CN117345490A - 一种船用双燃料低速柴油机的甲醇喷射系统 - Google Patents
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Abstract
一种船用双燃料低速柴油机的甲醇喷射系统，包括有甲醇喷射阀、甲醇进液阀、喷射控制阀、吹扫阀、压力传感器、减压阀、密封油控制阀、吹扫泄放阀、伺服油共轨管和甲醇共轨管，其中，甲醇喷射阀具有有甲醇的加压及喷射功能，分别通过甲醇进液阀连接甲醇共轨管，通过喷射控制阀连接伺服油共轨管，通过减压阀和密封油控制阀连接伺服油共轨管，压力传感器设于甲醇喷射阀上且与主机控制系统连接，两个吹扫阀分别连接于甲醇喷射阀上和甲醇共轨管与甲醇进液阀之间，吹扫泄放阀连接于甲醇喷射阀与甲醇进液阀之间；该甲醇喷射系统在不同工况下完成主机的甲醇稳定的喷射和残余甲醇的吹扫泄放。本发明具有结构简单、控制精准、安全性高、经济性好、可靠性高、通用性好和节能环保的优点。
Description
技术领域
本发明涉及船用双燃料低速柴油机的燃料系统，具体涉及一种船用双燃料低速柴油机的甲醇喷射系统，属于柴油机技术领域。
背景技术
随着清洁燃料在船用低速柴油机领域的普及以及全球范围内对于航运业低碳燃料的不断探索，甲醇作为一种绿色燃料逐渐脱颖而出，被越来越多的船舶采用。甲醇又称羟基甲烷，化学式为CH3OH，其成分中含氧量高，不含硫，燃烧温度低，与常规柴油相比，甲醇燃烧后产生的排放物中无硫化物，而固体颗粒物、氮氧化物和二氧化碳的排放也分别减少90％、70％和15％，是一种绿色清洁能源。但是，甲醇同时又是一种易燃且有毒的液体，作为船舶发动机的燃料，与常规的柴油燃料相比，甲醇燃料危险系数更高，一旦泄漏，引发机舱火灾及船员伤亡的可能性更高，对船舶以及船员人身安全产生极为严重的后果。因此如何保证其安全稳定的进入气缸燃烧，对于主机的正常运行及船舶安全至关重要。
采用甲醇的双燃料柴油机在正常运行中，甲醇通过供应管路输送至双燃料低速柴油机，甲醇喷射系统将甲醇持续稳定地喷射入气缸，实现双燃料柴油机持续稳定的运转，同时根据柴油机控制系统发出的信号，精确控制甲醇喷射量，实现柴油机负荷变化。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种船用双燃料低速柴油机甲醇喷射系统，在保证将甲醇稳定地喷射入气缸的同时，对甲醇的喷射压力进行实时监测，一旦出现异常情况将切断甲醇供应，同时对管路内剩余甲醇的进行吹扫泄放，实现紧急情况下的吹扫泄放功能，为双燃料柴油机的安全运行提供有效的安全保障。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种船用双燃料低速柴油机的甲醇喷射系统，所述船用双燃料低速柴油机的主机包括气缸、主机控制系统、机带泵、甲醇日用柜和泄放柜；其特征在于：所述的甲醇喷射系统包括有：
甲醇喷射阀，设置于所述气缸上，集成有甲醇的加压及喷射功能；
甲醇共轨管，与所述甲醇日用柜连接，用于输送甲醇燃料；
甲醇进液阀，上游端连接所述甲醇共轨管，下游端连接所述甲醇喷射阀，该甲醇进液阀连接所述主机控制系统且由该主机控制系统控制，用于控制甲醇的进入；
伺服油共轨管，与所述机带泵连接，用于输送伺服油；
喷射控制阀，上游端连接所述伺服油共轨管，下游端连接所述甲醇喷射阀，该喷射控制阀连接所述主机控制系统且由该主机控制系统控制，用于控制所述甲醇喷射阀的启动；
