1, el concepte bàsic del motor de baixa velocitat de combustible de Man Me-C-Gi. Actualment, els motors de combustible de doble home utilitzen principalment els combustibles següents com a segon combustible: injecció de gas GI-metà, injecció de gas GIE-età, injecció de gas líquid LGIM-metanol, injecció de gas petroli líquida LGIP (principalment composta per propà i una petita quantitat de butà). El segon combustible introduït en aquest article és un combustible de gas compost principalment de metà.
1. Les principals característiques del gas natural liquat de GNL són actualment el combustible preferit per als motors de doble combustible. El seu component principal és el metà, que representa aproximadament 80-85% per volum. A més, també conté compostos d’hidrocarburs com l’etan, el propà, el n-butà, l’isobutà, així com el nitrogen, el diòxid de carboni, l’aigua, el sulfur d’hidrogen i altres substàncies. A una pressió de 0. La temperatura d’auto-engetació del metà a l’aire (101,3kpa) és d’uns 538 graus, mentre que el punt d’encesa del dièsel en aquest estat és d’uns 220 graus.
2. Working principle of MAN ME-C-GI: The MAN-C-GI two-stroke engine adopts the DIESEL cycle (as shown in Figure 1), which injects ignition fuel (about 5%) into the cylinder at a certain angle near the top dead center at the end of the compression stroke, ignites the mixed gas in the cylinder through compression ignition, and then injects high-pressure gaseous LNG gas at 200-300 bar. En aquest moment, el gas a alta temperatura prèviament cremat al cilindre és suficient per encendre el gas de GNL d’alta pressió injectat al cilindre.
Figura 1: Diagrama de principis de funcionament del cicle dièsel: Man Me-C-Gi Combustible Doble Injecció de combustible
El sistema de control, a més de les funcions bàsiques d’injecció de combustible dels models Me-C convencionals, també té un sistema dedicat per controlar la injecció de combustible de gas. L’inici, la càrrega, l’operació de baixa càrrega i els estats d’aparcament del motor només utilitzen combustible. El segon combustible requereix un sistema de subministrament de gasos de combustible totalment preparat i un funcionament estable del motor a una determinada càrrega abans que es pugui utilitzar. Quan el sistema de gas no funciona, el sistema de control del motor (ECS) pot impedir immediatament que el sistema de gas funcioni i només executi el sistema de combustible.
2, segon sistema auxiliar de combustible
Segons les característiques bàsiques del GNL, és un líquid típic de baixa temperatura amb una temperatura de saturació (punt d’ebullició) d’aproximadament -162. 5 graus a pressió atmosfèrica estàndard. Els motors Me-Gi requereixen gas d'alta pressió a la barra 200-300 i 40-50 grau. Transformar el combustible d’un líquid a baixa temperatura a un gas d’alta pressió requereix múltiples etapes de conversió i la seguretat i la fiabilitat són les consideracions principals. Es necessita una solució raonable per al transport del segon combustible des del dipòsit d’emmagatzematge al motor per a l’ús i la recuperació de l’excés de gas, així com per a la protecció de seguretat de tot el sistema. El sistema assistit per gas, que converteix el combustible líquid dels dipòsits d’emmagatzematge de GNL en gas d’alta pressió i el lliura de forma segura i fiable al sistema d’injecció de gas del motor. El sistema inclou els sistemes i unitats següents: sistema de subministrament de gas, sistema de canonades de subministrament de gas, grup de vàlvules de gas, sistema de gas inert, silenciador, sistema de ventilació de canonades externes, sistema de nitrogen per detectar fuites de gas, sistema de retorn, sistema d’oli de segellat i sistema de control del motor (ECS). La figura 2 és un diagrama esquemàtic del sistema assistit per gas.
