CN110182349B - 一种双燃料动力推进货船的动力系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种双燃料动力推进货船的动力系统，涉及货船供气系统技术领域。所述动力系统包括传动系统、燃油系统、燃气系统和排气系统，燃油系统和燃气系统均与传动系统连接，排气系统分别与所述燃油系统和燃气系统连接，其中燃气系统包括燃气供给系统、气压离合器和双燃料发动机，燃气供给系统与双燃料发动机的输入端连接，双燃料发动机的输出端与气压离合器的一端连接，气压离合器的另一端与传动系统连接。本发明实现了气体燃料与柴油燃料的不停机自动切换，且所设置的电子燃气喷射系统使得本发明供气管道内天然气的流量、供气管道内的压力等均可得到智能、有效地控制，达到了节能减排的目的。
Description
技术领域
本发明涉及货船供气系统技术领域，具体涉及一种双燃料动力推进货船的动力系统。
背景技术
长久以来，我国内河航运面临船舶设计、建造和营运管理粗放、能耗过高的问题，内河航运的高能耗、高排放问题引起了主管部门的高度重视，内河航运面临前所未有的节能减排压力。
作为一种清洁能源，压缩天然气(CNG)已经广泛应用于城市燃气、汽车和工业用气等领域，而液化天然气(LNG)是CNG的换代产品，越来越受到政府和企业的重视，并逐渐开始应用到船舶领域。在船舶行业，许多船东也正在使用或计划使用LNG燃料作为船舶动力。天然气(LNG)燃料动力船舶是以天然气作为燃料，用于完全替代或部分替代传统船用燃料。天然气-柴油燃料双动力是在船舶现有柴油机的基础上，增加一套天然气供气系统和柴油-天然气双燃料喷射系统，可实现单纯柴油燃料状态下和混合燃料状态下两种运行模式。我国内河航运普遍存在污染严重、船舶机型复杂、技术装备陈旧老化、能耗高等问题，发展天然气燃料动力船舶对于我国内河航运的节能减排具有十分重要的意义。此外，目前双燃料发动机燃气喷射时噪音较大，降低天然气喷射时的噪音也是亟待解决的问题。
发明内容
本发明的目的是针对上述问题，提供一种双燃料动力推进货船的动力系统。
为实现上述目的，本发明提供的技术方案为：
一种双燃料动力推进货船的动力系统，包括
传动系统，用以传送输出的动力，包括油门和齿轮变速箱，其中油门负责控制输出动力的大小，齿轮变速箱用以调整输出动力的扭矩；
燃油系统，与所述传动系统连接，包括燃油舱、油泵、日用燃油箱、滤油器、双燃料发动机和液压离合器，所述日用燃油箱通过所述油泵和与所述油泵连接的供油管与所述燃油舱连接，用于将燃油舱内的燃油通过油泵抽吸入所述日用燃油箱内；所述双燃料发动机通过所述供油管与所述日用燃油箱连接，所述双燃料发动机的进油口处还设有所述滤油器；所述液压离合器的一端与所述双燃料发动机的输出端连接，所述液压离合器的另一端与所述齿轮变速箱连接，以将燃油系统产生的动力传送出去；
燃气系统，包括燃气供给系统、气压离合器和所述双燃料发动机，所述燃气供给系统与所述双燃料发动机的输入端连接，所述双燃料发动机的输出端与所述气压离合器的一端连接，所述气压离合器的另一端与所述齿轮变速箱连接，以将燃气系统产生的动力传送出去；且所述双燃料发动机配设有发动机控制单元；
所述燃气供给系统包括LNG储罐、汽化器、供气管路和缓冲罐，所述LNG储罐、汽化器和缓冲罐均设于尾船员甲板上，所述LNG储罐与所述汽化器连接；所述汽化器通过所述供气管路与所述缓冲罐连接，所述缓冲罐通过所述供气管路与所述双燃料发动机的气缸连接，所述缓冲罐与双燃料发动机之间的供气管路上还依次间隔设有过滤器、增压器和调压阀；
所述燃气供给系统还包括电子燃气喷射系统，所述电子燃气喷射系统包括控制装置和喷射阀，所述控制装置设于货船的控制室内，所述喷射阀设于所述双燃料发动机的气缸上，所述过滤器、平衡阀、增压器、调压阀和喷射阀均与所述控制装置连接；
所述喷射阀包括进气段及与所述进气段相连接的喷射段，所述喷射段上远离所述进气段一端设有阀门，所述阀门与所述控制装置连接；所述喷射段内远离所述阀门一侧设有消音筒，所述消音筒为中空的圆柱体，所述消音筒内中空部的开口沿燃气在喷射段内喷射的方向逐渐减小,且所述中空部为倾斜设置的波浪状。
