1, het basisconcept van man ME-C-GI dubbele brandstofmotor met lage snelheid. Momenteel gebruiken man met dubbele brandstofmotoren van de mens voornamelijk de volgende brandstoffen als de tweede brandstof: GI-methaangasinjectie, Gie-ethaangasinjectie, LGIM-methanol vloeibare gasinjectie, LGIP-Liquefied Petroleum Gas-injectie (voornamelijk samengesteld uit propaan en een kleine hoeveelheid butaan). De tweede brandstof die in dit artikel is geïntroduceerd, is een gasbrandstof die hoofdzakelijk bestaat uit methaan.
1. De belangrijkste kenmerken van LNG -vloeibaar aardgas zijn momenteel de voorkeursbrandstof voor dubbele brandstofmotoren. De hoofdcomponent is methaan, dat goed is voor ongeveer 80-85% per volume. Bovendien bevat het ook koolwaterstofverbindingen zoals ethaan, propaan, N-butaan, isobutaan, evenals stikstof, koolstofdioxide, water, waterstofsulfide en andere stoffen. Bij een druk van 0. 51mpa is de verzadigingstemperatuur ongeveer -137 graad en de vloeistofdichtheid is ongeveer 450 kg/m3 (verschillende volumeverhoudingen van methaan, ethaan en propaan beïnvloeden de dichtheid). De zelfinsitietemperatuur van methaan in lucht (101,3 kPa) is ongeveer 538 graden, terwijl het ontstekingspunt van diesel in deze toestand ongeveer 220 graden is.
2. Working principle of MAN ME-C-GI: The MAN-C-GI two-stroke engine adopts the DIESEL cycle (as shown in Figure 1), which injects ignition fuel (about 5%) into the cylinder at a certain angle near the top dead center at the end of the compression stroke, ignites the mixed gas in the cylinder through compression ignition, and then injects high-pressure gaseous LNG gas at 200-300 bar. Op dit moment is het hoge temperatuurgas dat eerder in de cilinder is verbrand, voldoende om het hogedruk-LNG-gas in de cilinder te ontsteken.
Figuur 1: Dieselcyclus Working Principle Diagram: Man Me-C-Gi Dual Fuel Two-Strek Motor Brandstofinjectie
Het besturingssysteem heeft, naast de basisbrandstofinjectiefuncties van conventionele ME-C-modellen, ook een speciaal systeem voor het regelen van de injectie van gasbrandstof. De startende, laden, lage belasting en parkeerstaten van de motor gebruiken alleen brandstof. De tweede brandstof vereist een volledig bereide brandstofgassysteem en een stabiele motorbewerking bij een bepaalde belasting voordat deze kan worden gebruikt. Wanneer het gassysteem niet goed werkt, kan het motorbesturingssysteem (ECS) onmiddellijk voorkomen dat het gassysteem werkt en alleen het brandstofsysteem uitvoeren.
2, tweede brandstofhulpsysteem
Volgens de basiskenmerken van LNG is het een typische vloeistof met lage temperatuur met een verzadigingstemperatuur (kookpunt) van ongeveer -162. 5 graden bij standaard atmosferische druk. ME-GI-motoren vereisen hogedrukgas op 200-300 balk en 40-50 graad. Het transformeren van brandstof van een vloeistof op een lage temperatuur naar een hogedrukgas vereist meerdere stadia van conversie, en veiligheid en betrouwbaarheid zijn de primaire overwegingen. Een redelijke oplossing is nodig voor het transport van de tweede brandstof van de opslagtank naar de motor voor gebruik en het herstel van overtollig gas, evenals voor de veiligheidsbescherming van het gehele systeem. Gasondersteund systeem, dat vloeibare brandstof van LNG-opslagtanks omzet in hogedrukgas en het veilig en betrouwbaar levert aan het gasinjectiesysteem van de motor. Het systeem omvat de volgende systemen en eenheden: het gasvoorzieningssysteem, het leidingssysteem van het gasvoorziening, de gasklepgroep, het inerte gassysteem, de uitlaatklep, externe buisventilatiesysteem, stikstofsysteem voor het detecteren van gaslekken, retoursysteem, afdichtingsoliesysteem en motorbesturingssysteem (ECS). Figuur 2 is een schematisch diagram van het door het gas geassisteerde systeem.
