil dual pentru bărbați folosesc în principal următorii combustibili ca al doilea combustibil: injecția de gaze GI-Metan, injecția de gaze Gie-etan, injecția de gaze lichide LGIM-metanol, injecția de gaze petroliere LGIP-liquified (compusă în principal din propan și o cantitate mică de butan). Al doilea combustibil introdus în acest articol este un combustibil cu gaz compus în principal din metan.
1. Principalele caracteristici ale gazelor naturale lichefiate LNG sunt în prezent combustibilul preferat pentru motoarele cu combustibil dual. Componenta sa principală este metanul, care reprezintă aproximativ 80-85% în volum. În plus, conține, de asemenea, compuși hidrocarburi, cum ar fi etan, propan, n-butan, izobutan, precum și azot, dioxid de carbon, apă, sulfură de hidrogen și alte substanțe. La o presiune de 0. 51MPa, temperatura sa de saturație este de aproximativ -137 grad, iar densitatea lichidă este de aproximativ 450kg/m3 (raporturi de volum diferite de metan, etan și propan afectează densitatea). Temperatura de auto-pornire a metanului în aer (101.3kPa) este de aproximativ 538 grade, în timp ce punctul de aprindere al motorinei în această stare este de aproximativ 220 de grade.
2. Principiul de lucru al omului ME-C-GI: Motorul Man-C-GI în doi timpi adoptă ciclul diesel (așa cum se arată în figura 1), care injectează combustibil de aprindere (aproximativ 5%) în cilindru într-un anumit unghi în apropierea centrului mort de vârf la sfârșitul accidentului vascular cerebral de compresie, aprinde gazul mixt în cilindru prin intermediul aprinderii de compresie, iar apoi injectează gradul de gaze de înaltă presiune. În acest moment, gazul de temperatură ridicată ars anterior în cilindru este suficient pentru a aprinde gazul LNG de înaltă presiune injectat în cilindru.
Figura 1: Diagrama principiului de lucru a ciclului diesel: Man ME-C-GI cu combustibil dublu combustibil în doi timpi
Sistemul de control, pe lângă funcțiile de bază de injecție de combustibil ale modelelor ME-C convenționale, are, de asemenea, un sistem dedicat pentru controlul injecției de combustibil cu gaz. Stările de pornire, încărcare, încărcare mică și parcare ale motorului folosesc doar combustibil. Al doilea combustibil necesită un sistem de alimentare cu gaz de combustibil complet pregătit și o funcționare stabilă a motorului la o anumită sarcină înainte de a putea fi utilizat. Atunci când sistemul de gaz funcționează, sistemul de control al motorului (ECS) poate opri imediat sistemul de gaz să funcționeze și rulează doar sistemul de combustibil.
2, al doilea sistem auxiliar cu combustibil
Conform caracteristicilor de bază ale LNG, este un lichid tipic la temperatură scăzută, cu o temperatură de saturație (punct de fierbere) de aproximativ -162. 5 grade la presiunea atmosferică standard. Motoarele ME-GI necesită gaz de înaltă presiune la bara 200-300 și 40-50. Transformarea combustibilului dintr-un lichid de temperatură scăzută într-un gaz de înaltă presiune necesită mai multe etape de conversie, iar siguranța și fiabilitatea sunt considerentele principale. O soluție rezonabilă este necesară pentru transportul celui de -al doilea combustibil de la rezervorul de depozitare la motor pentru utilizare și recuperarea excesului de gaz, precum și pentru protecția de siguranță a întregului sistem. Sistem asistat cu gaz, care transformă combustibilul lichid din rezervoarele de depozitare a GNL în gaz de înaltă presiune și îl livrează în siguranță și în mod sigur în sistemul de injecție de gaz al motorului. Sistemul include următoarele sisteme și unități: sistem de alimentare cu gaz, sistem de conducte de alimentare cu gaz, grup de supape de gaz, sistem de gaz inert, topoare, sistem de ventilație externă a conductelor, sistem de azot pentru detectarea scurgerilor de gaz, sistem de retur, sistem de etanșare a uleiului și sistem de control al motorului (CE). Figura 2 este o diagramă schematică a sistemului asistat de gaz.
