一种船用HCNG发动机燃料供给系统

一种船用hcng发动机燃料供给系统
技术领域
1.本发明涉及的是一种船用发动机，具体地说是船用发动机的燃料供给系统。

背景技术：

2.近年来，随着能源危机和生态环境的日益恶化，以绿和可持续发展的理念在各行各业被焕发出了新的使命。船舶行业也在向绿航运和绿造船积极转型，而采用替代燃料，可有效降低污染物和运营成本。
3.天然气发动机可有效降低硫化物、pm和co2排放，但动态特性较差，通常伴随失火和爆震等燃烧不稳定现象，且内部易出现天然气逃逸的现象，会加剧hc的排放。氢气可作为一种添加组分扩展传统碳氢燃料的贫燃极限，实现更稳定的燃烧。
4.将氢气与天然气按一定比例混合而得到的代用气体燃料称为hcng。hcng发动机综合了氢气燃烧速率快，着火极限宽、可从可再生能源制取获得的特点；以及天然气体积热值高、储量丰富、排放较低等优点。目前的船用发动机领域，很少有天然气、氢气两种混合燃料的供给系统，传统的天然气发动机单一燃料供给系统无法保证空气与两种燃料的混合效果，且换气过程易出现泄漏现象。

技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供可以满足特定比例的空气、天然气和氢气混合均匀性指标，且可以有效避免换气过程中燃料泄漏问题的一种船用hcng发动机燃料供给系统。
6.本发明的目的是这样实现的：
7.本发明一种船用hcng发动机燃料供给系统，其特征是：包括天然气储罐、氢气储罐、缓冲腔、第一压气机、第二压气机、第一气体放大器、第二气体放大器，天然气储罐的出口连接三通阀，三通阀分别连接第一管道和第三管道，第一管道、第三管道均连接第二管道，氢气储罐通过其出口管道连接第二管道和第三管道，第二管道连接缓冲腔，第二管道上设置第一气体放大器，第一管道上设置第一压气机，第二压气机分别连接空气支管和空气管路，缓冲腔分别连接空气管路和进气歧管，空气管路上安装第二气体放大器，进气歧管上安装第三压气机。
8.本发明还可以包括：
9.1、氢气储罐的出口管道上安装第一控制阀，第三管道上安装第二控制阀，第一压气机后方的第一管道上安装第三控制阀，缓冲腔与第二管道的连接处设置第四控制阀。
10.2、所述第一气体放大器的侧面设置第一进气口，第一气体放大器的前后两端分别设置第二进气口和出气口，第一气体放大器里设置连通第一进气口的环形腔，第二进气口和出气口之间设置环形缝隙，环形腔连通环形缝隙，出气口位置设置康达尔效应壁面；第一进气口连接第一压气机后方的第一管道，第二进气口连通第二管道，出气口连接缓冲腔。
11.3、所述缓冲腔为球体或椭圆体。
12.4、第二管道位于缓冲腔里的管路与空气管路位于缓冲腔里的管路垂直交汇在缓
冲腔内。
13.5、通过第二控制阀和第三控制阀的开闭，使得天然气、氢气进入第一气体放大器的时间小于预设时间，以使压缩的天然气能够带动未经压缩的天然气-氢气的混合气体高速泄出第一气体放大器。
14.6、第一控制阀控制与天然气混合的氢气的流量，使掺氢比控制在0-30％之间。
15.7、三通阀控制分配至第一管道中的天然气的量与第三管道的天然气的量的比为1:9。
16.本发明的优势在于：本发明通过设置天然气-氢气进气组件和空气进气组件，天然气-氢气进气组件中的天然气储罐和氢气储罐能够选择性地连通或断开，以使部分天然气与氢气混合，且天然气-氢气进气组件的出口端和空气进气组件的出口端均选择性地与缓冲腔的入口端连通，进入缓冲腔的混合气体是满足特定比例的空气、天然气和氢气，混合均匀，有效避免换气过程中燃料泄漏问题。
附图说明
17.图1为本发明的结构示意图；
18.图2为第一气体放大器的结构示意图。
具体实施方式
19.下面结合附图举例对本发明做更详细地描述：
20.结合图1-2，本发明提供了一种船用hcng发动机燃料供给系统，包括天然气-氢气进气组件1和空气进气组件，天然气-氢气进气组件1包括天然气储罐11和氢气储罐12，天然气储罐11与氢气储罐12选择性地连通或断开，以使部分天然气与氢气混合，天然气-氢气进气组件1的出口端和空气进气组件的出口端均选择性地与缓冲腔3的入口端连通，缓冲腔3的出口端与气缸的燃烧室连通。
21.本实施例通过设置天然气-氢气进气组件1和空气进气组件，天然气-氢气进气组件1中的天然气储罐11和氢气储罐12能够选择性地连通或断开，以使部分天然气与氢气混合，且天然气-氢气进气组件1的出口端和空气进气组件的出口端均选择性地与缓冲腔3的入口端连通，进入缓冲腔3的混合气体是满足特定比例的空气、天然气和氢气，混合均匀，有效避免换气过程中燃料泄漏问题。
22.天然气-氢气进气组件1还包括第一压气机13和第一气体放大器14，天然气储罐11的出口管道通过第一管道111与第一压气机13连通，第一压气机13与第一气体放大器14的第一进气口141连通，氢气储罐12通过第二管道121与第一气体放大器14的第二进气口142连通，出口管道通过第三管道122与第二管道121连通，第一气体放大器14的出气口146与缓冲腔3的第一入口端连通。
