CN212508532U - 变负荷天然气发动机气门与增压器润滑装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了变负荷天然气发动机气门与增压器润滑装置，包括废气涡轮增压器、压力传感器、回流油箱、溢流阀、集成控制模块、润滑油泵给油系统、进油控制阀，所述的废气涡轮增压器左右两侧设有压力传感器，所述的废气涡轮增压器下端右侧设有回流油箱，所述的回流油箱外壁设有溢流阀，所述的废气涡轮增压器右侧下方设有集成控制模块，所述的废气涡轮增压器左侧下方设有润滑油泵给油系统，所述的润滑油泵给油系统外壁设有进油控制阀。本申请采用混合前和混合后的两路燃气压力测量及反馈系统，通过专用的截留阀门，对增压器和气门的润滑油供应压力及流量进行动态的控制，有效的解决了低负荷和突变负荷情况下，增压器和气门润滑油供应问题。

Description

变负荷天然气发动机气门与增压器润滑装置

技术领域

本实用新型涉及润滑装置，尤其涉及变负荷天然气发动机气门与增压器润滑装置。

背景技术

燃气发动机作为稳定负荷动力源和变负荷动力源两种不同工况时，对于润滑系统的要求是不同的，前期天然气发动机由于燃料密度低，无法满足变负荷特别是突变负荷较大的实际工况，因此传统天然气发动机均按照稳定负荷特性设计的润滑系统。

在天然气发动机应对突变负荷的技术得到突破发展后，天然气发动机已经可以作为突变负荷动力源，但其应用于低负荷及突变负荷时，前期设计的润滑系统在气门润滑和增压器润滑适应性差的问题凸显出来。

1、发动机在低负荷运行时，如低于额定功率的20％以下运行时。

2、发动机在突变负荷运行时，如负荷瞬时突变超过额定功率的50％时。

涡轮增压系统在部分载荷时(特别是非常低的负荷运行)，吸入燃气的压力开始下降和波动，进气管大幅度的压力变化使增压器和进气门的润滑变差。燃气机一般以满负荷时设计气门润滑，长时间低负荷运行，润滑系统的润滑油会泄露进入混合后的燃气，将会导致润滑油消耗量剧增，而且在气缸内燃烧后会导致积炭，会缩短燃气机的使用寿命。低负荷及变负荷状况下通过监测增压器混合前和混合后燃气的压力条件，实现对润滑系统的自动节流控制，通过自动截留阀组将润滑油的供应量、供应压力调整到合适，即保证高负荷时候润滑正常，又在长期低负荷时候不出现润滑油泄露到进气系统，从而在燃烧室内参与燃烧，出现润滑油消耗增加，缸内积碳等影响燃气机长期稳定运行的状况。鉴于以上缺陷，实有必要设计变负荷天然气发动机气门与增压器润滑装置。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题在于：提供变负荷天然气发动机气门与增压器润滑装置，来解决背景技术提出的问题。

为解决上述技术问题，本实用新型的技术方案是：变负荷天然气发动机气门与增压器润滑装置，包括废气涡轮增压器、压力传感器、回流油箱、溢流阀、集成控制模块、润滑油泵给油系统、进油控制阀，所述的废气涡轮增压器左右两侧设有压力传感器，所述的废气涡轮增压器下端右侧设有回流油箱，所述的回流油箱外壁设有溢流阀，所述的废气涡轮增压器右侧下方设有集成控制模块，所述的废气涡轮增压器左侧下方设有润滑油泵给油系统，所述的润滑油泵给油系统外壁设有进油控制阀。

与现有技术相比，该变负荷天然气发动机气门与增压器润滑装置，采用混合前和混合后的两路燃气压力测量及反馈系统，通过专用的截留阀门，对增压器和气门的润滑油供应压力及流量进行动态的控制，有效的解决了低负荷和突变负荷情况下，增压器和气门润滑油供应问题。与天然气发动机传统的固定压力润滑油供应系统显著不同的是，变负荷天然气发动机增压与气门润滑系统专门为适应动力输出变化时，润滑油供油系统却不能跟随变化的情况，改善这一弊端，使得改善后的润滑油供应系统能够动态的与发动机负荷及突变需求相匹配，在增压器轴承和气门导管间的润滑油均实现压力均衡，既能够保证有效的润滑，又不会因为压力过大而溢流到混合燃气中，并在气缸内进行燃烧，导致润滑油消耗过大，且气缸内积碳现象严重的问题。

附图说明

图1是变负荷天然气发动机气门与增压器润滑装置的基本原理流程说明图。

废气涡轮增压器1、压力传感器2、回流油箱3、溢流阀4、集成控制模块5、润滑油泵给油系统6、进油控制阀7。

如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明。

具体实施方式

在下文中，阐述了多种特定细节，以便提供对构成所描述实施例基础的概念的透彻理解。然而，对本领域的技术人员来说，很显然所描述的实施例可以在没有这些特定细节中的一些或者全部的情况下来实践。在其他情况下，没有具体描述众所周知的处理步骤。

如图1所示，变负荷天然气发动机气门与增压器润滑装置，包括废气涡轮增压器1、压力传感器2、回流油箱3、溢流阀4、集成控制模块5、润滑油泵给油系统6、进油控制阀7，所述的废气涡轮增压器1左右两侧设有压力传感器2，所述的废气涡轮增压器1下端右侧设有回流油箱3，所述的回流油箱3外壁设有溢流阀4，所述的废气涡轮增压器1右侧下方设有集成控制模块5，所述的废气涡轮增压器1左侧下方设有润滑油泵给油系统6，所述的润滑油泵给油系统6外壁设有进油控制阀7。

