GC378NE型燃气动力液压挖掘机燃气动力系统.pdf

GC 3 7 8 NE型燃气动力液压挖掘机燃气动力系统 苏兆杰 ， 王保森 ， 甄建军 1 ． 山重建机济宁有限公司； 2 ． 山重建机有限公司 关键词 燃气发 动机 ； 挖掘机 ； L N G L N G L i q u e fi e d N a t u r a l G a s 是 液化天然气的简 称， 在温度低于 一 1 6 2。 C时， 天然气可被液化 ， 储存 在容器里作为燃气发动机的燃料。燃气发动机和 以 L N G作为燃料 的重卡及装载机早有应用 ， 但在挖掘 机领域的应用却尚为少见。 不同于传统工程机械一般应用柴油机提供动 力 ， G C 3 7 8 N E型燃气动力液压挖掘机采用燃气发动 机 气体机 为机器提供动力 ， 目的是降低燃料消 耗 ， 减少用户使用成本。并且 ， 由于燃气发动机采用 电控控制 ， 排放满足 国Ⅲ排放标准 ， 可减少环境污 染 ， 既节能又环保。 1 燃气动力系统主要技术参数 发动机型号 WP 7 N G 2 7 0 E 3 0 额定功率 k W ／ 额定转速 r ／ m i n 1 9 9 ／ 2 0 0 0 发动机型式 直列 、 水冷 、 四冲程 、 增压中冷 、 电控单点喷射 缸数 缸径 mm 行程 mm 6 1 0 81 3 6 活塞总排量 L 7 ． 5 最大转矩 N m 1 0 8 0 最大转矩转速 r ／ m i n 1 3 0 0 ～ 1 5 0 0 最低稳定转速 r ／ m i n 7 0 05 0 最高空载转速 r ／ m i n 2 2 0 05 0 最低燃气消耗 g ／ k W h 1 9 0 机油燃油消耗比 ％ ≤0 ． 2 排放限值 国Ⅲ 噪声限值 d B A ≤9 5 发动机机油量 L 2 4 发动机适应温度 ℃ 一 2 5 ～ 4 5 发动机净质量 k g 6 2 0 L N G气瓶容量 L 两件 3 3 5 ／ 5 0 0 冷却系统容量 L 1 5 作者简介 苏兆杰 1 9 8 8 一 ， 男， 山东人， 助理工程师， 学士 ， 研究方向 2 2 程机械动力总成。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 结构组成及原理 2 ． 1 整体结构及原理 G C 3 7 8 N E型燃气动力 液压挖掘机燃气动力系 统如图 1 所示 ，主要包括燃气发动机 1 ，液压 主泵 2 、 稳压器 3 、 电磁阀 4 、 液化天然气气瓶 5以及气化 器总成 6 。 2 1 ． 燃气发动机2 ． 液压主泵3 ． 稳压器4 ． 电磁阀5 ． 液 化天然气气瓶6 ． 气化器总成 图 1 燃气发动机动力系统示意图 该系统的工作原理f 】是 液化天然气气瓶 5中的 液化天然气通过管路进人气化器总成中的气化室 ， 通过吸收来 自发动机机体的热量而气化； 气化后的 天然气进入电磁 阀 4 电磁 阀 4由发动机 E C U控制 开合 ， 停 机状态下处于常 闭状态 ， 该 阀可以及时切 断或恢复燃料 天然气 供给 ； 通过电磁阀 4的天 然气进入稳压器 3 ，稳压器将天然气压力调节至发 动机正常工作要求范围 一般要求为 0 ．8 ～ 1 ．0 M P a ； 调整压力后的天然气进入燃气发动机 1 燃气发动 机低压滤清器 ， 在燃气发动机 内燃烧 ， 使燃气发动 机对外输出转速、 转矩等， 并传递到液压主泵 2 ， 以 实现液压系统的动力输出。 2 ． 2 气瓶结构 气瓶用以替代油箱盛装、 贮存及供给燃料 液 化天然气 ，是一种可 以多次重复充装的低温绝热 压力容器， 其主要结构为双层容器。内胆能够承受 一 定的压力 ， 用来贮存和供给低温液态的液化天然 气 。内胆外壁缠绕着由玻璃纤维纸和光洁的铝箔组 成的多层绝 热材料 ， 多层绝热材料在高真空条件下 具有热导率低 ， 隔热性能高， 重量轻的特点。外壳主 要用来与 内胆形成夹层空间 两层容器之间 的空 间 ， 并把 内胆支撑起来 。夹层空间被抽成高真空与 多层绝热材料共同形成 良好 的绝热系统 ， 以延长液 化天然气的贮存时间。外壳和内胆之间设置支撑系 统将内胆外壳合理固定， 并承受车辆在行驶时产生 的加 、 减速度 ， 以及运行时产生的振动。气瓶所有 的 外部管路、 阀件都设置在气瓶的一端， 并用保护环 或保护罩进行防护。 2 ． 3 主要管路 系统 1 加液管路系统 加液管路系统由进液单向 阀以及连接管路组成 见图 2 。加液管路系统是气 瓶重复充装 L N G燃料的管路， 为了便于操作并保证 安全，进液管路系统使用进液单向阀， L N G燃料只 能从加液 口流向气瓶 内， 而不能反向流动。 