Figura 2: Diagrama esquemàtic del sistema assistit per gas
1. El sistema de subministrament de gasos de combustible, com a vaixell especialitzat per transportar productes liquats (com ara transportistes de GNL), difereix en el disseny de sistemes auxiliars de gas en comparació amb la càrrega a granel, els contenidors i els vaixells comercials alimentats per GNG que utilitzen motors de combustible dual. Man ha dissenyat múltiples solucions opcionals del sistema de subministrament de gas per satisfer els requisits dels propietaris de vaixells. Hi ha principalment tres tipus, i la diferència més gran entre ells és si escollir el mètode per impulsar el GNL en líquid o en estat de gas. Quan es troba en estat líquid, l’equip principal per impulsar-se és la bomba d’alta pressió criogènica i el vaporitzador d’HP; En estat gasós, la pressió augmenta mitjançant un compressor i intercoolers d’alta pressió. La figura 3 mostra el procés simplificat de tres esquemes.
Figura 3: Solució del sistema de subministrament de gas
Prenent com a exemple els vaixells de mercant alimentats per GNL, un dels esquemes de disseny típics d’un sistema de subministrament de gas es mostra a la figura 4. El gas evaporat naturalment està pressionat per un compressor d’alta pressió de mida petita i es barreja amb el líquid pressuritzat per una bomba d’alta pressió a baixa temperatura a l’evaporador. El gas a gran pressió generat es subministra al motor de baixa velocitat a través d’un tren de vàlvula de gas de combustible. El gas de baixa pressió (aproximadament 6 bar) que s’utilitza en els motors de generació d’energia i calderes DF de quatre traços DF (doble combustible) es converteixen a través d’evaporadors i escalfadors.
Figura 4: Un esquema de subministrament de gas típic
El sistema de control del sistema de subministrament de gas és un sistema especialitzat que no pertany al sistema de control del motor (ECS), però hi ha una connexió entre els dos sistemes. Si la configuració de pressió del sistema de subministrament de gas prové de les EC, la pressió normal és la barra 200-300, que depèn de la càrrega del funcionament del motor.
2. Les canonades de subministrament de gasos de combustible es divideixen en canonades de doble paret i canonades de paret. Les canonades úniques només s’utilitzen per a sistemes de canonades situades a les zones d’aire lliure, mentre que les canonades de gas a les zones tancades són totes les canonades de doble paret. El tub interior del tub de doble paret està format per acer inoxidable i cal deixar un determinat espai entre els tubs de paret interiors i exteriors per a la ventilació. Les canonades de gas entre els cilindres del motor principal adopten una estructura de cadena (com es mostra a la figura 5), cosa que pot reduir el risc de danys i fuites de canonades causades per vibracions d’alta freqüència durant el funcionament del motor principal, millorant efectivament la seguretat. La pressió de prova de pressió del sistema de canonades és del 150% de la pressió de treball normal.
Figura 5: canonades de doble paret que s’utilitzen per al subministrament de gasos
3. Les funcions principals d’un tren de vàlvula de gas de combustible inclouen: subministrar gas al sistema d’injecció de gas durant el funcionament del motor mitjançant gas; Quan no es necessita gas, talleu el subministrament de gas i introduïu el gas dins del grup de canonades i vàlvules al silenciador; Subministreu gas inert per bufar a través de la canonada interior, etc. Les vàlvules del grup de vàlvules estan controlades per ECS i funcionen a través de l’aire comprimit. Els grups de vàlvules de gas es combinen generalment en sistemes de gas inerts, però també es poden dissenyar com a unitat independent.
4. El sistema de gas inert s’utilitza principalment per bufar gas inert (actualment es recomana nitrogen com a gas inert) al gasoducte quan sigui necessari, cosa que pot allunyar tot el gas residual en el gasoducte de gas. La pressió normal del conjunt és de 10 ± 2 bar.
5. El procés de reducció de la pressió de gas a alta pressió de la barra 200-300 mitjançant un silenciador produirà un soroll de decibel elevat. La funció d’un silenciador és reduir el soroll i controlar -lo dins de 130-170 dB (a).
