一种LNG气体机的直接喷射混合式进气结构的制作方法

一种lng气体机的直接喷射混合式进气结构
【技术领域】
1.本发明涉及气体内燃机的技术领域，特别是一种lng气体机的直接喷射混合式进气结构的技术领域。


背景技术：

2.气体机是能够燃烧天然气和氢气等可燃性气体，从而产生动能的装置。根据对天然气的存储方式不同，可将燃烧天然气的气体机分为lng(liquefied natural gas，液化天然气)气体机和cng(compressed natural gas，压缩天然气)气体机。近年来，采用天然气为燃料的气体机逐渐成为船舶、油田钻井发电和矿山等领域的新的关注点，相比于传统的采用柴油为燃料的柴油机而言，其燃料费用低廉且对环境更为友好(可使尾气中co2排放量下降约20％、co下降97％、碳氢化合物下降约72％、氮氧化物下降约30％，且基本不含铅、硫化物以及苯类等有害物质)。随着国家碳达峰节能减排的需要以及世界石油资源供应的紧张，积极推进油改气改造对我国低碳经济有着重要的意义。
3.对于现有的燃烧天然气的气体机而言，其通常采用如图1所示的总管式进气结构。参阅图1，在工作过程中，空气沿着a方向进入气体总管8之中，同时喷射共轨6将天然气沿着b方向送入气体总管8之中并与空气相混合，而混合气体则再被各个气缸7所吸入并燃烧。但是，由于气体总管8的空气入口和天然气入口与混合气体的各个出口的距离并不相同，进而导致各个气缸7所吸入的空气与天然气的量并不相同(即空燃比不稳定)，燃烧温度也不相同，进而导致各个气缸7之间容易因燃烧不均衡而造成顶缸、拉缸或爆缸现象。然而天然气本身又对空燃比要求较高(空燃比为天然气：空气＝1：17)，否则难以充分燃烧。并且，相对于柴油而言，天然气除了对空燃比的要求较高以外，还存在着燃点高、稀燃条件下火焰传播速率低、燃烧不稳定、循环变动大、燃烧等容度低以及热效率低等问题。上述问题共同阻碍了船舶、油田钻井发电和矿山等领域的油改气改造，亟待解决。


