夏立國(guó)，翁昕昊

（合肥熔安動(dòng)力機(jī)械有限公司技術(shù)工藝部，合肥 230601）

0 引言

隨著人們對(duì)環(huán)境保護(hù)的日益重視以及燃油價(jià)格的不斷提高，柴油機(jī)替代燃料的開發(fā)已刻不容緩。MAN B&W公司根據(jù)市場(chǎng)的需要，憑借雄厚的研發(fā)能力和大量服務(wù)經(jīng)驗(yàn)，推出了全電控雙燃料船用低速柴油機(jī)—ME-GI系列柴油機(jī)。

1 ME-GI 雙燃料船用柴油機(jī)

1.1 簡(jiǎn)介

液化天然氣是一種高效、低廉的清潔能源，而且儲(chǔ)量巨大。目前世界各國(guó)都給予了高度重視，將其視為未來(lái)主要的替代能源。1994年，MAN公司制造了第一臺(tái)雙燃料柴油機(jī)12K80MC-GI，用于日本Chiba的電站動(dòng)力，在1994年到2003年中，運(yùn)行時(shí)間已超過(guò)20,000h。該柴油機(jī)的燃油和燃?xì)鈬娚湔龝r(shí)都由機(jī)械系統(tǒng)控制完成。

在大量的服務(wù)經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上，借鑒20世紀(jì)90年代晚期的VOC（揮發(fā)性有機(jī)化合物）柴油機(jī)的研制經(jīng)驗(yàn)，經(jīng)過(guò)多年的完善，MAN B&W公司推出了ME-GI電控雙燃料柴油機(jī)，如圖1所示。

圖1 ME-GI電控雙燃料柴油機(jī)

1.2 ME-GI 雙燃料船用柴油機(jī)的結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)

ME-GI柴油機(jī)是以成熟電子控制式ME柴油機(jī)為基礎(chǔ)，專為L(zhǎng)NG市場(chǎng)開發(fā)的能燃燒天然氣和燃油的船用低速電控柴油機(jī)。它是在ME電控型柴油機(jī)上安裝了一個(gè)250bar～300bar壓力的天然氣共軌管。并對(duì)MC-GI的一些零部件進(jìn)行了改進(jìn)設(shè)計(jì)，如燃?xì)鈬娚湫顗簤K、液壓缸單元、燃?xì)夤?yīng)系統(tǒng)、大排管等。它既能在柴油與天然氣雙燃料狀態(tài)下工作，又能在純柴油狀態(tài)下正常工作，還能實(shí)現(xiàn)柴油和雙燃料之間的方便轉(zhuǎn)換。其功率輸出、效率以及轉(zhuǎn)速性能與傳統(tǒng)的ME-C系列柴油機(jī)相同。

2 ME-GI 雙燃料船用柴油機(jī)的主要零部件

為了能同時(shí)燃燒燃油和燃?xì)猓琈E-GI 雙燃料船用柴油機(jī)增加了燃?xì)鈬娚溟y、雙壁燃?xì)夤?、蓄壓塊、ELGI閥、燃?xì)饪刂啤⑼L(fēng)系統(tǒng)和安全系統(tǒng)，并對(duì)缸蓋和大排管進(jìn)行了改進(jìn)。

2.1 燃?xì)鈬娚溟y

ME-GI 雙燃料船用柴油機(jī)在缸蓋上安裝了2個(gè)或3個(gè)燃油噴射閥，2個(gè)或3個(gè)燃?xì)鈬娚溟y（圖2）。燃油閥的開啟和關(guān)閉原理與普通ME柴油機(jī)相同，但是增加了噴射燃?xì)庖加偷淖饔谩６細(xì)鈬娚溟y的動(dòng)作由ELGI閥控制，并需要引燃油、控制油和密封油的輔助，來(lái)完成高壓燃?xì)獾膰娚洹?/p>