Figuur 2: Schematisch diagram van gasgesteund systeem
1. Het brandstofgastoevoersysteem, als een gespecialiseerd schip voor het transport van dergelijke vloeibaar gemaakt producten (zoals LNG -dragers), verschilt in het ontwerp van gashulpsystemen in vergelijking met bulkafdeling, containers en LNG -aangedreven koopvaardijvaten die dubbele brandstofmotoren gebruiken. Man heeft meerdere optionele oplossingen voor gasvoorziening ontworpen om te voldoen aan de vereisten van scheepseigenaren. Er zijn voornamelijk drie typen, en het grootste verschil tussen hen is of het kiezen van de methode om LNG in vloeibare of gasstatus te stimuleren. In vloeibare toestand is de hoofdapparatuur voor het stimuleren van de cryogene hogedrukpomp en de HP-verdamper; In de gasvormige toestand wordt de druk verhoogd met behulp van een hogedrukcompressor en intercoolers. Figuur 3 toont het vereenvoudigde proces van drie schema's.
Figuur 3: Systeemoplossing van gasvoorziening
Als een van de LNG-aangedreven handelsschepen als een voorbeeld wordt genomen, wordt een van de typische ontwerpschema's voor een gasvoorzieningssysteem weergegeven in figuur 4. Het natuurlijk verdampte gas wordt onder druk gezet door een kleine hogedrukcompressor en gemengd met de vloeistof onder druk door een lage temperatuur hoger drukpomp in de verdamping. Het gegenereerde hogedrukgas wordt aan de lage snelheidsmotor geleverd door een brandstofgaskleptrein. Het lagedruk (ongeveer 6 bar) gas dat wordt gebruikt in vier takt DF (dubbele brandstof) stroomopwekkingsmotoren en ketels wordt omgezet door verdampers en kachels.
Figuur 4: Een typisch gasvoorzieningsschema
Het besturingssysteem van het gasvoorzieningssysteem is een gespecialiseerd systeem dat niet tot het motorbesturingssysteem (ECS) behoort, maar er is een verband tussen de twee systemen. Als de drukinstelling van het gasvoorzieningssysteem afkomstig is van ECS, is de normale druk 200-300 balk, die afhankelijk is van de belasting van de motorbewerking.
2. Pijpen voor brandstofgastoevoer zijn verdeeld in dubbele wandbuizen en enkele wandbuizen. Enkele wandbuizen worden alleen gebruikt voor buissystemen die zich in open luchtgebieden bevinden, terwijl gasleidingen in afgesloten gebieden allemaal dubbele wandbuizen zijn. De binnenbuis van de dubbele ommuurde buis is gemaakt van roestvrij staal en een bepaalde ruimte moet worden achtergelaten tussen de binnen- en buitenwandbuizen voor ventilatie. De gasleidingen tussen de cilinders van de hoofdmotor nemen een kettingstructuur aan (zoals weergegeven in figuur 5), die het risico op pijpleidingschade en lekkage veroorzaakt door hoogfrequente trillingen tijdens de werking van de hoofdmotor kunnen verminderen, waardoor de veiligheid effectief wordt verbeterd. De druktestdruk van het leidingsysteem is 150% van de normale werkdruk.
Figuur 5: Dubbele ommuurde pijpen die worden gebruikt voor gasvoorziening
3. De hoofdfuncties van een brandstofgaskleptrein zijn onder meer: het leveren van gas aan het gasinjectiesysteem tijdens de werking van de motor met behulp van gas; Wanneer gas niet nodig is, snijdt u de gastoevoer af en introduceert u het gas in de buis en de klepgroep in de uitlaat; Levering inert gas om door de binnenpijp te blazen, enz. De kleppen in de klepgroep worden geregeld door EC's en werken door gecomprimeerde lucht. Gasklepgroepen worden meestal gecombineerd in inerte gassystemen, maar kunnen ook worden ontworpen als een afzonderlijke eenheid.
4. Inert gassysteem wordt voornamelijk gebruikt om inert gas te blazen (momenteel wordt stikstof aanbevolen als het inerte gas) in de gaspijpleiding indien nodig, die al het resterende gas in de gaspijpleiding kan wegjagen. De normale ingestelde druk is 10 ± 2 bar.