6. El gasoducte del sistema de ventilació de canonades exterior és un tipus de canonada de doble paret, amb gas que flueix a través de la canonada interior. Des d’una perspectiva de seguretat, si el tub interior es filtra, s’escaparà a l’espai entre les canonades exteriors i interiors. Per tal de detectar ràpidament les fuites de gas i emetre les alarmes i prendre mesures de seguretat posteriors, el sistema ha dissenyat un sistema de ventilació de canonades extern (vegeu la figura 6). El sistema de ventilació garanteix la ventilació contínua entre totes les canonades de doble paret de gas, amb més de 30 canvis d’aire per hora. La presa d’aire està equipada amb sensors redundants de concentració de HC (sensors de carboni hidroelèctric) per controlar les fuites de gas en temps real. La interfície del sistema de ventilació de la MOP pot observar la detecció de la concentració de HC del sistema i, en cas de mal funcionament, el sistema alarmarà de manera puntual.
Figura 6: Sistema de ventilació externa
7. Subministrament de nitrogen per a la resolució de problemes de fuites: Quan un sistema de gas es filtra, el sistema de seguretat del gas pot detectar la fuga a través de la sonda HC, però no pot determinar la ubicació específica. Es necessita gas de nitrogen a 10-300/400 bar per a la detecció. El sistema de gas de metà utilitza la barra 10-300, mentre que el sistema de gas d'etan utilitza la barra 10-400.
3, El sistema d’injecció de gas de combustible consisteix en canonades de gas de combustible, adaptadors de gasos de combustible, blocs de control de gasos de combustible i vàlvules d’injecció de gasos de combustible.
1. Les canonades de gas de combustible són les canonades d’entrada de gas a alta pressió i canonades connectades al motor. A l’hora de dissenyar, cal tenir en compte factors com la força, la vibració del motor, l’estrès intern causat per la diferència de temperatura i les fuites. Es prefereixen les canonades de doble paret de la cadena corbada i les canonades de gas entre cada cilindre es connecten a través d’un distribuïdor de gas. L’espai de canonades de doble paret és un canal circular amb un cert volum espacial. El sistema de ventilació de canonades exteriors inclou totes les canonades de gas del sistema d’injecció. Durant el funcionament del motor, un cop la fuga de gas arribi a la concentració de conjunt, el sistema canviarà automàticament al mode de combustible i aturarà el subministrament de gas. El gas inert s’introduirà a l’espai de la canonada de doble paret per bufar. La figura 7 és un diagrama esquemàtic de la connexió de canonades de la cadena entre els cilindres.
Figura 7: Diagrama esquemàtic de la connexió de canonades de gasos entre els cilindres
2. L’interior és un canal complex especialment dissenyat. La figura 8 és un diagrama esquemàtic de separació del bloc de conversió del bloc de control de gas. Aquests sistemes o suports inclouen: canonades d’entrada i sortida de gas, sistemes de ventilació entre parets dobles, petroli servo hidràulic d’alta pressió i canals d’oli de baixa pressió, descàrrega de petroli servo hidràulic a dipòsits de petroli, segellat d’oli (separant el servo oli i gas d’alta pressió), descàrrega de petroli de servo a unitats de HCU, etc.
Figura 8: bloc de conversió de gas connectat al bloc de control de gasos
3. Bloc de control de gasos de combustible: El bloc de control del gas de combustible és una combinació que inclou tots els components que controlen la injecció de gas, tret de la vàlvula d’injecció de gas, i està controlat pel sistema ECS per a tots els grups de vàlvules. Hi ha principalment acumulador de gas de combustible, vàlvula de finestra i la seva vàlvula de control Elwi (vàlvula de finestra electrònica), elgi (vàlvula d’injecció de gas electrònic) per controlar el forat de la pressió de gas, etc. Passa pel canal connectat intern a través de la vàlvula de verificació i, a continuació, entra a la cambra d’emmagatzematge de gas (per mantenir la pressió estable del gas) per a l’espera.