圖2 燃?xì)鈬娚溟y

燃?xì)馔ㄟ^(guò)缸蓋上的孔進(jìn)入噴射閥，為了防止氣體泄漏可能引發(fā)的風(fēng)險(xiǎn)，在缸蓋和噴射閥、噴射閥座和閥桿之間裝有密封環(huán)。如果發(fā)生泄漏，氣體將從缸蓋上的孔返回到高壓管中，并隨時(shí)被傳感器監(jiān)測(cè)。

2.2 雙壁燃?xì)夤?/h3>

為了將高壓燃?xì)廨斔偷矫恳粋€(gè)閥塊內(nèi)，引入了恒壓共軌系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。這些燃?xì)夤懿捎秒p壁式設(shè)計(jì)，外部管起保護(hù)作用，以防止內(nèi)管破裂時(shí)高壓燃?xì)鈬姵?。在包括閥、法蘭等的中間空間，安裝了單獨(dú)的換氣能力約為“10～30 air per hour”的機(jī)械通風(fēng)裝置。中間空間的壓力要低于機(jī)艙和通風(fēng)管外風(fēng)機(jī)馬達(dá)的壓力。通風(fēng)送出的氣體排放到安全的區(qū)域。

燃?xì)夤芟档脑O(shè)計(jì)壓力高于工作壓力的50%，用支架固定，防止振動(dòng)；同時(shí)需進(jìn)行防重物墜落的保護(hù)。到達(dá)各缸的支管必須有足夠的彈性，以緩沖柴油機(jī)從冷態(tài)到熱態(tài)的膨脹。

2.3 蓄壓塊

蓄壓塊是一個(gè)獨(dú)立的模塊，用螺栓固定在氣缸蓋的燃油側(cè)。燃?xì)忾y塊被集成在蓄壓塊上（圖3），并在頂部安裝一個(gè)截止閥和兩個(gè)放氣閥。供應(yīng)給蓄壓塊的燃?xì)?，通過(guò)蓄壓塊內(nèi)的止回閥進(jìn)入氣缸，并通過(guò)與雙壁管聯(lián)結(jié)，由雙壁管上的傳感器監(jiān)測(cè)燃?xì)獾拿芊庑浴?/p>

圖3 燃?xì)忾y塊/蓄壓塊

在燃?xì)鈬娚淦陂g，蓄壓塊內(nèi)的壓降需要進(jìn)行測(cè)量，壓降通常不能超過(guò)20 bar～30 bar。燃?xì)馔ㄟ^(guò)截止閥到達(dá)燃?xì)鈬娚溟y，在柴油機(jī)燃?xì)膺\(yùn)行模式結(jié)束后，通過(guò)放氣閥清空蓄壓塊內(nèi)的燃?xì)狻?/p>

2.4 ELGI閥、控制系統(tǒng)、安全系統(tǒng)和通風(fēng)系統(tǒng)

ME-GI 雙燃料船用柴油機(jī)在ME-C柴油機(jī)的液壓缸單元上安裝了電控燃?xì)鈬娚溟y（ELGI），用來(lái)控制燃?xì)鈬娚淞?。同時(shí)伺服油系統(tǒng)提供高壓控制油到燃?xì)鈬娚溟y，進(jìn)而控制燃?xì)獾恼龝r(shí)。在ELGI閥和燃油泵之間安裝了壓力表和截止閥，燃油泵上安裝了監(jiān)測(cè)引燃油噴射壓力和噴射量的傳感器。

