液化天然气发动机燃料供给系统特性研究

针对CA6SL2发动机,用AMESim软件建立了液化天然气发动机的燃料供给系统仿真模型,并仿真分析了标定工况和低温冷起动工况下,LNG发动机燃料供给系统内天然气的气相比例、温度和冷却液温度的变化规律。研究结果表明:在标定工况下,冷却液入口温度97℃时,LNG汽化器适宜的冷却液流量范围为15～25L/min;应通过冷却系统与汽化器的匹配,控制发动机冷却系统缸盖出口温度低于100℃;LNG发动机低温冷起动(环境温度为-35℃)时,发动机怠速冷却液流量应高于6L/min;原机的冷却系统具有较好的适度冷却功能。     

用于非道路发动机的发电机优化设计

针对目前非道路发动机市场应用环境的复杂性及对发电机性能和可靠性要求的不断提高,对发电机进行优化设计,使之满足目前非道路发动机应用对发电机的要求。通过优化发电机内部线路的设计,使客户接线不会出错,而且更加简单方便;通过优化发电机滑环室的密封方式,使发电机更能适应在粉尘工况下运行;通过优化发电机调节器内部元器件的材料,使发电机可以在煤矿等含硫工况环境中更加可靠地工作;通过优化发电机后端盖的散热方式,使发电机可以适应收获机作业时被秸秆覆盖的情况。这4种发电机优化设计可以满足目前非道路发动机对发电机的要求,降低发电机故障率,提高客户满意度。     

气体机点火时刻和燃料当量比对气耗影响的研究

研究了天然气(LNG)发动机点火提前角与燃料当量比对燃料消耗率的综合影响,对点火过程的各阶段进行了分析,对不同当量比的混合气燃烧过程进行了对比,通过改变点火提前角和燃料当量比,得到不同工况下发动机的点火提前特性和燃料调整特性,本次试验数据表明:在各工况下,要获得最低的燃料消耗率,点火提前角与燃料当量比均存在一个最佳值,选择较合适的点火提前角与燃料当量比,使天然气发动机可以兼顾低速动力性与高速经济性。     

基于RBF的非稳态工况下发动机负荷特性测试

针对发动机在实车使用过程中负荷特性难以测试的问题,提出基于径向基(radial basis function,RBF)函数神经网络的非稳态工况下发动机负荷特性测试方法,利用发动机实时转速、曲轴角加速度以及输出轴扭矩精确计算实时油耗,误差控制在较低范围内,从而为发动机技术状况的评估提供一种新的思路。     

LNG柴油双燃料发动机多点顺序喷射试验研究

为将纯柴油发动机改造为LNG/柴油双燃料多点顺序喷射发动机,在不改变原型机结构前提下设计了一套天然气供给系统。为验证该供气系满足否满足原型机在额定工况下的需求,设计了进气道喷射模拟试验台。试验验证表明:该天然气供给系统能够满足发动机在额定工况下燃气供应量及喷射控制的需求,且整套系统能够根据发动机不同工况调整天然气的喷射量。试验结果可为发动机在双燃料模式下运行提供前期数据支撑。     

某LNG发动机进气补气对缸内过程的影响

对一台增压、火花点燃液化天然气(LNG)发动机的进气系统加装一套补气装置并进行试验,连续记录补气过程中进气压力、空燃比、燃料质量流量和缸内动态压力等体现缸内燃烧及热功转化过程的瞬变参数。通过分析实测燃烧放热率(ROHR),揭示了瞬变状态下发动机空燃比、燃料质量流量和进气压力等运行参数对燃烧特征参数的影响,指出燃烧推迟、失火和平均指示压力(IMEP)波动等燃烧失常现象,并得出这些现象的产生原因。研究结果表明:无论是稳态工况还是瞬态工况,LNG发动机的燃烧过程主要由过量空气系数决定。     

