柴油與天然氣發(fā)動機動力性能對比分析

摘要：我國社會在不斷發(fā)展過程中，對于各類資源的使用也都在增多。對于柴油和天然氣兩種能源來說，本文就通過使用柴油和天然氣所消耗的功率來對比兩種能源的優(yōu)劣。通過對現(xiàn)場數(shù)據(jù)的分析，能夠發(fā)現(xiàn)實際工作和理論之間并沒有明顯的區(qū)別。并根據(jù)實際情況下使用燃?xì)饨M所出現(xiàn)的問題，提出在使用過程中需要嚴(yán)格規(guī)范的內(nèi)容，進(jìn)而來保證天然氣發(fā)動機不僅能夠滿足相應(yīng)機械需求，更加要能夠降低能耗，減少對環(huán)境的污染。

關(guān)鍵詞：柴油;天然氣;發(fā)動機;動力;性能

0 ?引言

天然氣是人們生活中常見的一種燃料，不管是大型天然氣發(fā)動機還是小型天然氣發(fā)動機，在當(dāng)前都有著較為理想的發(fā)展趨勢。當(dāng)前，天然氣發(fā)動機所使用的點火方式有兩種，分別是混合供氣火花點火和壓縮點火。但是，因為混合供氣火花點火對天然氣發(fā)動機性能影響較大，無法保證其功率，進(jìn)而大多采取壓縮點火的方式，能夠達(dá)到和柴油機相符合的性能標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)前，對于燃?xì)夤緛碚f，為了能夠滿足節(jié)約能源、保護(hù)環(huán)境的目的，就在逐漸嘗試使用天然氣發(fā)動機代替柴油機。

1 ?鉆機運行動力類型和特點

1.1 機械鉆機運行類型和特點 ?第一，是電器類型，其功率在270～330kW，在運行過程中較為穩(wěn)定，而55kW的電機在啟動過程中會發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)波動。第二，是泥漿泵類型，其功率在310～665kW，在啟動運行較慢，而且在運行過程中會隨著井深的增加而逐漸穩(wěn)定[1]。因為泥漿泵所使用的是往復(fù)三缸泵，所以，會有一定的負(fù)載，并且始終處于小波動中。第三，轉(zhuǎn)盤類型，其功率在100～220kW，會隨著地層特點、壓力變化而變化，而且在運行過程中一直處于波動狀態(tài)。第四，提鉆類型，其功率為110～685kW，會隨著井深的不斷增加，負(fù)載也在不斷增加，而且動載的變化較大。

1.2 柴油機和天然氣發(fā)動機輸出特點 ?對于柴油機和天然氣發(fā)動機來說，扭矩就直接決定著發(fā)動機啟動、加速能力，而功率就決定著發(fā)動機的最大速度。柴油機在中低速中，具有較大的扭矩，而且扭矩的波動相比與天然氣發(fā)動機來說要更加穩(wěn)定，其含義也就是自身的加載能力比天然氣發(fā)動機更好。不管是柴油機還是天然氣發(fā)動機的經(jīng)濟(jì)油耗都和轉(zhuǎn)速有關(guān)，也和負(fù)載率有所聯(lián)系[2]。

2 ?機械施工過程中動力性分析

2.1 單機工況下兩種總動力特點分析 ?通過圖1能夠了解到，在突載情況下，天然氣發(fā)動機相比于柴油機來說，響應(yīng)遲滯率為30%左右，那么根據(jù)相應(yīng)理論來將柴油機和天然氣發(fā)動機進(jìn)行現(xiàn)場比較能夠發(fā)現(xiàn)，在試驗過程中，當(dāng)動力機提速至每分鐘1250r時，機械施工已經(jīng)達(dá)到850m，在這過程中轉(zhuǎn)速能夠直接恢復(fù)到原有動力機的轉(zhuǎn)速。

通過對現(xiàn)場試驗的數(shù)據(jù)收集能夠證明，第一，在變載情況下，天然氣發(fā)動機恢復(fù)運轉(zhuǎn)時間要比柴油機慢5秒左右。第二，在試驗過程中還發(fā)現(xiàn)當(dāng)天然氣發(fā)動機接近滿載工作狀態(tài)時，會在天然氣發(fā)動機內(nèi)部出現(xiàn)劇烈的聲響[3]。第三，在使用單機泵過程中，如果發(fā)現(xiàn)其壓力達(dá)到14MPa，也就是接近滿載情況時，天然氣發(fā)動機的運行聲音和排氣都要比柴油機更加困難。這樣也能夠說明，天然氣發(fā)動機在滿載情況下，機器的遲滯問題，也能夠說明天然氣發(fā)動機的運行功率要比柴油機小30%左右，通過對天然氣發(fā)動機和柴油機的壓縮比能夠發(fā)現(xiàn)其結(jié)論的正確。當(dāng)現(xiàn)場試驗負(fù)載處于平穩(wěn)狀態(tài)下時，就發(fā)現(xiàn)兩種設(shè)備的動力并沒有過多的不同。通過對以上情況的分析能夠得出結(jié)論，在負(fù)載突然發(fā)生變化時，1000kW的天然氣發(fā)動機功率會損耗30%左右，也就是實際運行功率應(yīng)該為700kW左右，那么1000kW的天然氣發(fā)動機功率也就要小于810kW的柴油機，這樣就在一定程度上說明柴油機輸出相比于天然氣發(fā)動機更加穩(wěn)定。

