LNG自動供給系統的設計探討

張莉

摘 要：目前的LNG汽車基本采用自增壓系統，面臨問題如下：1、自增壓系統供氣不穩定2、汽化器與增壓閥匹需要高度匹配3、當發動機高速運轉或發動機急加速時會存在供氣不足現象4、而當瓶內液體量少時，存在供氣不足。5、充裝壓力過低時，氣瓶在充液后需等待10～25分鐘升壓過程?；谠鰤合到y供氣性能差、安全性差、操作性差、排空浪費較大，自動化、智能化程度低，低溫低壓泵供氣系統的研發與應用是必然結果。

關鍵詞：LNG自動供給系統；漏熱計算；智能化

1、帶泵氣瓶系統工作原理

2、低壓LMG自動供給系統

低壓LNG自動供給系統通過安裝于氣瓶內部的低溫低壓泵提供發動機需求的天然氣并產生天然氣噴射壓力，控制單元通過（0.5～1.2MPa）緩沖罐的壓力控制低溫泵的啟停。

2.1氣瓶總成

2.1.1帶泵氣瓶絕熱計算

2.1.1.1夾層漏熱計算：

絕熱層厚度δ；δ=0.020m

多層絕熱有效熱導率λ1；λ1=0.278J/h·m·℃

夾層真空度P；P=2×10-2 Pa

通過絕熱層體綜合漏熱量Q1：

式中：Fm =（F1-F2）/ln（F1/F2）=3.7 m2

F1--絕熱外層表面積；F1=4.0 m2

F2--絕熱內層表面積；F2=3.41 m2

△T--溫差；△T=20-（-196）=216 ℃

2.1.2.2 前部頸管漏熱計算

2.1.2.3 支撐板漏熱計算

式中：F--支撐板的截面積 F=90×10-6 m2

L--支撐板的長度

2.1.2.4 管道漏熱計算

Q41 =λ2·Fm1·△T/L1 = 40610×3.45×10-5×216/0.4=757（J/h）

式中：Fm1--夾層出液管截面積 Fm1 =3.45×10-5 m2

Q42 =λ2·Fm2·△T/L2 = 40610×3.45×10-5×216/0.4=757（J/h）

式中：Fm2--夾層氣相管截面積 Fm2 =3.45×10-5 m2

Q43 =λ2·Fm3·△T/L3 = 40610×5.97×10-5×216/0.38=1378（J/h）

式中：Fm3--夾層進液管截面積 Fm3 =5.97×10-5 m2

2.1.2.5 前部泵套管漏熱計算

2.1.2.6 泵的漏熱計算

依據泵廠家計算得出的

Q6=7668（J/h）

總共漏熱計算：

液氮蒸發率計算

式中：η--靜態蒸發率，%/d

Q--總的熱傳遞量，J/h

ρ--液體密度，kg/m3（ρ=810kg/ m3）

γ--汽化潛熱，J/kg（γ=199250J/kg）

V--氣瓶有效容積，m3（V=0.405m3）

η<2.1%/d；故滿足設計要求。

液化天然氣蒸發率計算：

2.1.3 CDPW600-V-1.59Ⅲ型氣瓶產品主體結構的有限元分析計算

結論：參照氣瓶標準Q/320582SDY6和壓力容器標準GB150的相關規定，對產品主體結構進行了有限元應力計算分析與評定：在設置的正常使用工況下，CDPW600-V-1.59Ⅲ型氣瓶產品內外瓶體結構等的靜強度是安全可靠的。

2.1液壓系統

液壓系統由液壓油泵、換向閥、旁通閥、儲油罐、冷卻器、管路與接頭組成。按照發動機ECU的控制為置于LNG儲罐內的低溫潛液泵提供動力，使低溫潛液泵按ECU控制需求從LNG儲罐內抽取LNG液體到汽化器。

2.2電子控制系統

目標：對燃氣的各項指標進行控制以滿足發動機的需求。主要控制項目：汽化器后燃氣壓力、溫度，緩沖罐燃氣壓力、溫度，液壓油壓力，環境溫度，液壓傳動部分元件對TCU指令的執行等。

3、低壓LNG自動供給系統供氣性能

4、低溫低壓泵自動供給系統設計優勢

4.1穩定性

能根據汽車運行工況安全、主動、持續、穩定的向發動機提供燃氣；加液后，車輛無需等待罐中壓力提升即可行駛。

4.2智能化

4.2.1根據發動機運行狀態自動控制低溫泵的運行和供氣量，滿足供氣需求，不受駕駛員習慣影響。

4.2.2系統智能化、自動化程度大幅提高，不需要人為手動操作增壓閥。

4.3系統安全性

沒有自增壓部分，所以不會出現自增壓系統失效后會連續排空的情況。瓶體無損儲存時間長，避免安全隱患。

5 結論

通過對低溫低壓泵自動供給系統的設計計算分析，系統供氣穩定、氣瓶安全性高、自動化、智能化程度高。低溫低壓泵自動供給系統可以作為技術儲備，在車用瓶智能化發展項目中也是一重大貢獻。