技术实现要素：

4.本发明的目的就是解决现有技术中的问题，提出一种lng气体机的直接喷射混合式进气结构，能够有效保证各个气缸所吸取的混合气体保持统一且稳定的空燃比。
5.为实现上述目的，本发明提出了一种lng气体机的直接喷射混合式进气结构，包括多点喷射模块，所述多点喷射模块包括导气器、进气歧管、混合器和喷嘴，所述进气歧管与导气器相连接，所述混合器位于进气歧管的进气通道之中，所述喷嘴安装在导气器之上且与混合器相连接，若干组所述多点喷射模块的导气器依次连接并串联形成燃气通道，各组所述多点喷射模块的喷嘴分别将燃气通道内的燃气喷射进所在多点喷射模块的混合器之中再与送入所在多点喷射模块的进气歧管内的空气相混合以形成混合气体，各组所述多点喷射模块与气体机的各个气缸一一对应设置，各个所述气缸分别自动吸入所对应的多点喷射模块所产生的混合气体。
6.作为优选，所述导气器包括支撑座和导管，所述支撑座套设在导管之外且设置有
若干个供喷嘴固定的安装口，各个所述安装口分别与导管的管体通道相连通，各个所述多点喷射模块的导气器的导管依次连接并使各条管体通道串联形成燃气通道。
7.更进一步的，位于所述燃气通道一端的导管的自由端由封板所封闭，位于所述燃气通道的另一端的导管的自由端还安装有接管。
8.作为优选，所述进气歧管相对的两侧侧壁之间贯通形成进气通道，所述进气歧管的另一侧侧壁处设置有与进气通道相连通的缺口。
9.更进一步的，所述混合器包括联管、环管和气嘴，所述联管的一端与环管的环体外壁相连接而另一端穿过缺口并与喷嘴相连接从而将喷嘴喷出的燃气送入环管的环体通道之中，所述环管的环体内壁和/或环体外壁处环绕设置有若干个与环体通道相连通的喷气口，若干个所述气嘴分别安装在各个喷气口处。
10.再进一步的，所述环管的中央通道的两端分别正对进气通道的入口和出口。
11.作为优选，每一组所述多点喷射模块的喷嘴的数量至少为两个。
12.更进一步的，所述燃气通道的数量至少为一条，且当所述燃气通道的数量为两条或以上时，则各条所述燃气通道彼此独立互不连通。
13.再进一步的，所述燃气通道的数量为一条且内部同时通入天然气和氢气作为燃气，各个所述喷嘴均喷射天然气和氢气的混合燃气。
14.再进一步的，所述燃气通道的数量为两条，两条所述燃气通道彼此独立互不连通且分别通入天然气和氢气作为燃气，每一组所述多点喷射模块均采用不同的喷嘴分别喷射天然气和氢气。
15.其中，所述天然气的体积占比为92％～98％，所述氢气的体积占比为8％～2％。
16.本发明的有益效果：
17.1.本发明通过采用导气器、进气歧管、混合器和喷嘴共同构成多点喷射模块，使若干组多点喷射模块的导气器依次连接并串联形成燃气通道，同时使各组多点喷射模块与气体机的各个气缸一一对应设置，可在各个多点喷射模块的进气歧管处完成燃气与空气的混合并形成混合气体，再使混合气体直接由各个气缸的进气口所自动吸取，能够有效保证各个气缸所吸取的混合气体保持统一且稳定的空燃比，从而更好地适应于当前油改气的趋势，满足碳达峰节能减排之需要；
18.2.本发明利用各组多点喷射模块的喷嘴在气缸门口精准当量直喷，可有效缩短燃气供给管路，有效提高燃气进入气缸内并燃烧做功的效率，从而达到燃气瞬间响应喷射、混合和燃烧的目的；
19.3.本发明通过在天然气之中掺入氢气，可利用氢气燃烧速率快且稀燃极限宽的特点，有效提高天然气的燃烧速率，一方面加速气缸的做功，确保气体机具有强大的可持续的扭矩和总功率并实现更强大的动力，另一方面亦可达到更好的排放指标；
20.4.本发明通过在每一组多点喷射模块之上同时设置多个喷嘴，既能够利用喷嘴的启动数量的控制以实现燃气喷射速度的调节，又可根据所需使不同喷嘴分别喷射天然气和氢气，从而确保混合燃气中天然气和氢气的比例始终保持稳定。
21.本发明的特征及优点将通过实施例结合附图进行详细说明。
【附图说明】
22.图1是现有的燃烧天然气的气体机的总管式进气结构；
23.图2是实施例一的立体结构图；
24.图3是实施例一的带有接管的多点喷射模块的立体结构图；
25.图4是实施例一的不带有接管的多点喷射模块的立体结构图；
26.图5是实施例一的带有接管的导气器的立体结构图；
27.图6是实施例一的进气歧管的立体结构图；
28.图7是实施例一的混合器的立体结构图；
29.图8是实施例一的燃气通道的结构示意图；