排气系统，与所述燃油系统和燃气系统连接，包括排气管和消音器，所述双燃料发动机的排气出口通过膨胀节与所述排气管连接，所述排气管与所述消音器连接，所述排气出口距 LNG储罐透气总管出口距离不小于5m。
进一步地，所述消音筒内对应中空部的内表面上还涂覆有消音层。
进一步地，所述消音层主要由三元乙丙橡胶、石英砂和钨粉按1：0.45-0.8:0.3-0.6的重量比混合制成。
进一步地，还包括LNG加注站，所述LNG加注站位于货船居住舱室的船舷侧。
进一步地，在所述LNG储罐上设置有水雾喷淋装置，所述水雾喷淋装置与控制装置连接。
进一步地，所述供气管路布置于通风导管内，所述通风导管内还设有抽吸式防爆风机；所述LNG储罐的连接处所还连接有充装管路，所述充装管路与所述LNG加注站连接。
进一步地，所述油泵、日用燃油箱、滤油器的外底部均装设有集油盘。
进一步地，所述阀门为电动阀门或电磁阀，所述汽化器为船用气化量自动调节汽化器。
进一步地，所述供气管路上还设有一套气体燃料互锁阀，所述气体燃料互锁阀与所述发动机控制单元连接，所述气体燃料互锁阀包括一设于供气管路上的主气体燃料阀和位于双燃料发动机阀组单元GVU箱体内的自动截止阀及自动透气阀，所述自动透气阀设在主气体燃料阀与自动截止阀之间，所述自动透气阀为故障开启型并接有透气管以接至LNG储罐的透气总管上，所述主气体燃料阀及自动截止阀为故障关闭型。
进一步地，所述控制装置包括相连接的控制器和显示器，所述过滤器、增压器、调压阀、喷射阀和水雾喷淋装置均与所述控制器连接。
通过采用上述技术方案，本发明的有益效果为：
(1)本发明通过配置柴油、天然气双燃料系统，实现天然气和柴油双燃料交互使用工作方式，实现了气体燃料与柴油燃料的不停机自动切换。且本发明可首先通过将柴油切换至天然气，再结合包括控制装置和喷射阀的电子燃气喷射系统，使得本发明在供气时供气管道内天然气的流量、供气管道内的压力等均可通过控制装置得到智能、有效地控制，达到了节能减排的目的。本发明中，LNG代替柴油使用率达到72％。
(2)本发明在喷射阀中增设中空的消音筒，通过将消音筒设为中空部的开口沿燃气在喷射段内喷射的方向逐渐减小,且中空部为倾斜设置的波浪状，使得本发明在天然气喷射时的噪声得到大大降低，减少了噪声污染。且还在消音筒内对应中空部的内表面上涂覆主要由三元乙丙橡胶、石英砂和钨粉按1：0.45-0.8:0.3-0.6的重量比混合制成的消音层，更进一步降低了喷射阀发出的噪音。
附图说明
图1为本发明实施例的连接框图；
图2为本发明实施例中燃气供给系统的结构示意图；
图3为本发明实施例中喷射阀的剖视图；
图中，1-油门，2-齿轮变速箱，3-燃油舱，4-油泵，5-日用燃油箱，6-滤油器，7-双燃料发动机，8-液压离合器，9-气压离合器，10-LNG储罐，11-汽化器，12-供气管路，13-缓冲罐，14-增压器，15-调压阀，16-过滤器，17-喷射阀，17-1-进气段，17-2-喷射段，17-3- 阀门，17-4-消音筒，18-排气管，19-消音器，20-水雾喷淋装置，21-充装管路，22-主气体燃料阀，23-控制器，24-显示器。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明的是，当组件被称为“固定于”另一个组件，它可以直接在另一个组件上或者也可以存在居中的组件。当一个组件被认为是“连接”另一个组件，它可以是直接连接到另一个组件或者可能同时存在居中组件。当一个组件被认为是“设置于”另一个组件，它可以是直接设置在另一个组件上或者可能同时存在居中组件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。
实施例
如图1和图2所示，一种双燃料动力推进货船的动力系统，主要包括传动系统、燃油系统、燃气系统和排气系统。
传动系统用以传送输出的动力，其包括油门1和齿轮变速箱2，其中油门1负责控制输出动力的大小，齿轮变速箱2用以调整输出动力的扭矩。