5. Het proces van het verminderen van hogedrukgasdruk van 200-300 balk met een geluiddemper zal een hoge decibelruis produceren. De functie van een geluiddemper is om ruis te verminderen en te regelen binnen 130-170 db (a).
6. De gaspijpleiding van het buitendopventilatiesysteem is een dubbelwandig buistype, waarbij gas door de binnenpijp stroomt. Vanuit een veiligheidsperspectief, als de binnenpijp lekt, zal deze ontsnappen in de ruimte tussen de buitenste en binnenpijpen. Om snel gaslekken te detecteren en alarmen af te geven, en om verdere veiligheidsmaatregelen te nemen, heeft het systeem een extern buisventilatiesysteem ontworpen (zie figuur 6). Het ventilatiesysteem zorgt voor een continue ventilatie tussen alle pijpen met dubbele wand, met meer dan 30 luchtveranderingen per uur. De luchtuitgang is uitgerust met redundante HC -concentratiesensoren (hydro -koolstofsensoren) om gaslekken in realtime te controleren. De ventilatiesysteeminterface van MOP kan de detectie van het systeem van de HC -concentratie doornemen en in geval van een storing zal het systeem tijdig alarmeren.
Figuur 6: Extern ventilatiesysteem
7. Stikstoftoevoer voor het oplossen van lekkage: wanneer een gassysteem lekt, kan het gasveiligheidssysteem het lek door de HC -sonde detecteren, maar kan de specifieke locatie niet bepalen. Stikstofgas bij 10-300/400 bar is vereist voor detectie. Het methaangassysteem maakt gebruik van 10-300 balk, terwijl het ethaangassysteem 10-400 balk gebruikt.
3, het brandstofgasinjectiesysteem bestaat uit brandstofgaspijpen, brandstofgasadapters, brandstofgasregelklemmen en brandstofgasinjectiekleppen.
1. Brandstofgasbuizen zijn hogedrukgasinlaat en uitlaatpijpleidingen verbonden met de motor. Bij het ontwerpen moeten factoren zoals sterkte, motortrillingen, interne stress veroorzaakt door temperatuurverschil en lekkage worden overwogen. Gebogen ketting dubbele wandbuizen hebben de voorkeur en de gasleidingen tussen elke cilinder zijn verbonden via een gasdistributeur. De dubbele ommuurde pijpruimte is een cirkelvormig kanaal met een bepaald ruimtelijk volume. Het buitendopventilatiesysteem omvat alle gasleidingen in het injectiesysteem. Tijdens de werking van de motor, zodra de gaslekkage de ingestelde concentratie bereikt, schakelt het systeem automatisch over naar de brandstofmodus en stopt het gasvoorziening. Inert gas wordt geïntroduceerd in de dubbele ommuurde pijpruimte om te blazen. Figuur 7 is een schematisch diagram van de kettinggasbuisverbinding tussen cilinderkoppen.
Figuur 7: Schematisch diagram van kettinggasbuisaansluiting tussen cilinderkoppen
2. Gasadapterblok: het adapterblok is verbonden met het gasregelklem door een flens en de functie ervan is om het systeem of het medium te verbinden dat het gasbesturingsblok moet invoeren en verlaten. Het interieur is een speciaal ontworpen complex kanaal. Figuur 8 is een schematisch diagram voor het scheiden van het conversieblok van het gascontroleblok. Deze systemen of media omvatten: gasinlaat- en uitlaatbuizen, ventilatiesystemen tussen dubbele wanden, servohydraulische olie hoge druk en lagedrukoliekanalen, servo hydraulische olieafvoer naar afvalolietanks, afdichtolie (servoolie en hogedrukgas), servoolie-olie-afvoer naar HCU-units, etc.
Afbeelding 8: Gasomzettingsblok verbonden met gasregelkastblok
3. Brandstofgascontroleblok: het bedieningsblok van het brandstofgas is een combinatie die alle componenten omvat die gasinjectie regelen, behalve de gasinjectieklep en wordt geregeld door het ECS -systeem voor alle klepgroepen. There are mainly fuel gas accumulator, window valve and its control valve ELWI (Electronic window valve), ELGI (Electronic gas injection valve) for controlling hydraulic oil driven gas injection valve, purge valve, blow off valve, gas leak detection hole, gas pressure sensor, etc. As shown in Figure 9, high-pressure gas enters the gas control block from the gas intake pipe through the conversion block, passes through the internal connected channel through De terugslagklep en komt vervolgens de gasopslagkamer binnen (om stabiele gasdruk te behouden) voor standby.