Figura 2: Diagrama schematică a sistemului asistat de gaz
1. Sistemul de alimentare cu gaze de combustibil, ca o navă specializată pentru transportul unor astfel de produse lichefiate (cum ar fi purtătorii de GNL), diferă în proiectarea sistemelor auxiliare de gaz în comparație cu marfa în vrac, containerele și navele de comercializare alimentate de GNL, care utilizează motoare cu combustibil dual. Man a proiectat mai multe soluții opționale de sistem de alimentare cu gaze pentru a îndeplini cerințele proprietarilor de nave. Există în principal trei tipuri, iar cea mai mare diferență între ele este dacă alegerea metodei de stimulare a GNL în stare lichidă sau gaz. Când este în stare lichidă, principalul echipament pentru stimulare este pompa criogenă de înaltă presiune și vaporizatorul HP; În stare gazoasă, presiunea este crescută folosind un compresor de înaltă presiune și intercoolers. Figura 3 prezintă procesul simplificat al trei scheme.
Figura 3: Soluție de sistem de alimentare cu gaz
Luând ca exemplu vasele comerciale alimentate de GNL, unul dintre schemele tipice de proiectare pentru un sistem de alimentare cu gaz este prezentat în figura 4. Gazul evaporat natural este presurizat de o compresor de înaltă presiune de înaltă presiune de dimensiuni mici și amestecat cu lichidul presurizat de o pompă de înaltă presiune de înaltă presiune în evaporator în evaporator. Gazul generat de înaltă presiune este furnizat motorului cu viteză mică printr-un tren de supapă cu gaz de combustibil. Gazul de joasă presiune (aproximativ 6 bar) utilizat în motoarele de generare a energiei electrice DF (combustibil dublu) cu patru lovituri (combustibil dublu) este transformat prin evaporatori și încălzitoare.
Figura 4: O schemă tipică de alimentare cu gaz
Sistemul de control al sistemului de alimentare cu gaz este un sistem specializat care nu aparține sistemului de control al motorului (ECS), dar există o conexiune între cele două sisteme. Dacă setarea de presiune a sistemului de alimentare cu gaz provine din ECS, presiunea normală este 200-300 bară, care depinde de încărcarea funcționării motorului.
2. Conductele de alimentare cu gaz de combustibil sunt împărțite în conducte duble cu perete și conducte cu un singur perete. Țevile de perete unice sunt utilizate doar pentru sistemele de conducte situate în zonele în aer liber, în timp ce conductele de gaz din zonele închise sunt toate conductele cu perete dublu. Tubul interior al tubului cu perete dublu este confecționat din oțel inoxidabil și un anumit spațiu trebuie lăsat între tuburile de perete interioare și exterioare pentru ventilație. Țevile de gaz dintre cilindrii motorului principal adoptă o structură de lanț (așa cum se arată în figura 5), care poate reduce riscul de deteriorare a conductelor și scurgeri cauzate de vibrații de înaltă frecvență în timpul funcționării motorului principal, îmbunătățind efectiv siguranța. Presiunea de testare a presiunii a sistemului de conducte este de 150% din presiunea normală de lucru.
Figura 5: Țevi cu pereți dublu utilizate pentru alimentarea cu gaz
3. Principalele funcții ale unui tren de supapă de gaz de combustibil includ: furnizarea de gaz către sistemul de injecție de gaz în timpul funcționării motorului folosind gaz; Când nu este necesar gazul, tăiați alimentarea cu gaz și introduceți gazul în interiorul grupului de conductă și supape în topitor; Furnizați gaz inert pentru a sufla conducta interioară, etc. Valbele din grupul de valve sunt controlate de EC și funcționează prin aer comprimat. Grupurile de supape de gaz sunt de obicei combinate în sisteme de gaze inerte, dar pot fi proiectate și ca o unitate separată.
4. Sistemul de gaz inert este utilizat în principal pentru a sufla gazul inert (în prezent azot este recomandat ca gaz inert) în conducta de gaz atunci când este necesar, ceea ce poate alunga toate gazele reziduale din conducta de gaz. Presiunea setată normală este de 10 ± 2 bar.
5. Procesul de reducere a presiunii de gaz de înaltă presiune din bara 200-300 folosind un amortizor va produce zgomot de decibeli ridicat. Funcția unui amortizor este de a reduce zgomotul și de a -l controla în 130-170 db (a).
