[发明专利]一种利用电子喷射燃料实现快速动力响应的燃气发动机

说明书

本发明公开了一种利用电子喷射燃料实现快速动力响应的燃气发动机，采用高压电子燃料喷射技术可以有效解决天然气发动机动力响应不足的问题。利用电喷技术解决燃料瞬态供应问题，同时利用增压回流技术保证助燃剂供应，既保证了天然气燃料在负荷突升的特殊工况下的供应充足，又通过助燃剂供应量的调节使得天然气混合燃烧模式不出现爆震、失火状态。除了燃料和助燃剂的供应及控制外，针对突升的动力需求信号进行有效的预测、预控，保证响应的及时性和有效性。通过燃料紧急切断装置，防控负荷需求信号受干扰时发动机的超速等重大事故源，避免重大事故发生。

技术领域

本发明涉及电子技术领域，尤其涉及一种利用电子喷射燃料实现快速动力响应的燃气发动机。

背景技术

目前在油田钻井领域，主要的动力供应模式是柴油机通过链条传动直接驱动钻机，或者通过柴油机发电再利用电驱动钻机，利用柴油机钻井有两大问题，一是经济性差，钻井的成本50％来源于柴油的费用，二是环保性差，柴油机排放的颗粒物高(PM2.5和PM10)。因此如能利用天然气作为钻井动力燃料，替代柴油提供钻井主辅动力具有较好的经济性和环保性。根据已经用天然气燃料完钻的1000多口井的数据实测，一般1kg(约1.3Nm³)天然气可替代1kg柴油，平均每口井使用天然气15～20万m³，替代柴油120～160吨。按照在我国天然气供应比较充足的西部地区情况测算，仅在燃料成本节约方面，平均每口井为 15～20万元。若综合考虑设备维护、人员成本等其他因素，经济效益更加明显。如果有100个钻井队配套天然气钻井动力，每个钻井队年完井5口计算，每年可实现燃料成本节约1亿元。在实现降低成本的同时，可以促进西部地区天然气的销售，实现以气打气，就地利用天然气1亿m³。天然气发动机颗粒物排放相比柴油机降低90％，CO排放降低50％，基本没有硫化物排放。每台钻机作业一个月，燃气动力相比柴油动力减排CO2约30吨，减排颗粒物(PM2.5和PM10) 2.2吨，100台钻机利用燃气动力，年可减排CO2约3万吨，减排颗粒物(PM2.5 和PM10)2200吨，社会效益巨大。

天然气动力由于其燃料密度低的基本特性，前期的技术无法解决动力快速响应的问题，无法在动力波动大，瞬时加载负荷需求高的钻井工况下运行，因此由于装备技术的瓶颈，即便有较好的经济性和环保性，天然气这种廉价和清洁能源一直无法作为钻井动力燃料应用。前期在钻井工况中，利用天然气常规发电技术或是汽车天然气发动机技术有过尝试性的应用，均无法达到钻井工况的要求。这种天然气发动机技术可以适应在钻井泥浆系统正常运行，钻机钻进阶段的常规动力需求，无法满足起钻等需要瞬态快速响应工况的动力需求。

常规天然气发动机主要存在的问题包括：

1、由于天然气以气态常压形式进入燃烧室，燃料能源密度低，瞬间燃料供应不足，无法响应快速动力需求。

2、根据柴油发动机的工作原理，燃烧室内空气的供应量远远大于柴油燃料燃烧所需的量，因此只要瞬时增加柴油供应量依然可以实现稳定燃烧做功。但天然气发动机系统是天然气和燃料先混合再燃烧，天然气和氧气的比例必须控制在一定的范围内，如果短时间燃烧室内仅增加天然气，燃烧环境将被破坏，出现爆燃、失火等状况，无法正常工作。

3、不稳定的运行状况将造成可靠性下降，维修量增加，寿命下降，设备无法满足钻井工况长期运行要求。

鉴于以上缺陷，实有必要设计一种利用电子喷射燃料实现快速动力响应的燃气发动机。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于：提供一种利用电子喷射燃料实现快速动力响应的燃气发动机，来解决背景技术提出的问题。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：所述的电子喷射燃料实现快速动力响应的燃气发动机的组成为：废气涡轮增压器、废气调节阀、天然气空气混合器、调压阀、高压天然气、支管喷射阀、高压喷射支管、发动机燃烧室、 ECU中央控制单元。