CN105216803B - 一种双燃料机车的甲烷安全保障系统 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种双燃料机车的甲烷安全保障系统，所述双燃料机车包括LNG罐、发动机、辅变柜、动力室,其特征在于，所述系统包括设置于LNG罐内的电容式液位计、压力传感器、液位传感器、供液切断阀、紧急切断阀、机车微机、至少一个车体通风机、防爆车体通风机、甲烷探测主机、若干甲烷传感器、气化器、安全阀、进气电磁阀、放散阀、逆变电源、蓄电池。本发明对双燃料机车进行安全保障控制，能很大程度上提高了双燃料机车的运用安全性。

Description

一种双燃料机车的甲烷安全保障系统

技术领域

本发明属于轨道交通领域技术领域，尤其涉及一种双燃料机车的甲烷安全保障系统。

背景技术

本公司生产制造的双燃料机车样车是国内首次采用以甲烷气体为动力的机车，目前国内外还没有相关双燃料机车安全保障系统控制策略技术。

双燃料机车使用的燃料之一为可燃性很强的天然气，因此对机车的安全性防护非常必要，本控制策略目的就是通过检测和防止LNG/CNG机车上LNG/CNG在储存、气化、传输过程中的泄露，从而保证机车能正常安全的行驶，保证司乘人员的人身安全。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种双燃料机车的甲烷安全保障系统，所述双燃料机车包括LNG罐、发动机、辅变柜、动力室,其特征在于，所述系统包括设置于LNG罐内的电容式液位计、压力传感器、液位传感器、供液切断阀、紧急切断阀、机车微机、至少一个车体通风机、防爆车体通风机、甲烷探测主机、若干甲烷传感器、气化器、安全阀、进气电磁阀、放散阀、逆变电源、蓄电池。其连接关系为：

压力传感器、液位传感器均与机车微机连接；

电容式液位计与机车微机、紧急切断阀连接；LNG罐通过甲烷气管路与紧急切断阀连接；

LNG罐与供液切断阀、气化器通过LNG管路顺次连接，气化器、安全阀、进气电磁阀、放散阀、发动机通过甲烷气管路顺次连接；

车体通风机与机车微机、辅变柜连接；防爆车体通风机与机车微机、甲烷探测主机、逆变电源输出端连接，逆变电源输入端连接蓄电池；

甲烷传感器分布于机车上，各个甲烷传感器与甲烷探测主机连接；车体通风机与防爆车体通风机安装于机车的动力室；

所述压力传感器、液位传感器用于向机车微机传送LNG罐内的压力信号、液位信号；

所述电容式液位计用于检测LNG罐体内的压力是否超过最高限；

所述紧急切断阀用于在LNG罐体内的压力超过最高限时，在电容式液位计的控制下进行排气；

各个甲烷传感器用于检测其所在位置的甲烷泄露浓度，并将检测结果传送给甲烷探测主机；

甲烷探测主机用于根据甲烷泄露浓度的不同，进行不同的报警，并能够自动驱动防爆车体通风机工作，并在检测到甲烷泄露浓度超过低限报警值，禁止机车启机；

机车微机用于控制供液切断阀、进气电磁阀、放散阀的通断，在甲烷泄露浓度异常时进行报警并记录，还可在机车运行过程中输出紧急停机信号使发动机紧急停机，在甲烷泄露浓度超过低限报警值时限制机车启动接触器闭合;

所述逆变电源用于将蓄电池的直流电逆变后向防爆车体通风机、甲烷探测主机供电；车体通风机与防爆车体通风机用于进行通风换气。

进一步的，所述蓄电池为DC110V蓄电池，所述逆变电源为DC110V/AC(220V,380V)逆变电源。该逆变电源有两路输出，分别为AC220V和AC380V。

