雙燃料船用發(fā)動(dòng)機(jī)控制技術(shù)

覃 慧

（玉柴船舶動(dòng)力股份有限公司，廣東 珠海 519175）

0 引言

雙燃料船用發(fā)動(dòng)機(jī)作為一種新型動(dòng)力系統(tǒng)，與傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)相比，該類發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力更強(qiáng)，消耗的能源更少，并且由于使用液化天然氣，整個(gè)運(yùn)行過程中，產(chǎn)生的廢棄物較少，符合現(xiàn)階段節(jié)能減排的相關(guān)要求。為更好地發(fā)揮出雙燃料船用發(fā)動(dòng)機(jī)的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，本文在分析其原理的基礎(chǔ)上，明確發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)的調(diào)試要點(diǎn)，制定安全管控策略，逐步形成完備的雙燃料船用發(fā)動(dòng)機(jī)控制機(jī)制。

1 雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)概述

對(duì)雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行整體性分析，有助于工作人員在思維層面形成正確的認(rèn)知，掌握其運(yùn)行特點(diǎn)，為后續(xù)控制系統(tǒng)工作原理的分析以及調(diào)試工作的進(jìn)行起到指導(dǎo)作用。

在相關(guān)技術(shù)的支持下，雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)往往將已有的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)作為基礎(chǔ)，進(jìn)行必要的技術(shù)改裝，增加液化天然氣的供給裝置，在此基礎(chǔ)上，提升發(fā)動(dòng)機(jī)的功率，為船舶提供更為穩(wěn)定、持續(xù)的動(dòng)力輸出。具體來看，雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)能夠根據(jù)實(shí)際的使用需求，進(jìn)行純柴油和雙燃料2 種動(dòng)力模式，充分滿足不同場(chǎng)景的動(dòng)力需求，例如當(dāng)船只處于空載或者怠速狀態(tài)下，操控人員可以選擇純柴油，對(duì)船只進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，當(dāng)船只處于滿載或者標(biāo)定狀態(tài)下時(shí)，操控人員可以選擇雙燃料模式，增加液化天然氣的使用量，逐步減少柴油的燃燒比例，以達(dá)到提升動(dòng)力輸出、減少能源損耗的目的，在這一過程中，天然氣對(duì)于柴油的替代率可以達(dá)到85%左右，從天然氣的價(jià)格、燃燒率等角度來分析，天然氣的價(jià)格相對(duì)于柴油而言較低，并且燃燒率較高，在燃燒過程中，不會(huì)產(chǎn)生二氧化碳、含氮廢物，具有較高的生態(tài)效益[1]。這種設(shè)備的性能優(yōu)勢(shì)，使得雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)逐步成為目前船用動(dòng)力系統(tǒng)的主流構(gòu)成，具有較為廣闊的市場(chǎng)。同時(shí)雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)具有模塊化設(shè)計(jì)的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)難度相對(duì)較低，并且不同的設(shè)備組件之間有著較好的兼容性，使得雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行穩(wěn)定，事故發(fā)生率相對(duì)較低。

2 雙燃料船用發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)工作原理

作為管控雙燃料船用發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的重要機(jī)制，控制系統(tǒng)在調(diào)控發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行效率、調(diào)控能耗等方面發(fā)揮著關(guān)鍵性作用。出于這種考量，在雙燃料船用發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行過程中，工作人員需要明確控制系統(tǒng)的工作原理，明確控制系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)流程，對(duì)后續(xù)控制系統(tǒng)的調(diào)試、安全管控有著一定的促進(jìn)作用。

雙燃料船用發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)主要由雙燃料發(fā)電機(jī)控制器、噴閥、各類傳感器、控制執(zhí)行器等組件構(gòu)成，其具體結(jié)構(gòu)組成如圖1 所示。

