1, il concetto di base del motore a bassa velocità ME-C-GI Dual Fuel. Attualmente, i motori a doppio combustibile MAN usano principalmente i seguenti carburanti come secondo combustibile: iniezione di gas GI-methane, iniezione di gas Gie-etane, iniezione di gas liquido LGIM-metanolo, iniezione di gas di petrolio con LGIPFIED (principalmente composta da propano e una piccola quantità di butane). Il secondo combustibile introdotto in questo articolo è un combustibile a gas composto principalmente da metano.
1. Le caratteristiche principali del gas naturale liquefatto del GNL sono attualmente il carburante preferito per i motori a doppio combustibile. Il suo componente principale è il metano, che rappresenta circa 80-85% in volume. Inoltre, contiene anche composti idrocarburi come etano, propano, n-butano, isobutano, nonché azoto, anidride carbonica, acqua, idrogeno solforato e altre sostanze. Ad una pressione di 0. 51mpa, la sua temperatura di saturazione è di circa -137 grado e la sua densità liquida è di circa 450 kg/m3 (diversi rapporti di volume di metano, etana e propano influenzano la densità). La temperatura di autocignazione del metano nell'aria (101,3kPa) è di circa 538 gradi, mentre il punto di accensione del diesel in questo stato è di circa 220 gradi.
2. Principio di lavoro dell'uomo ME-C-GI: il motore a due tempi di Man-C-GI adotta il ciclo del diesel (come mostrato nella Figura 1), che inietta combustibile di accensione (circa il 5%) nel cilindro ad un certo angolo vicino al centesimo di calibro a lng ad alta pressione, si accusava di incendio a livello di compressione, accendere il gas di compressione, accendere il gas di compressione a gas. 200-300 bar. Al momento, il gas ad alta temperatura precedentemente bruciato nel cilindro è sufficiente per accendere il gas LNG ad alta pressione iniettato nel cilindro.
Figura 1: Diagramma di principio di lavoro del ciclo diesel: iniezione di carburante a due tempi a doppio combustibile ME-C-GI
Il sistema di controllo, oltre alle funzioni di iniezione di carburante di base dei modelli ME-C convenzionali, ha anche un sistema dedicato per il controllo dell'iniezione di carburante a gas. Gli stati di avvio, carico, funzionamento a basso carico e parcheggio del motore utilizzano solo carburante. Il secondo carburante richiede un sistema di fornitura di gas a combustibile completamente preparato e un funzionamento stabile del motore ad un determinato carico prima che possa essere utilizzato. Quando il sistema del gas malfunzionamento, il sistema di controllo del motore (ECS) può impedire immediatamente il sistema di gas e eseguire solo il sistema di alimentazione.
2, secondo sistema ausiliario del carburante
Secondo le caratteristiche di base del GNL, è un tipico liquido a bassa temperatura con una temperatura di saturazione (punto di ebollizione) di circa -162. 5 gradi a pressione atmosferica standard. I motori ME-GI richiedono gas ad alta pressione a 200-300 bar e 40-50 grado. Trasformare il carburante da un liquido a bassa temperatura in un gas ad alta pressione richiede più stadi di conversione e la sicurezza e l'affidabilità sono le considerazioni principali. È necessaria una soluzione ragionevole per il trasporto del secondo carburante dal serbatoio di stoccaggio al motore per l'uso e il recupero di gas in eccesso, nonché per la protezione della sicurezza dell'intero sistema. Il sistema assistito dal gas, che converte il combustibile liquido da serbatoi di stoccaggio di GNL in gas ad alta pressione e lo consegna in modo sicuro e affidabile al sistema di iniezione del gas del motore. Il sistema include i seguenti sistemi e unità: sistema di alimentazione del gas, sistema di tubazioni di alimentazione del gas, gruppo delle valvole a gas, sistema di gas inerte, silenziatore, sistema di ventilazione dei tubi esterni, sistema di azoto per rilevare perdite di gas, sistema di ritorno, sistema di olio di tenuta e sistema di controllo del motore (ECS). La Figura 2 è un diagramma schematico del sistema assistito dal gas.
