CN105784402A - 一种lng储罐供气性能实验装置及实验方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种LNG储罐供气性能实验装置，包括供气装置、模拟控制装置和数据检测装置，所述的供气装置包括储液罐、气化器、缓冲罐；所述的模拟控制装置包括发动机模拟器、气罐控制器、发动机通讯模拟器、水温模拟器和实验台，发动机模拟器通过气体管道与缓冲罐输出口连接；所述的数据检测装置包括气体温度计、气体压力表和气体流量表，气体温度计、气体压力表和气体流量表均设置在供气回路的气体管道上。本发明涉及的实验装置不仅能准确检测储液罐的性能，同时采用惰性气体代替液态天然气，减少了实验成本，提高实验的安全性，缩短实验周期。本发明还提供了该供气性能测试的实验方法。

Description

一种LNG储罐供气性能实验装置及实验方法

技术领域

本发明涉及一种可模拟发动机实际工况的车载LNG储罐供气性能的实验装置，还涉及了一种检测LNG储罐供气性能的实验方法。

背景技术

液化天然气是当今世界公认的清洁能源。它热值高、燃烧充分、价格低，运输经济性及安全性好，深受广大用户欢迎。以LNG为燃料的液化天然气汽车已投入运行。LNG车载气瓶作为液化天然气汽车车载燃料系统的关键部分，也受到广泛关注，一些研究机构、企业、高校加大了研发的力度。LNG汽车已经在中国及全球取得了极大的成功，中国更是一跃成为全球LNG汽车保有量第一的国家。作为清洁能源LNG比柴油/汽油车更经济与清洁。

LNG车载储罐在设计时，需要检验其供气能力是否能够满足发动机的需求。如果在测试中引入发动机进行测试，则将耗费大量的LNG，费用非常高。由于天然气为可燃性气体，所需的安全保护设施较多，致使实验室建设成本居高不下，需要审批的手续与需要获得的资质繁多，也是此类实验室建设周期大大加长，影响了行业发展。引入发动机测试，亦需要做好防爆措施，实验室的发动机台架建设费用很高，而且考虑到环境影响，发动机所排废气亦要采用高空排放。

综上所述，如不引入发动机测试，则不能反映LNG储罐在发动机不同工况下的供气性能与相应特性。致使实验结果不准确，所得的实验数据不能指导研发人员改进设计。

发明内容

本发明的目的在于克服液化天然气汽车车载储液罐性能检测时浪费严重、实验周期长、实验存在安全隐患和造成空气污染等问题，提供一种即能加快检测速度，减少检测投入，又能减少空气污染的、安全的LNG储液罐供气性能检测装置，本发明还公开了LNG储液罐供气性能的检测方式。

为了达到目的，本发明的技术方案为：

一种LNG储罐供气性能实验装置包括供气装置、模拟控制装置和数据检测装置，所述的供气装置包括储液罐、气化器、缓冲罐，储液罐内灌有测试气体；所述的模拟控制装置包括发动机模拟器、气罐控制器、发动机通讯模拟器、水温模拟器和实验台，发动机模拟器通过气体管道与缓冲罐输出口连接，气罐控制器设置在储液罐上，气罐控制器连接有发动机通讯模拟器，水温模拟器连接在气化器入水口和出水口上，发动机模拟器、发动机通讯模拟器和水温控制模拟器均与实验台连接；所述的数据检测装置包括气体温度计、气体压力表和气体流量表，气体温度计、气体压力表和气体流量表均设置在供气回路的气体管道上。

发动机模拟器用于模拟发动机的实时用气量与瞬态响应，发动机CAN通信模拟器用于模拟来自发动机的CAN通讯报文，气体流量计用于实时读取气体流量，气体温度计用于测量气化器出口的气体温度，气体压力表，用于测量最终的供气压力，实验台用于采集各个传感器信号，采集CAN通信报文，设定系统测试循环，记录测试数据，系统检错报错，协调整个系统动作等。

