CN215595747U - 气体机 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种气体机，包括：燃气管路；设于燃气管路的燃气组分传感器，用于检测燃气管路内的燃气组分；处理模块，与燃气组分传感器连接，用于根据燃气组分确定实际燃气低热值，并在实际燃气低热值大于预设燃气低热值时，控制燃气管路的燃气阀减小开度；处理模块，还用于在实际燃气低热值小于或等于预设燃气低热值时，控制燃气管路的燃气阀增大开度。本实用新型提供的气体机在检测到实际燃气低热值大于预设燃气低热值时，减小燃气流量而在实际燃气低热值小于预设燃气低热值，则增大燃气流量，避免因燃气组分变化导致气体机爆震或失火，解决了启动困难的问题，且改善了气体机的稳定性，并且提高了气体机对各类沼气、油田伴生气起源的适应性。

Description

气体机

技术领域

本实用新型涉及燃气动力技术，尤其涉及一种气体机

背景技术

发动机是一种能够把其他形式的能量转化为机械能的机器。而气动机是发动机的一种。

气体机先将空气与燃气进行混合，再对混合后的气体进行点火，从而启动使得气体机启动。

但气体机内燃气的成分变化较大，使得空燃比过大，或者空燃比过小，超出了气体机的着火极限，从而使得气体机启动困难。

实用新型内容

本实用新型提供一种气体机，用以解决气体机启动困难的问题。

一方面，本实用新型提供一种气体机，包括：

燃气管路；

燃气组分传感器，设于所述燃气管路，用于检测所述燃气管路内的燃气组分；

处理模块，与所述燃气组分传感器连接，用于根据所述燃气组分确定实际燃气低热值，并在实际燃气低热值大于预设燃气低热值时，控制所述燃气管路的燃气阀减小开度；

所述处理模块，还用于在所述实际燃气低热值小于或等于预设燃气低热值时，控制所述燃气管路的燃气阀增大开度。

在一实施例中，所述处理模块，还用于根据所述燃气组分确定抗爆震因子，并在当前确定的抗爆震因子大于上一次确定的抗爆震因子时，增大所述气体机的点火提前角。

在一实施例中，所述处理模块，还用于在当前确定的抗爆震因子大于第一预设抗爆震因子且当前确定的抗爆震因子大于上一次确定的抗爆震因子时，增大所述气体机的点火提前角。

在一实施例中，所述处理模块，还用于根据所述燃气组分确定抗爆震因子，并在当前确定的抗爆震因子小于上一次确定的抗爆震因子时，减小所述气体机的点火提前角。

在一实施例中，所述处理模块，还用于在当前确定的抗爆震因子小于第一预设抗爆震因子且当前确定的抗爆震因子小于上一次确定的抗爆震因子时，减小所述气体机点火提前角。

在一实施例中，所述处理模块，还用于根据所述燃气组分确定抗爆震因子，并在当前确定的抗爆震因子大于上一次确定的抗爆震因子时，减小过量空气系数，以减小所述气体机内空气与燃气的比值。

在一实施例中，所述处理模块，还用于在当前确定的抗爆震因子大于第二预设抗爆震因子且当前确定的抗爆震因子大于上一次确定的抗爆震因子时，减小过量空气系数。

在一实施例中，所述处理模块还用于根据所述燃气组分确定抗爆震因子，并在当前确定的抗爆震因子小于上一次确定的抗爆震因子时，增大过量空气系数，以增大空气与燃气的比值。

在一实施例中，所述处理模块，还用于在当前确定的抗爆震因子小于第二预设抗爆震因子且当前确定的抗爆震因子小于上一次确定的抗爆震因子时，增大过量空气系数，以增大空气与燃气的比值。

在一实施例中，所述处理模块，还用于修正充气效率模型，以减小或者增大所述燃气阀的开度。

本实用新型提供的气体机，气体机包括燃气管路、设置于燃气管路的燃气组分传感器以及与燃气组分传感器连接的处理模块，燃气组分传感器检测燃气管路内的燃气组分，处理模块通过燃气组分确定实际燃气低热值，并比较实际燃气低热值与预设燃气低热值，在当实际燃气低热值大于预设燃气低热值时，控制燃气管路的燃气阀减小开度以减小燃气流量，而在当实际燃气低热值小于预设燃气低热值时，控制燃气管路的燃气阀增大开度。本实用新型中，气体机在检测到实际燃气低热值大于预设燃气低热值时，减小燃气阀开度以减小燃气流量而在实际燃气低热值小于预设燃气低热值，则增大燃气阀开度以增大燃气流量，避免因燃气组分变化导致气体机爆震或失火，解决了启动困难的问题，且改善了气体机的稳定性，并且提高了气体机对各类沼气、油田伴生气起源的适应性。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。