LNG/柴油双燃料发动机掺烧策略的试验分析

针对LNG/柴油双燃料发动机的LNG燃料掺烧问题,以Z6170ZLCZ-19柴油机为原型机,采用增压器后单点进气方式进行改装,对掺烧策略进行试验研究。研究结果表明:在极低负荷区与重载超载区,不宜掺烧LNG燃料;在中低和中高负荷区,可适量掺烧LNG燃料;在中负荷区,双燃料发动机综合性能较好,适宜掺烧LNG燃料。将双燃料发动机工作范围划分为"禁止区"、"控制区"和"健康运行区",并对各个区域设置相应的替代率上限值,可较好地解决LNG的合理掺烧问题。     

增程器发动机的喷油策略优化

为了研究轨道压力、主喷正时、预喷正时及预喷油量这4个主要喷油参数对增程式电动汽车增程器(APU)发动机有效燃油消耗率和NOx排放特性的影响,根据APU发动机不同工况下的运行特点,结合整车功率需求及所匹配发电机的最佳工作区域,采用多工况点模式的基础控制策略,选取3个稳态工况点为APU发动机的运行工况。之后基于空间填充+V最优设计方法采用混合试验方案,利用二阶多项式回归模型+径向基函数(RBF)神经网络模型建立发动机性能和排放拟合模型。给出APU发动机的性能优化约束条件和优化目标,利用法线-边界交集优化算法(NBI)进行油耗最低和NOx排放最低的双目标优化,确定了3个稳态工况点的最佳喷油策略。结果表明各工况点在优化后的有效燃油消耗率平均降低了4.03%,NOx排放平均降低了30.51%。     

基于高压缩比的降低天然气发动机气耗研究

针对目前气体发动机气耗偏高、经济性差的现状,本文基于一台10L采用混合进气的LNG发动机研究了高压缩比下发动机气耗。研究结果表明,通过GT-POWER仿真分析,提高压缩比可以在整机的全部常用工况内实现降低气耗。     

发动机台架计算机辅助试验系统

介绍的发动机台架计算机辅助试验系统,实现了发动机和测功器双回路直接数字控制,以及燃油消耗率和其它相关工况参数的连续自动测量,并提供了发动机台架计算机辅助试验软件包,既可进行发动机定工况性能试验,也可进行变工况试验,为全面考核和评价发动机动静态特性提供了有效的试验手段。     

Analysis of the liquefaction process of exhaust gases from an underwater engine

In operating underwater engines, such as in exploring submarines, the dumping of the exhaust gas out of the engine requires a large portion of the total power, frequently amounting to 25–30% of the power generated. This can be solved by liquefying the exhaust gas and storing it. In the present study, two liquefaction systems are simulated to enhance the overall efficiency; one is a closed cycle diesel cycle and the other is a closed cycle liquefied natural gas (LNG) engine. LNG was chosen as a fuel not only because it is economical but also because its cold energy can be utilized within the liquefaction system. Since a mixture of oxygen and carbon dioxide is used as an oxidizer, liquefying carbon dioxide is the major concern in this study. To further improve this system, the intercooling of the compressor is devised. The power consumed for the liquefaction system is examined in terms of the related properties, including pressure and temperature of the carbon dioxide vessel as a function of the mass fraction of the exhaust gas that enters the compressor. The present study shows that much gain in the power and reduction of the vessel pressure could be achieved in the case of the closed cycle LNG engine. The compression power was remarkably low, typically only 6.3% for the closed cycle diesel engine and 3.4% for the closed cycle LNG engine, respectively, of net engine power. For practically, a design–purpose map of the operating parameters of the liquefaction systems is also presented.     

液化天然气(LNG)-柴油双燃料汽车的开发

阐述了液化天然气(LNG)—柴油车的总体设计方案，主要是在保留原机的所有结构和柴油燃烧工作方式不变的前提下，增加了一套LNG供气系统和柴油—天然气双燃料电控喷射系统。系统既可以在柴油—LNG双燃料状态下工作，也可以在全柴油状态下工作，双燃料的工作状态由电子转换开关控制。试验表明天然气替代率高迭84％，经济效益和环保性能突出。     

LNG发动机功率恢复模拟研究

应用AVL-BOOST软件建立了LNG发动机的计算模型,利用模拟计算的方法得出了LNG发动机功率损失情况,分析了功率损失的原因.然后通过优化压缩比、点火提前角等措施,使LNG发动机的功率得到恢复.功率损失由优化前的21.9%降低到6%左右.     

