雙燃料船用發(fā)動(dòng)機(jī)介紹

雙燃料船用發(fā)動(dòng)機(jī)介紹天然氣是現(xiàn)代雙燃料柴油優(yōu)化尾氣排放的理想化石燃料，同時(shí)維護(hù)和修理的成本將大大降低。為了滿足對(duì)柴油發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣中有害物質(zhì)排放量的要求，人們一直在搜尋一種能夠顯著減少污染物的燃料。使用組合燃料雙燃料（DF）是一種在進(jìn)氣行程中噴射約1%至10%的少量液體重油或者柴油的燃料。氣體燃料在進(jìn)氣門前方噴入，液體燃料點(diǎn)燃空氣/燃?xì)饣旌衔?。相比于燃燒重油或柴油時(shí)，雙燃料的廢氣更清潔。氣體燃料中含有的碳原子數(shù)少于液體燃料，因此可以減少二氧化碳的產(chǎn)生量，碳煙和硫含量都顯著降低，發(fā)動(dòng)機(jī)的污染也相應(yīng)減小。雙燃料原則是，在80％負(fù)載以下，發(fā)動(dòng)機(jī)可以自動(dòng)將燃料從重油切換為氣體燃料，這個(gè)過程大約需要一分鐘。當(dāng)氣體供給中斷時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)自動(dòng)從氣體切換為重油。氣態(tài)燃料系統(tǒng)包括手動(dòng)截止閥、濾器、壓力調(diào)節(jié)裝置和兩個(gè)電磁閥，以確保氣體在所有條件下安全地供給到發(fā)動(dòng)機(jī)。該雙燃料柴油機(jī)使用的重油系統(tǒng)是由微噴高壓泵單元通過共軌系統(tǒng)提供1％重油和99％的氣體，進(jìn)入噴油器之前的燃料。當(dāng)切換為100％使用重油時(shí)，大型的高壓燃油泵將提供足夠的燃料。該噴射器具有兩個(gè)噴嘴，微噴和主噴射。與常規(guī)蒸汽輪機(jī)相比對(duì)于這種油輪，雙燃料柴油機(jī)被用來驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)。在降速時(shí)，可以關(guān)閉一個(gè)或多個(gè)發(fā)電機(jī)組。這樣一來，發(fā)動(dòng)機(jī)推進(jìn)效率仍然很高，即使在部分負(fù)荷下依舊如此。蒸汽渦輪機(jī)在滿負(fù)荷的推進(jìn)效率比雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)的低很多，在部分時(shí)，效率迅速下降。雙燃料推進(jìn)系統(tǒng)的例子四臺(tái)雙燃料柴油機(jī)驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)，這些發(fā)電機(jī)提供了船舶所需的電力。發(fā)電機(jī)通過變壓器將產(chǎn)生的電能提供給電馬達(dá)，馬達(dá)轉(zhuǎn)速則是由發(fā)電機(jī)頻率來控制。該電馬達(dá)可以反向工作。因此，使用定距槳就足夠了。該推進(jìn)系統(tǒng)在任何方向的機(jī)動(dòng)性都很好。雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是低排放和少維護(hù)。以天然氣為主燃料、以小部分液體燃料作為點(diǎn)火的柴油機(jī)訂單數(shù)快速增長。瓦錫蘭和MAN是活塞發(fā)動(dòng)機(jī)領(lǐng)域的領(lǐng)導(dǎo)者，分別開發(fā)了中速四沖程筒狀活塞發(fā)動(dòng)機(jī)和低速兩沖程十字頭雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)。雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)通常應(yīng)用于天然氣運(yùn)輸船上，因?yàn)橐夯烊粴庵挥性诹阆?160℃下才能變成液態(tài)，是雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)的理想燃料。發(fā)電廠的“雙燃料”發(fā)動(dòng)機(jī)則是使用天然氣管道系統(tǒng)提供燃料。隨著全球氣體管道系統(tǒng)的迅速增加，“雙燃料”發(fā)電廠也可能隨之增加，以實(shí)現(xiàn)更低的二氧化碳、沉積物和小顆粒的排放目標(biāo)。液體燃料儲(chǔ)罐對(duì)環(huán)境土壤的污染是一個(gè)重要問題，因此使用雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)可以減少液體燃料的使用量，從而減少對(duì)環(huán)境的污染。雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)相比使用重油的柴油機(jī)，保養(yǎng)時(shí)間間隔將縮短二分之一至四分之一。MAN的六缸二沖程低速十字頭柴油機(jī)被用作天然氣運(yùn)輸油輪的推進(jìn)系統(tǒng)，可以安裝雙燃料系統(tǒng)。氣體在非常高的壓力下通過單獨(dú)的管子供給噴油器。在低速兩沖程十字頭發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸蓋端部的雙燃料組件中，位于左右兩側(cè)進(jìn)氣管上方的管道將氣體供應(yīng)到電磁閥，電磁閥控制氣體在合適的時(shí)候流經(jīng)進(jìn)氣門。雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)保留了柴油的過程。