30.图9是实施例二的燃气通道的结构示意图。
31.图中：1-导气器、11-支撑座、111-安装口、12-导管、121-管体通道、13-接管、2-进气歧管、21-进气通道、22-缺口、3-混合器、31-联管、32-环管、33-气嘴、4-喷嘴、5-燃气通道、6-喷射共轨、7-气缸、8-气体总管。
【具体实施方式】
32.实施例一：
33.参阅图1至图8，本发明一种lng气体机的直接喷射混合式进气结构，包括多点喷射模块，所述多点喷射模块包括导气器1、进气歧管2、混合器3和喷嘴4，所述进气歧管2与导气器1相连接，所述混合器3位于进气歧管2的进气通道21之中，所述喷嘴4安装在导气器1之上且与混合器3相连接，若干组所述多点喷射模块的导气器1依次连接并串联形成燃气通道5，各组所述多点喷射模块的喷嘴4分别将燃气通道5内的燃气喷射进所在多点喷射模块的混合器3之中再与送入所在多点喷射模块的进气歧管2内的空气相混合以形成混合气体，各组所述多点喷射模块与气体机的各个气缸7一一对应设置，各个所述气缸7分别自动吸入所对应的多点喷射模块所产生的混合气体。
34.所述导气器1包括支撑座11和导管12，所述支撑座11套设在导管12之外且设置有两个供喷嘴4固定的安装口111，两个所述安装口111分别与导管12的管体通道121相连通，各个所述多点喷射模块的导气器1的导管12依次连接并使各条管体通道121串联形成燃气通道5。
35.位于所述燃气通道5一端的导管12的自由端由封板所封闭，位于所述燃气通道5的另一端的导管12的自由端还安装有接管13。
36.所述进气歧管2相对的两侧侧壁之间贯通形成进气通道21，所述进气歧管2的另一侧侧壁处设置有与进气通道21相连通的缺口22。
37.所述混合器3包括联管31、环管32和气嘴33，所述联管31的一端与环管32的环体外壁相连接而另一端穿过缺口22并与喷嘴4相连接从而将喷嘴4喷出的燃气送入环管32的环体通道之中，所述环管32的环体内壁和/或环体外壁处环绕设置有若干个与环体通道相连通的喷气口，若干个所述气嘴33分别安装在各个喷气口处。
38.所述环管32的中央通道的两端分别正对进气通道21的入口和出口。
39.每一组所述多点喷射模块的喷嘴4的数量均为两个。
40.所述燃气通道5的数量为一条且内部同时通入天然气和氢气作为燃气，各个所述
喷嘴4均喷射天然气和氢气的混合燃气。
41.本发明工作过程：
42.在工作过程中，天然气和氢气分别沿着图8中的c方向和d方向送入同一条燃气通道5之中，并形成天然气和氢气的混合燃气。其中，天然气的体积占比为95％，而氢气的体积占比为5％。随后，各组多点喷射模块的喷嘴4分别将天然气和氢气的混合燃气沿着联管31喷入环管32的环体通道之中，再经由各个气嘴33喷入进气歧管2的进气通道之中。与此同时，空气分别被送入各组多点喷射模块的进气歧管2的进气通道之中，从而与天然气和氢气的混合燃气相混合并形成混合气体。最终，各个气缸7分别吸入其所对应的多点喷射模块所产生的混合气体。
43.其中，可通过各组多点喷射模块的喷嘴4的启动数量以控制各组多点喷射模块的混合气体的喷射速度。例如，当每一组多点喷射模块的两个喷嘴4同时启动时，则实现混合气体的高速喷射，而当每一组多点喷射模块的两个喷嘴4仅启动一个时，则实现混合气体的低速喷射。
44.此外，氢气可随车裂解制备形成。
45.实施例二：
46.参阅图9，所述燃气通道5的数量为两条，两条所述燃气通道5彼此独立互不连通且分别通入天然气和氢气作为燃气，每一组所述多点喷射模块均采用不同的喷嘴4分别喷射天然气和氢气。
47.其他同实施例一。
48.本发明工作过程：
49.在工作过程中，天然气和氢气分别沿着图9中的e方向和f方向送入两条燃气通道5之中。其中，天然气的体积占比为95％，而氢气的体积占比为5％。随后，每一组多点喷射模块均采用不同的喷嘴4分别将天然气和氢气沿着联管31喷入环管32的环体通道之中，再经由各个气嘴33喷入进气歧管2的进气通道之中。与此同时，空气分别被送入各组多点喷射模块的进气歧管2的进气通道之中，从而使天然气、氢气和空气相混合并形成混合气体。最终，各个气缸7分别吸入其所对应的多点喷射模块所产生的混合气体。
50.上述实施例是对本发明的说明，不是对本发明的限定，任何对本发明简单变换后的方案均属于本发明的保护范围。