CN113464317B - 燃气***、双燃料主机动力***及船舶 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种燃气***、双燃料主机动力***及船舶。所述燃气***，用于双燃料主机，包括燃料罐、双燃料主机、低压泵组、高压泵组和回收装置。双燃料主机包括主机供给口和主机排放口。燃料罐与主机供给口的管路上依次设置有低压泵组和高压泵组，主机排放口连接回收装置。回收装置设置有回液管路，回液管路的出口与低压泵组和高压泵组中间的管路相连通。回液管路上设置回液阀，在高压泵组入口处的压力大于等于预设压力阈值时，回液阀关闭。本申请的技术方案有效回收和利用双燃料主机未充分燃烧的燃气，且在输送到前置管路进行重利用时，可降低对前置管路的压力冲击和影响，保证前置管路在接入回收燃气后的压力稳定。

Description

燃气***、双燃料主机动力***及船舶

技术领域

本申请涉及船舶动力技术领域，具体而言，涉及一种燃气***、双燃料主机动力***及船舶。

背景技术

随着MARPOL公约(国际防止船舶造成污染公约)对船舶排放要求越来越高，传统船舶主机以燃油(轻柴油和重油)为主要燃料作为排放大户，排放出大量氮硫化物，造成环境污染，所以以LPG(液化石油气)为清洁动力的双燃料主机应运而生。

现有技术中，双燃料主机动力***在使用燃气模式工作时，会有未充分燃烧的气态或液态燃气排出，一般采取的方式是直接排放到外界环境中，造成极大地浪费。有些燃气***增加了回收利用的功能，但是重利用的燃气接入前置管路有较大可能打破压力平衡，造成前置管路的压力紊乱，容易造成管路故障，影响前置管路的正常工作。

因此，如何设计出一种能够有效回收和利用双燃料主机的残余燃气，并降低重利用燃气对前置管路压力影响的燃气***，成为业内研究的热点。

发明内容

本申请实施例的目的在于提供一种燃气***，其能够有效回收和利用双燃料主机未充分燃烧的燃气，且在输送到前置管路进行重利用时，可降低对前置管路的压力冲击和影响，保证前置管路在接入回收燃气后的压力稳定。

本申请实施例的第二目的还在于提供一种使用上述燃气***的双燃料主机动力***。

本申请实施例的第三目的还在于提供一种使用上述双燃料主机动力***的船舶。

第一方面，提供了一种燃气***，用于双燃料主机，包括燃料罐、双燃料主机、低压泵组、高压泵组和回收装置。双燃料主机包括主机供给口和主机排放口。燃料罐与主机供给口的管路上依次设置有低压泵组和高压泵组，主机排放口连接回收装置。回收装置设置有回液管路，回液管路的出口与低压泵组和高压泵组中间的管路相连通。回液管路上设置回液阀，在高压泵组入口处的压力大于等于预设压力阈值时，回液阀关闭。

在一种可实施的方案中，回收装置还设置有与回液管路并联的集液管路，集液管路上设置有集液阀；在回液阀处于关闭状态时，集液阀处于打开状态。

在一种可实施的方案中，集液管路上设置有集液装置，集液装置上设置有与外部空间相连的泄压口。

在一种可实施的方案中，泄压口还连接有冗余装置，冗余装置用于接收超出集液装置压力上限的气体。

在一种可实施的方案中，还包括高压调流管路，高压调流管路的入口与高压泵组的出口相连，高压调流管路的出口与高压泵组的入口相连。

在一种可实施的方案中，高压调流管路的出口与高压泵组的入口相连的位置为第一位置，回液管路的出口与低压泵组和高压泵组中间的管路相连通的位置为第二位置；沿燃气供给方向，第一位置位于第二位置的上游。

在一种可实施的方案中，还包括低压调流管路，低压调流管路的入口与低压泵组的出口相连，低压调流管路的出口与燃料罐的内部空腔相连通。

在一种可实施的方案中，还包括与低压调流管路并联的低压旁通管路。

根据本申请的第二方面，还提供了一种双燃料主机动力***，包括上述技术方案中的燃气***。

根据本申请的第三方面，还提供了一种船舶，包括上述技术方案中的双燃料主机动力***。

与现有技术相比，本申请的有益效果为：

1.本申请的燃气***在工作时，双燃料主机未充分燃烧的残余燃气通过主机排放口进入回收装置，并通过回液管路接入低压泵组和高压泵组之间，从而对回收的燃气再利用，减少浪费。