2 供液管路系统 供液管路系统由出液管路、 出液截止 阀和过流 阀等组成 见图 2 。L N G通过供 液管路被气化器气化， 再经过缓冲成为车辆燃料。 3 自增压 管路 系统 自增压管路 系统 由增压 截止阀、 增压调节阀和增压盘管等组成 见 图 2 。 其 功能是， 当气瓶内压力较低时， 瓶内液体通过 自增 压管路系统气化后再 回到瓶 内， 使压力升高。该功 能可通过增压调节 阀自动实现 ， 无需人工操作。 4 气相管路系统 气相管路系统由放空阀、 主 安全阀、 副安全阀、 增压回气管、 压力表和经济调节 阀等组成 见 图 2 。气相管路可以调节气瓶 内的压 力， 起到保护气瓶安全的作用。 3 技术优势及特点 3 ． 1 技术成熟 该 系统的发动机采用达到 国Ⅲ排放标 准的潍 柴 WP 7 N G 2 7 0 E 3 0 型水冷电控气体机， 质量可靠， 对 不 同地区的适应性强 ， 燃气发动机所有维护均可 以 在整机上下完成 打开上机罩或底护板 。 研究表明翻 ， 燃气发动机排放污染物很少 ， 相 比 普通发动机 ， C O 排放可减少 2 3 ％， S O 排放可减少 7 0 ％， C O排放可减少 5 0 ％，这为挖掘机排放满足更 加严格的标准创造了条件， 对于改善发动机尾气对 大气的污染具有重要意义。 3 ． 2 发动机续航能力强 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 主安全阀 力表 过流阈 出液管路 图 2 主要管路系统组成 G C 3 7 8 N E型燃气 动力液压挖掘机燃气动力 系 统配有两个 L N G气瓶f 3 1 ， 容积共计 8 3 5 L 3 3 5 L 5 0 0 L ， 能够满足机器一天正常工作所需， 工作时间 燃 气发动机续航能力 不逊于柴油机。 3 ． 3 燃气发动机 的控制 通过 C A N总线实现油门旋钮信号与燃气发动 机控制器 E C U的通信，从而控制燃气发动机的转 速， 实现挖掘机不同工作模式的切换 ， 以适应不同 的工况。此外 ， 通过在燃气发动机上加装转速传感 器 ，可采用闭环控制更加精确地控制 主泵流量 ， 从 而提高挖掘机效率。燃气发动机上设有独立的停车 电磁阀，在断电及整车没有插人钥匙的情况下， 燃 气发动机不会启动。 3 ． 4 经济优势 燃气动力挖掘机的整机价格相比同等吨位的传 统动力式挖掘机稍微高一些。 虽然第一次投资较大， 但是其后续节省的费用相当可观 同一工况下 ， 燃气 动力液压挖掘机燃料成本约为普通柴油动力挖掘机 的 7 0 ％左右 ， 按每天工作 1 2 h ， 每年工作 3 0 0天计 ， 燃气动力挖掘机一般半年左右就能赚 回差价 。 3 ． 5 安全性 通过对比天然气、汽油和柴油的自燃温度和与 空气混合气的爆炸浓度极限 见表 1 ，可见采用 L N G作为动力源的工程车辆比柴油机、 汽油机车辆 更 安全 。 4 结束语 近几年来 ， 国际油价不断攀升 ， 且排放法规 日 一 6 一 表 1 天然气 、 汽油和柴油的 自燃温度和爆炸极限对比 燃料 天然气 汽油 柴油 自燃温度 ／ ℃ 6 5 0 4 2 7 2 6 0 爆炸浓度极限 体积比 ／ ％ 5 ．0 1 5 ． 0 1 ． 0 - 7 ． 6 0 ． 5 ～ 4 ． 1 益严格 ， 对工程机械提出了严格要求 ， 燃气发动机 应用于工程机械是一大趋势 。 G C 3 7 8 N E型燃气动力 液压挖掘机在整机测试时 已经取得明显的节能效 果 。目前 ， 制约燃气发动机在工程机械领域应用 的 主要因素在于 L N G加气站， 随着输气管网、 加气站 等基础设施的不断建设完善， 燃气发动机将被广泛 应用于工程机械领域， 以降低工程机械对燃油的依 赖 ， 并缓解环境污染压力。 参考文献 [ 1 】 潍柴动力． WP 7 N G系列天然气发动机使用保养说明书 【 M ] ． 1 5 - 2 0 ． f 2 ] 卓斌． 天然气发动机燃烧特征与功率恢复『 J 1 ． 车用发动 机 ， 1 9 9 9 1 1 1 - 1 7 ． 【 3 】 马小红， 陈叔平 ， 任永平 ， 等． L N G车载气瓶【J J． 煤气与热 力， 2 0 1 1 ， 3 1 9 1 4 1 8 ． [ 4 ] 冯幸福 ， 吴同起．燃气汽车及加气站技术[ M] ． 北京 电子 工业 出版社 ， 2 0 0 1 ． 通信地址 山东省济宁市高新区诗仙路 5 6 7 8号 山重建机 济宁 有限公司第二研究院 2 7 2 1 0 3 收稿 日期 2 0 1 3 0 4 0 7 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m