圖1 雙燃料船用發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

考慮到雙船用發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行模式特性，控制系統(tǒng)在組建、優(yōu)化的過程中，針對(duì)于雙燃料船用發(fā)動(dòng)機(jī)的不同運(yùn)行模式，進(jìn)行不同控制模式的切換，滿足差異化的控制需求。例如雙燃料船用發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)在各類傳感器、執(zhí)行器的支持下，能夠根據(jù)純柴油模式以及雙燃料模式的特點(diǎn)，對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化。例如在雙燃料模式下，控制系統(tǒng)能夠自主檢測(cè)燃?xì)獾膲毫?、流量情況，根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行要求，在傳感器、執(zhí)行器的控制下，對(duì)燃?xì)饬髁俊鈮哼M(jìn)行必要的管控，在管控過程中，將燃?xì)馀c柴油進(jìn)行充分的混合，為發(fā)動(dòng)機(jī)提供更為穩(wěn)定、強(qiáng)勁的動(dòng)力。除了進(jìn)行動(dòng)力模式的轉(zhuǎn)化之外，控制系統(tǒng)還能夠做好雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)故障診斷等工作，實(shí)時(shí)掌握發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，并根據(jù)運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)判定雙燃料船用發(fā)動(dòng)機(jī)是否存在故障以及故障發(fā)生的位置。除了進(jìn)行故障診斷之外，控制系統(tǒng)還可以開展壓力保護(hù)、排溫保護(hù)、安全預(yù)警等系列保護(hù)舉措，逐步提升雙燃料船用發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行成效，減少設(shè)備故障的發(fā)生機(jī)率，滿足實(shí)際的船舶發(fā)動(dòng)機(jī)使用、保養(yǎng)需求。

3 雙燃料船用發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)調(diào)試要點(diǎn)

為增強(qiáng)雙燃料船用發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)各項(xiàng)控制指令的準(zhǔn)確性、有效性，確保發(fā)動(dòng)機(jī)始終處于良性運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，工作人員有必要在科學(xué)性原則、實(shí)用性原則的引導(dǎo)下，依托雙燃料船用發(fā)動(dòng)機(jī)以及控制系統(tǒng)的運(yùn)行原理，采取必要技術(shù)舉措，對(duì)系統(tǒng)調(diào)試工作作出相應(yīng)調(diào)整，掌握系統(tǒng)調(diào)試的要點(diǎn)，增強(qiáng)控制系統(tǒng)運(yùn)行的有效性。

雙燃料船用發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)在調(diào)試的過程中，為保證調(diào)試效果，可以從船舶柴油油門目標(biāo)設(shè)定、燃?xì)忾_度調(diào)整等幾個(gè)角度出發(fā)，有針對(duì)性地做好調(diào)試工作，確?？刂葡到y(tǒng)的運(yùn)行符合預(yù)期，強(qiáng)化對(duì)雙燃料船用發(fā)動(dòng)機(jī)，在不同運(yùn)行模式下，管控工作的開展要求。具有來看，對(duì)于船舶柴油油門目標(biāo)設(shè)定，可以確定出雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)最經(jīng)濟(jì)的運(yùn)行方案，從過往經(jīng)驗(yàn)來看，在發(fā)動(dòng)機(jī)以柴油為動(dòng)力進(jìn)行運(yùn)行的過程中，控制系統(tǒng)會(huì)根據(jù)傳感器反饋的數(shù)據(jù)，對(duì)各類執(zhí)行器進(jìn)行調(diào)節(jié)，使得燃?xì)庥行騾⑴c燃燒作業(yè)，在參與的過程中，柴油的供給量逐步減少，實(shí)現(xiàn)混合動(dòng)力供給。為保證這一混合過程的有序進(jìn)行，控制系統(tǒng)需要對(duì)船舶柴油油門的運(yùn)行曲線進(jìn)行分析，確定油門的運(yùn)行區(qū)間。經(jīng)過必要的數(shù)學(xué)模型分析，研究人員發(fā)現(xiàn)，在雙燃料船用發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行過程中，考慮到發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行安全性、故障管控的考量，在雙燃料船舶空載或者負(fù)載率達(dá)到80%以上的情況下，不建議加氣，采用船舶柴油純動(dòng)力模式。在有效荷載處于80%以下時(shí)，可以不斷增加天然氣參與比例，逐步擴(kuò)大燃?xì)忾y門的開度，實(shí)現(xiàn)對(duì)柴油的有效替代。考慮到雙燃料船用發(fā)動(dòng)機(jī)的特點(diǎn)，在控制系統(tǒng)調(diào)試的過程中，除了做好上述宏觀層面的調(diào)試工作之外，還需要針對(duì)控制系統(tǒng)內(nèi)使用的傳感器、控制器等進(jìn)行性能測(cè)試，保證其實(shí)際的運(yùn)行成效，避免出現(xiàn)傳感器、控制器功能缺失的情況。具體來看，在控制系統(tǒng)構(gòu)建環(huán)節(jié)，工作人員需要結(jié)合過往經(jīng)驗(yàn)，對(duì)傳感器的類型、數(shù)量進(jìn)行梳理，并對(duì)傳感器進(jìn)行必要的調(diào)試，確保其處于良性的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，保證控制系統(tǒng)能夠根據(jù)雙燃料船用發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)際，快速作出反應(yīng)，強(qiáng)化發(fā)動(dòng)機(jī)的控制能力，同時(shí)也大大增強(qiáng)控制系統(tǒng)在故障判定以及組件維護(hù)方面的作用。

