CN100560970C - 电控双阀式气体燃料混合器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及电控双阀式气体燃料混合器。解决了甲烷浓度变化范围大的煤层气发动机混合气的空气-燃气比问题。结构特点是：混合器的混合室壳体为三通管状，两侧管口分别连通着气阀，另一侧管为文丘里喉管式，文丘里喉管下部设有节气阀门；气阀包括外套筒，其进口连通着气管，气管伸入外套筒内，气管上套设有内套筒，内套筒轴向通过伸至外套筒外的轴连接着步进电机，气管和内套筒经上对应设有出气口。本发明可以满足现场气源甲烷浓度大范围变化要求，变化范围可达30～100%，本混合器与天然气发动机的配套功率在40kW～100kW之间，配套性好，其使用寿命长，可达8000小时。

Description

电控双阀式气体燃料混合器
技术领域
本发明涉及气体燃料混合器。
背景技术
随着全世界能源的逐渐枯竭和大气污染的日益严重，开发低污染的新能源已经成为世界各国面临的新课题，其中煤层气作为煤矿的伴生气，因其储量丰富正受到了各国政府的高度重视。我国作为煤矿生产大国，煤炭资源非常丰富，煤层气的储量极为可观。
由于煤层气含有甲烷，具有可燃性，对煤矿的安全生产具有危害性。所以，目前我国大多数煤矿都直接将煤层气抽出后作为废气排入大气中。这不但会造成大气污染，而且也极大浪费了资源。因此，合理利用我国煤矿的煤层气资源，已成为国内有关部门和专家的共识。其中，开发经济、高效、节能、环保型煤层气发动机，已成为当前研究的热点。这种气体燃料发动机可以作为煤矿生产、开发乃至交通运输的理想动力。
但是，煤层气中的有效可燃组分-甲烷浓度随产地、季节、时间变化会发生变化，这给煤层气发动机的设计和稳定运行带来了很大的困难。
煤层气是煤层伴生气，主要成分是甲烷。作为矿井瓦斯的主要组成部分，煤层气一直被当作有害气体直接排入大气。近年来，随着石油资源的匮乏，对煤层气利用的研究越来越多。目前，国内外对煤层气的利用多是将煤层气作为民用燃气。同时，越来越多的煤矿将其作为天然气的替代品，用在煤矿的天然气发动机发电机组上。
但是国内外现有天然气发动机的混合器一般是为高浓度天然气设计的，而煤层气中甲烷浓度不仅会随产地、季节、时间变化而变化，而且随着煤层的厚度变化也发生变化，其浓度变化可能在30％-90％之间。这种甲烷浓度的剧烈变化不但会造成天然气发动机输出功率的变化，而且会使发动机产生严重的过热现象。同时，甲烷浓度大范围的变化还会影响发动机的运行稳定性，使得天然气发动机的使用效率大打折扣，甚至使发动机无法正常安全运转。因此，研究开发能自动适应大甲烷浓度范围变化的煤层气发动机专用的气体燃料混合器，具有十分重要的现实意义和实用价值。
发明内容
本发明专利目的在于，通过精确控制空气阀和燃气阀的位置，可以自动精确控制混合器出口混合气的空气-燃气比，能够满足发动机高效、稳定工作的电控双阀式气体燃料混合器。
具体的结构设计方案如下：
电控双阀式气体燃料混合器，包括混合器，所述混合室壳体为三通管状，两侧管口分别连通着气阀，另一侧管为文丘里喉管式，文丘里喉管下部设有节气阀门；
所述气阀包括外套筒，外套筒一侧为出口，另一侧为进口，进口连通着气管，气管伸入外套筒内，且气管壁上、与出口对应处设有气口，气管上套设有内套筒，内套筒轴向通过伸至外套筒外的轴连接着步进电机，步进电机位于外套筒外，内套筒上、与气口对应设有出气口。
所述两侧气阀上分别设有位置传感器，一侧气阀上还设有甲烷传感器，所述节气门上设有位置传感器。
所述节气阀为节流式阀。
所述混合室壳体材料为铝合金。
