一种甲醇燃料供给系统的原理样机及其测试方法
一种甲醇燃料供给系统的原理样机及其测试方法，属于燃料供给系统技术领域，包括甲醇储罐；甲醇供给单元与甲醇储罐连接，调节甲醇溶液的流量、压力和温度；燃料阀组单元与甲醇供给单元连接，控制甲醇溶液的进出口；甲醇发动机与燃料阀组单元连接，将甲醇溶液燃烧产生动力；甲醇回收单元与甲醇发动机和甲醇储罐连接，将未使用的甲醇溶液回流到储罐；甲醇供给单元包括：流量调节器，压力调节器，温度调节器，过滤器；燃料阀组单元包括：进气阀，出气阀，进液阀，出液阀；甲醇回收单元包括：冷却器，压缩器，回流阀。本发明能够有效地将甲醇溶液作为燃料，供给甲醇发动机进行燃烧，并回收未被发动机使用的甲醇溶液，提高燃料的利用率和节约成本。
发明专利
CN202410072301.9
2024-01-18
CN117588340A
2024-02-23
F02M37/00(2006.01)
威海中远海运重工科技有限公司
王晋;刘忠俭;何浪;冯毅;高旭
264200 山东省威海市环翠区张村镇沈阳南路19号
威海惠和惠知识产权代理事务所(普通合伙)
丁毅
山东;37
1.一种甲醇燃料供给系统的原理样机，其特征在于，包括： 甲醇储罐，用于储存甲醇溶液； 甲醇供给单元，与甲醇储罐连接，用于调节甲醇溶液的流量、压力和温度，并去除杂质； 燃料阀组单元，与甲醇供给单元连接，用于控制甲醇溶液的进出口； 甲醇发动机，与燃料阀组单元连接，用于将甲醇溶液燃烧产生动力； 甲醇回收单元，与甲醇发动机和甲醇储罐连接，用于将未被发动机使用的甲醇溶液回流到储罐； 其中，甲醇供给单元包括： 流量调节器，用于根据发动机的需求调节甲醇溶液的流量； 压力调节器，用于根据发动机的需求调节甲醇溶液的压力； 温度调节器，用于根据发动机的需求调节甲醇溶液的温度； 过滤器，用于去除甲醇溶液中的杂质； 燃料阀组单元包括： 进气阀，用于控制空气进入发动机； 出气阀，用于控制废气排出发动机； 进液阀，用于控制甲醇溶液进入发动机； 出液阀，用于控制未被发动机使用的甲醇溶液排出发动机； 甲醇回收单元包括： 冷却器，用于降低未被发动机使用的甲醇溶液的温度； 压缩器，用于提高未被发动机使用的甲醇溶液的压力； 回流阀，用于控制未被发动机使用的甲醇溶液回流到储罐。 2.根据权利要求1所述的甲醇燃料供给系统的原理样机，其特征在于， 流量调节器采用比例积分微分控制器，根据预设的流量设定值和实际测量值之间的偏差进行反馈控制，并输出控制信号给流量阀门，使其调节开度； 压力调节器采用比例积分微分控制器，根据预设的压力设定值和实际测量值之间的偏差进行反馈控制，并输出控制信号给压力阀门，使其调节开度； 温度调节器采用比例积分微分控制器，根据预设的温度设定值和实际测量值之间的偏差进行反馈控制，并输出控制信号给温度阀门，使其调节开度； 其中，流量设定值为，流量测量值为/>，流量偏差为/>，流量控制信号为/>，流量阀门开度为/>； 压力设定值为，压力测量值为/>，压力偏差为/>，压力控制信号为/>，压力阀门开度为/>； 温度设定值为，温度测量值为/>，温度偏差为/>，温度控制信号为/>，温度阀门开度为/>； PID控制器的数学模型为： ， 其中，是控制信号；/>是偏差；/>是比例系数；/>是积分系数；/>是微分系数；t是时间。 3.根据权利要求1所述的甲醇燃料供给系统的原理样机，其特征在于， 过滤器采用活性炭过滤器，用于吸附甲醇溶液中的有机物和无机物杂质，并定期进行再生处理； 再生处理包括： 加热活性炭过滤器，使其温度达到200℃以上，使其吸附的杂质脱附并排出； 冷却活性炭过滤器，使其温度降至正常工作温度范围内。 4.根据权利要求1所述的甲醇燃料供给系统的原理样机，其特征在于， 甲醇发动机采用预混式甲醇发动机，将甲醇溶液通过低压喷油器与空气混合后喷入气缸内进行燃烧，并通过曲轴转换为机械功； 其中，预混式甲醇发动机的功率输出与甲醇溶液的质量流量、空气的质量流量/>、甲醇溶液的浓度/>、空气的密度/>、气缸内的压力/>和温度/>以及空燃比/>的关系为： ， 其中，P是功率输出；是机械效率；/>是燃烧效率；/>是热效率；/>是空气的比热；/>是空气的温度。 5.