内河船舶LNG发动机-蓄电池混合动力系统性能仿真

为改善船舶天然气发动机动力系统调速性能,提高内河液化天然气（LNG）燃料动力船舶的操纵性及安全性,提出构建天然气发动机-蓄电池混合动力系统。分别针对LNG发动机动力系统及混合动力系统建立Matlab/Simulink仿真模型,并实现了船舶起动和变负荷过程。对两种仿真系统的仿真结果进行分析,结果表明：采用该混合动力系统的船舶变负荷过程航速变化区间变大,系统达到稳定时间缩短;采用设计的控制策略,天然气的消耗最多降低19.6%;NOx、CO、HC排放分别最多降低22.1%、18.5%、23.6%。     

船用2 MW级天然气发动机及动力系统研发

天然气作为优质高效、绿色清洁的低碳能源,正逐步成为我国主体能源之一,具有重要的战略意义和显著的经济效益。介绍了新近推出的自主品牌M23G天然气发动机的开发历程、性能及主要技术特点。针对气体发动机的性能特点,提出了船舶天然气动力系统配置、设计中须关注的关键技术,以及天然气发动机在陆用能源的应用方向。     

基于Aspen plus的船用双燃料发动机LNG气化流程仿真研究

采用Aspen plus软件建立了LNG气化装置的仿真模型。以ME-GI型主机的实际数据为输入,通过调用相关的热力学方法和设备模块,对气化器(VAP)中水乙二醇的进口温度、出口温度,以及LNG进口压力、LNG中甲烷浓度等参数进行模拟计算,得到上述参数对LNG气化流程出口温度、VAP换热面积及换热量的影响规律。可为VAP的节能选型提供依据;为船用双燃料发动机LNG气化流程的优化设计提供理论依据。     

Design and Optimization of a Full-Generation System for Marine LNG Cold Energy Cascade Utilization

This paper took a 100,000 DWT LNG fuel powered ship as the research object.Based on the idea of"temperature matching,cascade utilization"and combined with the application conditions of the ship,a horizontal three-level nested Rankine cycle full-generation system which combined the high-temperature waste heat of the main engine flue gas with the low-temperature cold energy of LNG was proposed in this paper.Furthermore,based on the analysis and selection of the parameters which had high sensitivity to the system performance,the parameters of the proposed system were optimized by using the genetic algorithm.After optimization,the exergy efficiency of the marine LNG gasification cold energy cascade utilization power generation system can reach 48.06%,and the thermal efficiency can reach 35.56%.In addition,this paper took LNG net power generation as the performance index,and compared it with the typical LNG cold energy utilization power generation system in this field.The results showed that the unit mass flow LNG power generation of the system proposed in this paper was the largest,reaching 457.41 k W.     

LNG运输船气体管理系统设计

对液化天然气(liquefied natural gas,LNG)运输船气体管理系统开展设计研究。分析表明:在不同船舶工况下,气体管理系统可通过透气桅放气、气体燃烧单元(gas combustion unit,GCU)燃烧、再液化、喷淋、再气化等方式将LNG运输船货舱舱压控制在安全范围内;能够在货舱蒸发气(boil off gas,BOG)量充足或者不足的情况下对主机/发电机组进行燃气供给。在船舶实际运行过程中协调采用多种气体处理模式可保障LNG运输船安全稳定运行。     

钻井用柴油/天然气双燃料发动机的研究

论文通过对钻井用柴油/天然气双燃料发动机的特性分析,指出了钻井用双燃料发动机必需具备的一些特征。提出了一种智能的柴油/天然气双燃料发动机控制方案,并对该控制方案进行了阐述,一种以柴油的最低燃油位置曲线为目标以控制燃气阀开度为手段的闭环控制。通过控制程序的MAP图参数的设置,使燃油和燃气供应量逐渐逼近期望值,实现了燃气和燃油供应的动态调整。最后通过试验,验证了该方案的可行性,该双燃料发动机动力性好,动态响应快,抗负荷冲击能力强,运行可靠,操作方便,柴油替代率达到了75%以上,完全能适应钻井动力的需求。通过该技术,降低了石油天然气钻探成本,降低了机组排放,有助于石油天然气钻探行业节能减排的目标实现。