图1为本实用新型气体机的结构示意图；

图2为本实用新型气体机调整燃气流量的简易流程图；

图3为本实用新型气体机调整点火提前角的简易流程图；

图4为本实用新型气体机调整空燃比的简易流程图。

通过上述附图，已示出本公开明确的实施例，后文中将有更详细的描述。这些附图和文字描述并不是为了通过任何方式限制本公开构思的范围，而是通过参考特定实施例为本领域技术人员说明本公开的概念。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本公开相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本公开的一些方面相一致的装置和方法的例子。

当前，发动机运行时一般采用氧传感器闭环控制的方法。当燃气成分波动大时，发动机的响应慢、稳定性差，影响功率输出。该方法对燃气成分经常变化的油田伴生气和沼气适应性较差，经常出现爆震或失火，也即燃气成分差异大导致发动机起动困难设置无法成功起动。为了降低发动机的启动难度，技术人员标定发动机的起动数据，基于启动数据减小了机组运行效率，但这样造成服务成本的增加。

基于此，本实用新型提供一种气体机。气体机可以是用于发电用的装置，且气体机通过燃气进行发电。参照图1，气体机设有燃气管路1、燃气组分传感器2、处理模块3、燃气阀4、空气管路5、混合器6、增压器压力器7、增压器涡轮机8、燃烧室9以及发电组件10。其中，燃气管路1设有燃气组成传感器2，用于检测燃气管路1内的燃气组分。处理模块3与燃气传感器2连接，图1中的虚线将处理模块3与燃气组分传感器2连接，处理模块可以是电子控制单元(Electronic Control Unit，简称ECU)，也可以是中央处理器(central processingunit，简称CPU)。燃气管1还设有燃气阀4，气体机通过燃气阀4控制进入混合器6的燃气流量。

在气体机运行时，燃气从燃气管理1进入混合器6，且空气从空气管路5进入混合器6，使得燃气与空气在混合器6中进行混合，混合后的气体进入增压器压力器7进行增压，增压后的混合气体再进入增压器涡轮机8，增压器涡轮机8再将增压的混合气体送入燃烧室9内进行燃烧，燃烧室9将混合气体进行燃烧，并通过发电组件10将燃烧得到的热能转换为电能。燃气气体进入燃气组分传感器后，气体进入燃气组分传感器的特氟纶薄膜到达电极，根据不同的燃气组分会发生不同的电化学反应，也即不同燃气组分到达电极后就会被氧化，氧化反应使电子通过外电路从工作电极流向极板，形成电流，与气体浓互成比例，接着气体检测仪内部对电流进行检测放大，输出后进行测量，测量的数据即为该燃气组分的浓度。燃气传感器根据各个燃气组分对应的浓度即可得到各个燃气组分的比例。

在气体机运行过程中，燃气组分传感器2实时检测燃气管路1内的燃气组分。燃气组分传感器将检测的燃气组分传输至处理模块3。处理模块3通过燃气组分计算实际燃气低热值。燃气低热值即为燃气低位热值，指的是规定量的气体完全燃烧、燃烧产物的温度与天然气初始温度相同、且在燃烧过程所生成的水蒸汽保持气相，而释放出的热量。

处理模块3在得到燃气组分后，基于燃气组分得到各个组分之间的比例，并在组分中确定能够燃烧的目标组分，基于目标组分的比例换算出每个目标组分的体积，且获取目标组分的热值，通过公式Q＝Vq计算出每个目标组成所释放的热量Q，V为体积，q为目标组分的热值，处理模块3 通过各个目标组分的总热量除以燃气的体积即可得到实际燃气低热值。例如，燃气包括A、B、C、D四个组分，A、B、C、D四个组分的比例为5:2:2:1，其中，D组分为不可燃气的组分，而A、B、C三种组分可燃烧；规定量的体积为1dm³，且A的热值为a，B的热值为b，C的热值为D，则燃气低热值＝0.5a+0.2b+0.2c。