该变负荷天然气发动机气门与增压器润滑装置，采集发动机运行的信号，包括燃烧信号(缸温、排温)、转速、压力、燃气条件、各主要部件状态，采集增压器混合燃气进出的信号，确定润滑系统的润滑条件，通过查询经验数据曲线，来确定增压器润滑系统的进油阀开度，实现润滑油供给量和压力的调整，同时通过溢流阀的控制，防止润滑油进入燃气系统而进入燃烧室。通过查询经验数据曲线，来确定进气门溢流阀的控制，防止润滑油进入燃烧室。为了防止因为阀门堵塞导致润滑油压力过低，产生增压器轴承磨损和气门磨损的意外情况，在润滑油压力低于一定值的时候进行声光报警，以便让维护人员及时检查维护，在润滑压力极低的特殊状况下，紧急切断发动机的运行，实现对主要部件的有效保护。

本发明所述的变负荷天然气发动机气门与增压器润滑系统，核心在于两点，第一是发动机中天然气与空气混合前压力和混合后压力的测量反馈装置，第二是针对发动机增压器和气门供应润滑油系统截留阀门的控制及动态匹配的响应。采用机械膜片式压力传感器，对天然气与空气混合前及混合后的压力动态测量，按照压力差的大小来分析确定增压器及气门中润滑油所处的实际状态，混合前的压力过低时，润滑油将会被“负吸”进入燃气中，然后经过增压器增压进入燃烧室，增压后的压力低时，气门的润滑系统压力失衡，润滑油供油压力高，压差变大导致润滑油通过导管泄露到燃烧室中。通过膜片式压力传感器的测量反馈，利用燃气压力的变化信号来动态调整润滑油截留阀门的开度，以控制进入增压器润滑系统和气门导管间隙中润滑油的压力和流量。实现既能够较好的润滑又不出现润滑油的泄露进入燃烧室的目的。为了确保润滑油截留控制系统的可靠性，防止因相关阀门堵塞或者润滑油压力过低产生增压器轴承磨损和气门磨损的意外情况，在截留阀后增加润滑油压力的测量，保证在润滑油压力低于一定值的时候进行报警，以便让维护人员及时检查维护，在润滑压力极低的特殊状况下，如果可能对增压器轴承等核心部件产生重大损伤时，紧急切断发动机的运行，实现有效的保护。

本技术投入实际应用后，首先实现了天然气燃料的发动机气门与增压器润滑系统对突变负荷和低负荷运行工况的适应。在发动机负荷波动和极低负荷时，通过功率和燃气压力信号的反馈来调节阀门的流量，防止润滑油因压力失衡进入燃烧室，同时又有效的保证了正常的润滑性能。根据实际监测，未增加此系统时，在极低负荷状况运行时，一般在发动机额定负荷的10％-20％左右时，润滑油的运行消耗率为3g/kWh(不包括润滑油失效更换的消耗)，且经运行2000h拆检时发现，活塞上表面存在明显积碳，已经对发动机性能产生影响，需要清理燃烧室后继续运行。在增加了此系统后，在同样低负荷情况进行现场测试，润滑油的消耗率为1.5g/kWh，经运行2000h小时拆检，活塞表面仅存在轻微积碳，不影响发动机继续使用。在未增加此系统时，在突变负荷条件下进行测试，参考钻机实际工况，突变条件为突加50％额定负荷和突卸100％额定负荷，在累计运行100h时，增压器润滑系统和气门导管存在明显的润滑油溢出现象，且在突卸负荷时，燃烧室内温度传感器存在突变现象，燃烧室平均温度瞬间增幅超过100℃，此种状况应是由润滑油瞬间进入燃烧室参与燃烧，对缸内燃烧状况影响所致。在增加此系统后，按照钻机实际工况测试，突变条件为突加50％额定负荷和突卸100％额定负荷，在累计运行100h时，拆检增压器润滑系统和气门导管未发现明显的润滑油溢出现象，在突卸负荷时，燃烧室内温度传感器无温度突变情况发生。以上两项关键的实际测试参数表明，该技术的应用，有效的实现了低负荷和突加突卸负荷时润滑系统得到了有效的控制，一方面防止润滑油进入燃烧室，影响燃烧状况且产生积碳，一方面节约了润滑降低了成本。

该技术已经在我国西部地区中石油的钻井公司投入应用，累计完井50多口。比如在中石油榆林区块某井，采用1000kW天然气钻井动力主机替代现场的柴油主动力机组，进行了润滑系统的改进并实际应用测试，完井井深3550米，钻井周期34天，低负荷期为55％，突加负荷最高为额定功率52％，综合测量润滑油消耗为1.5g/kWh。经过2000h运行后拆建气缸盖，未发现严重积碳现象。该技术在中石油钻机上的应用中运行过程中，除了达到以上预期的效果外，并未出现因润滑系统改造而产生其他相关故障，证明该技术应用具有可行性及可靠性。

Claims (1)

1.变负荷天然气发动机气门与增压器润滑装置，其特征在于包括废气涡轮增压器、压力传感器、回流油箱、溢流阀、集成控制模块、润滑油泵给油系统、进油控制阀，所述的废气涡轮增压器左右两侧设有压力传感器，所述的废气涡轮增压器下端右侧设有回流油箱，所述的回流油箱外壁设有溢流阀，所述的废气涡轮增压器右侧下方设有集成控制模块，所述的废气涡轮增压器左侧下方设有润滑油泵给油系统，所述的润滑油泵给油系统外壁设有进油控制阀。

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