作为优选，所述的发动机模拟器上设有排气回收处理系统，用于回收、处理、排放使用过的测试用气体，减少尾气的排放量。

作为优选，所述的储液罐内还设有液位计和压力表。

作为优选，所述的气体温度计连接在气化器与缓冲罐之间的气体管道上，气体压力表和气体流量计连接在缓冲罐和发动机模拟器之间的气体管道上。

作为优选，所述的气体温度计和气体压力表至少能在-40摄氏度的环境下工作。

作为优选，所述的气体管道采用无缝钢管及铜管搭接组合管道，防止高压气体在输送过程中产生泄露。

本发明还涉及一种LNG储罐供气性能的实验方法，其特征在于包括如下步骤：

(1)储液罐内加入测试气体，测试系统通电，系统进行自检；

(2)显示自检结果是否有错，若有错，实时报错并停机检查，若没有错误则进入步骤3；

(3)设定水温，通过实验台控制数据记录装置控制水温模拟器，水温模拟器将温度加热至设定范围；

(4)通过控制实验台控制数据记录装置设定模拟的发动机循环；

(5)模拟系统开始工作，储液罐向发动机模拟器输送气体燃料；

(6)实时显示并记录测量数据，并检测系统是否错误，若出现错误立即报错并停止系统；

(7)测试循环结束，供气系统停机，系统卸除预压，测试停机，测试系统停机。

作为优选，所述的测试气体采用氮气，以达到降低测试成本，增加实验安全系数的目的。

作为优选，所述的水温度模拟器设有自动调温控制装置，温度控制算法采用PID闭环与开环控制相结合的算法。

作为优选，所述的气体温度计、气体压力表、气体流量计均与实验台进行数据通信。

采用本发明提供的技术方案，与现有技术相比，具有如下有益效果：

(1)本发明涉及的实验方法可实现智能控制与自动测试，避免低温液态实验介质对实验操作人员的冷灼伤伤害；可实现实时数据记录；可实现对LNG储罐的实时标定；可实现对发动机动作、发动机用气量、发动机用气压力的实时模拟；可实现对发动机冷却液温度与发动机冷却液温度变化的实时模拟。

(2)本发明涉及的实验方法采用氮气等惰性气体代替天然气，从而增加了实验的安全性，降低了实验的测试成本，可缩短整体实验室的建设周期。

附图说明

图1是本发明一种LNG储罐供气性能实验装置结构示意图；

图2是本发明所检测的LNG储罐供气系统的储液罐结构示意图；

图3是本发明一种LNG储罐供气性能实验方法的流程图。

示意图中的标注说明：1-气化器，2-缓冲罐，3-气体流量计，4-发动机模拟器，5-发动机通信模拟器，6-排气回收处理系统，7-水温度模拟器，8-气体流量计，9-气体压力表，10-实验台，11-储液罐，12-气罐控制器。

具体实施方式

为进一步了解本发明的内容，结合附图和实施例对本发明作详细描述，以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

结合图1，本发明涉及的一种LNG储罐供气性能实验装置包括供气装置、模拟控制装置和数据检测装置，所述的供气装置包括储液罐11、气化器1、缓冲罐2，三者之间通过气体管道连接，气体管道连接采用无缝钢管及部分铜管进行搭建，防止高压气体在输送过程中产生泄露。缓冲罐2的输出端连接一个发动机模拟器4，形成一个供气回路，发动机模拟器4连接有排气回收处理系统6，用于回收、处理、排放使用过的测试用气体。所述的模拟控制装置包括气罐控制器12、发动机通讯模拟器5、水温模拟器7和实验台10，气罐控制器12设置在储液罐11上，气罐控制器12连接有发动机通讯模拟器5，用于模拟来自发动机的CAN通讯报文；水温模拟器7连接在气化器1入水口和出水口上，发动机模拟器4、发动机通讯模拟器5和水温控制模拟器7均与实验台10连接，实验台10；所述的数据检测装置包括气体温度计8、气体压力表9和气体流量表3，气体温度计8设置在气化器1和缓冲罐2之间的气体管道上，用于测量气化器出口的气体温度，气体压力表9和气体流量3设置在缓冲罐2和发动机模拟器4之间的气体管道上，气体压力表9用于测量最终的供气压力，气体流量计3用于实时读取气体流量；气体温度计8、气体压力表9和气体流量计3检测的数据均通过实验台10记录分析。

参照图2，本发明还提供了一种LNG储罐供气性能的实验方法，其特征在于包括如下步骤：

步骤一：将测试液加注入事先连接于系统内的储液罐11，并在实验台10中记录加注后的储液罐11内的压力与液位信息，本实施例的测试液采用液氮，然后给测试系统通电，系统进行自检。

步骤二：等待系统自检结束后查看是否有系统报错。如有错误，则立即停止实验，按提示的错误代码对系统进行检修；如没有错误实施步骤三。

步骤三：如系统自检完成并没有报错，可设定发动机为暖机或冷机状态进行实验。系统会自动按照设定，水温度模拟器7自动模拟汽车冷却水温度的变化、冷却水的流量。这种模拟的变化可以反映出储液罐11在发动机不同温度下的性能表现，亦可作为气化器1选型的重要依据。