燃油系统与所述传动系统连接，其包括燃油舱3、油泵4、日用燃油箱5、滤油器6、双燃料发动机7和液压离合器8，所述燃油舱3设在艉尖舱中部上方，所述油泵4设于燃油舱3内，所述日用燃油箱5设于货船的机舱后壁上，所述日用燃油箱5通过所述油泵4和与所述油泵4连接的供油管与所述燃油舱3连接，用于将燃油舱3内的燃油通过油泵4抽吸入所述日用燃油箱5内。所述双燃料发动机7通过所述供油管与所述日用燃油箱5连接，所述双燃料发动机7的进油口处还设有所述滤油器6。所述液压离合器8的一端与所述双燃料发动机7 的输出端连接，另一端与所述齿轮变速箱2连接，以将燃油系统产生的动力传送出去。
燃气系统包括燃气供给系统、气压离合器9和所述双燃料发动机7，所述燃气供给系统与所述双燃料发动机7的输入端连接，所述双燃料发动机7的输出端与所述气压离合器9的一端连接，所述气压离合器9的另一端与所述齿轮变速箱2连接，以将燃气系统产生的动力传送出去。
所述燃气供给系统包括LNG储罐10、汽化器11、供气管路12、缓冲罐13和电子燃气喷射系统。所述LNG储罐10、汽化器11和缓冲罐13均设于尾船员甲板上露天区域。LNG储罐10(或LNG储罐组)以及所有的供气管路12与船舷的安全距离应不少于760mm。对于布置在露天开敞处所的LNG储罐10，罐体与船舶尾端甲板线所连成的切线，与水平线所形成的夹角应不大于50°，以防止船舶追尾对气罐造成损坏。所述LNG储罐10与所述汽化器11连接，用于将LNG储罐10内液态天然气汽化为气体。所述汽化器11通过所述供气管路12与所述缓冲罐13连接，所述缓冲罐13通过所述供气管路12与双燃料发动机7的气缸连接，所述缓冲罐13与双燃料发动机7之间的供气管路12上还依次间隔设有增压器14、调压阀15和过滤器16。且该双燃料发动机7配设有发动机控制单元(ECU)。
所述电子燃气喷射系统包括控制装置和喷射阀17(如图3)，所述控制装置设于货船的控制室内，所述喷射阀17设于所述双燃料发动机7的气缸上，所述增压器14、调压阀15和过滤器16和喷射阀17均与所述控制装置连接。所述喷射阀17包括进气段17-1及与所述进气段17-1相连接的喷射段17-2，所述喷射段17-2上远离所述进气段17-1一端设有阀门17-3，所述阀门17-3与所述控制装置连接。所述喷射段17-2内远离所述阀门17-3一侧设有消音筒 17-4，所述消音筒17-4为中空的圆柱体,所述消音筒17-4内中空部的开口沿燃气在喷射段 17-2内喷射的方向逐渐减小,且所述中空部为倾斜设置的波浪状，以使喷射时的噪声得到大大降低，减少了噪声污染。其中，所述控制装置包括相连接的控制器23和显示器24，所述增压器14、调压阀15、过滤器16、喷射阀17和水雾喷淋装置20均与所述控制器23连接。
所述供气管路12均布置于通风导管内，供气管路12除了在双燃料发动机阀组单元GVU 箱体内采用法兰接头，其他均为对接焊全焊透形式并进行射线检测。所述LNG储罐10的连接处所还连接有充装管路(图未示)。
本船燃料充装站布置位于开敞甲板上，充装总管由LNG储罐10经连接处所引出，充装接头为LNG标准充装法兰接头。货船居住舱室的船舷侧还设有LNG加注站，燃料充装时通过充装法兰接头与LNG加注站直接对船上LNG储罐10加注。当然LNG加注站也可为水上/岸上加注站。
排气系统与所述燃油系统和燃气系统连接，包括排气管18和消音器19，所述双燃料发动机7的排气出口通过膨胀节与所述排气管18连接，消音器19设于排气管18远离双燃料发动机7的排气出口的一端，所述排气管18与所述消音器19连接，所述排气出口距LNG储罐 10透气总管出口距离不小于5m。
本实施例通过配置柴油、天然气双燃料发动机，并采用微电子控制技术(即发动机控制单元(ECU))对柴油和天然气的切换进行控制，实现天然气和柴油双燃料交互使用工作方式，实现了气体燃料与柴油燃料的不停机自动切换。