Figura 9: Bloc de control de gasos
La injecció de gas es completa conjuntament per una vàlvula de la finestra i una vàlvula d'injecció de gas de combustible en un determinat ordre. La vàlvula de la finestra es tanca normalment i només s’obre a l’angle de la manivela especificat, permetent que el gas passi pel bloc de control de gas i la culata de la cambra d’acumulador a la vàlvula d’injecció de gas. La vàlvula de la finestra i la vàlvula d'injecció s'obren amb el servo-oli de ferrocarril comú d'alta pressió, i l'acció del servo oli està controlada per dues vàlvules de tres vies de posició Elwi i ELGI respectivament (similar a la vàlvula de Fiva a Me-C). La figura 10 mostra el principi de composició i control de la injecció del sistema d'injecció de gas. Les accions d’aquestes vàlvules estan controlades pel mòdul de control GCSU/GCCU (programari MPC+).
Figura 10: Composició del sistema d’injecció de gas i esquema esquemàtic del control d’injecció de gas
La vàlvula de la finestra està controlada per obrir -se i a prop de dos pistons de diàmetres diferents que actuen sota l’acció de l’oli hidràulic. La configuració de les vàlvules de la finestra es considera des de la perspectiva de seguretat per evitar la injecció de gas fora del període de la finestra de l’angle temporal permès, és a dir, la combustió sense problemes. A causa del màxim angle d'obertura admissible per a la vàlvula de la finestra, significa que la quantitat màxima d'injecció de gas és limitada. La vàlvula ELGI només es pot obrir quan la vàlvula Elwi està oberta i la sincronització precisa de la injecció de gas està controlada per la vàlvula ELGI. Per tal d’evitar la contaminació del gas del petroli hidràulic servo, s’utilitza l’oli de segellat dins de la vàlvula de la finestra i la vàlvula d’injecció de gas per bloquejar els canals on es poden filtrar gas i oli hidràulic. La pressió del conjunt és 25-50 barra superior a la pressió del gas. El sistema de petroli de segellat consisteix en bombes independents, grups de vàlvules reguladors de la pressió, canonades d’oli d’alta pressió, unitats d’acumulació de pressió, etc. L’oli de segellat no només arriba a la posició designada per completar la funció de segellat, sinó que també té un efecte lubricant. La posició del segell de l'oli de segellat a la vàlvula de la finestra es mostra a la figura 11 com a "oli de segellat aplicat".
Figura 11: Diagrama anatòmic de l'estructura de posició d'obertura de la vàlvula de la finestra
La funció de la vàlvula de purga és descarregar el gas a la cambra de l’acumulador a la canonada de retorn; La funció d’una vàlvula de bufat és descarregar el gas entre la vàlvula de la finestra i la vàlvula d’injecció a la canonada de retorn.
4. La vàlvula d’injecció de gas de combustible està connectada a cinc canonades, és a dir, canonada d’oli de servo a alta pressió, canonada de petroli de segellat, canonada de subministrament d’oli de baixa pressió, canonada de descàrrega d’oli hidràulic i canonada de detecció de gas. El gas flueix des del pas intern de la capçalera del cilindre fins a la cambra anular (obertura del cos) segellada per dos anells de segellat per sota del cos de la vàlvula per a la reserva (com es mostra a la figura 12).
Figura 12: Diagrama esquemàtic de la vàlvula d'injecció de gas
La funció de l'oli de servo a alta pressió és superar la pressió de la molla, obrir la font de conducció de la vàlvula de gas i controlar el subministrament de servo petroli per Elgi. L’oli hidràulic de baixa pressió elimina l’aire del sistema hidràulic. El petroli de segellat bloqueja la possibilitat que el gas entri al servo petroli. La funció del tub d’alliberament d’oli hidràulic és alliberar l’oli de servo i l’oli hidràulic de baixa pressió que condueix la vàlvula per obrir-se al dipòsit de petroli de retorn de la unitat HCU quan es tanca la vàlvula de gas. També hi ha un port de detecció de fuites de gas a la vàlvula d'injecció de gas, connectada al sistema de ventilació.