6. Conducta de gaz a sistemului de ventilație a conductelor exterioare este un tip de conductă cu perete dublu, cu gaz care curge prin conducta interioară. Din perspectivă de siguranță, dacă țeava interioară se scurge, va scăpa în spațiul dintre conductele exterioare și interioare. Pentru a detecta prompt scurgerile de gaz și a emite alarme și pentru a lua măsuri suplimentare de siguranță, sistemul a proiectat un sistem extern de ventilație a conductelor (a se vedea figura 6). Sistemul de ventilație asigură ventilația continuă între toate conductele cu perete dublu de gaz, cu mai mult de 30 de modificări de aer pe oră. Ieșirea de aer este echipată cu senzori de concentrație de HC redundantă (senzori de hidrobon de carbon) pentru a monitoriza orice scurgeri de gaz în timp real. Interfața sistemului de ventilație a MOP poate observa detectarea de către sistem a concentrației de HC, iar în cazul unei defecțiuni, sistemul va alarma în timp util.
Figura 6: Sistem de ventilație externă
7. Alimentarea cu azot pentru depanarea la scurgeri: Când un sistem de gaz se scurge, sistemul de siguranță a gazelor poate detecta scurgerea prin sonda HC, dar nu poate determina locația specifică. Pentru detectare este necesar gazul de azot la 10-300/400. Sistemul de gaz metan folosește bara 10-300, în timp ce sistemul de gaz etan folosește bara 10-400.
3, sistemul de injecție de gaze cu combustibil este format din conducte de gaze cu combustibil, adaptoare de gaze de combustibil, blocuri de control al gazelor de combustibil și supape de injecție de gaze de combustibil.
1. Conductele de gaz de combustibil sunt de intrare de înaltă presiune și conducte de ieșire conectate la motor. Atunci când proiectăm, trebuie luate în considerare factori precum rezistența, vibrațiile motorului, tensiunea internă cauzată de diferența de temperatură și scurgerile. Sunt preferate conductele cu perete dublu cu lanț curbat, iar conductele de gaz dintre fiecare cilindru sunt conectate printr -un distribuitor de gaz. Spațiul de țeavă dublu cu pereți este un canal circular cu un anumit volum spațial. Sistemul de ventilație a conductelor exterioare include toate conductele de gaz din sistemul de injecție. În timpul funcționării motorului, odată ce scurgerea de gaz ajunge la concentrația setată, sistemul va trece automat la modul de combustibil și va opri alimentarea cu gaz. Gazul inert va fi introdus în spațiul de țeavă dublu cu pereți pentru suflare. Figura 7 este o diagramă schematică a conexiunii conductei de gaz din lanț între capetele de cilindru.
Figura 7: Diagrama schematică a conexiunii conductelor de gaz cu lanț între capetele de cilindru
2. Blocul adaptorului de gaz: blocul adaptorului este conectat la blocul de control al gazelor printr -o flanșă, iar funcția sa este de a conecta sistemul sau mediul care trebuie să intre și să iasă din blocul de control al gazelor. Interiorul este un canal complex special conceput. Figura 8 este o diagramă schematică de separare a blocului de conversie de blocul de control al gazelor. Aceste sisteme sau medii includ: conducte de intrare și ieșire a gazelor, sisteme de ventilație între pereți dubli, petrol servo hidraulic de înaltă presiune și canale de ulei de joasă presiune, descărcare de ulei servo hidraulic la rezervoarele de petrol uzate, etanșare petrol (separare servo petrol și gaz de înaltă presiune), descărcare de petrol de servo
Figura 8: Bloc de conversie a gazului conectat la blocul de control al gazelor
3. Blocul de control al gazelor de combustibil: blocul de control al gazelor de combustibil este o combinație care include toate componentele care controlează injecția de gaz, cu excepția supapei de injecție de gaz și este controlat de sistemul ECS pentru toate grupele de supape. There are mainly fuel gas accumulator, window valve and its control valve ELWI (Electronic window valve), ELGI (Electronic gas injection valve) for controlling hydraulic oil driven gas injection valve, purge valve, blow off valve, gas leak detection hole, gas pressure sensor, etc. As shown in Figure 9, high-pressure gas enters the gas control block from the gas intake pipe through the conversion block, passes through the internal connected channel through the check supapă, apoi intră în camera de depozitare a gazelor (pentru a menține presiunea stabilă a gazului) pentru standby.