Figura 2: diagramma schematico del sistema assistito dal gas
1. Il sistema di fornitura di gas a combustibile, come nave specializzata per il trasporto di tali prodotti liquefatti (come i portatori di GNL), differisce nella progettazione di sistemi ausiliari del gas rispetto al carico sfuso, ai contenitori e alle navi mercantili alimentate a LNG che utilizzano motori a doppio combustibile. Man ha progettato più soluzioni di sistema di fornitura di gas opzionali per soddisfare i requisiti dei proprietari di navi. Esistono principalmente tre tipi e la più grande differenza tra loro è se scegliere il metodo di potenziamento del GNL nello stato liquido o di gas. In stato liquido, l'attrezzatura principale per il potenziamento è la pompa criogenica ad alta pressione e il vaporizzatore HP; Nello stato gassoso, la pressione viene aumentata usando un compressore e un intercooler ad alta pressione. La Figura 3 mostra il processo semplificato di tre schemi.
Figura 3: soluzione del sistema di alimentazione del gas
Prendendo come esempio le navi mercantili alimentate a GNL, uno dei tipici schemi di progettazione per un sistema di alimentazione del gas è mostrato nella Figura 4. Il gas evaporato naturalmente è pressurizzato da un compressore ad alta pressione di piccole dimensioni e miscelato con la liquida pressurizzata da una pompa ad alta pressione a bassa temperatura nell'evaporatore. Il gas ad alta pressione generato viene fornito al motore a bassa velocità attraverso un treno della valvola a gas in combustibile. Il gas a bassa pressione (circa 6 bar) utilizzato in motori e caldaie DF a quattro ictus DF (doppio combustibile) viene convertito attraverso evaporatori e riscaldatori.
Figura 4: un tipico schema di fornitura di gas
Il sistema di controllo del sistema di fornitura di gas è un sistema specializzato che non appartiene al sistema di controllo del motore (ECS), ma esiste una connessione tra i due sistemi. Se l'impostazione della pressione del sistema di alimentazione del gas proviene da ECS, la pressione normale è 200-300 bar, che dipende dal carico del funzionamento del motore.
2. I tubi di alimentazione a gas a carburante sono divisi in tubi a doppia parete e tubi a parete singola. I tubi a parete singola vengono utilizzati solo per i sistemi di tubi situati nelle aree all'aperto, mentre le condutture di gas nelle aree chiuse sono tutte a doppia parete. Il tubo interno del tubo a doppia parete è realizzato in acciaio inossidabile e un determinato spazio deve essere lasciato tra i tubi a parete interna ed esterna per la ventilazione. I tubi del gas tra i cilindri del motore principale adottano una struttura a catena (come mostrato nella Figura 5), che possono ridurre il rischio di danni alla tubazione e perdite causate da vibrazioni ad alta frequenza durante il funzionamento del motore principale, migliorando efficacemente la sicurezza. La pressione del test di pressione del sistema di tubazioni è del 150% della normale pressione di lavoro.
Figura 5: tubi a doppia parete utilizzati per l'alimentazione del gas
3. Le principali funzioni di un treno della valvola a gas combustibile comprendono: la fornitura di gas al sistema di iniezione di gas durante il funzionamento del motore utilizzando il gas; Quando il gas non è necessario, tagliare la fornitura di gas e introdurre il gas all'interno del gruppo del tubo e delle valvole nel silenziatore; Fornire gas inerte per soffiare attraverso il tubo interno, ecc. Le valvole nel gruppo delle valvole sono controllate da ECS e funzionano attraverso l'aria compressa. I gruppi di valvole a gas sono generalmente combinati in sistemi di gas inerte, ma possono anche essere progettati come unità separata.
4. Il sistema di gas inerte viene utilizzato principalmente per soffiare gas inerte (attualmente azoto è raccomandato come gas inerte) nel gasdotto quando necessario, che può scacciare tutto il gas residuo nel gasdotto. La normale pressione impostata è di 10 ± 2 bar.