进一步的，还包括火灾报警主机、若干分布在机车上的温度传感器，温度传感器与火灾报警主机通信连接。

进一步的，还包括若干报警灯，所述报警灯与甲烷探测主机连接。

进一步的，所述甲烷探测主机设置有显示屏，用于进行甲烷泄露地点的显示。

进一步的，车体通风机具有两个。

进一步的，还包括手动排空阀，位于安全阀与进气电磁阀之间，所述手动排空阀用于手动将气化器后到发动机前的甲烷气管路内大部分残余的甲烷气体排入大气。

进一步的，所述机车微机还对甲烷管路气化后的气体温度进行监控，当低于最低温度值时判断为气化器能力不足，控制机车立刻退出双燃料模式。

进一步的，最低温度值为-10℃。

本发明的有益效果为：

1.在所有以LNG或CNG为燃料或燃料之一的机车上均可使用本安全保障系统技术。

2.通过控制策略将机车上危险区域、危险时间减至最小，以降低可能影响机车、人员和设备安全的潜在风险。

3.通过控制爆炸性气体的排放来防止爆炸性、可燃性气体浓度的意外累积，减少气体泄露的可能性，将气体燃料有关危害发生的概率和影响限制至最低。

5.设有适当的控制、报警、监测、切断和气体探测策略，确保气体燃料系统安全、可靠运行。

6.可在机车发生非正常运行情况时，如故障卸载、停机后对气体管路内甲烷进行安全排放，避免机车内发生燃爆事故。

7.可在机车气化器能力不足、甲烷液体进入气管路时，控制机车立刻退出双燃料模式，关断供液切断阀，避免气管路冻裂造成LNG/CNG泄露事故。

因此按照本发明对双燃料机车进行安全保障控制，能很大程度上提高了双燃料机车的运用安全性。

附图说明

图1为本发明结构示意图。

具体实施方式

本发明所述双燃料机车包括LNG罐、电气间、发动机间、动力室、冷却间、罐车、辅变柜、启动接触器及其他应有的设备。

如图1所示，本发明所述系统包括设置于LNG罐内的电容式液位计、压力传感器、液位传感器、供液切断阀、紧急切断阀、机车微机、供液切断阀、紧急切断阀、至少一个车体通风机、防爆车体通风机、辅变柜、甲烷探测主机、若干甲烷传感器、气化器、安全阀、进气电磁阀、放散阀、逆变电源、蓄电池、若干甲烷传感器。

各部分的连接关系为：

压力传感器、液位传感器均与机车微机连接；

电容式液位计与机车微机、紧急切断阀连接。LNG罐通过甲烷气管路与紧急切断阀连接。LNG罐与供液切断阀、气化器通过LNG管路顺次连接，气化器、安全阀、进气电磁阀、放散阀、发动机通过甲烷气管路顺次连接。

车体通风机与机车微机、辅变柜连接。

防爆车体通风机与机车微机、逆变电源输出端通信连接，逆变电源输入端连接蓄电池。

甲烷探测主机输入端连接逆变电源、各个甲烷传感器，输出端与各个报警灯、防爆车体通风机连接。

甲烷传感器分布于机车上，一般为电气间和/或发动机间和/或冷却间和/或罐车，或者其他容易产生甲烷泄露的地方。

车体通风机与防爆车体通风机安装于机车的动力室。

进一步的，所述蓄电池为DC110V蓄电池。所述逆变电源为DC110V/AC(220V,380V)逆变电源。

进一步的，还包括若干报警灯，所述报警灯与甲烷探测主机连接。本实施例报警灯为3个。

进一步的，车体通风机具有两个，能起到更好的通风作用。

更优选的，还包括手动排空阀，位于安全阀与进气电磁阀之间。

各部分的作用为：

压力传感器、液位传感器向机车微机传送LNG罐内的压力信号、液位信号。

电容式液位计用于检测LNG罐体内的压力是否超过最高限。

紧急切断阀用于在LNG罐体内的压力超过最高限的情况下进行排气。

各个甲烷传感器用于检测所在位置的甲烷泄露浓度，并将检测结果传送给甲烷探测主机。

甲烷探测主机用于根据甲烷泄露浓度的不同，进行不同的报警，并能够自动驱动防爆车体通风机工作，并在检测到甲烷泄露浓度超过低限报警值，禁止机车启机。

机车微机用于控制供液切断阀、进气电磁阀、放散阀的通断，在甲烷泄露浓度异常时进行报警并记录，还可在机车运行过程中输出紧急停机信号使发动机紧急停机，在甲烷泄露浓度超过低限报警值限制机车启动接触器闭合。

手动排空阀用于在机车入库之前或者需要长时间停机的情况下，司机手动将气化器后到发动机前的甲烷气管路内大部分残余的甲烷气体排入大气，降低气管路甲烷泄露的可能性及泄漏量。

优选的，本发明还可设置火灾安全保障系统，还包括若干分布在机车上的温度传感器、火灾报警主机，温度传感器与火灾报警主机连接，当火灾报警主机接收到起火信号时（温度高于88℃时），火灾报警主机发出声音报警，并在火灾报警主机上显示起火位置，提醒司机采取相应对策。

本系统的甲烷检测报警的工作过程为：

通过安装在机车电气间，发动机间，冷却间和罐车上的甲烷传感器检测甲烷泄露浓度。当检测到甲烷浓度达到低限--警告信号（25%LEL）或高限--事故信号（50%LEL）报警值时，甲烷探测主机和各个报警灯将发出不同频段的声、光报警信号，并自动驱动防爆车体通风机工作，排除车内泄露甲烷。直到甲烷浓度达到安全值后，由操作人员手工实施复位操作后，系统方能解除报警锁定。（甲烷传感器、防爆车体通风机和报警灯均在蓄电池闸刀开关前得电，由逆变电源将蓄电池DC110V逆变为AC220V和AC380V供电。）

LNG罐保护过程：

压力传感器、液位传感器用于检测LNG罐内的液位及压力，并向机车微机传送LNG罐内液位信号及压力信号。电容式液位计用于检测LNG罐体内的压力是否超过最高限，并控制切断阀在罐内压力过高（≧1.5MPa）时，将多余甲烷气体排到大气中，同时机车微机进行报警并记录。当罐内压力恢复到1.4MPa以下时，紧急切断阀关断。