Afbeelding 9: Gasregelknipblok
De injectie van gas wordt gezamenlijk voltooid door een raamklep en een brandstofgasinjectieklep in een bepaalde volgorde. De vensterklep is normaal gesloten en opent alleen bij de opgegeven krukhoek, waardoor gas door het gasregelklem en de cilinderkop van de accumulatiekamer naar de gasinjectieklep kan gaan. De raamklep en de injectieklep worden beide geopend door hoog-druk Common Rail Servo-olie en de werking van de servoolie wordt geregeld door respectievelijk twee positie driewegventielen Elwi en Elgi (vergelijkbaar met de FIVA-klep in ME-C). Figuur 10 toont de samenstelling en injectiecontrole principe van het gasinjectiesysteem. De acties van deze kleppen worden bestuurd door de besturingsmodule GCSU/GCCU (MPC+software).
Figuur 10: Samenstelling van het gasinjectiesysteem en het schematische diagram van gasinjectiecontrole
De raamklep wordt geregeld om te openen en te sluiten door twee zuigers van verschillende diameters die werken onder de werking van hydraulische olie. Het opzetten van raamkleppen wordt vanuit een veiligheidsperspectief beschouwd om gasinjectie buiten de toegestane timed hoekvensterperiode, dwz niet -getimede verbranding te voorkomen. Vanwege de maximaal toegestane openingshoek ingesteld voor de vensterklep, betekent dit dat de maximale hoeveelheid gasinjectie beperkt is. De Elgi -klep kan alleen worden geopend wanneer de ELWI -klep open is en de precieze timing van gasinjectie wordt geregeld door de Elgi -klep. Om gasvervuiling van servohydraulische olie te voorkomen, wordt afdichtolie gebruikt in de raamklep en gasinjectieklep om de kanalen te blokkeren waar gas en hydraulische olie kunnen lekken. De ingestelde druk is 25-50 balk hoger dan de gasdruk. Het afdichtingsoliesysteem bestaat uit onafhankelijke pompen, drukregelsklepgroepen, hogedrukolopijpen, drukophopingseenheden, enz. De afdichtingsolie bereikt niet alleen de aangewezen positie om de afdichtingsfunctie te voltooien, maar heeft ook een smeereffect. De positie van de afdichtingsafdichting in de raamklep wordt getoond in figuur 11 terwijl "Ollen toegepast".
Figuur 11: Anatomisch diagram van de openingspositiestructuur van de raamklep
De functie van de zuiveringsklep is om het gas in de accumulatiekamer in de retourpijp te ontladen; De functie van een blaasklep is om het gas tussen de raamklep en de injectieklep in de retourbuis te ontladen.
4. Brandstofgasinspuitklep is verbonden met vijf buizen, namelijk hogedrukdienolie, afdichtingen van de oliopijp, lagedrukolie, hydraulische olieafvoerbuis en gasdetectiepijp. Het gas stroomt van de interne doorgang van de cilinderkop naar de ringvormige kamer (lichaamsopening) afgesloten door twee afdichtringen onder het kleplichaam voor standby (zoals getoond in figuur 12).
Figuur 12: Schematisch diagram van de gasinjectieklep
De functie van hogedrukdienstolie is om de veerdruk te overwinnen, de rijbron van de gasklep te openen en de toevoer van servoolie door Elgi te regelen. Lage druk hydraulische olie elimineert lucht uit het hydraulische systeem. De afdichtolie blokkeert de mogelijkheid dat gas de servo -olie binnengaat. De functie van de hydraulische olieafgiftepijp is het vrijgeven van de servoolie en lagedrukhydraulische olie die de klep stuurt om te openen voor de HCU-eenheid Return olietank wanneer de gasklep is gesloten. Er is ook een gaslekdetectiepoort op de gasinjectieklep, die is verbonden met het ventilatiesysteem.