3. Лекция 3. Устройство газодизельных МОД подачей газа при высоком давлении

УСТРОЙСТВО ГАЗОДИЗЕЛЬНЫХ МАЛООБОРОТНЫХ

ДВИГАТЕЛЕЙ С ПОДАЧЕЙ ГАЗА ПРИ ВЫСОКОМ ДАВЛЕНИИ  

Двигатели этого типа на данный момент занимают небольшую долю среди морских двигателей (3%), работающих на газе, но имеют тенденции на увеличение в ближайшем будущем (22%).

Устройство топливной системы газодизельных малооборотных двигателей с вводом газа при высоком давлении, рассмотрим на примере двигателя серии МЕ-GI фирмы MAN Energy Solutions.

 Двигатели серии ME-GI являются двухтактными, малооборотными двигателями с электронным управлением. 

Топливная система газодизельного двигателя 

Топливная система двигателя ME-GI предусматривает возможность использования, как жидкого топлива, так и газа. Система для использования жидкого топлива ничем не отличается от топливной системы двигателей серии ME/ME-B. 

На рисунке 22 показано оборудование для работы на газе одного цилиндра. Это блок управления работой на газе с внутренним аккумулятором, двухстенные трубопроводы подачи газа, газовая форсунка. В дополнение имеются дополнительные вспомогательные системы: 

   Система для    вентиляции     междутрубного           пространства двустенных труб. 

   Система уплотнительного масла для газовых клапанов, отделяющих управляющее гидравлическое масло и газ. 

   Система инертного газа, которая позволяет продувку газовой системы двигателя инертным газом при переходе на жидкое топливо. 

   Система контроля и безопасности, включающая анализатор углеводородов для проверки на содержание углеводородов в воздухе кольцевого пространства двустенных газовых труб. 

Система управления и безопасности создана приводить двигатель в безопасное состояние. Любая неисправность, обнаруженная во время работы на газовом топливе, в том числе неисправности самой системы управления, приведёт к прекращению работы на газе и переводу к работе на тяжёлом топливе. После

системы снабжения газом. Переключение на режим жидкого топлива всегда происходит без потери мощности двигателя. 

Газ высокого давления поступает через главный трубопровод, гибкий патрубок к блоку управления работой на газе и аккумулятору каждого цилиндра. Эти патрубки выполняют 2 важные задачи:

   Они отделяют каждый блок цилиндра от остальных из условий газовой динамики. 

   Они действуют как гибкие соединения между жёсткой главной трубой подвода газа к двигателю и конструкциями двигателя, защищая от чрезмерных напряжений в главной трубе и патрубках вызванных неизбежной разницей тепловых расширений газовой трубы и конструкций двигателя.

Аккумулятор, содержащий примерно 20-тикратную цикловую подачу газа на максимальной длительной мощности, также выполняет две важные задачи: 

   Обеспечивает стабильность давления в системе. Благодаря наличию аккумулятора при цикловой подаче газа в цилиндр давление в системе всегда кратковременно падает на одну и ту же заранее определённую величину.

   Является важной частью система безопасности.

В виду того, что трубопровод подачи газа имеет конструкцию «common rail» газовая форсунка должна управляться вспомогательной масляной системой. Для этой цели используется система гидравлического масла двигателя и ELGI клапан, подающий управляющее масло под высоким давлением к газовой форсунке, тем самым определяя продолжительность и момент открытия форсунки.

Для работы на газовом топливе двигатель оборудуется газовыми форсунками (1), блоком управляющих клапанов со встроенным аккумулятором (2) и подводящим трубами (3) см. рисунок 22. Кроме того, для обеспечения работы основных устройств, требуются следующие вспомогательные системы:

 Подачи газа высокого давления

 Подачи запального топлива

 Подачи рабочего масла для привода в действие газовой форсунки

 Подачи масла уплотнения.

 Вентиляции пространства между внутренней и наружной трубами двустенных труб.

 Инертного газа, которая позволяет продувку газовой системы двигателя инертным газом. 

Газовая форсунка Конструкция газовой форсунки показана на рисунке 25. Форсунка имеет традиционную компактную конструкцию. Газ поступает в газовую форсунку через канал в цилиндровой крышке. Для предотвращения протечки газа между цилиндровой крышкой и форсункой и между корпусом форсунки и направляющей иглы

кольцо и отверстие в форсунке будет поступать в пространство между внутренней и наружной трубами двойных газовых труб и будет обнаружена ультразвуковым сенсором.

Газ воздействует непрерывно на иглу форсунки под давлением примерно 250 бар. Открытие форсунки осуществляется ELGI клапаном, который работает, используя масло из масляной системы двигателя. 

Для предотвращения попадания газа в систему гидравлического масла через зазор иглы применяется уплотнительное масло под давлением на 25-50 бар выше, чем давление газа (поз.2, рисунок 25).  Форсунка запального топлива

Форсунка запального топлива – стандартная ME топливная форсунка без каких-либо изменений за исключением сопел. Давление топлива постоянно отслеживается системой безопасности GI, чтобы определить любое нарушение в работе. 

Форсунка открывается давлением топлива, создаваемым ТНВД, и закрывается воздействием пружины.