步骤四：选择需要使用的发动机运行循环，如外特性循环，动态运行循环，稳态运行循环等。上述循环已预置于发动机模拟器4内，可模拟发动机不同工况下的供气流量与供气压力需求。实验人员亦可手动将模拟器调节至某一特定的发动机工况进行实验，亦可自行按实际需求事先自定义发动机模拟器4的运行循环进行测试。

步骤五：系统自动开启储液罐11，发动机模拟器4，发动机通信模拟器5。系统开始模拟实际情况通过发动机通信模拟器5向储液罐11发送模拟的实时报文，储液罐11根据报文的内容调整自身的供气策略，以保证能够向发动机模拟器4供应足够的氮气，发动机模拟器4将供给来的氮气排向排气回收处理系统6，在排气回收处理系统内6，部分气体经过减压升温后排向大气，部分气体返回至液氮大型储罐内，以增加储罐内的压力，便于加液。

步骤六：实验台10实时记录下各个总线上的通信报文内容，采集到的气体温度与压力数值，发动机模拟器4所模拟的实时工况等信息。并且实验台10亦在实时监测系统运行状况，如若发现系统内有错，实时报错，并在必要时终止测试，实验室人员需按提示的错误代码对系统进行检修。

步骤七：实验台10完成测试后，停止测试与供气系统。清空系统内残余压力后，实验台10终止所有操作，停机。

以上示意性的对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方案之一，实际的结构并不局限于此。所以本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种LNG储罐供气性能实验装置，其特征在于：其包括供气装置、模拟控制装置和数据检测装置，所述的供气装置包括储液罐、气化器、缓冲罐，储液罐内灌有测试气体；所述的模拟控制装置包括发动机模拟器、气罐控制器、发动机通讯模拟器、水温模拟器和实验台，发动机模拟器通过气体管道与缓冲罐输出口连接，气罐控制器设置在储液罐上，气罐控制器连接有发动机通讯模拟器，水温模拟器连接在气化器入水口和出水口上，发动机模拟器、发动机通讯模拟器和水温控制模拟器均与实验台连接；所述的数据检测装置包括气体温度计、气体压力表和气体流量表，气体温度计、气体压力表和气体流量表均设置在供气回路的气体管道上。

2.根据权利要求1所述的一种LNG储罐供气性能实验装置，其特征在于：所述的发动机模拟器上设有排气回收处理系统。

3.根据权利要求1所述的一种LNG储罐供气性能实验装置，其特征在于：所述的储液罐内还设有液位计和压力表。

4.根据权利要求1所述的一种LNG储罐供气性能实验装置，其特征在于：所述的气体温度计连接在气化器与缓冲罐之间的气体管道上，气体压力表和气体流量计连接在缓冲罐和发动机模拟器之间的气体管道上。

5.根据权利要求1或4所述的一种LNG储罐供气性能实验装置，其特征在于：所述的气体温度计和气体压力表至少能在-40摄氏度的环境下工作。

6.根据权利要求1所述的一种LNG储罐供气性能实验装置，其特征在于：所述的气体管道采用无缝钢管及铜管搭接组合管道。

7.一种LNG储罐供气性能的实验方法，其特征在于包括如下步骤：

(1)储液罐内加入测试气体，测试系统通电，系统进行自检；

(2)显示自检结果是否有错，若有错，实时报错并停机检查，若没有错误则进入步骤3；

(3)设定水温，通过实验台控制数据记录装置控制水温模拟器，水温模拟器将温度加热至设定范围；

(4)通过控制实验台控制数据记录装置设定模拟的发动机循环；

(5)模拟系统开始工作，储液罐向发动机模拟器输送气体燃料；

(6)实时显示并记录测量数据，并检测系统是否错误，若出现错误立即报错并停止系统；

(7)测试循环结束，供气系统停机，系统卸除预压，测试停机，测试系统停机。

8.根据权利要求7所述的一种LNG储罐供气性能的实验方法，其特征在于：所述的测试气体采用氮气。

9.根据权利要求7所述的一种LNG储罐供气性能的实验方法，其特征在于：所述的水温度模拟器设有自动调温控制装置，温度控制算法采用PID闭环与开环控制相结合的算法。

10.根据权利要求7所述的一种LNG储罐供气性能的实验方法，其特征在于：所述的气体温度计、气体压力表、气体流量计均与实验台进行数据通信。