23.第一气体放大器14是应用康达空气放大效应和流体力学基本原理设置的一种装置，由少量压缩气体作为动力，穿过规律排列、具有特殊形状的小孔，在另一端形成负压效应，输出气体可达到压缩气体的20-50倍，因此在天然气-氢气进气组件1中设置第一气体放大器14，只需要将进入第一管道111的部分天然气进行压缩，通过第一气体放大器14，带动第二管道121中混合的天然气-氢气一起进入缓冲腔，利用第一气体放大器14可以增大空气
流量，可有效避免因进气压力不足导致的失火问题，使船用hcng发动机实现更充分的燃烧，提供更好的动力性。同时，第一气体放大器14体积小，可安装到气体管路中，不需占用过大空间。
24.如图2所示，第一气体放大器包括第一进气口141、第二进气口142，经过压缩的气体通过第一进气口141进入环形腔143，并由环形缝隙144高速泄出，这股高速气流通过“康达尔效应”壁145带动从第二进气口142进入的环境气体，向出气口146高速泄出，本发明采用的为0.05mm间隙垫片，可带动气体约为20倍，但为了保证冗余，本实施例使用所需天然气质量的10％进行压缩，作为动力源。
25.因此，天然气储罐11的出口管道、第一管道111和第三管道122的交汇处设有三通阀1111，以控制天然气分别进入第一管道111和第三管道122的比例，其中分配至第一管道111中的天然气的量与第三管道122的天然气的量的比约为1:9，保证将第一气体放大器14的作用最大化，提供动力源。
26.第二管道121上设有第一控制阀1211，用于控制与天然气混合的氢气的流量，具体地，根据实际工况，判断掺氢比，使掺氢比范围控制在0-30％之间。
27.第三管道122上设有第二控制阀1221，第一压气机13的出口与第一气体放大器14之间设有第三控制阀131，以使天然气通过第一管道111进入第一气体放大器14的时间与天然气-氢气的混合气体通过第二管道121进入第一气体放大器14的时间差，小于预设时间，使得通过第一管道111进入第一气体放大器14的天然气，能够带动通过第二管道121进入第一气体放大器14的天然气-氢气的混合气体。
28.缓冲腔3的第一入口端设有第四控制阀31，以使第一气体放大器14和缓冲腔3选择性地连通或断开，换气过程中，可以将第四控制阀31关闭，使得只有空气进气组件中的空气进入缓冲腔3，然后进入气缸4完成换气。
29.本实施例所提供的船用hcng发动机燃料供给系统还包括控制单元6，控制单元6能够控制三通阀1111和第一控制阀1211的开度以及第二控制阀1221、第三控制阀131和第四控制阀31的启闭。
30.空气进气组件包括第二压气机23、第二气体放大器24、与外界供气系统连通地空气支管21和空气管路22，空气支管21与第二压气机23连通，第二压气机23与第二气体放大器24连通，空气管路22与第二气体放大器24连通，第二气体放大器24与缓冲腔3的第二入口端连通。
31.设置第二气体放大器24同样为了通过少量压缩过的空气，带动剩余的空气进入缓冲腔3，其工作原理与第一气体放大器14相同，在此不做赘述。
32.缓冲腔3的出口端与气缸之间设有第三压气机5。
33.本实施例中缓冲腔3设置成球体或椭圆体，目的是使腔壁面尽量平滑不存在尖角或死角，影响气体混合；第一气体放大器14与缓冲腔3第一入口端之间的管路与第二气体放大器24与缓冲腔第二入口端3之间的管路呈垂直交汇在缓冲腔3内，目的是使混合燃料和空气能进行相互碰撞，加大气流运动，使混合气体尽可能均匀混合。
34.本实施例所提供的船用hcng发动机燃料供给系统工作过程：首先，天然气储罐11中的天然气通过第一汽化器后，流经三通阀1111，将所需天然气质量的10％通过第一管道111进入第一压气机13，将剩余的天然气质量的90％通过第三管道122，与氢气混合，其中，
氢气由氢气储罐12提供，并通过第一控制阀1211控制掺氢量。其次，经过压缩的天然气通过第一进气口141进入第一气体放大器14，未经压缩的天然气-氢气的混合气体通过第二进气口142进入第一气体放大器14，通过第二控制阀1221和第三控制阀131使得两种气体进入第一气体放大器14的时间小于预设时间，以使压缩的天然气能够带动未经压缩的天然气-氢气的混合气体高速泄出第一气体放大器14。同样地，空气进气组件2通过同样地方式进入第二气体放大器24。
35.在进气过程中，第四控制阀31开启，混合燃料通过第一气体放大器14的出气口进入缓冲腔3，空气通过第二气体放大器24的出口端进入缓冲腔3，混合燃料和空气充分混合，通过第三压气机5进入气缸4。
36.在换气过程中，第四控制阀31关闭，只有空气进入缓冲腔3后进入第三压气机5，最后进入气缸4完成换气。
37.第一压气机13和第二压气机23只需要压缩少量气体通入气体放大器中，所需能量较低，且由废气涡轮供给能量。