4 雙燃料船用發(fā)動(dòng)機(jī)安全管控策略

雙燃料船用發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)重要職能在于維持發(fā)動(dòng)機(jī)良性運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，減少發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行過程中出現(xiàn)安全事故的機(jī)率，為雙燃料船用發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行營造出安全、穩(wěn)定的環(huán)境，提升了發(fā)動(dòng)機(jī)連續(xù)工作的能力[2]。

雙燃料船用發(fā)動(dòng)機(jī)在安全管理的過程中，一方面需要相關(guān)管理人員，結(jié)合實(shí)際情況，制定詳實(shí)的安全管控制度，形成完備的管控制度框架，引導(dǎo)相關(guān)管理人員有序參與到雙燃料船用發(fā)動(dòng)機(jī)的安全管控工作之中。這就要求，逐步細(xì)化責(zé)任，明確工作分工，同時(shí)做好培訓(xùn)工作，在系統(tǒng)化培訓(xùn)的基礎(chǔ)上，有序增強(qiáng)工作人員對(duì)于安全管控舉措的落實(shí)能力。另一方面要加大控制系統(tǒng)完善的力度，通過必要的系統(tǒng)完善與優(yōu)化，使得控制系統(tǒng)能夠識(shí)別雙燃料船用發(fā)動(dòng)機(jī)存在的安全風(fēng)險(xiǎn)，并進(jìn)行必要的壓力保護(hù)、排溫保護(hù)、安全預(yù)警等工作，實(shí)現(xiàn)雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行平穩(wěn)化與安全化，降低發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部組件發(fā)生安全事故的機(jī)率，例如燃?xì)庑孤┑谋O(jiān)測(cè)，惰性氣體安全吹掃，還有一些防爆設(shè)計(jì)。同時(shí)火災(zāi)聲光報(bào)警以及一些消防系統(tǒng)在預(yù)警機(jī)制的支持下，工作人員能夠快速作出反應(yīng)，應(yīng)對(duì)各類突發(fā)狀況。

5 結(jié)語

雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)在船舶中的應(yīng)用，大幅度提升船舶的續(xù)航能力，在增強(qiáng)航運(yùn)運(yùn)輸體量的同時(shí)，新燃料、新技術(shù)的使用使得船舶運(yùn)行成本得到控制，對(duì)環(huán)境的污染程度持續(xù)降低。本文以雙燃料船用發(fā)動(dòng)機(jī)作為研究對(duì)象，多角度出發(fā)，系統(tǒng)探討雙燃料船用發(fā)動(dòng)機(jī)控制技術(shù)的應(yīng)用以及安全管控的各項(xiàng)工作，確保發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行質(zhì)效。