2.本申请中在回液管路中设置回液阀，实现对回液管路的有效控制。当双燃料主机的残余燃气较多时，过多的残余燃气输入到高压泵组入口端，较容易影响已经建立的压力环境。因此，设置回液阀后，可以当高压泵组入口端压力达到预设的压力阈值时，关闭回液阀，切断回收燃气的利用，有效地降低回收重利用燃气对前置管路压力的影响。

3.本申请将回液管路接入低压泵组和高压泵组之间，缩短回液管路的长度，提高回收燃气的重利用效率。此外，双燃料主机的残余燃气相对量较小，因此较短的回液管路更利于残余燃气快速且充分的利用，进而提高回收燃气的重利用效率。

4.本申请中低压泵组和高压泵组的结合，使得由燃料罐至主机供给口的燃气逐步加压，降低压力突增对管路、阀门等部件的冲击和破坏，从而保护管路，保持压力稳定。此外，低压泵组和高压泵组的结合也利于燃气远距离的加压驳运，即使燃料罐与双燃料主机的距离较远，也能保证压力逐级提升，从而满足各个环节对燃气压力的要求。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为根据本申请实施例示出的一种燃气***的组成图；

图2为根据图1中燃气***进一步调整后的组成图；

图3为图2中燃料罐和低压泵组部分的***组成图。

图中：10、燃料罐；20、低压泵组；30、高压泵组；40、双燃料主机；50、回收装置；51、回液管路；511、回液阀；52、集液管路；521、集液阀；522、集液装置；60、冗余装置；70、高压调流管路；80、低压调流管路；90、低压旁通管路；100、第一透气桅；110、第二透气桅；120、主机阀组。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

现有技术中，双燃料主机动力***在使用燃气模式工作时，会有未充分燃烧的气态或液态燃气排出，一般采取的方式是直接排放到外界环境中，造成极大的浪费。有些燃气***增加了回收利用的功能，但是重利用的燃气接入前置管路有较大可能打破压力平衡，造成前置管路的压力紊乱，容易造成管路故障，影响前置管路的正常工作。因此，为了有效回收和利用双燃料主机的残余燃气，为了降低回收重利用燃气对前置管路压力的影响，保持前置管路的压力稳定，对燃气***进行改进和设计。

根据本申请实施例的第一方面，首先提供一种用于双燃料主机的燃气***。参见图1，燃气***包括燃料罐10、低压泵组20、高压泵组30和回收装置50。双燃料主机40包括主机供给口和主机排放口。燃料罐10与主机供给口的管路上依次设置有低压泵组20和高压泵组30，主机排放口连接回收装置50。回收装置50设置有回液管路51，回液管路51的出口与低压泵组20和高压泵组30中间的管路相连通。在回液管路51上设置有回液阀511，在高压泵组30入口处的压力大于等于预设压力阈值时，回液阀511关闭。

在本申请的技术方案中，燃气***在工作时，双燃料主机40未充分燃烧的残余燃气通过主机排放口进入回收装置50，并通过回液管路51接入低压泵组20和高压泵组30之间，从而对回收的燃气再利用，减少浪费。回液管路51中的回液阀511实现对回液管路51的有效控制。当双燃料主机40的残余燃气较多时，过多的残余燃气输入到高压泵组30入口端，较容易影响已经建立的压力环境，因此，设置回液阀511后，可以当高压泵组30入口端压力达到预设的压力阈值时，关闭回液阀511，切断回收燃气的利用，有效地降低回收重利用燃气对前置管路压力的影响。

本申请中，将低压泵组20和高压泵组30结合，使得由燃料罐10至主机供给口的燃气逐步加压，降低压力突增对管路、阀门等部件的冲击和破坏，从而保护管路的压力稳定。低压泵组20和高压泵组30的结合也利于燃气远距离的加压驳运，即使燃料罐10与双燃料主机40的距离较远，也能保证压力逐级提升，从而满足各个环节对燃气压力的要求。

此外，将回液管路51接入低压泵组20和高压泵组30之间，能够缩短回液管路51的长度，双燃料主机40的残余燃气相对量较小，较短的回液管路51更利于残余燃气快速且充分地利用，进而提高回收燃气的重利用效率。