5. Il processo di riduzione della pressione del gas ad alta pressione da 200-300 bar usando un silenziatore produrrà un elevato rumore di decibel. La funzione di un silenziatore è di ridurre il rumore e controllarlo all'interno di 130-170 db (a).
6. Il gasdotto del gas del sistema di ventilazione del tubo esterno è un tipo a doppio tubo a parete, con gas che scorre attraverso il tubo interno. Dal punto di vista della sicurezza, se il tubo interno perde, sfuggirà nello spazio tra i tubi esterni e interni. Al fine di rilevare prontamente perdite di gas e emettere allarmi e di adottare ulteriori misure di sicurezza, il sistema ha progettato un sistema di ventilazione del tubo esterno (vedere la Figura 6). Il sistema di ventilazione garantisce una ventilazione continua tra tutti i tubi a doppia parete di gas, con oltre 30 cambi d'aria all'ora. La presa d'aria è dotata di sensori di concentrazione di HC ridondanti (sensori di idro carbonio) per monitorare eventuali perdite di gas in tempo reale. L'interfaccia del sistema di ventilazione di MOP può osservare il rilevamento da parte del sistema della concentrazione di HC e, in caso di malfunzionamento, il sistema si allarmerà in modo tempestivo.
Figura 6: sistema di ventilazione esterna
7. Suppergimento dell'azoto per la risoluzione dei problemi di perdita: quando un sistema di gas perde, il sistema di sicurezza del gas è in grado di rilevare la perdita attraverso la sonda HC, ma non può determinare la posizione specifica. Per il rilevamento è richiesto gas azoto a 10-300/400. Il sistema di gas metano utilizza 10-300 bar, mentre il sistema di gas etano utilizza 10-400 bar.
3, il sistema di iniezione di gas in combustibile è costituito da tubi dei gas a combustibile, adattamenti di gas del combustibile, blocchi di controllo dei gas del combustibile e valvole di iniezione di gas a combustibile.
1. Durante la progettazione, devono essere considerati fattori come resistenza, vibrazione del motore, sollecitazione interna causata dalla differenza di temperatura e perdite. Sono preferiti i tubi a doppia parete della catena curva e i tubi del gas tra ciascun cilindro sono collegati attraverso un distributore di gas. Lo spazio del tubo a doppia parete è un canale circolare con un certo volume spaziale. Il sistema di ventilazione del tubo esterno include tutte le condotte del gas nel sistema di iniezione. Durante il funzionamento del motore, una volta che la perdita di gas raggiunge la concentrazione impostata, il sistema passerà automaticamente alla modalità di carburante e fermerà la fornitura di gas. Il gas inerte verrà introdotto nello spazio dei tubi a doppia parete per il soffio. La Figura 7 è un diagramma schematico del collegamento del tubo a gas a catena tra testate.
Figura 7: diagramma schematico del tubo a gas a catena Collegamento tra testate
2. Blocco adattatore di gas: il blocco dell'adattatore è collegato al blocco di controllo del gas attraverso una flangia e la sua funzione è quella di collegare il sistema o il mezzo che deve entrare ed uscire dal blocco di controllo del gas. L'interno è un canale complesso appositamente progettato. La Figura 8 è un diagramma schematico di separazione del blocco di conversione dal blocco di controllo del gas. Questi sistemi o supporti includono: tubi di ingresso e uscita di gas, sistemi di ventilazione tra doppie pareti, servo olio idraulico ad alta pressione e canali di olio a bassa pressione, scarico dell'olio idraulico servo per i serbatoi di olio di scarto, sigillazione dell'olio (separazione del servo e gas ad alta pressione), scarico del servo olio per le unità HCU, ecc.
Figura 8: blocco di conversione del gas collegato al blocco di controllo del gas
3. Blocco di controllo del gas carburante: il blocco di controllo del gas del carburante è una combinazione che include tutti i componenti che controllano l'iniezione di gas ad eccezione della valvola di iniezione di gas ed è controllato dal sistema ECS per tutti i gruppi di valvole. 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 the Controllare la valvola e quindi entrare nella camera di accumulo del gas (per mantenere la pressione del gas stabile) per lo standby.