在吸氣行程中，隨著活塞的下移，空氣和燃?xì)獾幕旌衔锉晃霘飧變?nèi)。燃?xì)馔ㄟ^電磁閥噴入進(jìn)氣道內(nèi)。在壓縮行程中，隨著活塞上移，混合氣體被壓縮。該混合氣體質(zhì)量不好，意思就是過量空氣系數(shù)比較大（約為2）。由于這個(gè)原因，混合氣體不會(huì)自燃。在活塞即將上死點(diǎn)之前，燃料在高壓下噴射到氣缸內(nèi)，點(diǎn)火組件將空氣/燃?xì)饣旌衔稂c(diǎn)燃，然后就是作功、排氣過程。雙燃料系統(tǒng)的工作原理是，燃料，也就是天然氣，在進(jìn)氣沖程期間噴入進(jìn)氣閥前的氣道內(nèi)，和空氣充分混合，過量空氣系數(shù)為1.5?2.0，這就是低質(zhì)量的混合物。實(shí)際的空氣量比燃料完全燃燒所需的空氣量多50%?100％。在壓縮行程終了，噴射的微量燃油立即著火，隨后點(diǎn)燃空氣/氣體混合物。微噴噴油器取代了傳統(tǒng)的火花塞。著火后整個(gè)過程將按照柴油機(jī)的模式進(jìn)行，該循環(huán)模式比奧拓循環(huán)具有更高的效率。總之，使用雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)可以減少液體燃料的使用量，減少對(duì)環(huán)境的污染，同時(shí)也可以提高燃料的利用效率。一些LNG油輪目前采用氣體燃料模式的發(fā)動(dòng)機(jī)，該燃料為船上裝載的液化氣。為了保持貨物（液態(tài)天然氣）在足夠低的溫度下，貨物的一小部分會(huì)蒸發(fā)為氣體，蒸發(fā)會(huì)將熱量從貨物中吸收出來。這種方法可以保證液態(tài)氣體處于所期望的-180℃低溫下，同時(shí)蒸發(fā)出的氣體燃料可用于推進(jìn)系統(tǒng)。以前，該氣體也被用于蒸汽渦輪推進(jìn)系統(tǒng)中的蒸汽鍋爐燃料，但這樣的推進(jìn)裝置效率比雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)的效率低得多。根據(jù)船舶航程距離的估算，推進(jìn)系統(tǒng)大約會(huì)使用10％的貨物（液化氣）。當(dāng)船不運(yùn)輸貨物時(shí)，主機(jī)可以使用主噴油器，全部燃燒重油進(jìn)行工作。此時(shí)單獨(dú)的微噴噴油器（噴嘴）處于關(guān)閉狀態(tài)。直到2004年，運(yùn)輸液化天然氣（LNG）的油船由蒸汽系統(tǒng)推進(jìn)，該系統(tǒng)由一個(gè)高壓水管鍋爐、一個(gè)汽輪機(jī)和一個(gè)冷凝器單元組成。燃料取自液化氣罐，罐中液態(tài)氣體被保持在-180℃的溫度下。在航行期間，不斷蒸發(fā)的液體燃料一直處于沸騰狀態(tài)，并因此從LNG儲(chǔ)罐中除去熱量，保持液化天然氣在恒定的低溫。每次航程，根據(jù)需要的時(shí)間，約有2%至10%的貨物被“煮掉”。當(dāng)發(fā)生故障時(shí)，蒸汽鍋爐可以用重燃料油作為燃料。目前，雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)的訂單繼續(xù)急劇增長。所有的LNG油輪都下令在2006年裝備這些雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)。天然氣-柴油（GD）發(fā)動(dòng)機(jī)類似于雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)：在滿負(fù)荷下，供應(yīng)適量的液體燃料（柴油），該液體燃料不到燃料消耗總量的1％，同時(shí)供應(yīng)大量的氣體燃料。在進(jìn)氣沖程中，只有空氣被吸入和壓縮。在上死點(diǎn)位置之前，噴入少量的液體燃料，緊接著噴射氣體燃料。如果沒有氣體燃料時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)可在柴油模式下運(yùn)行。該氣體/柴油系統(tǒng)相對(duì)于雙燃料系統(tǒng)，其缺點(diǎn)是氣體必須被壓縮到一個(gè)非常高的壓力下，約350bar，以便于它可以在壓縮沖程的終了噴入氣缸，這樣一來，需要消耗相當(dāng)數(shù)量的功率來壓縮氣體。天然氣體油輪“RasLaffan”是新一代燃?xì)夤?，容量?6萬立方米，隸屬于卡塔爾天然氣運(yùn)輸公司。本文介紹的是MAN中速四沖程V型發(fā)動(dòng)機(jī)的橫截面，具體型號(hào)為V型51/60DF。該發(fā)動(dòng)機(jī)采用V型結(jié)構(gòu)，由兩排氣缸組成，每排6個(gè)氣缸。它是一種四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)，這意味著每個(gè)氣缸在四個(gè)活塞的運(yùn)動(dòng)下完成一個(gè)完整的循環(huán)。這種結(jié)構(gòu)使得發(fā)動(dòng)機(jī)的工作更加平穩(wěn)，同時(shí)也提高了燃油效率。該發(fā)動(dòng)機(jī)的排量為51.0升，每個(gè)氣缸的直徑為230毫米，行程為280毫米。它還配備了渦輪增壓器，這可以提高發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出功率和扭矩。為了保證發(fā)動(dòng)機(jī)的可靠性和耐久性，MAN公司采用了一系列先進(jìn)的技術(shù)。例如，發(fā)