气体机中设置有预设燃气低热值，预设燃气低热值为经验值。处理模块 3在基于燃气组分得到实际燃气低热值后，获取预设燃气低热值，并比较实际燃气低热值与预设燃气低热值之间的大小。在当实际燃气低热值大于预设燃气低热值时，燃气品质较好，空气与燃气的比例较大，也即空燃比过浓，此时，有可能导致混合气体无法着火。对此，处理模块3控制燃气4减小开度，从而减小燃气流量，避免空燃比过浓导致混合气体无法点火。在当实际燃气低热值小于预设燃气低热值时，燃气品质较差，空燃比较小，也即空燃比较稀，也可能导致混合气体无法着火，此时，处理模块控制燃气阀4增大开度，从而增大燃气流量，避免空燃比过烯导致混合气体无法着火。

处理模块3通过在实际燃气低热值与预设燃气低热值的比对，并根据比对结果调整燃气的流量，从而使得空燃比维持在一个较佳的范围内，避免空燃比过稀或者过浓导致混合气体无法着火。同时，能够提高气体机中发动机对各类沼气、油田伴生气气源的适应性，也即气体机采用任何气源均可保证点火成功且避免爆震，提高了气体机的工作稳定性。

在本实施例提供的技术方案中，气体机包括燃气管路、设置于燃气管路的燃气组分传感器以及与燃气组分传感器连接的处理模块，燃气组分传感器检测燃气管路内的燃气组分，处理模块通过燃气组分确定实际燃气低热值，并比较实际燃气低热值与预设燃气低热值，在当实际燃气低热值大于预设燃气低热值时，控制燃气管路的燃气阀减小开度以减小燃气流量，而在当实际燃气低热值小于预设燃气低热值时，控制燃气管路的燃气阀增大开度。本实用新型中，气体机在检测到实际燃气低热值大于预设燃气低热值时，减小燃气阀开度以减小燃气流量而在实际燃气低热值小于预设燃气低热值，则增大燃气阀开度以增大燃气流量，避免因燃气组分变化导致气体机爆震或失火，解决了启动困难的问题，且改善了气体机的稳定性，并且提高了气体机对各类沼气、油田伴生气起源的适应性。

在一实施例中，气体机中设置有充气效率(volumetric efficiency，简称VE)模型。处理模块2，还用于修正充气效率模型以减小或者增大燃气阀的开度。参照图2，图2为气体机通过VE模型调整燃气流量的简易流程图。

发动机启动，也即气体机启动，先获取预设燃气低热值LHV，且通过燃气组分传感器获得的燃气组分得到实际测得的燃气低热值 LHV。

在当IF量测值(IF量测值即为实际测得的燃气低热值LHV)小于设定值(设定值为设定燃气低热值LHV)，则修正VE模型，增大起动燃气流量，从而得到最优空燃比。在当IF量测值大于设定值，修正VE模型，减小起动燃气流量，输出最优空燃比。

在本实施例中，在气体机的燃气管路增加燃气组分传感器，采集实时燃气属性参数，基于燃气属性参数修正起动时燃气流量，使得发动机起动过程中保持最佳的着火空燃比，避免燃气过浓或过稀导致发动机不点火。

在一实施例中，处理模块3，还用于根据燃气组分确定抗爆震因子，并在当前确定的抗爆震因子大于上一次确定的抗爆震因子时，增大气体机的点火提前角。具体的，处理模块3通过燃气组分传感器检测的燃气组成计算出实时燃气属性，再根据实时燃气属换算成抗爆震因子。抗爆震因子越大，代表燃气抗爆震能力越强。例如，燃气为沼气时，沼气气源由于含惰性气体较多,所以沼气的抗爆震能力会强，抗爆震因子都会大于1。油田伴生气气源因含丙烷和乙烷等热值高的成分较多，抗爆震能力会较差，抗爆震因子都会小于1。可以理解的是，抗爆震因子和燃气组分的变化有关，若是燃气中热值高的成分比重大，则燃气的抗爆震因子较小；若燃气中惰性成分较多，则抗爆震因子较大。

燃气组分传感器2实时获取燃气管路1内的燃气组分，因而处理模块 3可以实时计算抗爆震因子。具体的，处理模块基于燃气组分计算出每种燃气组分的甲烷值，通过每种燃气组分的甲烷值计算出燃气的甲烷值，再通过甲烷值与抗爆震因子之间的换算公式将甲烷值进行换算得到抗爆震因子。处理模块3比较当前确定的抗爆震因子以及上一次获取的抗爆震因子，若当前确定的抗爆震因子大于上一次确定的抗爆震因子，则燃气品质热值变低，此时，处理模块增大点火提前角，使得燃烧提前，避免失火发生。

进一步的，气体机中设置有第一预设抗爆震因子。处理模块3在得到当前的抗爆震因子后，比对抗爆震因子与第一预设抗爆震因子。若是当前确定的抗爆震因子大于第一预设抗爆震因子，且当前确定的抗爆震因子大于上一次确定的抗爆震因子，则增大点火提前角。