在一种实施方案中，参见图1，燃气***还包括主机阀组120，主机阀组还包括供给阀组和排放阀组，高压泵组30经过供给阀组给双燃料主机40供气，双燃料主机40燃烧后的残余燃气和燃烧混合气经过排放阀组进入回收装置50。低压泵组20与高压泵组30之间设置有加热器，高压泵组30与供给阀组之间也设置有加热器，对燃气进行逐级加热加压。回液管路51接入低压泵组20和高压泵组30中间管路之前需要经过冷却器进行降温处理。此外，低压泵组20和高压泵组30加入变频控制能力，使得低压泵组20和高压泵组30的压力调节更为灵活多变。

在一种实施方案中，参见图1，回收装置还设置有与回液管路51并联的集液管路52，集液管路52上设置有集液阀521。在回液阀511处于关闭状态时，集液阀521处于打开状态。

在一种实施方案中，参见图1，集液管路52上设置有集液装置522，集液装置522上设置有与外部空间相连的泄压口。

在上述实施方案中，集液管路52作为回液管路51的功能辅助管路，使得对双燃料主机40残余燃气回收的更加彻底，并且能够在回液管路51的回液阀511关闭时，对回液起到引导泄压的作用。具体地，当高压泵组30入口处的压力已经达到其需要的压力阈值时，暂时不需要残余燃气的参与，因此关闭回液阀511，此时集液阀521同时打开，未能及时利用的残余燃气便可被引导进入集液管路52的集液装置522，从而对残余燃气进行暂时的存储与引流泄压。当前置管路(高压泵组30入口处)需要残余燃气参与进来时，打开回液阀511将残余燃气重利用，和/或将集液装置522内保存的参与燃气通过集液管路52进行重利用。

在一种实施方案中，参见图1，泄压口还连接有冗余装置60，冗余装置60用于接收超出集液装置522压力上限的气体。冗余装置60起到对集液装置522的保护作用，并实现参与燃气的二级回收，保证残余燃气回收彻底性。具体地，集液装置522将收集的残余燃气和部分混合气(燃气燃烧后的产物)进行气液分离，液态燃气可以直接回收利用，气态燃气可以冷却为液态再重利用，若集液装置522内的气态燃气和混合气压力超过集液装置522的压力极限或达到设定的压力标准时，多余的气态燃气和混合气通过泄压口泄放输送到冗余装置60中，从而保护集液装置522。进入冗余装置60的残余燃气和燃烧混合气，经过分离、净化、存储等操作，残余燃气被存储在冗余装置60中，实现对残余燃气进行第二次的彻底回收存储，净化后的混合气通过连接在冗余装置60上的第一透气桅100排放到外界。

需要说明的是，若是冗余装置60中燃气也过量，部分燃气也会通过第一透气桅100排放到外界。其中，第一透气桅100还具备对气体成分的检测能力，从而时刻监控排出气体的成分组成。

在一种实施方案中，参见图1，双燃料主机40的主机排放口设置有第二透气桅110。其目的是，残余燃气和混合气进入集液管路52，并经过集液装置522，泄压到冗余装置60，然后经第一透气桅100排放到外界，若此条处理管路超过处理上限，或者出现故障，则残余燃气和燃烧混合气直接通过第二透气桅110排出到外界，从而保证燃气***仍能正常工作，提高了燃气***的容错能力。其中，第二透气桅110也具备对气体成分的检测能力，从而时刻监控排出气体的成分组成。需要说明的是，参见图1，第二透气桅110连接到排放阀组上可用于双燃料主机40的排气。

在一种实施方案中，参见图1，燃气***还包括高压调流管路70，高压调流管路70的入口与高压泵组30的出口相连，高压调流管路70的出口与高压泵组30的入口相连。高压调流管路70实现高压泵组30出口至入口的燃气回流，一方面可以用来调节高压泵组30出口的压力，有效保持供给到双燃料主机40的压力符合标准并保持稳定，另一方面用来调节高压泵组30出口出的燃气流量。需要说明的是，在高压泵组30的出口处可设置有压力和流量检测传感器，用于给***反馈压力和流量信息。

在一种实施方案中，参见图2中A处的局部图，高压调流管路70的出口与高压泵组30的入口相连的位置为第一位置，回液管路51的出口与低压泵组20和高压泵组30中间的管路相连通的位置为第二位置。沿燃气供给方向，第一位置位于第二位置的上游。通过上述设置，高压调流管路70进行调流时，回流的燃气导致高压泵组30入口处的管路压力短时上升，可以通过倒流进入回液管路51一部分，实现压力缓冲，从而较好地缓解高压调流管路70导致的压力短时超标。若是第一位置和第二位置互换，高压调流管路70调流的燃气没有了缓冲余地，只能通过前置的低压泵组20减小出口压力来调节，无形中增加了***复杂性，降低了***容错能力。