CNG管路保护过程：

机车微机对甲烷管路气化后的气体温度进行监控，当低于-10℃时判断为气化器能力不足，造成甲烷液体进入气管路，此时机车立刻退出双燃料模式。

启机保护过程：

甲烷探测主机未检测到甲烷泄露浓度超过低限报警值，此时允许启机。如检测到甲烷泄露浓度超过低限报警值，则报警灯及甲烷报警主机发出报警信号，并驱动防爆车体通风机工作，同时机车微机限制启动接触器闭合。

运行保护过程：

机车正常运行时，动力室内各个车体通风机及防爆车体通风机同时工作，对甲烷管路聚集的动力室进行通风换气，避免泄露甲烷积聚。当任一甲烷传感器检测到甲烷泄露浓度超过低限报警值时，甲烷探测主机发出声光报警、机车微机显示屏报“***室甲烷泄露低限报警”，同时各室报警灯闪烁报警，提醒司机注意。

当检测到甲烷泄露浓度超过高限报警值时，除以上报警动作外，机车微机输出紧急停机信号使发动机紧急停机。

当火灾报警主机接收到起火信号时（温度高于88℃时），火灾报警主机发出声音报警，并在火灾报警主机上显示起火位置，提醒司机采取相应对策。

Claims (7)

1.一种双燃料机车的甲烷安全保障系统，所述双燃料机车包括LNG罐、发动机、辅变柜、动力室,其特征在于，所述系统包括设置于LNG罐内的电容式液位计、压力传感器、液位传感器、供液切断阀、紧急切断阀、机车微机、至少一个车体通风机、防爆车体通风机、甲烷探测主机、若干甲烷传感器、气化器、安全阀、进气电磁阀、放散阀、逆变电源、蓄电池；其连接关系为：

压力传感器、液位传感器均与机车微机连接；

电容式液位计与机车微机、紧急切断阀连接；LNG罐通过甲烷气管路与紧急切断阀连接；

LNG罐与供液切断阀、气化器通过LNG管路顺次连接，气化器、安全阀、进气电磁阀、放散阀、发动机通过甲烷气管路顺次连接；

车体通风机与机车微机、辅变柜连接；防爆车体通风机与机车微机、甲烷探测主机、逆变电源输出端连接，逆变电源输入端连接蓄电池；

甲烷传感器分布于机车上，各个甲烷传感器与甲烷探测主机连接；车体通风机与防爆车体通风机安装于机车的动力室；

所述压力传感器、液位传感器用于向机车微机传送LNG罐内的压力信号、液位信号；

所述电容式液位计用于检测LNG罐体内的压力是否超过最高限；

所述紧急切断阀用于在LNG罐体内的压力超过最高限时，在电容式液位计的控制下进行排气；

各个甲烷传感器用于检测其所在位置的甲烷泄露浓度，并将检测结果传送给甲烷探测主机；

甲烷探测主机用于根据甲烷泄露浓度的不同，进行不同的报警，并能够自动驱动防爆车体通风机工作，并在检测到甲烷泄露浓度超过低限报警值时，禁止机车启机；

机车微机用于控制供液切断阀、进气电磁阀、放散阀的通断，在甲烷泄露浓度异常时进行报警并记录，还可在机车运行过程中输出紧急停机信号使发动机紧急停机，在甲烷泄露浓度超过低限报警值时限制机车启动接触器闭合;

所述逆变电源用于将蓄电池的直流电逆变后向防爆车体通风机、甲烷探测主机供电；车体通风机与防爆车体通风机用于进行通风换气；

还包括手动排空阀，位于安全阀与进气电磁阀之间，所述手动排空阀用于手动将气化器后到发动机前的甲烷气管路内残余的甲烷气体排入大气；

所述机车微机还对甲烷管路气化后的气体温度进行监控，当低于最低温度值时判断为气化器能力不足，控制机车立刻退出双燃料模式。

2.如权利要求1所述的双燃料机车的甲烷安全保障系统，其特征在于，所述蓄电池为DC110V蓄电池，所述逆变电源为DC110V/AC(220V,380V)逆变电源；该逆变电源有两路输出，分别为AC220V和AC380V。

3.如权利要求1所述的双燃料机车的甲烷安全保障系统，其特征在于，还包括火灾报警主机、若干分布在机车上的温度传感器，温度传感器与火灾报警主机连接。

4.如权利要求1所述的双燃料机车的甲烷安全保障系统，其特征在于，还包括若干报警灯，所述报警灯与甲烷探测主机连接。

5.如权利要求1所述的双燃料机车的甲烷安全保障系统，其特征在于，所述甲烷探测主机设置有显示屏，用于进行甲烷泄露地点的显示。

6.如权利要求1所述的双燃料机车的甲烷安全保障系统，其特征在于，车体通风机具有两个。

7.如权利要求1所述的双燃料机车的甲烷安全保障系统，其特征在于，甲烷管路气化后的气体温度最低温度值为-10℃。