在当前确定的抗爆震因子小于上一次确定的抗爆震因子，则燃气品质热值变高，此时，处理模块减小点火提前角，使得燃烧变缓，避免发生爆震。进一步的，气体机中设置有第一预设抗爆震因子。处理模块3在得到当前的抗爆震因子后，比对抗爆震因子与第一预设抗爆震因子。若是当前确定的抗爆震因子小于第一预设抗爆震因子，且当前确定的抗爆震因子小于上一次确定的抗爆震因子，则减小点火提前角。

此外，处理模块3还可以直接基于抗爆震因子与第一预设抗爆震因子的大小增大或者减小点火提前角。具体参照图3。

如图3所示，处理模块3基于燃气组分传感器3检测燃气组分的带燃气组分甲烷值，并将燃气组分甲烷值转化为抗爆震因子。处理模块3提取基础设定值(基础设定值即为第一预设抗爆震因子)，再比对IF抗爆震因子(IF抗爆震因子即为处理模块3计算的抗爆震因子)与基础设定值的大小。若是IF抗爆震因子大于基础设定值，则增大基础点火提前角map；若是IF抗爆震因子小于基础设定值，则减小基础点火提前角map。

在本实施例中，在当燃气成分波动时，基于实时采集的燃气属性参数对基础点火提前角进行前馈修正，使点火提前角和空燃比在最佳工作窗口期内，有效避免爆震和失火的发生。

在一实施例中，处理模块3，还用于根据燃气组分确定抗爆震因子，并在当前确定的抗爆震因子大于上一次确定的抗爆震因子时，减小过量空气系数lambda，以减小气体机内空气与燃气的比值。空气与燃气的比值指的是空气质量与燃气质量的比值，简称为空燃比。

具体的，处理模块3通过燃气组分传感器检测的燃气组成计算出实时燃气属性，再根据实时燃气属换算成抗爆震因子。抗爆震因子越大，代表燃气抗爆震能力越强。例如，燃气为沼气时，沼气气源由于含惰性气体较多,所以沼气的抗爆震能力会强，抗爆震因子都会大于1。油田伴生气气源因含丙烷和乙烷等热值高的成分较多，抗爆震能力会较差，抗爆震因子都会小于1。可以理解的是，抗爆震因子和燃气组分的变化有关，若是燃气中热值高的成分比重大，则燃气的抗爆震因子较小；若燃气中惰性成分较多，则抗爆震因子较大。

燃气组分传感器2实时获取燃气管路1内的燃气组分，因而处理模块3可以实时计算抗爆震因子。具体的，处理模块基于燃气组分计算出每种燃气组分的甲烷值，并将甲烷值进行换算得到抗爆震因子。处理模块3比较当前确定的抗爆震因子以及上一次获取的抗爆震因子，若当前确定的抗爆震因子大于上一次确定的抗爆震因子，则燃气品质热值变低，此时，处理模块减小过量空气系数，以减小气体机内空气与燃气的比值，使得燃烧提前，避免失火发生。

进一步的，气体机中设置有第二预设抗爆震因子。处理模块3在得到当前的抗爆震因子后，比对抗爆震因子与第二预设抗爆震因子。若是当前确定的抗爆震因子大于第二预设抗爆震因子，且当前确定的抗爆震因子大于上一次确定的抗爆震因子，则减小过量空气系数，以减小气体机内空气与燃气的比值。

在当前确定的抗爆震因子小于上一次确定的抗爆震因子，则燃气品质热值变高，此时，处理模块增大过量空气系数，以增大空气与燃气的比值，使得燃烧变缓，避免发生爆震，同事可以降低发动机热负荷，提高热效率。进一步的，气体机中设置有第二预设抗爆震因子。处理模块3在得到当前的抗爆震因子后，比对抗爆震因子与第二预设抗爆震因子。若是当前确定的抗爆震因子小于第二预设抗爆震因子，且当前确定的抗爆震因子小于上一次确定的抗爆震因子，则增大过量空气系数 lambda，以增大空气与燃气的比值。

此外，处理模块3还可以直接基于抗爆震因子与第二预设抗爆震因子的大小增大或者减小点火提前角。具体参照图4。

如图4所示，处理模块3基于燃气组分传感器3检测燃气组分的带燃气组分甲烷值，并将燃气组分甲烷值转化为抗爆震因子。处理模块3提取基础设定值(基础设定值即为第二预设抗爆震因子)，再比对IF抗爆震因子(IF抗爆震因子即为处理模块3计算的抗爆震因子)与基础设定值的大小。若是IF抗爆震因子大于基础设定值，则减小lambda基础设定值map，也即减小过量空气系数；若是IF抗爆震因子小于基础设定值，则增大 lambda基础设定值map，也即增大过量空气系数。

