LNG裝載機(jī)核心技術(shù)研究

杜曉琳 郭文明 鐘俊偉 張慶瑞

【摘? 要】徐工作為L(zhǎng)NG天然氣裝載機(jī)的首推者，針對(duì)LNG裝載機(jī)研發(fā)過(guò)程中的天然氣供氣技術(shù)、天然氣氣瓶布置、天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)啟停技術(shù)等核心技術(shù)難題提出解決方案，希望可以為L(zhǎng)NG新能源在工程機(jī)械上的進(jìn)一步應(yīng)用提供經(jīng)驗(yàn)參考。

【Abstract】As the first pioneer of LNG loader， XCMG proposed solutions to the core technical problems in the research and development of LNG loader， such as natural gas supply technology， natural gas cylinder arrangement， and natural gas engine start-stop technology， hoping to provide experience reference for further application of LNG new energy in construction machinery.

【關(guān)鍵詞】LNG裝載機(jī);天然氣供氣技術(shù);天然氣氣瓶布置;天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)啟停技術(shù)

【Keywords】LNG loader; natural gas supply technology; natural gas cylinder arrangement; natural gas engine start-stop technology

【中圖分類(lèi)號(hào)】TH243? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文章編號(hào)】1673-1069（2020）10-0156-02

1 引言

面對(duì)機(jī)械工程行業(yè)向低碳經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型的現(xiàn)狀，開(kāi)發(fā)應(yīng)用清潔能源裝備已成為工程機(jī)械行業(yè)發(fā)展的必然趨勢(shì)。LNG無(wú)色、無(wú)味、無(wú)毒、無(wú)腐蝕性，是目前世界公認(rèn)的清潔能源，主要成分是甲烷，燃燒后的主要成分是水和二氧化碳，不產(chǎn)生有害氣體。LNG天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)與柴油發(fā)動(dòng)機(jī)相比：顆粒排放PM基本為零;二氧化碳的排放量少25%～30%。按每臺(tái)裝載機(jī)每天工作8h一年300天計(jì)算，一臺(tái)天然氣裝載機(jī)比一臺(tái)柴油裝載機(jī)每年可少排45t的二氧化碳，社會(huì)效益顯著。LNG雖然是清潔能源，但徐工作為將天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)應(yīng)用于裝載機(jī)的先驅(qū)，在研發(fā)過(guò)程中針對(duì)核心技術(shù)難題，首創(chuàng)性地提出如下關(guān)鍵技術(shù)。

2 穩(wěn)定、快速的LNG天然氣供氣技術(shù)

LNG裝載機(jī)的燃?xì)饧訅汗┙o普遍采用翅片自增壓技術(shù)，儲(chǔ)液罐內(nèi)的低溫液態(tài)天然氣，通過(guò)儲(chǔ)液罐的增壓截止閥、升壓調(diào)壓閥、螺旋翅的增壓汽化器，氣化后再進(jìn)入儲(chǔ)液罐，以提高儲(chǔ)液罐內(nèi)燃料壓力，具體如圖1所示。但傳統(tǒng)儲(chǔ)液罐自增壓裝置在機(jī)器連續(xù)大負(fù)荷并且頻繁的急加速工作中，很難將儲(chǔ)液罐中壓力持續(xù)穩(wěn)定在11bar以上，造成燃料供給不足，使機(jī)器動(dòng)力下降或者中途停機(jī)，降低工作效率且增壓時(shí)間長(zhǎng)。當(dāng)儲(chǔ)液罐剛充裝完畢，儲(chǔ)液罐內(nèi)的壓力只有5～7bar，低于正常工作壓力11bar，這就需要等待儲(chǔ)液罐里的壓力建立到11bar以上，這個(gè)過(guò)程長(zhǎng)則需要1～1.5h。

針對(duì)上述問(wèn)題，采用可控的氣瓶增壓技術(shù)（具體原理如圖2所示）：儲(chǔ)液罐1通過(guò)壓力切斷閥2連接低溫電動(dòng)泵3，低溫電動(dòng)泵3連接電加熱總成11，電加熱總成內(nèi)的壓力開(kāi)關(guān)9連接預(yù)熱繼電器7的線(xiàn)圈端，保險(xiǎn)片6連接預(yù)熱繼電器7的輸入端，壓力開(kāi)關(guān)9和保險(xiǎn)片6分別外接車(chē)載電瓶，預(yù)熱繼電器7的輸出端分別連接預(yù)熱容器4中的電阻絲10和與低溫電動(dòng)泵相連的驅(qū)動(dòng)馬達(dá)8，電阻絲10和馬達(dá)8并聯(lián)，電加熱總成的預(yù)熱容器4通過(guò)單向閥5回接儲(chǔ)液罐1。本系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)通過(guò)電預(yù)熱總成，以及預(yù)設(shè)壓力值自動(dòng)開(kāi)閉壓力開(kāi)關(guān)，同時(shí)在作業(yè)過(guò)程中可加速液化天然氣氣化，給儲(chǔ)液罐快速加壓，保障機(jī)器快速進(jìn)入工作狀態(tài)，并且滿(mǎn)足裝載機(jī)作業(yè)特點(diǎn)的需求，具有節(jié)能、節(jié)約時(shí)間、提高工作效率、安全可靠、操作簡(jiǎn)便等優(yōu)點(diǎn)。

3 大視野、安全性L(fǎng)NG天然氣氣瓶布置技術(shù)

