LNG自動(dòng)供給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)探討

張莉

摘 要：目前的LNG汽車基本采用自增壓系統(tǒng)，面臨問題如下：1、自增壓系統(tǒng)供氣不穩(wěn)定2、汽化器與增壓閥匹需要高度匹配3、當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)高速運(yùn)轉(zhuǎn)或發(fā)動(dòng)機(jī)急加速時(shí)會(huì)存在供氣不足現(xiàn)象4、而當(dāng)瓶?jī)?nèi)液體量少時(shí)，存在供氣不足。5、充裝壓力過低時(shí)，氣瓶在充液后需等待10～25分鐘升壓過程。基于增壓系統(tǒng)供氣性能差、安全性差、操作性差、排空浪費(fèi)較大，自動(dòng)化、智能化程度低，低溫低壓泵供氣系統(tǒng)的研發(fā)與應(yīng)用是必然結(jié)果。

關(guān)鍵詞：LNG自動(dòng)供給系統(tǒng)；漏熱計(jì)算；智能化

1、帶泵氣瓶系統(tǒng)工作原理

2、低壓LMG自動(dòng)供給系統(tǒng)

低壓LNG自動(dòng)供給系統(tǒng)通過安裝于氣瓶?jī)?nèi)部的低溫低壓泵提供發(fā)動(dòng)機(jī)需求的天然氣并產(chǎn)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(jì)算

2.1.1.1夾層漏熱計(jì)算：

絕熱層厚度δ；δ=0.020m

多層絕熱有效熱導(dǎo)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(nèi)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(jì)算

2.1.2.3 支撐板漏熱計(jì)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(jì)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(jìn)液管截面積 Fm3 =5.97×10-5 m2

2.1.2.5 前部泵套管漏熱計(jì)算

2.1.2.6 泵的漏熱計(jì)算

依據(jù)泵廠家計(jì)算得出的

Q6=7668（J/h）

總共漏熱計(jì)算：

液氮蒸發(fā)率計(jì)算

式中：η--靜態(tài)蒸發(fā)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(shè)計(jì)要求。

液化天然氣蒸發(fā)率計(jì)算：

2.1.3 CDPW600-V-1.59Ⅲ型氣瓶產(chǎn)品主體結(jié)構(gòu)的有限元分析計(jì)算

結(jié)論：參照氣瓶標(biāo)準(zhǔn)Q/320582SDY6和壓力容器標(biāo)準(zhǔn)GB150的相關(guān)規(guī)定，對(duì)產(chǎn)品主體結(jié)構(gòu)進(jìn)行了有限元應(yīng)力計(jì)算分析與評(píng)定：在設(shè)置的正常使用工況下，CDPW600-V-1.59Ⅲ型氣瓶產(chǎn)品內(nèi)外瓶體結(jié)構(gòu)等的靜強(qiáng)度是安全可靠的。

2.1液壓系統(tǒng)

液壓系統(tǒng)由液壓油泵、換向閥、旁通閥、儲(chǔ)油罐、冷卻器、管路與接頭組成。按照發(fā)動(dòng)機(jī)ECU的控制為置于LNG儲(chǔ)罐內(nèi)的低溫潛液泵提供動(dòng)力，使低溫潛液泵按ECU控制需求從LNG儲(chǔ)罐內(nèi)抽取LNG液體到汽化器。

2.2電子控制系統(tǒng)

目標(biāo)：對(duì)燃?xì)獾母黜?xiàng)指標(biāo)進(jìn)行控制以滿足發(fā)動(dòng)機(jī)的需求。主要控制項(xiàng)目：汽化器后燃?xì)鈮毫Α囟龋彌_罐燃?xì)鈮毫Α囟龋簤河蛪毫Γh(huán)境溫度，液壓傳動(dòng)部分元件對(duì)TCU指令的執(zhí)行等。

3、低壓LNG自動(dòng)供給系統(tǒng)供氣性能

4、低溫低壓泵自動(dòng)供給系統(tǒng)設(shè)計(jì)優(yōu)勢(shì)

4.1穩(wěn)定性

能根據(jù)汽車運(yùn)行工況安全、主動(dòng)、持續(xù)、穩(wěn)定的向發(fā)動(dòng)機(jī)提供燃?xì)猓患右汉螅囕v無需等待罐中壓力提升即可行駛。

4.2智能化

4.2.1根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)自動(dòng)控制低溫泵的運(yùn)行和供氣量，滿足供氣需求，不受駕駛員習(xí)慣影響。

4.2.2系統(tǒng)智能化、自動(dòng)化程度大幅提高，不需要人為手動(dòng)操作增壓閥。

4.3系統(tǒng)安全性

沒有自增壓部分，所以不會(huì)出現(xiàn)自增壓系統(tǒng)失效后會(huì)連續(xù)排空的情況。瓶體無損儲(chǔ)存時(shí)間長，避免安全隱患。

5 結(jié)論

通過對(duì)低溫低壓泵自動(dòng)供給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算分析，系統(tǒng)供氣穩(wěn)定、氣瓶安全性高、自動(dòng)化、智能化程度高。低溫低壓泵自動(dòng)供給系統(tǒng)可以作為技術(shù)儲(chǔ)備，在車用瓶智能化發(fā)展項(xiàng)目中也是一重大貢獻(xiàn)。