减压阀，上游端连接所述伺服油共轨管，用于将伺服油减压至设定压力的密封油；
密封油控制阀，上游端连接所述减压阀的下游端，下游端连接所述甲醇喷射阀，该密封油控制阀连接所述主机控制系统且由该主机控制系统控制，用于控制密封油进入所述甲醇喷射阀，以防止甲醇倒流；
压力传感器，设置于所述甲醇喷射阀上且与所述主机控制系统连接，用于监测所述甲醇喷射阀的甲醇喷射压力，并反馈至所述主机控制系统；
两个吹扫阀，一个吹扫阀与所述甲醇喷射阀连接，另一个吹扫阀连接于所述甲醇共轨管与甲醇进液阀之间的管路上，所述吹扫阀连接所述主机控制系统且由该主机控制系统控制，用于控制吹扫介质的进入；
吹扫泄放阀，连接于所述甲醇喷射阀与甲醇进液阀之间的管路上，并且与所述泄放柜连接，用于泄放由所述甲醇喷射阀内吹扫出的甲醇；
所述的甲醇喷射系统在不同工况下完成所述主机的甲醇喷射和吹扫泄放。
作为进一步改进，所述的甲醇喷射系统还包括有：
甲醇蓄压器，连接于所述甲醇喷射阀与甲醇进液阀之间的管路上，用于吸收管路中甲醇产生的脉冲压力波动，维持压力稳定；
伺服油蓄压器，连接于所述甲醇喷射阀与喷射控制阀之间的管路上，用于吸收管路中伺服油产生的脉冲压力波动，维持压力稳定。
作为进一步改进，当所述主机控制系统切断甲醇的喷射时，所述吹扫阀打开，吹扫介质对甲醇喷射系统内的剩余甲醇进行吹扫泄放。
作为进一步改进，所述的喷射控制阀收到所述主机控制系统的开启指令后，控制伺服油进入所述甲醇喷射阀，将甲醇加压至压力600bar并喷入气缸。
作为进一步改进，所述的压力传感器检测到所述甲醇喷射阀的喷射压力偏离正常工作范围，则所述主机控制系统发出指令，关闭所述甲醇进液阀，切断甲醇的供应及喷射，所述主机切换至柴油运行模式。
作为进一步改进，所述的甲醇喷射系统在不同工况下完成所述主机的甲醇喷射和吹扫泄放包括：
甲醇喷射过程——在主机的甲醇运行模式下，所述甲醇进液阀打开，所述甲醇共轨管内的甲醇输送至所述甲醇喷射阀，所述喷射控制阀收到所述主机控制系统的指令后打开，所述伺服油共轨管内的高压伺服油进入所述甲醇喷射阀，将甲醇加压至喷射压力并喷入气缸，喷射完成后所述喷射控制阀关闭，完成一次喷射；
吹扫泄放过程——当所述主机由甲醇运行模式转换至柴油运行模式时，或者甲醇运行模式出现异常情况时，所述主机控制系统指令所述喷射控制阀和甲醇进液阀关闭，同时两个吹扫阀和所述吹扫泄放阀打开，吹扫介质通过一个吹扫阀吹扫所述甲醇喷射阀内的含油甲醇，并且通过所述吹扫泄放阀泄放至所述泄放柜，吹扫介质通过另一个甲醇喷射阀将所述甲醇共轨管内的甲醇吹扫回至所述甲醇日用柜。
作为进一步改进，所述的甲醇共轨管内的甲醇的压力为13bar，所述伺服油共轨管内的高压伺服油的压力为300bar。
本发明实现了船用双燃料低速柴油机的甲醇燃料安全稳定的喷射，以及异常情况下对甲醇供应的切断及管路内残余甲醇的吹扫和泄放，保证了船舶的安全稳定运行及船员生命健康的安全。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
1、结构简单，维护方便——甲醇喷射系统内无复杂部件，结构简单，维护方便。
2、控制精准——系统内各阀件根据主机控制系统指令动作并采用共轨液压油控制，实时性高，阀件动作控制精准。
3、多功能集成——所述甲醇喷射系统实现对甲醇喷射的控制、喷射压力监测、和吹扫泄放等功能于一体，集成性高。