本发明通过精确控制空气阀和燃气阀的位置，可以自动精确控制混合器出口混合气的空气-燃气比，再结合先进的电子控制技术，使得煤层气发动机能够高效、稳定地燃用浓度变化很大的煤层气，为我国发展新型的高效、节能、环保型动力机械提供可靠的保证。
本发明电控双阀式气体燃料混合器具有两个气阀，即空气阀和燃气阀，实现双门调节功能，可以满足现场气源甲烷浓度大范围变化要求，变化范围可达30～100％，而目前国外比例式气体燃料混合器的适用范围仅在70～100％之间，指标优于国外。
本混合器与天然气发动机的配套功率在40kW～100kW之间，配套性好。混合器外壳采用铝合金精密铸造，尺寸精度高、表面光滑美观。
混合器核心关键部件-金属内外套筒式气阀，抗变性好，尺寸稳定性高，可在-40℃～80℃温度范围内尺寸稳定、工作可靠。混合器使用寿命长，可达8000小时，达到国外同类先进产品的指标。
附图说明
图1为本发明结构示意图，
图2为混合室结构示意图，
图3为气阀结构示意图，
图4为图3的经向剖视图。
具体实施方式
下面结合附图，通过实施例对本发明作进一步地说明。
实施例：
电控双阀式气体燃料混合器，其混合室壳体2为三通管状，两侧管口分别连通着气阀，一侧气阀为空气阀1另一侧气阀为燃气阀3，混合室壳体2另一侧管为文丘里喉管式，文丘里喉管下部为节气阀9，见图1和图2。
气阀包括外套筒12，外套筒12一侧为出口13，另一侧为进口14，进口14连通着气管15，气管15伸入外套筒内，且气管壁上、与出口对应处设有气口16，气管15上套装有内套筒17，内套筒17轴向通过伸至外套筒12外的轴连接着步进电机，步进电机位于外套筒12外，内套筒17上、与气口16对应设有出气口18，见图3和图4。
空气阀1和燃气阀3上分别安装有空气阀位置传感器6和燃气阀位置传感器8，燃气阀3上上还安装有甲烷传感器10，节气门9上安装有节气门位置传感器11。
节气阀为节流式阀。
发动机工作时，为了将空燃比控制在理论空燃比附近，电控单元7会根据甲烷传感器的信号，通过空气步进电机4和燃气控制电机5，以控制空气阀组件和燃气阀组件的开度，从而控制空气流量和燃气流量，使空燃比达到所要求的数值。燃气阀的工作原理是：步进电机接受到电控单元信号后，步进电机转动带动内套筒17转动，外套筒12固定不动，造成两者之间的流通截面变化，从而控制进入混合器的燃气量。混合室采用文丘里喉管式结构，使空气和燃料能够充分均匀混合，精确控制比例的空气和燃气在混合室充分混合后，经节气阀组件形成可燃混合气从混合器出口流出，再进入发动机气缸内中燃烧。节气阀与气体燃料发动机的调速器相连，用来控制不同工况时进入发动机气缸的混合气总量，以便让发动机发出所需要的功率。

Claims (4)

1、电控双阀式气体燃料混合器，其特征在于：
包括混合器，混合器的混合室壳体为三通管状，两侧管口分别连通着气阀，另一侧管为文丘里喉管式，文丘里喉管下部设有节气阀门；
所述气阀包括外套筒，外套筒一侧为出口，另一侧为进口，进口连通着气管，气管伸入外套筒内，且气管壁上、与出口对应处设有气口，气管上套设有内套筒，内套筒通过轴向伸至外套筒外的轴连接着步进电机，步进电机位于外套筒外，内套筒上、与气口对应设有出气口。
2、根据权利要求1所述的电控双阀式气体燃料混合器，其特征在于：两侧管口所连通的所述气阀上分别设有位置传感器，一侧气阀上还设有甲烷传感器，所述节气阀门上设有位置传感器。
3、根据权利要求1所述的电控双阀式气体燃料混合器，其特征在于：所述节气阀门为节流式阀。
4、根据权利要求1所述的电控双阀式气体燃料混合器，其特征在于：所述混合室壳体材料为铝合金。
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