СТАБИЛИЗАТОР ДАВЛЕНИЯ, СИСТЕМА ГАЗОВОГО ДВИГАТЕЛЯ И СПОСОБ РЕГУЛИРОВАНИЯ ДАВЛЕНИЯ ГАЗА
PRESSURE STABILIZER, GAS ENGINE SYSTEM AND GAS PRESSURE CONTROL METHOD

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Настоящее изобретение относится к технической области газовых двигателей, и в частности к стабилизатору давления, системе газового двигателя и способу регулирования давления газа.
ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
В настоящее время газовые сопла, используемые в двигателях, работающих на природном газе, функционируют надлежащим образом, когда скорость потока внутреннего газа находится на скорости звука. Для обеспечения того, чтобы скорость потока газа в газовом сопле находилась на скорости звука, необходимо, чтобы отношение давления газа на выпускном отверстии сопла и давления газа на впускном отверстии сопла было меньше фиксированного значения (обычно 0,54).
В системе двигателя, работающего на природном газе, впускное отверстие газового сопла соединено со стабилизатором давления, а выпускное отверстие газового сопла соединено с впускным патрубком через смеситель. Стабилизатор давления выполнен с возможностью стабилизации давления газа на определенном значении. Принцип работы существующего стабилизатора давления заключается в следующем: газ высокого давления входит в стабилизатор давления, входит в трубку в середине поршня через зазор для циркуляции между поршнем и прокладкой, причем изостатическая камера сообщается с выпускным отверстием для газа, давление газа в изостатической камере равно давлению на выпускном отверстии стабилизатора, и функция изостатической камеры заключается в том, чтобы давление на выпускном отверстии для газа действовало на верхнюю поверхность поршня. В этот момент времени давление, действующее на верхнюю поверхность поршня, обеспечивает динамическое равновесие с пружиной и давлением вакуумной камеры, в результате чего давление на выпускном отверстии для газа становится равным установленному значению.
Однако существующие стабилизаторы давления имеют следующие недостатки: между поршнем и корпусом есть трение, вследствие чего, когда поршень двигается по направлению к выпускному отверстию стабилизатора давления, давление газа на выпускном отверстии стабилизатора давления уменьшается. Кроме того, когда поршень движется в направлении выпускного отверстия стабилизатора давления, пружина находится в развернутом состоянии, сила упругости пружины будет ослаблена, что также приводит к уменьшению давления газа на выпускном отверстии стабилизатора давления. Уменьшение давления газа на выпускном отверстии стабилизатора давления приведет к тому, что на впускном отверстии сопла давление будет снижено, и отношение давления газа на выпускном отверстии сопла к давлению газа на впускном отверстии сопла может быть больше фиксированного значения 0,54, в результате чего невозможно удовлетворить требования двигателя в некоторых условиях эксплуатации газового сопла.
В документе CN205387976U раскрыт стабилизатор поршня для газового двигателя, который содержит: кожух, поршень, заглушку, пружину и торцевую крышку для регулировки давления, причем торцевая крышка для регулировки давления с открытым концом в поршневой камере проходит через резьбовое соединение, торцевая крышка для регулировки давления оснащена сквозным отверстием для вентиляции, при этом вентиляционное отверстие сообщается с проходным отверстием поршня. Преимущества этой полезной модели заключаются в следующем: можно использовать регулируемую торцевую крышку; пользователь может сам регулировать давление; удовлетворяются разные требования к давлению от разных пользователей; используется конструкция с постоянным напряжением пружинного поршня; гарантируется надежность стабилизатора.
В документе KR1020150019522A раскрыты система и способ для регулирования давления газообразного топлива в двухтопливном (DF) двигателе и, более конкретно, система и способ для регулирования давления газообразного топлива в DF двигателе, которые регулируют давление газообразного топлива, которое подается в DF двигатель в соответствии с нагрузкой на DF двигатель для обеспечения возможности использования газообразного топлива в качестве топлива DF двигателя, даже если газообразное топливо имеет высокую температуру, когда нагрузка на DF двигатель является низкой. Тем самым обеспечивается оптимальное использование газообразного топлива, снижение нагрузки на компрессор из-за сжатия газообразного топлива и повышение производительности и КПД DF двигателя. Согласно этому изобретению система для регулирования давления газообразного топлива в DF двигателе содержит: компрессор, установленный на линии подачи газообразного топлива, обеспечивающий подачу газообразного топлива в по меньшей мере один DF двигатель из резервуара для хранения и сжимающий газообразное топливо; первый блок измерения давления, измеряющий давление на выходе из компрессора; второй блок измерения давления, измеряющий давление на входе в DF двигатель; и блок управления, управляющий компрессором для обеспечения давления, соответствующего большему измеренному значению между измеренными значениями давления, полученными от первого и второго блоков измерения давления соответственно.