4、安全性高——实现了对甲醇喷射压力的实时监测及控制，对甲醇进入气缸采用甲醇进液及喷射两路控制的双保险设计，确保了系统运行安全。
5、经济性好——系统设置两个吹扫阀，分别对甲醇喷射阀内和甲醇共轨管内的甲醇进行吹扫，吹扫回泄放柜中的含油甲醇也可随柴油一起使用，无甲醇浪费。
6、可靠性高——本发明利用基本液压原理，采用液压动力控制阀件，结构简单，可靠性高，经久耐用，使用寿命长。
7、通用性好——仅需对压力传感器、减压阀等元件的选型作适当变更调整，即可适用于甲醇、LPG、氨等多种双燃料低速柴油机。
8、节能环保——甲醇喷射阀的动力采用柴油机现有伺服油系统进行驱动，能耗低，安全环保。
总之，本发明具有结构简单、控制精准、集成性高、安全性高、经济性好、可靠性高、通用性好、维护方便和节能环保的优点。
附图说明
图1为本发明的系统原理图。
图中，
1—甲醇喷射阀，2—甲醇进液阀，3—喷射控制阀，4—吹扫阀，5—压力传感器，6—减压阀，7—甲醇蓄压器，8—伺服油蓄压器，9—密封油控制阀，10—吹扫泄放阀，11—伺服油共轨管，12—甲醇共轨管。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的优选实施例作详细说明，以求更为清楚地理解本发明的结构和使用过程，但不能以此来限制本发明的保护范围。
本发明用于船用双燃料低速柴油机的甲醇燃料的喷射和吹扫泄放。以下以单个甲醇喷射阀为例进行说明，船用双燃料低速柴油机的主机一般有多个甲醇喷射阀设置于多个气缸上，同时设置有主机控制系统、机带泵、甲醇日用柜和泄放柜。
请参阅图1，所述甲醇喷射系统包括有甲醇喷射阀1、甲醇进液阀2、喷射控制阀3、吹扫阀4、压力传感器5、减压阀6、甲醇蓄压器7、伺服油蓄压器8、密封油控制阀9、吹扫泄放阀10、伺服油共轨管11、甲醇共轨管12以及连接管路等。
所述甲醇喷射阀1设置于气缸上，集成了甲醇的加压及喷射功能。
所述甲醇共轨管12与所述船用双燃料低速柴油机的甲醇日用柜连接，用于输送压力为13bar的甲醇燃料。
所述甲醇进液阀2通过管路，上游端连接所述甲醇共轨管12，下游端连接所述甲醇喷射阀1，该甲醇进液阀2连接且由所述主机控制系统控制，用于控制甲醇的进入；在打开状态下，甲醇进入各缸的甲醇喷射阀1，在关闭状态下，甲醇无法进入所述甲醇喷射阀1和气缸。
所述伺服油共轨管11与所述船用双燃料低速柴油机的机带泵连接，用于向各缸输送压力为300bar的伺服油。
所述喷射控制阀3通过管路，上游端连接所述伺服油共轨管11，下游端连接所述甲醇喷射阀1，该喷射控制阀3连接且由所述主机控制系统控制，用于控制所述甲醇喷射阀1的启动；所述喷射控制阀3收到所述主机控制系统的“开启”指令后，控制伺服油进入所述甲醇喷射阀1，推动该甲醇喷射阀1的柱塞动作，将甲醇加压至600bar的喷射压力喷入气缸。
所述减压阀6的上游端连接所述伺服油共轨管11，用于将伺服油减压至设定压力20bar，作为所述甲醇喷射阀1的密封油。
所述密封油控制阀9的上游端连接所述减压阀6的下游端，下游端连接所述甲醇喷射阀1，该密封油控制阀9连接且由所述主机控制系统控制，用于控制密封油进入所述甲醇喷射阀1，以防止在所述甲醇喷射阀1的工作过程中甲醇倒窜至伺服油系统。
所述压力传感器5设置于所述甲醇喷射阀1上且与所述主机控制系统连接，用于监测所述甲醇喷射阀1的甲醇喷射压力，并反馈至所述主机控制系统；若喷射压力偏离正常工作范围，则所述主机控制系统会发出指令，关闭所述甲醇进液阀2，切断甲醇的供应及喷射，所述主机切换至柴油模式运行。
