Q12V135DA气体发动机设计方案

zhangqiang03656

Q12V135DA气体发动机设计方案

根据6月25日大功率柴油机会议上公司领导对12V气体发动机的开发策划，决定开发配套油田150kW陆用电站机组，对此，技术中心提出如下设计方案交公司评审会评审：
一、技术参数

型       号	Q12V135DA
型       式	V型75º夹角
燃烧室型式	碗型
气  缸  数	12
冲  程  数	4
气 缸 直 径  （mm）	135
活 塞 行 程  （mm）	150
活 塞 排 量  （L）	25.7
压   缩  比	10.5
标定功率/标定转速 [kW/（r/min）]	180/1500

二、气体发动机工作方式的选择：
从工作时燃料浓度看，点燃式发动机工作方式有两种，一种是采用理论空燃比的方式；另一种是采用稀薄燃烧空燃比的方式。天然气与空气混合后的可燃混合气具有较宽的点火界限，其点火界限过量空气系数的变化范围为0.6~1.8，因而可在较宽的范围内改变混合比，提供不同成份的混合气。发动机工作方式的选择应综合考虑发动机的动力性、经济性、可靠性、及成本等诸多方面。
1、
火系统的选择
为适应稀薄燃烧，需采用高能量点火系统，点火单元有磁电机点火装置及数字点火装置，磁电机工作可靠，点火能量大，但结构较复杂，价格高，数字点火装置我公司已在6缸以下发动机使用，其结构紧凑，点火提前角可动态调整，用于12V可采用6缸双发火型式，这样变动少，成本低。
2、进气方式的选择：
有两种方案：
（1）用两只混合器，一边一个，混合器可与6缸通用，但给调速系统带来困难，V型两边混合气进气量能否均匀，调速能否同步，否则易造成“回火放炮”现象。
（2）用一只混合器，混合气进入进气总管，由进气总管分配V型两边，这样两边进气量均匀，速度达到同步。调速系统控制较容易。但混合器需重新选型，必须保证足够的混合气量，还需考虑混合器与调压阀的平衡。
这两种方案优先考虑第二种，但需与供应商探讨。
3、调压阀的选型
    调压阀需根据不同的气源压力来设置几级调压及流量，且调压阀与混合器之间压力需设计平衡装置，做平衡性试验。
4、调速系统

气体发动机通过控制节气门开度位置来调节混合器供气量，属于典型的非线性调节，节气门在小开度位置时，微小的位置变化会引起较大的功率变化，而在大开度位置时，较大的位置变化会引起较小的功率变化。速度控制器采用P（比例）I（积分）D（微分）运算进行速度调节，由于节气门的非线性控制特性，调速器在怠速或低负荷时应采用较大微分、较小积分,而在大负荷时应采用较小微分、较大积分的控制策略。目前使用的国产模拟调速器采用固定的P、I、D常数，PID调整不能兼顾各种工况，发动机调节特性较差。气体发动机速度调速器P、I、D常数必须随不同工况自动调整，国产调速器不一定能满足使用条件，要达到上述目的，可能需采用进口数字式或燃气发动机专用模拟调速器。
三、结构方案
1、 确定合适的压缩比
受爆燃极限的影响，根据气体燃料的特性，初选压缩比为10.5，燃烧室采用碗型结构。
2、 进排气系统
首先需要设计进气总管，进气总管通过两支管与V型两进气管相接，进气总管上布置有混合器、调速执行器等部件，同时考虑到充气效率的影响，进气管需重新设计。
排气管需考虑排气温度、氧传感器、压力等接口，同时要耐高温，材料定为蠕墨铸铁。
3 、缸盖组件
考虑借用QR744-04-000。
4、 凸轮轴
考虑气门重叠角不能过大，否则进易引起进排气管“回火放炮”，且气耗率增高。初步选用NTH771凸轮轴结合组。
5、安全防爆
曲轴箱及进气管需考虑防爆装置，安装防爆阀。

12V气体发动机开发初步方案基本如上，我公司开发面临以下困难，目前国内搞12V气体发动机机型只有济南柴油机厂及胜利动力机械厂的12V190系列，其从80年代就开始开发。我公司开发12V可参照的只有济柴和胜动。
济柴和胜动隶属于石油系统，有优越的试验条件，而我公司开发12V必须有专用的天然气试验台架，目前我公司只有简易的液化气试验台架，用液化气试验具有较大的危险性，且工况完全不同，需做大量的匹配试验，因此天然气试验台架必须建立。
点火系统及调速系统、混合器、调压阀等专用部件国内无成熟产品，可能须进口，选型较困难，需与进口供应商进行探讨。有可能最好了解国内一些同行产品现状，用户使用情况，气体发动机发展前景及趋势。

wjt840717

"目前国内搞12V气体发动机机型只有济南柴油机厂及胜利动力机械厂的12V190系列，其从80年代就开始开发。我公司开发12V可参照的只有济柴和胜动"，目前国内搞12V的不止这两家，光深圳就有好几家！！！