该双动力货船上还设有燃气导管通风机和机舱通风机，燃气导管通风机、机舱通风机与燃气供气系统连接，当通风机运行至少10分钟以上时，燃气供应系统才能进入双燃料模式运行。采用安保控制器对储气罐和汽化器左右参数进行实时监测。
①当检测到储气罐压力高于或低于设定值时，安保控制器发出声光报警，自动切断储气罐主阀，同时输出信号至发动机控制单元(ECU)，发动机自动转为纯柴油模式运行；
②当检测到液位高于设定值时，安保控制器发出声光报警，自动切断储气罐进液阀，同时输出信号至发动机控制单元(ECU)，发动机自动转为纯柴油模式运行；
③当检测到液位低于设定值时，安保控制发出声光报警，自动切断储气出液阀，同时输出信号至发动机控制单元(ECU)，发动机自动转为纯柴油模式运行；
④当检测到汽化器的出气压力、出气温度、汽化用热水温度高于或低于设定值时，安保控制器发出声光报警，自动关闭气体燃料主阀、燃料阀，打开透气阀，同时输出信号至发动机控制单元(ECU)，发动机自动转为纯柴油模式运行。
进一步地，本实施例中所述消音筒17-4内对应中空部的内表面上还涂覆有消音层。所述消音层主要由三元乙丙橡胶、石英砂和钨粉按1：0.45-0.8:0.3-0.6的重量比混合制成。本实施例中，所述消音层主要由三元乙丙橡胶、石英砂和钨粉按1：0.6:0.4的重量比混合制成。三元乙丙橡胶为低密度高填充材料，弹性高，消音效果良好；石英砂坚硬、耐磨、化学性能稳定；钨粉熔点高、硬度大；将三元乙丙橡胶与石英砂混合，获得了化学性能稳定的消音材料，再加入钨粉混合，钨粉进入三元乙丙橡胶与石英砂之间的空隙中，可进一步提高消音层的消音效果及稳定性。
进一步地，在所述LNG储罐10上还设置有水雾喷淋装置20，水雾喷淋装置20与控制装置连接。所述LNG储罐10的连接处所还连接有充装管路21，充装管路21与LNG加注站连接。
进一步地，所述供气管路12布置于通风导管内，以形成双壁管。所述通风导管内还设有抽吸式防爆风机，具有每小时换气至少30次的通风能力。
进一步地，所述阀门17-3可以为电动阀门，也可以为电磁阀，本实施例中优选为电动阀门，以通过电动阀门调节气体流量等。本实施例所述汽化器11为船用气化量自动调节汽化器，该船用气化量自动调节汽化器为公开号为CN 103452706 A的发明专利中的汽化器。
进一步地，所述供气管路12上还设有一套气体燃料互锁阀，所述气体燃料互锁阀包括一设于供气管路12上的主气体燃料阀22和位于双燃料发动机阀组单元GVU箱体内的自动截止阀(图未示)及自动透气阀(图未示)，所述自动透气阀设在主气体燃料阀22与自动截止阀之间，所述自动透气阀为故障开启型并接有透气管以接至LNG储罐10的透气总管上，所述主气体燃料阀22及自动截止阀为故障关闭型。当供气管路出现故障时自动切断气体燃料供应，并自动进行透气。
所述气体燃料互锁阀与发动机控制单元(ECU)连接。双燃料发动机7的启动过程是：用户按下启动按钮，启动马达带动发动机转动，同时发动机火花塞开始放电点火。只有当拖动转速达到150r/min时，气体燃料互锁阀才自动打开供气；当转速自动上升到达到400r/min，发动机控制单元(ECU)判定点火成功，启动马达自动退出，发动机自动进入怠速；当拖动超过15S转速没有上升，发动机控制单元(ECU)判定点火失败，会自动关闭气体燃料互锁阀并发出报警；停机过程是：用户按下停机按钮，气体燃料互锁阀先关闭，当互锁阀之后的燃气管内燃气耗尽，发动机转速回到0，此时点火系统才自动关闭。
进一步地，所述油泵4、日用燃油箱5、滤油器6的外底部均装设有由耐低温材料制成的集油盘(图未示)，以防止油液漏出或溢出后造成浪费。
本发明使得双燃料发动机采用天然气和柴油双燃料交互使用方式方案，解决天然气-柴油双燃料动力运输船舶对动力的需求，逆水航行更迅速、安全、有效。同时，本发明通过将柴油切换至天然气，并设置包括控制装置和喷射阀的电子燃气喷射系统，使得本发明在供气时供气管道内天然气的流量、供气管道内的压力等均可通过控制装置得到智能、有效地控制，达到了节能减排的目的。
Claims (8)
1.一种双燃料动力推进货船的动力系统，其特征在于，包括