В документе JP2001055930A раскрыта система газового двигателя, обеспечивающая работу газового двигателя на низкокалорийном газу. Эта система газового двигателя содержит газовый двигатель 1, смеситель 26, расположенный на стороне впуска газового двигателя 1, и регулятор 5, расположенный вдоль трубы 27a для газовой смеси между газовым двигателем 1 и смесителем 26. Воздух 12, который подается из трубы 17 для воздуха в смеситель 26, и газообразное топливо 8, которое подается из трубы 16 для газообразного топлива в смеситель 26, смешиваются в смесителе 26 с образованием газовой смеси 27. Газовая смесь 27 подается в газовый двигатель 1 через трубу 27a для газовой смеси. Часть газообразного топлива 8 внутри трубы 16 для газообразного топлива подается в трубу 27a для газовой смеси через перепускную трубу 15. Таким образом, газообразное топливо 8 может подаваться в газовый двигатель 1 в больших количествах. Соответственно, даже если в качестве газообразного топлива 8 используется низкокалорийный газ, газовый двигатель 1 сможет работать.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Целью настоящего изобретения является, по меньшей мере, решение проблемы, которая заключается в уменьшении давления газа на выпускном отверстии стабилизатора давления при движении поршня в направлении выпускного отверстия стабилизатора давления в существующих стабилизаторах давления. Эта цель достигается с помощью следующих технических решений.
Согласно первому аспекту настоящего изобретения предлагается стабилизатор давления, который содержит: корпус, который содержит впускную камеру для газа и поршневую камеру, причем между впускной камерой для газа и поршневой камерой предусмотрена прокладка, и прокладка снабжена сквозным отверстием прокладки; поршень, который расположен с возможностью скользящего перемещения в поршневой камере и снабжен сквозным отверстием поршня, проходящим через поршень; пружину, расположенную в поршневой камере, при этом пружина расположена между поршнем и прокладкой; торцевую крышку с выпускным отверстием для газа, которая расположена на открытом конце поршневой камеры и снабжена выпускным отверстием для газа; электромагнитную катушку, которая расположена на конце торцевой крышки с выпускным отверстием для газа, который находится рядом с поршнем, при этом электромагнитная катушка генерирует силу магнитного поля для притяжения поршня в целях притяжения поршня так, чтобы он приближался к торцевой крышке с выпускным отверстием для газа.
В стабилизаторе давления согласно варианту осуществления настоящего изобретения электромагнитная катушка расположена на конце торцевой крышки с выпускным отверстием для газа, который находится рядом с поршнем, и электромагнитная катушка в возбужденном состоянии генерирует силу магнитного поля для притяжения поршня в целях притяжения поршня так, чтобы он приближался к торцевой крышке с выпускным отверстием для газа. Таким образом, сила магнитного поля электромагнитной катушки может быть использована для управления величиной смещения при перемещении поршня в направлении торцевой крышки с выпускным отверстием для газа, тем самым повышая давление газа на выпускном отверстии для газа стабилизатора давления.
В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения электромагнитная катушка расположена в направлении по окружности торцевой крышки с выпускным отверстием для газа.
В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения стабилизатор давления дополнительно содержит блокирующую крышку, установленную во впускной камере для газа, причем в блокирующей крышке предусмотрено множество сквозных отверстий блокирующей крышки.
В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения торцевая крышка с выпускным отверстием для газа соединена с открытым концом поршневой камеры посредством резьбы.
В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения в корпусе поршневой камеры предусмотрено отверстие для выравнивания давления газа.
В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения стабилизатор давления дополнительно содержит торцевую крышку c впускным отверстием для газа, причем впускное отверстие для газа предусмотрено на торцевой крышке c впускным отверстием для газа, при этом впускное отверстие для газа сообщается со сквозными отверстиями блокирующей крышки.