Figura 9: Bloc de control al gazelor
Injecția de gaz este completată în comun de o supapă de fereastră și o supapă de injecție a gazului de combustibil într -o anumită ordine. Valva ferestrei este în mod normal închisă și se deschide numai în unghiul manivelei specificat, permițând trecerea gazului prin blocul de control al gazului și capul cilindrului de la camera acumulatorului la supapa de injecție a gazului. Valva ferestrei și supapa de injecție sunt ambele deschise de petrolul feroviar comun de înaltă presiune, iar acțiunea servo petrolului este controlată de supape cu două poziții cu trei poziții Elwi și, respectiv, Elgi (similar cu supapa FIVA din ME-C). Figura 10 prezintă principiul compoziției și controlului injecției sistemului de injecție de gaze. Acțiunile acestor supape sunt controlate de modulul de control GCSU/GCCU (software MPC+).
Figura 10: Compoziția sistemului de injecție de gaze și diagrama schematică a controlului injecției de gaze
Valva ferestrei este controlată pentru a se deschide și a se închide cu două pistoane cu diametre diferite care acționează sub acțiunea uleiului hidraulic. Configurarea supapelor ferestrei este considerată din perspectiva siguranței pentru a preveni injecția de gaz în afara perioadei de ferestre a unghiului cronometrate, adică, combustia neatinsă. Datorită unghiului maxim de deschidere admisibil pentru supapa ferestrei, înseamnă că cantitatea maximă de injecție de gaz este limitată. Valva Elgi poate fi deschisă numai atunci când robinetul Elwi este deschis, iar momentul precis al injecției de gaz este controlat de supapa Elgi. Pentru a preveni poluarea pe gaz a uleiului servo hidraulic, se folosește ulei de etanșare în interiorul supapei ferestrei și a supapei de injecție a gazului pentru a bloca canalele în care se pot scurge gaz și ulei hidraulic. Presiunea setată este 25-50 mai mare decât presiunea gazului. Sistemul de ulei de etanșare este format din pompe independente, grupuri de supape de reglare a presiunii, conducte de ulei de înaltă presiune, unități de acumulare de presiune, etc. Uleiul de etanșare nu numai că atinge poziția desemnată pentru a finaliza funcția de etanșare, dar are și un efect lubrifiant. Poziția sigiliului uleiului de etanșare în supapa ferestrei este prezentată în figura 11 ca „ulei de etanșare aplicat”.
Figura 11: Diagrama anatomică a structurii de poziție de deschidere a supapei ferestrei
Funcția supapei de purjare este descărcarea gazului în camera acumulatorului în conducta de retur; Funcția unei supape de suflare este de a descărca gazul între supapa ferestrei și supapa de injecție în conducta de întoarcere.
4. Supapa de injecție a gazului de combustibil este conectată la cinci conducte, și anume conducta de ulei servo de înaltă presiune, conducta de ulei de etanșare, conducta de alimentare cu ulei de joasă presiune, conducta de descărcare a uleiului hidraulic și conducta de detectare a gazului. Gazul curge de la trecerea internă a capului cilindrului până la camera inelară (deschiderea corpului) sigilată de două inele de etanșare sub corpul supapei pentru standby (așa cum se arată în figura 12).
Figura 12: Schema schematică a supapei de injecție de gaz
Funcția servo-uleiului de înaltă presiune este de a depăși presiunea de arc, de a deschide sursa de conducere a supapei de gaz și de a controla furnizarea de servo de către Elgi. Uleiul hidraulic de joasă presiune elimină aerul din sistemul hidraulic. Uleiul de etanșare blochează posibilitatea de a intra pe gaz în servo. Funcția conductei de eliberare a uleiului hidraulic este de a elibera servo-uleiul și uleiul hidraulic de joasă presiune care determină supapa să se deschidă la rezervorul de ulei de întoarcere HCU atunci când supapa de gaz este închisă. Există, de asemenea, un port de detectare a scurgerilor de gaz pe supapa de injecție de gaz, care este conectat la sistemul de ventilație.