ДЕЛЬТА - Двухтопливная система для дизельных генераторных установок

Простота конструкции и надежность – два основных критерия, по которым дизельный двигатель не имеет себе равных. Важно также отметить «уверенный» прием нагрузки за один шаг, возможность «холодного» пуска и короткий период готовности к приему нагрузки. Но вместе с тем, значительная стоимость дизельного топлива и высокий уровень вредных выбросов заставляют искать альтернативу дизельному двигателю. 

Газовый двигатель с точки зрения стоимости топлива является более привлекательным, но использование высоковольтных элементов системы зажигания делает его менее надежным, более трудоемким и дорогим в обслуживании. Низкая энергетическая плотность газообразного топлива не позволяет добиться высокой удельной мощности и приема нагрузки достаточной величины за один шаг.

Идея использовать воспламенение от сжатия для розжига газовоздушной рабочей смеси не является новой, но в чистом виде ее нельзя реализовать. Это связано с тем, что температура в цилиндрах двигателя в конце такта сжатия недостаточна для воспламенения газа и рабочей смеси на его основе. Дизельное топливо, даже в малых количествах, способно обеспечить гарантированное воспламенение обедненной газовоздушной смеси при температуре 600…700 С, достигаемой в цилиндрах в конце такта сжатия.

Технологическая схема, реализованная ООО «Хатрако», позволяет сохранить все достоинства дизельных двигателей при значительной экономии дизельного топлива за счет замещения большей его части (до 70%) природным газом. Двухтопливная система компании «Хатрако» – это комплект оборудования для подачи газа в цилиндры дизельного двигателя при различных режимах работы, для мониторинга параметров двигателя и самой системы. Она обеспечивает эксплуатацию дизельного двигателя в двухтопливном режиме (одновременное потребление дизельного топлива и природного газа) при сохранении всех рабочих параметров в заданных пределах, а также плавный возврат двигателя в режим потребления 100 % дизельного топлива (как по команде оператора, так и автоматически).

Принцип действия и характеристики системы ДЕЛЬТА

Газ подается в пространство между корпусом воздушного фильтра и турбокомпрессором под давлением, примерно равным атмосферному. Газовоздушный смеситель позволяет подготовить однородную топливную смесь при минимальном возмущении воздушного потока. После выхода из смесителя газовоздушная смесь сжимается в турбокомпрессоре и по впускному коллектору распределяется в цилиндры двигателя. Обедненная смесь затем сжимается в цилиндре в ходе такта сжатия и воспламеняется в момент впрыска дизельного топлива. Обедненный состав газовоздушной смеси гарантирует невозможность преждевременного воспламенения.

Количество газа, поступающего в двигатель, зависит от нагрузки и изменяется в соответствии с колебаниями воздушного потока. В состав двухтопливной системы входит специализированная панель управления, которая обеспечивает безопасную работу двигателя в газодизельном режиме. Благодаря этой технологии двухтопливная система может изменять количество топлива, поступающего в двигатель, не влияя при этом на работу оригинальной системы управления.

В стандартный комплект поставки двухтопливной системы входит газовоздушный смеситель, с помощью которого задается максимально допустимое количество газа в диапазоне нагрузок от 30 до 80 % от номинальной мощности двигателя. Подача дизельного топлива контролируется оригинальной системой управления как в дизельном, так и в двухтопливном режиме.

Электронная панель управления контролирует различные параметры двигателя, такие как давление и температура воздуха на выходе из турбокомпрессора, температура отработавших газов, разрежение во впускном коллекторе, рабочее давление газа и вибрация двигателя. Эта информация дает возможность контроллеру определить момент активации/деактивации двухтопливного режима в зависимости от состояния двигателя, нагрузки, температуры окружающей среды, уровня вибрации и рабочего давления газа.

Параметры двигателя при работе в двухтопливном режиме остаются обычно на том же уровне, что и в дизельном режиме. Количество теплоты, отводимое системой охлаждения и отработавшими газами, остается в пределах нормы. Реакция двигателя на увеличение или уменьшение нагрузки при работе в двухтопливном режиме обычно такая же или даже лучше, чем при работе в дизельном режиме, благодаря уникальной конструкции системы ДЕЛЬТА и особенностям горения газовоздушной смеси.

Основные компоненты системы

Основные компоненты двухтопливной системы – газовая магистраль, газовый ресивер и газовоздушный смеситель, установленный на входе в турбокомпрессор дизельного двигателя (рис. 1).