所述甲醇蓄压器7连接于所述甲醇喷射阀1与甲醇进液阀2之间的管路上，用于吸收管路中甲醇产生的脉冲压力波动，维持压力稳定，以减少压力波动对所述甲醇喷射系统的冲击。
所述伺服油蓄压器8连接于所述甲醇喷射阀1与喷射控制阀3之间的管路上，用于吸收管路中液压油产生的脉冲压力波动，维持压力稳定，以减少压力波动对所述甲醇喷射系统的冲击。
所述吹扫阀4连接且由所述主机控制系统控制，用于控制吹扫介质(氮气)的进入；所述吹扫阀4的数量有两个，一个连接所述甲醇喷射阀1，另一个吹扫阀4连接于所述甲醇共轨管12与甲醇进液阀2之间的管路上；当所述主机控制系统切断甲醇的喷射时，所述吹扫阀4打开，吹扫介质对甲醇喷射系统内的剩余甲醇进行吹扫泄放。
所述吹扫泄放阀10连接于所述甲醇喷射阀1与甲醇进液阀2之间的管路上，并且与所述船用双燃料低速柴油机的泄放柜连接，用于泄放由所述甲醇喷射阀1内吹扫出的含油甲醇。
所述的甲醇喷射系统在不同工况下完成所述船用双燃料低速柴油机的甲醇喷射和吹扫泄放。该甲醇喷射系统通过所述甲醇进液阀的开闭实现甲醇进入甲醇喷射阀，通过伺服油控制阀控制甲醇喷射阀进行动作，将甲醇加压至喷射压力并喷射入气缸，实现甲醇燃烧做功；压力传感器监测甲醇喷射压力，并反馈信号至主机控制系统，继而主机控制系统控制各阀件的开闭；当甲醇模式运行出现异常情况时，甲醇喷射系统自动切断甲醇供应，吹扫阀开启，吹扫介质进入甲醇喷射系统，实现对管路及阀件内剩余甲醇的吹扫泄放，保证船舶运行及人员的安全。
本发明的具体工作过程如下，请参阅图1：
甲醇喷射过程——在主机的甲醇运行模式下，所述甲醇进液阀2接收所述主机控制系统的指令而打开，所述甲醇共轨管12内的压力为13bar的甲醇燃料通过该甲醇进液阀2输送至所述甲醇喷射阀1；所述喷射控制阀3收到所述主机控制系统的“开启”指令后打开，所述伺服油共轨管11内的压力为300bar的高压伺服油通过该喷射控制阀3进入所述甲醇喷射阀1，推动该甲醇喷射阀1的柱塞下压，将甲醇加压至喷射压力并喷入气缸；喷射完成后所述喷射控制阀3关闭，所述甲醇喷射阀1的柱塞在弹簧力作用下复位，完成一次喷射循环。
吹扫泄放过程——当所述主机由甲醇运行模式转换至柴油运行模式时，或者甲醇运行模式出现异常情况时，所述主机控制系统指令所述喷射控制阀3和甲醇进液阀2关闭，同时两个吹扫阀4和所述吹扫泄放阀10打开，吹扫介质通过一个吹扫阀4吹扫所述甲醇喷射阀1内的含油甲醇，并且通过所述吹扫泄放阀10泄放至所述主机的泄放柜，吹扫介质通过另一个甲醇喷射阀1将所述甲醇共轨管12内的甲醇吹扫回所述甲醇日用柜。
本发明要求的保护范围不仅限于上述实施例，也应包括其它对本发明显而易见的变换和替代方案。
Claims (7)
1.一种船用双燃料低速柴油机的甲醇喷射系统，所述船用双燃料低速柴油机的主机包括气缸、主机控制系统、机带泵、甲醇日用柜和泄放柜；其特征在于：所述的甲醇喷射系统包括有：
甲醇喷射阀，设置于所述气缸上，集成有甲醇的加压及喷射功能；
甲醇共轨管，与所述甲醇日用柜连接，用于输送甲醇燃料；
甲醇进液阀，上游端连接所述甲醇共轨管，下游端连接所述甲醇喷射阀，该甲醇进液阀连接所述主机控制系统且由该主机控制系统控制，用于控制甲醇的进入；
伺服油共轨管，与所述机带泵连接，用于输送伺服油；