在本实施例中，燃气成分波动时，基于实时采集的燃气属性参数对基础设定lambda值进行前馈修正，使空燃比在最佳工作窗口期内，有效避免爆震和失火的发生，实现大负荷点不降载，发动机稳定运行。通过把实时采集的燃气属性参数，运用到发动机的前馈控制，当发动机燃气成分波动较大时，也能够实现发动机顺利起动及大负荷点稳定运行。

在一实施例中，处理模块3在基于燃气组分传感器检测的燃气组分后，基于燃气组分计算抗爆震因子，若是抗爆震因子是变大的，也即当前获取的抗爆震因子大于上一次获取的抗爆震因子，则增大点火提前角以及减小过量空气系数。若是抗爆震因子是变小的，也即当前获取的抗爆震因子小于上一次获取的抗爆震因子，则减小点火提前角以及增大过量空气系数。

进一步，当前获取的抗爆震因子大于上一次获取的抗爆震因子且前获取的抗爆震因子大于第三预设抗爆震因子，则增大点火提前角以及减小过量空气系数。当前获取的抗爆震因子小于上一次获取的抗爆震因子且前获取的抗爆震因子小于第三预设抗爆震因子，则减小点火提前角以及增大过量空气系数。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的实用新型后，将容易想到本公开的其它实施方案。本实用新型旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的真正范围和精神由下面的权利要求书指出。

应当理解的是，本公开并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本公开的范围仅由所附的权利要求书来限制。

Claims (10)

1.一种气体机，其特征在于，包括：

燃气管路；

燃气组分传感器，设于所述燃气管路，用于检测所述燃气管路内的燃气组分；

处理模块，与所述燃气组分传感器连接，用于根据所述燃气组分确定实际燃气低热值，并在实际燃气低热值大于预设燃气低热值时，控制所述燃气管路的燃气阀减小开度；

所述处理模块，还用于在所述实际燃气低热值小于或等于预设燃气低热值时，控制所述燃气管路的燃气阀增大开度。

2.根据权利要求1所述的气体机，其特征在于，所述处理模块，还用于根据所述燃气组分确定抗爆震因子，并在当前确定的抗爆震因子大于上一次确定的抗爆震因子时，增大所述气体机的点火提前角。

3.根据权利要求2所述的气体机，其特征在于，所述处理模块，还用于在当前确定的抗爆震因子大于第一预设抗爆震因子且当前确定的抗爆震因子大于上一次确定的抗爆震因子时，增大所述气体机的点火提前角。

4.根据权利要求1所述的气体机，其特征在于，所述处理模块，还用于根据所述燃气组分确定抗爆震因子，并在当前确定的抗爆震因子小于上一次确定的抗爆震因子时，减小所述气体机的点火提前角。

5.根据权利要求4所述的气体机，其特征在于，所述处理模块，还用于在当前确定的抗爆震因子小于第一预设抗爆震因子且当前确定的抗爆震因子小于上一次确定的抗爆震因子时，减小所述气体机点火提前角。

6.根据权利要求1所述的气体机，其特征在于，所述处理模块，还用于根据所述燃气组分确定抗爆震因子，并在当前确定的抗爆震因子大于上一次确定的抗爆震因子时，减小过量空气系数，以减小所述气体机内空气与燃气的比值。

7.根据权利要求6所述的气体机，其特征在于，所述处理模块，还用于在当前确定的抗爆震因子大于第二预设抗爆震因子且当前确定的抗爆震因子大于上一次确定的抗爆震因子时，减小过量空气系数。

8.根据权利要求1所述的气体机，其特征在于，所述处理模块还用于根据所述燃气组分确定抗爆震因子，并在当前确定的抗爆震因子小于上一次确定的抗爆震因子时，增大过量空气系数，以增大空气与燃气的比值。

9.根据权利要求8所述的气体机，其特征在于，所述处理模块，还用于在当前确定的抗爆震因子小于第二预设抗爆震因子且当前确定的抗爆震因子小于上一次确定的抗爆震因子时，增大过量空气系数，以增大空气与燃气的比值。

10.根据权利要求1-9中任一项所述的气体机，其特征在于，所述处理模块，还用于修正充气效率模型，以减小或者增大所述燃气阀的开度。

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