Конструкция форсунки позволяет работать на тяжёлом топливе с максимальной длительной мощностью. Если потребуется, газовый двигатель может работать любое время на 100% нагрузки на тяжёлом топливе без остановки двигателя. Если потребуется продолжительная работа на тяжёлом топливе, то рекомендуется сменить сопла для увеличения эффективности примерно на 1% на полной нагрузке. 

Блок управления работой на газе. (Рисунок 26 и 27)

Блок управления работой на газе состоит из квадратного стального корпуса, закреплённого болтами к крышке цилиндра со стороны ТНВД.  

Блок управления включает большого объёма аккумулятор (поз. 7) и золотниковый запорный клапан (поз. 1) и клапан выпуска газа (поз. 2). Все уплотнения газа высокого давления, соединены с двухстенными газовыми трубами для обнаружения пропусков. 

счёт    сообщения      с межтрубным пространством двухстенных газовых труб.

Внутренние каналы блока подводят гидравлическое масло, уплотнительное масло и газ к соответствующим клапанам. Невозвратный клапан (поз.4), расположенный на входе газа к аккумулятору предотвращает движение газа в обратном направлении.

Клапаны ELGI и ELWI (поз. 15 и 14) и подвод масла управления также расположены в блоке управления газом.

Давление газа в канале между газовой форсункой и золотниковым клапаном (поз. 1) замеряется. Измерение давления используется для контроля действия и наличия протечек золотникового клапана, газовой форсунки и клапана стравливания давления газа.

Любое увеличение свидетельствует об недопустимых протечках в золотниковом клапане остановки, а уменьшение – об недопустимых пропусках в запорной игле или клапане продувки. Система безопасности это обнаружит и прекратит подачу газа в цилиндр.  

От аккумулятора, газ через канал в блоке управления проходит к золотниковому клапану (поз.1), который в газовом режиме открывается и закрывается при каждом впрыске давлением гидравлического масла. Из золотникового клапана остановки 1, газ через каналы в блоке управления газом и крышке цилиндра поступает к газовой форсунке. Клапан выпуска газа расположен на блоке управления работой на газе и предназначен чтобы, стравливать газ из каналов при остановке работы на газе. 

Клапан продувки (поз. 13), также расположен на блоке управления и предназначен для удаления газа из аккумулятора, когда двигатель больше не работает в газовом режиме. 

Как клапан выпуска газа, так и клапан продувки приводятся в действие гидравлически и используются при продувке инертным газом всего контролируемого системой управления газовым двигателем (модель GI). 

Трубопровод подвода газа к цилиндрам двигателя

Расположение труб подвода газа к цилиндрам показано на рисунках 22 и 23. Общий трубопровод (common rail), находящийся под постоянным давлением системы подачи газа для распределения газа высокого давления по цилиндрам должен быть соединён с каждым блоком клапанов. Газовые трубы выполнены двойными с внешней трубой, играющей роль наружного защитного экрана для предотвращения попадания газа в машинные помещения в случае повреждения внутренней газовой трубы. Междутрубное пространство, включая пространства вокруг клапанов, фланцев и т.д. оборудованы отдельной механической 30 кратной вентиляцией, (воздухообмен 30 раз в час) Давление в междутрубном пространстве ниже, чем в МО благодаря вытяжному вентилятору, размещённому

за пределами вентилируемого пространства. Вход вентиляционного воздуха расположен в безопасной зоне. 

Газовые трубы устроены таким образом (рисунок 28), что воздух засасывается в междутрубное пространство из трубы подвода, затем из ответвительных труб, из цилиндровых блоком управления, через ответвительные трубы к главному трубопроводу подачи газа и через всасывающий вентилятор в атмосферу. 

Вентиляционный воздух выпускается в атмосферу, в огнебезопасном месте. Двойные трубки устроены так, что каждый участок вентилируется. Все соединения, уплотняющие пространство, где находится газ под высоким давлением, вентилируются. Любая протечка газа таким образом попадёт в вентилируемую часть двойных труб и будет обнаружена ультразвуковым датчиком. 

Газовые трубы на двигателе рассчитаны на давление большее, чем нормальное рабочее давление на 50% и закреплены так, чтобы избежать механическую вибрацию. Более того, газовые трубы защищены кожухами от падения тяжёлых предметов и на двигателе они расположены под верхней галереей. Трубы проверяются 1,5 кратным рабочим давлением. Конструкция должна быть цельносварной настолько насколько это практически возможно, использование фланцевых соединений допускается только там, где это необходимо для техобслуживания. 

Трубопровод между цилиндрами сконструирован с достаточной гибкостью, чтобы компенсировать тепловое расширение двигателя от холодного до горячего состояния. Газовые трубы выполнены так, чтобы избежать чрезмерных колебаний давления газа во время работы. 

Для продувки системы после использования газа, газовые трубы подсоединены к системе инертного газа с давлением 4-8 бар. В случае неисправности газовой системы, газ из трубы высокого давления стравливается перед автоматическим продуванием. При нормальном прекращении использовании газа автоматическая продувка производиться через 30 мин. Поэтому имеется время для быстрого возобновления работы на газе.