2.2 單機工作情況使用建議 ?為了能夠更好的使用天然氣發(fā)動機，減少在試驗過程中所出現(xiàn)的問題，進(jìn)而更好的滿足施工需求。那么在單機工作過程中，就應(yīng)該考慮到以下幾個方面。第一，在提鉆、掛泵發(fā)現(xiàn)有突然增加的負(fù)載時，那么在操作過程中就應(yīng)該快速掛三次檔，利用這樣的方法來減少負(fù)載突然變化對于天然氣發(fā)動機所造成的遲滯現(xiàn)象，進(jìn)而來讓天然氣發(fā)動機更好的適應(yīng)工作[4]。第二，在工作過程中，將天然氣發(fā)動機放置在相應(yīng)位置，并且利用皮帶來將其固定，減少運輸效率的損失，避免過度負(fù)載對于天然氣發(fā)動機的硬性沖擊。第三，如果是使用能夠單獨驅(qū)動的單機泵，那么就應(yīng)該提高天然氣發(fā)動機的功率，讓其能夠達(dá)到1200kW，這樣即使在負(fù)載過程中出現(xiàn)損耗，也能夠至少輸出850kW的功率，這樣就能夠很好的保證工作效率，而且和泥漿泵工作效率也能夠更好配合，滿足三缸泵負(fù)載需求。

2.3 動力機配套優(yōu)化意見 ?在對設(shè)備進(jìn)行配置過程中，對其進(jìn)行優(yōu)化組合，才能夠更好的提高對天然氣發(fā)動機的使用效率，更好的實現(xiàn)節(jié)能減排的目的[5]。第一，對于鉆機來說，如果是使用兩臺天然氣發(fā)動機和一臺柴油機，那么就應(yīng)該在第一號車上使用柴油機，二、三號車上使用天然氣發(fā)動機，通過皮帶運輸?shù)姆椒▉頊p少傳遞效率的損失，進(jìn)而來緩解在負(fù)載過程中所出現(xiàn)的硬沖擊現(xiàn)象，更好的提高天然氣發(fā)動機的提速。在操作過程中，可以快速掛3次檔，以此來減少在負(fù)載過程中出現(xiàn)的突變現(xiàn)象，讓天然氣發(fā)動機能夠更好的適應(yīng)。第二，在天然氣發(fā)動機的輸出軸上安裝耦合器，這樣就能夠在負(fù)載過程中通過耦合器來更好的讓天然氣發(fā)動機適應(yīng)工作。第三，因為天然氣發(fā)動機和燃油機的調(diào)速并不相同，雖然能夠使用耦合器來進(jìn)行調(diào)節(jié)。但是，在負(fù)載波動下，天然氣發(fā)動機依然會處于異步運行狀態(tài)，這樣可能會導(dǎo)致耦合器的工作情況惡劣，而且溫度會不斷升高，容易出現(xiàn)破壞。所以，當(dāng)天然氣發(fā)動機和柴油機在正常工作過程中，應(yīng)該禁止并車使用，如果是遇到突然事件，可以在短時間內(nèi)進(jìn)行并車[6]。第四，為了能夠解決單機在滿載氣缸下對于天然氣發(fā)動機的影響，就應(yīng)該將功率為1000kW的天然氣發(fā)動機提升至1200kW，更好的滿足工程施工需求。第五，在正常施工過程中，如果要使用單機或者是雙機，發(fā)現(xiàn)負(fù)載并沒有超過85%，就不需要并車。第六，在正常情況下是三臺天然氣發(fā)動機配備耦合器來進(jìn)行工作，這樣能夠很好的減少工作效率的損耗。

3 ?結(jié)語

總而言之，使用天然氣發(fā)動機是遵循節(jié)約能源、保護(hù)環(huán)境的理念，這也是當(dāng)前生產(chǎn)的發(fā)展需求。從理論和技術(shù)上來說，這種方法是可行的，并且通過試驗?zāi)艿靡则炞C。當(dāng)前所存在的問題，就是在使用過程中缺少相應(yīng)的管理制度，造成這種情況的原因就是因為使用天然氣發(fā)動機作為動力是一種新型事物，在這其中所涉及到的一些標(biāo)準(zhǔn)和制度還需要進(jìn)一步完善，需要根據(jù)施工場地的實際情況來規(guī)范，與此同時也需要加強對操作人員、管理人員的培訓(xùn)，讓其能夠更好的使用天然氣發(fā)動機。為天然氣發(fā)動機的進(jìn)一步推廣提供相應(yīng)的幫助，更好的實現(xiàn)節(jié)約能源、減少成本、保護(hù)環(huán)境的目的。

參考文獻(xiàn)：

[1]黃英杰.柴油引燃缸內(nèi)直噴天然氣發(fā)動機雙燃料噴射與燃燒的數(shù)值模擬研究[D].江蘇大學(xué)，2019.

[2]賈崎.柴油噴射策略對船用雙燃料發(fā)動機燃燒和排放特性的影響[D].哈爾濱工程大學(xué)，2019.

[3]邵長勝.柴油引燃缸內(nèi)直噴天然氣發(fā)動機雙燃料噴射混合特性研究[D].江蘇大學(xué)，2018.

[4]賁虹凱.船用天然氣發(fā)動機動態(tài)特性研究[D].哈爾濱工程大學(xué)，2018.

[5]周星星.天然氣分段噴射對柴油引燃天然氣雙燃料發(fā)動機燃燒過程影響的數(shù)值模擬研究[D].江蘇科技大學(xué)，2018.

[6]張恒.預(yù)混天然氣雙燃料發(fā)動機爆震燃燒特性仿真研究[D].浙江海洋大學(xué)，2017.

作者簡介：黃春昊，秦皇島華潤燃?xì)庥邢薰臼袌鲩_發(fā)部，助理工程師，研究方向為燃?xì)夤こ?、燃?xì)庠O(shè)備。