В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения поршень содержит головку поршня и шток поршня, головка поршня находится в скользящей и герметичной посадке с поршневой камерой, шток поршня вставлен в сквозное отверстие прокладки, и пружина надета на шток поршня.
В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения конец головки поршня, который упирается в торцевую крышку с выпускным отверстием для газа, снабжен регулировочной камерой, причем регулировочная камера сообщается со сквозным отверстием поршня, и диаметр регулировочной камеры больше, чем диаметр сквозного отверстия поршня.
Согласно второму аспекту настоящего изобретения предлагается система газового двигателя, которая содержит: впускной патрубок для газа, который предназначен для подачи газа в газовый двигатель; смеситель, выпускное отверстие которого соединено с впускным патрубком для газа; газовое сопло, выпускное отверстие которого соединено с впускным отверстием для газа смесителя; стабилизатор давления, который представляет собой стабилизатор давления по любому из приведенных выше вариантов осуществления, в котором выпускное отверстие для газа стабилизатора давления соединено с впускным отверстием газового сопла; первый датчик давления, расположенный между стабилизатором давления и газовым соплом; второй датчик давления, расположенный между впускным патрубком для газа и смесителем; и ЭБУ (электронный блок управления), который электрически подключен к первому датчику давления, второму датчику давления и к электромагнитной катушке стабилизатора давления.
Согласно третьему аспекту настоящего изобретения предлагается способ регулирования давления газа, который применяется к системе газового двигателя согласно любому из вышеперечисленных вариантов осуществления, причем способ регулирования давления газа включает:
получение первого значения давления первого датчика давления в реальном времени;
получение второго значения давления второго датчика давления в реальном времени;
вычисление отношения второго значения давления к первому значению давления; и
управление увеличением силы магнитного поля электромагнитной катушки в соответствии с результатом, согласно которому отношение больше или равно заданному значению.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ
Различные другие преимущества и выгоды станут понятны специалистам в области техники после прочтения подробного описания предпочтительных вариантов осуществления ниже. Графические материалы предназначены только для иллюстрации предпочтительных вариантов осуществления и их не следует рассматривать как ограничивающие настоящее изобретение. На всех графических материалах подобные детали обозначаются одинаковыми ссылочными позициями.
На фиг. 1 представлена принципиальная схема конструкции стабилизатора давления согласно варианту осуществления настоящего изобретения; и
на фиг. 2 представлено схематическое изображение системы газового двигателя согласно варианту осуществления настоящего изобретения.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ
Иллюстративные варианты осуществления настоящего изобретения будут более подробно описаны ниже со ссылкой на сопроводительные графические материалы. Хотя иллюстративные варианты осуществления настоящего изобретения показаны на графических материалах, следует понимать, что настоящее изобретение может быть реализовано в различных формах и не должно ограничиваться вариантам осуществления, изложенными в настоящем документе. Скорее, эти варианты осуществления предоставляются для того, чтобы дать возможность более глубокого понимания настоящего изобретения, и для того, чтобы дать возможность в полной мере сообщить специалистам в данной области техники объем настоящего изобретения.
Следует понимать, что используемые в тексте термины используются исключительно для описания конкретных иллюстративных вариантов осуществления и не предназначены для ограничения. Если контекст четко не указывает на иное, формы единственного числа, используемые в тексте, могут также означать формы множественного числа. Термины «включать», «содержать», «заключать» и «иметь» являются инклюзивными и, таким образом, указывают на наличие заявленных признаков, этапов, операций, элементов и/или компонентов, но не исключают наличия или добавления одного или более других признаков, этапов, операций, элементов, компонентов и/или их комбинаций.
Хотя термины «первый», «второй», «третий» и т. д. могут использоваться в тексте для описания множества элементов, компонентов, областей, слоев и/или секций, эти элементы, компоненты, области, слои и/или секции не должны ограничиваться этими терминами. Эти термины могут использоваться только для того, чтобы отличить один элемент, компонент, область, слой или секцию от другой области, слоя или секции. Такие термины, как «первый», «второй» и другие числовые термины, когда они используются в настоящем документе, не подразумевают порядок или последовательность, если только контекст четко не указывает на иное. Таким образом, первый элемент, компонент, область, слой или секция, описанные ниже, могут называться вторым элементом, компонентом, областью, слоем или секцией, не отходя от принципов иллюстративных вариантов осуществления.