在一种实施方案中，参见图2及局部图3，燃气***还包括低压调流管路80，低压调流管路80的入口与低压泵组20的出口相连，低压调流管路80的出口与燃料罐10的内部空腔相连通。低压调流管路80实现低压泵组20出口至燃料罐10的燃气回流，一方面可以用来调节低压泵组20出口的压力，有效保持供给到高压泵组30的压力符合标准并保持稳定，另一方面用来调节低压泵组20出口处的燃气流量。需要说明的是，在低压泵组20的出口处可设置有压力和流量检测传感器，用于给***反馈压力和流量信息。

在一种实施方案中，参见图2及局部图3，燃气***还包括与低压调流管路80并联的低压旁通管路90。低压调流管路80主要对低压泵组20压力稳定后的压力及流量进行调节，而低压旁通管路90在低压泵组20压力建立过程中发挥作用。具体地，为了达到高压泵组30的燃气压力需求，低压泵组20工作进行自循环，不断加压燃气，在燃气压力的建立工程中，压力不稳定，较容易出现突增超标情况，此时便可以通过低压旁通管路90进行泄压回流到燃料罐10进行调节，在压力建立后基本不再需要低压旁通管路90，只需要低压调流管路80进行压力和流量微调即可。如果没有低压旁通管路90，在压力建立阶段使用低压调流管路80进行调压，由于低压泵组20将燃气从较低的压力水平调节到较高的压力水平，压力变化较大，使用低压调流管路80无法适应较大的压力变动。

需要说明的是，高压泵组30中并没有设置类似于低压旁通管路90的管路，是因为从低压泵组20到达高压泵组30的压力已经达到一个较高水平，压力变化幅度相对较少，使用高压调流管路70进行小范围内的压力及流量调整更为合适。

在一种实施方案中，参见图3，低压调流管路80和低压旁通管路90与燃料罐10内部腔体的顶部相连通。燃料罐10内腔顶部的压力较小，更容易实现低压调流管路80和低压旁通管路90的燃气回流。

对于上述实施方案中的燃气***，其整体的工作原理可包含但不限于下述步骤：

S1：使用燃气***进行工作时，或者双燃料主机40从燃油模式转换到燃气模式时，回液管路51的回液阀511打开，集液管路52的集液阀521关闭，相当于打开燃气回收开关，为油燃气***工作准备就绪。

S2：燃料罐10的出口阀打开，燃气进入低压泵组20，低压泵组20工作，对燃气进行初步加压，若低压泵组20压力短时过高或者超过后续高压泵组30所需要的压力条件，打开低压旁通管路90的阀门进行泄压调节，压力稳定后，经过加热器加热的燃气，再输送到高压泵组30。其中，当低压泵组20的压力建立后，通过低压调流管路80控制低压泵组的出口流量及压力环境，其原理是将低压泵组20出口处的燃气回流到燃料罐10中，进行流量调节。

S3：低压泵组20的燃气输送到高压泵组30，高压泵组30运转，对燃气进行进一步的加压，并经过加热器加热，建立起符合后续供给阀组及双燃料主机40需要的燃气压力条件。其中，当高压泵组30的压力建立后，通过高压调流管路70调节高压泵组30的出口流量及压力，其原理是将高压泵组30出口处的燃气回流到高压泵组30的入口，流进行流量调节。此外，燃气在经过供给阀组到进入双燃料主机40燃烧前被气化。

S4：双燃料主机40使用燃气正常工作中，产生的残余燃气和燃烧混合气进入回收装置50进行处理，若超过回收装置50处理上限，直接从第二透气桅110排放。

S5：其中，进入回收装置50的燃气及燃烧混合气，首先液态燃气通过回液管路51直接输送给高压泵组入口进行重利用，若重利用燃气过多，导致前置管路压力超标，则关闭回液管路51的回液阀511，同时打开集液阀521，使回收的燃气进入集液管路52的集液装置522进行气液分离、冷却、存储等处理，等前置管路再需要时，集液装置522的出口阀打开，收集的液态燃气接入高压泵组的入口继续使用，此时回液阀511也可同步开启。