Figura 9: blocco di controllo del gas
L'iniezione di gas è completata congiuntamente da una valvola della finestra e una valvola di iniezione di gas in combustibile in un determinato ordine. La valvola della finestra viene normalmente chiusa e si apre solo nell'angolo di manovella specificato, consentendo al gas di passare attraverso il blocco di controllo del gas e la testata dalla camera dell'accumulatore alla valvola di iniezione del gas. La valvola della finestra e la valvola di iniezione sono entrambe aperte dall'olio servo della ferrovia comune ad alta pressione e l'azione del servo olio è controllata rispettivamente da valvole a tre vie di posizione Elwi ed ELGI (simile alla valvola Fiva in ME-C). La Figura 10 mostra il principio di composizione e controllo dell'iniezione del sistema di iniezione di gas. Le azioni di queste valvole sono controllate dal modulo di controllo GCSU/GCCU (software MPC+).
Figura 10: Composizione del sistema di iniezione di gas e schema schematico del controllo dell'iniezione di gas
La valvola della finestra è controllata per aprire e chiusa da due pistoni di diversi diametri che agiscono sotto l'azione dell'olio idraulico. L'impostazione delle valvole della finestra è considerata da una prospettiva di sicurezza per prevenire l'iniezione di gas al di fuori del periodo di finestra angolare a tempo consentito, cioè, combustione senza eliminazione. A causa dell'angolo di apertura massimo consentito impostato per la valvola della finestra, significa che l'importo massimo di iniezione di gas è limitato. La valvola ELGI può essere aperta solo quando la valvola Elwi è aperta e la tempistica precisa dell'iniezione di gas è controllata dalla valvola ELGI. Al fine di prevenire l'inquinamento del gas del servo olio idraulico, viene utilizzata la sigillatura dell'olio all'interno della valvola della finestra e della valvola di iniezione di gas per bloccare i canali in cui il gas e l'olio idraulico possono perdite. La pressione impostata è 25-50 bar più alta della pressione del gas. Il sistema di olio di tenuta è costituito da pompe indipendenti, gruppi di valvole di regolazione della pressione, tubi dell'olio ad alta pressione, unità di accumulo di pressione, ecc. L'olio di tenuta non solo raggiunge la posizione designata per completare la funzione di tenuta, ma ha anche un effetto lubrificante. La posizione della guarnizione dell'olio di tenuta nella valvola della finestra è mostrata nella Figura 11 come "olio di tenuta applicata".
Figura 11: diagramma anatomico della struttura di posizione di apertura della valvola della finestra
La funzione della valvola di spurgo è di scaricare il gas nella camera dell'accumulatore nel tubo di ritorno; La funzione di una valvola di colpo è di scaricare il gas tra la valvola della finestra e la valvola di iniezione nel tubo di ritorno.
4. La valvola di iniezione di gas a combustibile è collegata a cinque tubi, vale a dire il tubo dell'olio al servo ad alta pressione, il tubo dell'olio di tenuta, il tubo di alimentazione dell'olio a bassa pressione, il tubo di scarico dell'olio idraulico e il tubo di rilevamento del gas. Il gas scorre dal passaggio interno della testata alla camera anulare (apertura del corpo) sigillato da due anelli di tenuta sotto il corpo della valvola per lo standby (come mostrato nella Figura 12).
Figura 12: diagramma schematico della valvola di iniezione di gas
La funzione del servo olio ad alta pressione è quella di superare la pressione a molla, aprire la fonte di guida della valvola del gas e controllare la fornitura di olio di servo da parte di ELGI. L'olio idraulico a bassa pressione elimina l'aria dal sistema idraulico. L'olio di tenuta blocca la possibilità di entrare nel servo petrolio. La funzione del tubo di rilascio dell'olio idraulico è quella di rilasciare l'olio servo e l'olio idraulico a bassa pressione che spinge la valvola ad aprire al serbatoio dell'olio di restituzione dell'unità HCU quando la valvola a gas è chiusa. C'è anche una porta di rilevamento delle perdite di gas sulla valvola di iniezione del gas, che è collegata al sistema di ventilazione.