Для удобства описания в настоящем документе могут использоваться термины, обозначающие относительную пространственную взаимосвязь, для описания взаимосвязи одного элемента или признака с другим элементом или признаком, как показано на графических материалах. Эти термины, обозначающие относительную взаимосвязь, представляют собой, например, как «внутренний», «внешний», «внутри», «снаружи», «низ», «внизу», «верх», «наверху» и т. д. Эти термины, обозначающие относительную пространственную взаимосвязь, предназначены для включения различных ориентаций устройства в процессе его использования или эксплуатации, в дополнение к ориентации, изображенной на графических материалах. Например, если устройство на фигуре перевернуто, то элемент, описанный как находящийся «ниже другого элемента или признака» или «под другим элементом или признаком», будет впоследствии ориентирован как «выше другого элемента или признака» или «над другим элементом или признаком». Таким образом, иллюстративный термин «под» может включать ориентации как «сверху», так и «снизу». Устройство может быть ориентировано иным образом (повернуто на 90 градусов или в других направлениях), при этом термины, описывающие пространственную относительную взаимосвязь, используемые в настоящем документе, поясняются соответствующим образом.
В одном варианте осуществления первого аспекта настоящего изобретения представлен стабилизатор 100 давления, содержащий корпус 10, поршень 20, пружину 30, торцевую крышку 40 с выпускным отверстием для газа и электромагнитную катушку 50. В частности, корпус 10 содержит впускную камеру 11 для газа и поршневую камеру 12. Прокладка 13 расположена между впускной камерой 11 для газа и поршневой камерой 12. Прокладка 13 снабжена сквозным отверстием прокладки, и поршень 20 расположен с возможностью скользящего перемещения в поршневой камере 12. В поршне 20 предусмотрено сквозное отверстие 21 поршня, проходящее через поршень 20, пружина 30 предусмотрена в поршневой камере 12, причем пружина 30 расположена между поршнем 20 и прокладкой 13. Торцевая крышка 40 с выпускным отверстием для газа расположена на открытом конце поршневой камеры 12, причем торцевая крышка 40 с выпускным отверстием для газа снабжена выпускным отверстием 41 для газа. Электромагнитная катушка 50 расположена на конце торцевой крышки 40 с выпускным отверстием для газа, который находится рядом с поршнем 20. Электромагнитная катушка 50 в возбужденном состоянии генерирует силу магнитного поля для притяжения поршня 20 в целях притяжения поршня 20 так, чтобы он приближался к торцевой крышке 40 с выпускным отверстием для газа.
В стабилизаторе 100 давления согласно варианту осуществления настоящего изобретения электромагнитная катушка 50 расположена на конце торцевой крышки 40 с выпускным отверстием для газа, который находится рядом с поршнем 20, и электромагнитная катушка 50 в возбужденном состоянии генерирует силу магнитного поля для притяжения поршня 20 в целях притяжения поршня 20 так, чтобы он приближался к торцевой крышке 40 с выпускным отверстием для газа. Таким образом, сила магнитного поля электромагнитной катушки 50 может быть использована для управления величиной смещения при перемещении поршня 20 в направлении торцевой крышки 40 с выпускным отверстием для газа, тем самым повышая давление газа на выпускном отверстии для газа стабилизатора 100 давления.
В частности, электромагнитная катушка 50 расположена в направлении по окружности торцевой крышки 40 с выпускным отверстием для газа. Электромагнитная катушка 50 может представлять собой множество электромагнитных катушек, расположенных в направлении по окружности торцевой крышки 40 с выпускным отверстием для газа, или одну полновитковую электромагнитную катушку, расположенную в направлении по окружности торцевой крышки 40 с выпускным отверстием для газа, при условии, что она способна обеспечить электромагнитную силу, притягивающую поршень 20, в возбужденном состоянии.
Кроме того, между корпусом 10 и торцевой крышкой 40 с выпускным отверстием для газа предусмотрено уплотнительное кольцо для герметизации.
Кроме того, стабилизатор 100 давления дополнительно содержит блокирующую крышку 60, установленную во впускной камере 11 для газа, причем в блокирующей крышке 60 предусмотрено множество сквозных отверстий 61 блокирующей крышки. Газ может быть подан во впускную камеру 11 для газа через сквозные отверстия 61 блокирующей крышки, и входить дальше в сквозное отверстие 21 поршня.