喷射控制阀，上游端连接所述伺服油共轨管，下游端连接所述甲醇喷射阀，该喷射控制阀连接所述主机控制系统且由该主机控制系统控制，用于控制所述甲醇喷射阀的启动；
减压阀，上游端连接所述伺服油共轨管，用于将伺服油减压至设定压力的密封油；
密封油控制阀，上游端连接所述减压阀的下游端，下游端连接所述甲醇喷射阀，该密封油控制阀连接所述主机控制系统且由该主机控制系统控制，用于控制密封油进入所述甲醇喷射阀，以防止甲醇倒流；
压力传感器，设置于所述甲醇喷射阀上且与所述主机控制系统连接，用于监测所述甲醇喷射阀的甲醇喷射压力，并反馈至所述主机控制系统；
两个吹扫阀，一个吹扫阀与所述甲醇喷射阀连接，另一个吹扫阀连接于所述甲醇共轨管与甲醇进液阀之间的管路上，所述吹扫阀连接所述主机控制系统且由该主机控制系统控制，用于控制吹扫介质的进入；
吹扫泄放阀，连接于所述甲醇喷射阀与甲醇进液阀之间的管路上，并且与所述泄放柜连接，用于泄放由所述甲醇喷射阀内吹扫出的甲醇；
所述的甲醇喷射系统在不同工况下完成所述主机的甲醇喷射和吹扫泄放。
2.根据权利要求1所述的船用双燃料低速柴油机的甲醇喷射系统，其特征在于：所述的甲醇喷射系统还包括有：
甲醇蓄压器，连接于所述甲醇喷射阀与甲醇进液阀之间的管路上，用于吸收管路中甲醇产生的脉冲压力波动，维持压力稳定；
伺服油蓄压器，连接于所述甲醇喷射阀与喷射控制阀之间的管路上，用于吸收管路中伺服油产生的脉冲压力波动，维持压力稳定。
3.根据权利要求1所述的船用双燃料低速柴油机的甲醇喷射系统，其特征在于：当所述主机控制系统切断甲醇的喷射时，所述吹扫阀打开，吹扫介质对甲醇喷射系统内的剩余甲醇进行吹扫泄放。
4.根据权利要求1所述的船用双燃料低速柴油机的甲醇喷射系统，其特征在于：所述的喷射控制阀收到所述主机控制系统的开启指令后，控制伺服油进入所述甲醇喷射阀，将甲醇加压至压力600bar并喷入气缸。
5.根据权利要求1所述的船用双燃料低速柴油机的甲醇喷射系统，其特征在于：所述的压力传感器检测到所述甲醇喷射阀的喷射压力偏离正常工作范围，则所述主机控制系统发出指令，关闭所述甲醇进液阀，切断甲醇的供应及喷射，所述主机切换至柴油运行模式。
6.根据权利要求1所述的船用双燃料低速柴油机的甲醇喷射系统，其特征在于：所述的甲醇喷射系统在不同工况下完成所述主机的甲醇喷射和吹扫泄放包括：
甲醇喷射过程——在主机的甲醇运行模式下，所述甲醇进液阀打开，所述甲醇共轨管内的甲醇输送至所述甲醇喷射阀，所述喷射控制阀收到所述主机控制系统的指令后打开，所述伺服油共轨管内的高压伺服油进入所述甲醇喷射阀，将甲醇加压至喷射压力并喷入气缸，喷射完成后所述喷射控制阀关闭，完成一次喷射；
吹扫泄放过程——当所述主机由甲醇运行模式转换至柴油运行模式时，或者甲醇运行模式出现异常情况时，所述主机控制系统指令所述喷射控制阀和甲醇进液阀关闭，同时两个吹扫阀和所述吹扫泄放阀打开，吹扫介质通过一个吹扫阀吹扫所述甲醇喷射阀内的含油甲醇，并且通过所述吹扫泄放阀泄放至所述泄放柜，吹扫介质通过另一个甲醇喷射阀将所述甲醇共轨管内的甲醇吹扫回至所述甲醇日用柜。
7.根据权利要求6所述的船用双燃料低速柴油机的甲醇喷射系统，其特征在于：所述的甲醇共轨管内的甲醇的压力为13bar，所述伺服油共轨管内的高压伺服油的压力为300bar。
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