根据权利要求1所述的甲醇燃料供给系统的原理样机，其特征在于， 冷却器采用空气冷却器，用于利用环境空气对未被发动机使用的甲醇溶液进行冷却； 压缩器采用涡轮增压器，用于利用发动机排气的动能对未被发动机使用的甲醇溶液进行压缩； 其中，空气冷却器的冷却效率为，与环境空气的温度/>、流量/>、比热/>和未被发动机使用的甲醇溶液的温度/>、流量/>、比热/>的关系为： ， 其中，是空气进入冷却器的温度；/>是空气离开冷却器的温度；/>是未被发动机使用的甲醇溶液进入冷却器的温度；/>是未被发动机使用的甲醇溶液离开冷却器的温度； 涡轮增压器的压缩效率为，与发动机排气的压力/>、温度/>、流量/>、比热/>和未被发动机使用的甲醇溶液的压力/>、温度/>、流量/>、比热/>的关系为： ， 其中，是发动机排气进入涡轮增压器的温度；/>是发动机排气离开涡轮增压器的温度；/>是未被发动机使用的甲醇溶液进入涡轮增压器的温度；/>是未被发动机使用的甲醇溶液离开涡轮增压器的温度。 6.根据权利要求1所述的甲醇燃料供给系统的原理样机，其特征在于， 回流阀采用电子控制阀，根据控制系统的指令和未被发动机使用的甲醇溶液的流量、压力和温度参数进行开关控制，使其回流到储罐中保持水平； 其中，电子控制阀的开关状态与电压和电流/>以及回流阀开度/>和回流阀阻力/>参数之间满足以下关系： ，/>， 其中，R是电阻；L是电感；E是反电动势。 7.根据权利要求1所述的甲醇燃料供给系统的原理样机，其特征在于， 甲醇发动机采用压燃式甲醇发动机，将甲醇溶液通过高压喷油器直接喷入气缸内进行压缩和燃烧，并通过曲轴转换为机械功； 其中，压燃式甲醇发动机的功率输出与甲醇溶液的质量流量、空气的质量流量/>、甲醇溶液的浓度/>、空气的密度/>、气缸内的压力/>和温度/>的关系为： ， 其中，P是功率输出；是机械效率；/>是燃烧效率；/>是热效率；/>是空气的比热；/>是空气的温度。 8.根据权利要求1所述的甲醇燃料供给系统的原理样机，其特征在于， 高压喷油器采用多孔式喷油嘴，用于将甲醇溶液以高速细雾的形式喷入气缸内，提高甲醇溶液的汽化和混合效率； 其中，多孔式喷油嘴的喷雾特性与喷油嘴的孔数、孔径/>、喷雾锥角/>、喷射压力/>、环境压力/>、环境温度/>参数之间满足以下关系： ， ， ， 其中，是喷雾流量；/>是甲醇溶液的密度；/>是喷油嘴的流量系数；/>是喷雾的Sauter平均直径；/>是环境空气在距离喷油嘴/>处的密度；/>是喷雾在距离喷油嘴/>处的速度；/>是喷雾在距离喷油嘴/>处的半径；/>是喷雾的贯穿距离。 9.根据权利要求1所述的甲醇燃料供给系统的原理样机，其特征在于， 控制系统采用人工智能控制单元，用于根据发动机的工作状态和外部输入信号，对甲醇供给单元、燃料阀组单元、甲醇回收单元和甲醇发动机进行智能优化控制，提高系统的性能和效率； 其中，人工智能控制单元包括： 传感器模块，用于采集系统内各个部分的参数，包括流量、压力、温度、功率，并将其转换为数字信号传输给处理器模块； 处理器模块，用于接收传感器模块传输的数字信号，并根据预设的控制算法或自主学习的控制策略，计算出最优的控制信号，并将其转换为模拟信号传输给执行器模块； 执行器模块，用于接收处理器模块传输的模拟信号，并根据其控制各个部分的电子设备，包括电磁阀、电子控制阀、喷油器； 存储器模块，用于存储系统内各个部分的参数数据、控制算法或控制策略信息，并提供给处理器模块进行读取或更新； 通讯模块，用于与外部设备或网络进行数据交换或指令接收。 10.一种甲醇燃料供给系统的原理样机的测试方法，其特征在于，包括以下步骤： 连接甲醇燃料供给系统的原理样机的各个部分，并检查是否有泄漏或损坏； 打开电源和控制系统，设置好测试参数，包括甲醇浓度、流量、压力、温度； 启动甲醇供给单元，将甲醇从储罐输送到燃料阀组单元，并通过流量计、压力计和温度计监测其状态； 启动燃料阀组单元，将甲醇从阀组输送到发动机，并通过流量计、压力计和温度计监测其状态； 启动发动机，观察其运行情况，包括转速、扭矩、功率、效率，并通过电子负载和电化学工作站测量其电压、电流、功率、效率、电极电位、电流密度； 启动甲醇回收单元，将未被发动机使用的甲醇从发动机回流到储罐，并通过流量计、压力计和温度计监测其状态； 记录并分析测试数据，评估原理样机的性能和可靠性； 停止发动机和各个单元，关闭电源和控制系统，清洗并保养原理样机。