1 – Кран шаровый                                                                8 – Газовый фильтр

2 – Манометр                                                                         9 – Регулятор нулевого давления газа

3 – Фильтр коалесцирующий                                          10 – Клапан электромагнитный

4 – Клапан электромагнитный                                        11 – Ресивер

5 – Расходомер газа                                                             12 – Шланг газовый

6 – Регулятор давления газа с ПЗК                                13 – Смеситель газовоздушный

7 – Предохранительный сбросной клапан                 14 – Панель управления 

Рис. 1 - Состав двухтопливной системы ДЕЛЬТА

Газовая магистраль

Важнейшая функция двухтопливной системы – регулирование давления газа до подачи его в двигатель. Газовая магистраль (рис. 2) системы включает в себя 50-микронный фильтр, двойной электромагнитный клапан, приводимый в действие при заданных параметрах двигателя или для отключения системы, и регулятор нулевого давления. Двойной электромагнитный клапан управляется автоматически с панели управления. При подаче сигнала клапан первой ступени открывается мгновенно, а клапан второй ступени – с задержкой (около 30 секунд). Это позволяет системе поддерживать стабильность работы двигателя в процессе перехода к двухтопливному режиму. При отмене сигнала обе ступени клапана закрываются мгновенно, и двигатель немедленно переходит в режим потребления 100 %-го дизельного топлива. 

Регулятор нулевого давления уменьшает рабочее давление газа с 5 кПа до практически равного атмосферному. В конструкции реализована схема управления «по потребности», когда с изменением нагрузки изменяется расход воздуха, что автоматически вызывает изменение потока газа, поступающего в газовоздушный смеситель.

Рис. 2 - Газовая магистраль

Газовый ресивер с клапаном расхода газа

Конструктивно газовый ресивер (рис. 3) представляет собой накопительный газовый ресивер с клапаном расхода газа, состоящий из регулировочного резьбового винта и стопорного кольца. При настройке задается величина зазора в корпусе клапана расхода – в результате ограничивается максимальный расход газа во всем диапазоне нагрузок двигателя. Используя регулировочный резьбовой винт, оператор устанавливает требуемое соотношение газа и дизельного топлива. Для двигателей, которым требуются два газовоздушных смесителя, поставляется ресивер с двойным клапаном расхода газа, состоящий из двух отдельных клапанов расхода газа для корректировки газового потока в каждый ряд цилиндров.  

Рис. 3 - Газовый ресивер с регулятором расхода газа

Газовоздушный смеситель

Смеситель (рис. 4) устанавливается между корпусом воздушного фильтра и турбокомпрессором. Воздушный поток, проходящий через смеситель, обтекает секцию диффузора, образуя турбулентную область низкого давления, которая втягивает газ в диффузор. Через радиальные отверстия, выполненные с высокой точностью в выходной части сопла, газ подается в турбулентный воздушный поток сразу за диффузором. Уникальная конструкция смесителя обеспечивает высокую степень смешивания газа и воздуха при минимальной турбулентности воздушного потока.

Рис. 4 - Газовоздушный смеситель

Приборы управления и контроля

Двухтопливная система ДЕЛЬТА поставляется с электронной панелью управления, которая контролирует и отображает ключевые параметры двигателя и самой системы. Анализируя сигналы различных датчиков и заданные параметры, панель активирует или деактивирует двухтопливный режим.

В число контролируемых параметров входят: температура отработавших газов, температура и давление воздуха в коллекторе, разрежение во впускном коллекторе и уровень вибрации двигателя. Кроме того, контролируется рабочее давление газа на входе в газовую магистраль и давление на выходе из регулятора нулевого давления. Если панель управления обнаруживает какое-либо нарушение, двухтопливный режим деактивируется и двигатель переводится в 100 %-й дизельный режим.

Модернизация двигателя и гарантии

Затраты времени на модернизацию зависят от сложности проекта. Обычно для установки двухтопливной системы на небольших двигателях достаточно одного-двух дней, на более мощных – два или три дня. В том и другом случае потребуется не более двух специалистов. Установка двухтопливной системы не влияет на заводскую гарантию на двигатель. Поскольку в его конструкцию не вносится никаких изменений, производители двигателей готовы сохранять действие гарантии и после дооборудования, хотя и не будут нести ответственность за отказы, связанные с применением двухтопливной системы. Базовые компоненты системы, в том числе газовоздушные смесители, панель управления и составные части газовой магистрали, обеспечены двухгодичной гарантией. Электронные датчики, переключатели и термопары имеют гарантию один год.

Двухтопливная система ДЕЛЬТА может использоваться для установки на двигатели различных моделей и производителей: ЯМЗ, ТМЗ, ММЗ, КамАЗ, CAT, Cummins, Boudouin, Deutz, MAN, Mitsubishi, MTU, MWM, Perkins, Doosan, Scania, Iveco, Isuzu, John Deere, Kubota, Yanmar, Volvo Penta, Lister Peter, Liebherr, Hyundai, Wartsila, Weichai, Yuchai, Jichai и др.