受限裝載機(jī)的散熱和結(jié)構(gòu)限制，LNG氣瓶多放置在機(jī)罩前部駕駛室后部（見(jiàn)圖3），而裝載機(jī)作業(yè)需要頻繁地倒車(chē)，且大部分操作手倒車(chē)時(shí)習(xí)慣回頭觀(guān)察后視情況，因此，高置氣瓶結(jié)構(gòu)的后視野較差，嚴(yán)重影響作業(yè)安全性，同時(shí)還存在加氣困難，氣瓶固定可靠性差等問(wèn)題。

針對(duì)上述問(wèn)題，我們?cè)O(shè)計(jì)了一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、方便維修的氣瓶布置結(jié)構(gòu)。

優(yōu)化散熱器結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)為雙排可旋轉(zhuǎn)打開(kāi)式結(jié)構(gòu)，減小散熱器高度尺寸，綜合考慮后車(chē)架結(jié)構(gòu)件的結(jié)構(gòu)形式、整體的強(qiáng)度和剛度及制造難度等，經(jīng)過(guò)多次修改、驗(yàn)證最終形成獨(dú)特的三腔型框架式后車(chē)架。LNG氣瓶通過(guò)底安裝板、錯(cuò)位安全銷(xiāo)及高強(qiáng)螺栓安裝在后車(chē)架氣瓶安裝腔內(nèi)，發(fā)動(dòng)機(jī)變速箱三組合安裝在前腔內(nèi)，汽化器、穩(wěn)壓閥等布置在后腔內(nèi)，最終形成獨(dú)特的“后置懸掛式LNG氣瓶布置結(jié)構(gòu)”（見(jiàn)圖4）。LNG氣瓶固定腔與發(fā)動(dòng)機(jī)固定倉(cāng)形成隔離，避免LNG泄壓及極端泄漏時(shí)LNG進(jìn)入機(jī)艙內(nèi)，進(jìn)一步提升使用安全性。為滿(mǎn)足LNG氣瓶及部件的存放標(biāo)準(zhǔn)，以及日常保養(yǎng)的方便性，供氣系統(tǒng)部件的維修口均設(shè)計(jì)為新型透氣防水的布置結(jié)構(gòu)。最終形成徐工專(zhuān)利技術(shù)的“天然氣裝載機(jī)氣瓶安裝布置結(jié)構(gòu)”，有效解決了行業(yè)內(nèi)LNG氣瓶高置引起的氣瓶重心高、后視野差（直接后視野增加50%以上）、操作不安全等行業(yè)難題。

4 LNG天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)的啟停技術(shù)

裝載機(jī)由于燃料的特殊性，啟動(dòng)時(shí)LNG的電磁閥通電、LNG氣化、氣路接通等一系列過(guò)程需要一定的時(shí)間（經(jīng)測(cè)算3～5s），如果急于啟動(dòng)，由于氣源的不足將導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)無(wú)法正常啟動(dòng)，而操作者會(huì)通過(guò)延長(zhǎng)啟動(dòng)時(shí)間來(lái)增加啟動(dòng)的可能性，使馬達(dá)壽命嚴(yán)重縮短。

為解決這個(gè)難題，我們通過(guò)延長(zhǎng)氣化時(shí)間，實(shí)現(xiàn)延時(shí)起動(dòng)，具體方案如下（見(jiàn)圖5）：在發(fā)動(dòng)機(jī)燃料的進(jìn)氣口增加一個(gè)壓力傳感器，測(cè)量進(jìn)氣口的壓力值，壓力信號(hào)給控制器，控制器接收整機(jī)空檔信號(hào)，同時(shí)控制器輸出一路信號(hào)到組合儀表，組合儀表有指示燈，當(dāng)壓力值達(dá)到設(shè)定值時(shí)，指示燈亮，這時(shí)操作者把檔位停在空檔就可啟動(dòng)整機(jī)，當(dāng)氣化壓力達(dá)不到設(shè)定值時(shí)，整機(jī)不進(jìn)行啟動(dòng)，這樣即可以保證啟動(dòng)的穩(wěn)定性和可靠性，也可避免操作手誤操作頻繁啟動(dòng)造成啟動(dòng)系統(tǒng)故障。

5 結(jié)語(yǔ)

徐工系列天然氣裝載機(jī)現(xiàn)已批量生產(chǎn)、銷(xiāo)售，在連云港港口、河北遷安、山西鵬飛焦化等施工項(xiàng)目中，始終擔(dān)當(dāng)主力，從實(shí)際作業(yè)效果表明，該系列產(chǎn)品工作效率與同類(lèi)柴油產(chǎn)品相當(dāng)，而燃料使用費(fèi)用成本可降低25%～35%，工作可靠，質(zhì)量穩(wěn)定。該系列產(chǎn)品的各項(xiàng)性能指標(biāo)穩(wěn)定可靠，使用費(fèi)用低，為廣大用戶(hù)和業(yè)主帶來(lái)良好的經(jīng)濟(jì)效益，贏(yíng)得了廣大用戶(hù)的交口稱(chēng)贊和好評(píng)，產(chǎn)品得到了用戶(hù)的認(rèn)可，極大提高徐工裝載機(jī)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，助推國(guó)內(nèi)天然氣裝載機(jī)行業(yè)展開(kāi)新一輪的研發(fā)及技術(shù)提升。

【參考文獻(xiàn)】

【1】杜曉琳，郭文明，張慶瑞，等.氣瓶安裝結(jié)構(gòu)及裝載機(jī)[P].中國(guó)專(zhuān)利：CN207449622U，2018-06-05.

【2】杜曉琳，湯志林，郭文明，等.天然氣裝載機(jī)氣瓶安裝布置結(jié)構(gòu)[P].中國(guó)專(zhuān)利：CN204172684U，2015-02-25.