Кроме того, торцевая крышка 40 с выпускным отверстием для газа соединена с открытым концом поршневой камеры 12 посредством резьбы, и положение торцевой крышки 40 с выпускным отверстием для газа может быть отрегулировано по степени свинчивания торцевой крышки 40 с выпускным отверстием для газа и поршневой камеры 12, вследствие чего можно регулировать расстояние между поршнем 20 и блокирующей крышкой 60 для достижения регулировки давления.
Кроме того, в корпусе 10 поршневой камеры 12 предусмотрено отверстие 14 для выравнивания давления газа. При применении стабилизатора 100 давления к системе газового двигателя, отверстие для выравнивания давления газа может быть соединено с впускным патрубком 200 для газа.
Кроме того, стабилизатор 100 давления дополнительно содержит торцевую крышку 70 c впускным отверстием для газа, в которой предусмотрено впускное отверстие 71 для газа, причем впускное отверстие 71 для газа сообщается со сквозными отверстиями 61 блокирующей крышки.
Кроме того, между корпусом 10 и торцевой крышкой 70 c впускным отверстием для газа предусмотрено уплотнительное кольцо для герметизации.
Кроме того, поршень 20 содержит головку 22 поршня и шток 23 поршня, головка 22 поршня находится в скользящей и герметичной посадке с поршневой камерой 12, шток 23 поршня вставлен в сквозное отверстие прокладки, и пружина 30 надета на шток 23 поршня.
Кроме того, конец головки 22 поршня, который упирается в торцевую крышку 40 с выпускным отверстием для газа, снабжен регулировочной камерой 24, причем регулировочная камера 24 сообщается со сквозным отверстием 21 поршня. Диаметр регулировочной камеры 24 больше, чем диаметр сквозного отверстия 21 поршня, и регулировочная камера 24 выполнена с возможностью регулировки равновесия давления между впускным концом для газа и выпускным концом для газа.
Согласно варианту осуществления второго аспекта настоящего изобретения предлагается система газового двигателя, который содержит впускной патрубок для газа, смеситель, стабилизатор 100 давления, газовое сопло, первый датчик давления, второй датчик давления и ЭБУ. В частности, впускной патрубок для газа выполнен с возможностью подачи газа в газовый двигатель, выпускное отверстие смесителя соединено с впускным патрубком для газа, выпускное отверстие газового сопла соединено с впускным отверстием для газа смесителя, и стабилизатор 100 давления представляет собой стабилизатор давления согласно любому из вышеперечисленных вариантов исполнения. Выпускное отверстие 41 для газа стабилизатора 100 давления соединено с впускным отверстием газового сопла, первый датчик давления расположен между стабилизатором 100 давления и газовым соплом, и второй датчик давления расположен между впускным патрубком для газа и смесителем. ЭБУ электрически подключен к первому датчику давления, второму датчику давления и электромагнитной катушке 50 стабилизатора 100 давления, и ЭБУ может управлять силой магнитного поля электромагнитной катушки 50.
В варианте осуществления третьего аспекта настоящего изобретения предлагается способ регулирования давления газа, который применяется к системе газового двигателя согласно предыдущему варианту осуществления, причем способ включает:
получение первого значения давления первого датчика давления в реальном времени;
получение второго значения давления второго датчика давления в реальном времени;
вычисление отношения второго значения давления к первому значению давления; и
управление увеличением силы магнитного поля электромагнитной катушки 50 в соответствии с результатом, согласно которому отношение больше или равно заданному значению;
при этом заданное значение может составлять 0,54; когда отношение второго значения давления к первому значению давления больше или равно 0,54, силой магнитного поля электромагнитной катушки 50 управляют для ее повышения, при этом повышается давление на впускном отверстии газового сопла 400, обеспечивая тем самым то, что отношение давления газа на выпускном отверстии газового сопла к давлению газа на впускном отверстии газового сопла составляет меньше 0,54, а также гарантирует, что газ в газовом сопле течет со скоростью звука.
Выше описаны только конкретные предпочтительные варианты осуществления настоящего изобретения, но объем правовой охраны настоящего изобретения не ограничен ими. Любое изменение или замена, которые могут быть предположены специалистами в данной области техники, в рамках сущности, раскрытой в настоящем документе, входят в объем правовой охраны настоящего изобретения. Следовательно, объем правовой охраны настоящего изобретения соответствует объему правовой охраны формулы изобретения.