S6：若集液装置522的压力达到极限，燃气通过泄压口泄放到冗余装置60，进行净化、存储等操作，超过冗余装置60压力上限的气体通过第一透气桅100排放至外界。

S7：当燃料罐10燃气不足，双燃料主机40需要从燃气模式切换到燃油模式，此时须保证集液管路52的集液阀521处于打开状态，回液管路51的回液阀处于关闭状态，如此便可保证双燃料主机40的残余燃气和燃烧混合气仍可以进入集液管路52回收存储，不会直接供给停止工作的前置管路，从而保证燃气***的工作安全，也保证气切油的正常切换。切换到燃油模式，低压泵组20、高压泵组30等陆续停止工作。最后燃气***关闭，仅保留主机与燃气***的联络信号，以便于后续双模式的切换。

需要说明的是，集液阀521和回液阀511至少有一个打开状态，联络信号才会存在，如果两个都为关闭状态，则会导致信号失联，造成***故障。具体地，油切气时，回液阀511先打开完成后，集液阀521自动关闭，保证联络信号一直保持的状态。气切油时，集液阀521先打开完成后，回液阀511自动关闭，保证联络信号一直保持的状态。

在一种实施方案中，燃气***还包括有燃气水乙二醇温度控制***和氮气密封***。水乙二醇温度控制***主要实现燃气加热或者冷却，具体组成不做限定，上述实施方案中的冷却器和加热器都是温度控制***的一部分。氮气密封***作用是密封保护，如果泵的轴封漏气，氮气密封压力就会变高，更好的将泄露气体进行惰化吹除。

根据本申请的第二方面，还提供了一种双燃料主机动力***，包括上述实施方案中的燃气***。

根据本申请的第三方面，还提供了一种船舶，包括上述实施方案中的双燃料主机动力***。

需要说明的是，使用本申请实施例的燃气***的双燃料主机动力***和船舶，具备本申请实施例的燃气***的优点。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种燃气***，用于双燃料主机（40），其特征在于，包括燃料罐（10）；

所述双燃料主机（40）包括主机供给口和主机排放口；

所述燃料罐（10）与所述主机供给口的管路上依次设置有低压泵组（20）和高压泵组（30），所述主机排放口连接回收装置（50）；

所述回收装置（50）设置有回液管路（51），所述回液管路（51）的出口与所述低压泵组（20）和所述高压泵组（30）中间的管路相连通；

回液阀（511），其设置在所述回液管路（51）上；

在所述高压泵组（30）入口处的压力大于等于预设压力阈值时，所述回液阀（511）关闭；

所述回收装置（50）还设置有与所述回液管路（51）并联的集液管路（52），沿回液管路（51）中残余燃气和燃烧混合气的流动方向，集液管路（52）进口位于回液阀（511）上游侧，集液管路（52）出口位于回液阀（511）下游侧；所述集液管路（52）上设置有集液阀（521）、集液装置（522）和出口阀，沿集液管路（52）中残余燃气和燃烧混合气的流动方向，所述集液装置（522）位于集液阀（521）的下游侧，所述出口阀位于集液装置（522）的下游侧；所述集液装置（522）上设置有与外部空间相连的泄压口；在所述回液阀（511）处于关闭状态时，所述集液阀（521）处于打开状态。

2.根据权利要求1所述的燃气***，其特征在于，所述泄压口还连接有冗余装置（60），所述冗余装置（60）用于接收超出所述集液装置（522）压力上限的气体。

3.根据权利要求1-2任一项所述的燃气***，其特征在于，还包括高压调流管路（70），所述高压调流管路（70）的入口与所述高压泵组（30）的出口相连，所述高压调流管路（70）的出口与所述高压泵组（30）的入口相连。

4.根据权利要求3所述的燃气***，其特征在于，所述高压调流管路（70）的出口与所述高压泵组（30）的入口相连的位置为第一位置，所述回液管路（51）的出口与所述低压泵组（20）和所述高压泵组（30）中间的管路相连通的位置为第二位置；

沿燃气供给方向，所述第一位置位于所述第二位置的上游。

5.根据权利要求1-2任一项所述的燃气***，其特征在于，还包括低压调流管路（80），所述低压调流管路（80）的入口与所述低压泵组（20）的出口相连，所述低压调流管路（80）的出口与所述燃料罐（10）的内部空腔相连通。

6.根据权利要求5所述的燃气***，其特征在于，还包括与所述低压调流管路（80）并联的低压旁通管路（90）。

7.一种双燃料主机动力***，其特征在于，包括如权利要求1至6中任一项所述的燃气***。

8.一种船舶，其特征在于，包括如权利要求7所述的双燃料主机动力***。

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