圖4 改進(jìn)后的大排管

ME-GI 雙燃料船用柴油機(jī)ME機(jī)原有電控系統(tǒng)保持不變，如主操作面板（MOP）、本地操作面板（LOP）等。ME-GI柴油機(jī)燃?xì)饽Ｊ较碌牟僮鞫加杉厥铱刂仆瓿?。這些控制系統(tǒng)分為裝置控制，燃料控制和安全控制三部分。裝置控制系統(tǒng)控制主機(jī)在燃?xì)獍踩珷顟B(tài)（僅重油）或雙燃料狀態(tài)下運(yùn)行。只有安全系統(tǒng)允許的情況下，裝置控制系統(tǒng)才會(huì)將主機(jī)運(yùn)行在雙燃料狀態(tài)，否則主機(jī)只能運(yùn)行在燃?xì)獍踩珷顟B(tài)。燃料控制系統(tǒng)監(jiān)測(cè)不同模式下的燃?xì)庵笖?shù)和引燃油指數(shù)。安全控制系統(tǒng)用來(lái)監(jiān)測(cè)所有的燃?xì)庠O(shè)備和相關(guān)的輔助系統(tǒng)，ME安全系統(tǒng)的現(xiàn)有shut down 信號(hào)，氣缸允許燃?xì)鈬娚涞臈l件。只要安全系統(tǒng)監(jiān)測(cè)到上述情況中的一種，燃?xì)夤?yīng)系統(tǒng)中的ELGI電子燃?xì)鈬娚溟y就會(huì)失效，相關(guān)的截止閥就會(huì)關(guān)閉，放氣閥打開，確保安全。另外，安全系統(tǒng)還裝有一個(gè)氣體分析儀，來(lái)檢測(cè)壓縮機(jī)艙和雙層管內(nèi)的碳?xì)錃怏w濃度。

通風(fēng)系統(tǒng)對(duì)雙層管的外壁管進(jìn)行通風(fēng)，密封油系統(tǒng)用來(lái)分開燃?xì)忾y中的控制油和燃?xì)猓栊詺怏w系統(tǒng)主要起凈化作用。

2.5 改進(jìn)部件——大排管和缸蓋

如圖4所示，大排管的外壁增厚3mm，兩端的封堵增厚2mm，支架增厚3mm，進(jìn)、排煙法蘭處增加了加強(qiáng)環(huán)，進(jìn)、出口增大2mm，以確保運(yùn)行安全和效率。缸蓋上增加了燃?xì)鈬娚溟y需要的孔。

3 ME-GI 雙燃料船用柴油機(jī)的優(yōu)勢(shì)

ME-GI柴油機(jī)的使用范圍可以從LNG船擴(kuò)展至LPG船以及集裝箱船等遠(yuǎn)洋船舶。當(dāng)其作為主機(jī)時(shí)，在25%負(fù)荷以上時(shí)，從0%燃?xì)狻?00%燃油到95%天然氣、5%燃油之間，燃?xì)夂腿加涂梢匀魏伪壤M(jìn)行使用。由于大量減少了柴油的使用，因此船舶運(yùn)營(yíng)成本將大幅降低。

ME-GI柴油機(jī)在降低有害排放物方面有很大的優(yōu)勢(shì)，可使SOx下降約95%，NOx下降約12%～15%左右。同時(shí)，因大幅度降低燃油的用量，溫室氣體CO2和粉塵的排放也會(huì)明顯降低。ME-GI柴油機(jī)若與SCR（選擇性催化還原）或EGR（廢氣再循環(huán)）系統(tǒng)結(jié)合，還能滿足NOx的Tier III排放要求。

4 結(jié)語(yǔ)

目前ME-GI柴油機(jī)可以為市場(chǎng)提供廣泛的動(dòng)力方案，缸徑最大可達(dá)980mm。ME-GI柴油機(jī)具有ME電控柴油機(jī)所有的功能和優(yōu)勢(shì)，加之優(yōu)勢(shì)顯著的經(jīng)濟(jì)性和低排放性，因此市場(chǎng)前景非常廣闊。

[1]國(guó)際海事組織 73/78防污公約 MARPOL 73/78 綜合文本 2006[S].北京：人民交通出版社，2007-11.

[2]MAN Diesel Company.MAN B&W Project Guide[Z].2009.

[3]孫培廷.船舶柴油機(jī)[M].大連:大連海事大學(xué)出版社，2006年.