技术特征：

1.一种船用hcng发动机燃料供给系统，其特征是：包括天然气储罐、氢气储罐、缓冲腔、第一压气机、第二压气机、第一气体放大器、第二气体放大器，天然气储罐的出口连接三通阀，三通阀分别连接第一管道和第三管道，第一管道、第三管道均连接第二管道，氢气储罐通过其出口管道连接第二管道和第三管道，第二管道连接缓冲腔，第二管道上设置第一气体放大器，第一管道上设置第一压气机，第二压气机分别连接空气支管和空气管路，缓冲腔分别连接空气管路和进气歧管，空气管路上安装第二气体放大器，进气歧管上安装第三压气机。2.根据权利要求1所述的一种船用hcng发动机燃料供给系统，其特征是：氢气储罐的出口管道上安装第一控制阀，第三管道上安装第二控制阀，第一压气机后方的第一管道上安装第三控制阀，缓冲腔与第二管道的连接处设置第四控制阀。3.根据权利要求1所述的一种船用hcng发动机燃料供给系统，其特征是：所述第一气体放大器的侧面设置第一进气口，第一气体放大器的前后两端分别设置第二进气口和出气口，第一气体放大器里设置连通第一进气口的环形腔，第二进气口和出气口之间设置环形缝隙，环形腔连通环形缝隙，出气口位置设置康达尔效应壁面；第一进气口连接第一压气机后方的第一管道，第二进气口连通第二管道，出气口连接缓冲腔。4.根据权利要求1所述的一种船用hcng发动机燃料供给系统，其特征是：所述缓冲腔为球体或椭圆体。5.根据权利要求1所述的一种船用hcng发动机燃料供给系统，其特征是：第二管道位于缓冲腔里的管路与空气管路位于缓冲腔里的管路垂直交汇在缓冲腔内。6.根据权利要求1所述的一种船用hcng发动机燃料供给系统，其特征是：通过第二控制阀和第三控制阀的开闭，使得天然气、氢气进入第一气体放大器的时间小于预设时间，以使压缩的天然气能够带动未经压缩的天然气-氢气的混合气体高速泄出第一气体放大器。7.根据权利要求1所述的一种船用hcng发动机燃料供给系统，其特征是：第一控制阀控制与天然气混合的氢气的流量，使掺氢比控制在0-30％之间。8.根据权利要求1所述的一种船用hcng发动机燃料供给系统，其特征是：三通阀控制分配至第一管道中的天然气的量与第三管道的天然气的量的比为1:9。

技术总结

本发明的目的在于提供一种船用HCNG发动机燃料供给系统，包括天然气储罐、氢气储罐、缓冲腔、第一压气机、第二压气机、第一气体放大器、第二气体放大器，天然气储罐的出口连接三通阀，三通阀分别连接第一管道和第三管道，第一管道、第三管道均连接第二管道，氢气储罐通过其出口管道连接第二管道和第三管道，第二管道连接缓冲腔，第二管道上设置第一气体放大器，第一管道上设置第一压气机，第二压气机分别连接空气支管和空气管路，缓冲腔分别连接空气管路和进气歧管，空气管路上安装第二气体放大器，进气歧管上安装第三压气机。本发明进入缓冲腔的混合气体是满足特定比例的空气、天然气和氢气，混合均匀，有效避免换气过程中燃料泄漏问题。泄漏问题。泄漏问题。