传动系统，用以传送输出的动力，包括油门和齿轮变速箱，其中油门负责控制输出动力的大小，齿轮变速箱用以调整输出动力的扭矩；
燃油系统，与所述传动系统连接，包括燃油舱、油泵、日用燃油箱、滤油器、双燃料发动机和液压离合器，所述日用燃油箱通过所述油泵和与所述油泵连接的供油管与所述燃油舱连接，用于将燃油舱内的燃油通过油泵抽吸入所述日用燃油箱内；所述双燃料发动机通过所述供油管与所述日用燃油箱连接，所述双燃料发动机的进油口处还设有所述滤油器；所述液压离合器的一端与所述双燃料发动机的输出端连接，所述液压离合器的另一端与所述齿轮变速箱连接，以将燃油系统产生的动力传送出去；
燃气系统，包括燃气供给系统、气压离合器和所述双燃料发动机，所述燃气供给系统与所述双燃料发动机的输入端连接，所述双燃料发动机的输出端与所述气压离合器的一端连接，所述气压离合器的另一端与所述齿轮变速箱连接，以将燃气系统产生的动力传送出去；且所述双燃料发动机配设有发动机控制单元；
所述燃气供给系统包括LNG储罐、汽化器、供气管路和缓冲罐，所述LNG储罐、汽化器和缓冲罐均设于尾船员甲板上，所述LNG储罐与所述汽化器连接；所述汽化器通过所述供气管路与所述缓冲罐连接，所述缓冲罐通过所述供气管路与所述双燃料发动机的气缸连接，所述缓冲罐与双燃料发动机之间的供气管路上还依次间隔设有过滤器、增压器和调压阀；
所述燃气供给系统还包括电子燃气喷射系统，所述电子燃气喷射系统包括控制装置和喷射阀，所述控制装置设于货船的控制室内，所述喷射阀设于所述双燃料发动机的气缸上，所述过滤器、平衡阀、增压器、调压阀和喷射阀均与所述控制装置连接；
所述喷射阀包括进气段及与所述进气段相连接的喷射段，所述喷射段上远离所述进气段一端设有阀门，所述阀门与所述控制装置连接；所述喷射段内远离所述阀门一侧设有消音筒，所述消音筒为中空的圆柱体，所述消音筒内中空部的开口沿燃气在喷射段内喷射的方向逐渐减小,且所述中空部为倾斜设置的波浪状；
排气系统，与所述燃油系统和燃气系统连接，包括排气管和消音器，所述双燃料发动机的排气出口通过膨胀节与所述排气管连接，所述排气管与所述消音器连接，所述排气出口距LNG储罐透气总管出口距离不小于5m；
所述消音筒内对应中空部的内表面上还涂覆有消音层；所述消音层主要由三元乙丙橡胶、石英砂和钨粉按1：0.45-0.8:0.3-0.6的重量比混合制成。
2.根据权利要求1所述的双燃料动力推进货船的动力系统，其特征在于，还包括LNG加注站，所述LNG加注站位于货船居住舱室的船舷侧。
3.根据权利要求2所述的双燃料动力推进货船的动力系统，其特征在于，在所述LNG储罐上设置有水雾喷淋装置，所述水雾喷淋装置与控制装置连接。
4.根据权利要求2所述的双燃料动力推进货船的动力系统，其特征在于，所述供气管路布置于通风导管内，所述通风导管内还设有抽吸式防爆风机；所述LNG储罐的连接处所还连接有充装管路，所述充装管路与所述LNG加注站连接。
5.根据权利要求1所述的双燃料动力推进货船的动力系统，其特征在于，所述油泵、日用燃油箱、滤油器的外底部均装设有集油盘。
6.根据权利要求1所述的双燃料动力推进货船的动力系统，其特征在于，所述阀门为电动阀门或电磁阀，所述汽化器为船用气化量自动调节汽化器。
7.根据权利要求1所述的双燃料动力推进货船的动力系统，其特征在于，所述供气管路上还设有一套气体燃料互锁阀，所述气体燃料互锁阀与所述发动机控制单元连接；所述气体燃料互锁阀包括一设于供气管路上的主气体燃料阀和位于双燃料发动机阀组单元GVU箱体内的自动截止阀及自动透气阀，所述自动透气阀设在主气体燃料阀与自动截止阀之间，所述自动透气阀为故障开启型并接有透气管以接至LNG储罐的透气总管上，所述主气体燃料阀及自动截止阀为故障关闭型。
8.根据权利要求7所述的双燃料动力推进货船的动力系统，其特征在于，所述控制装置包括相连接的控制器和显示器，所述过滤器、增压器、调压阀、喷射阀和水雾喷淋装置均与所述控制器连接。
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