Ключевые выводы:

• Турбокомпрессоры для двигателей природного газа значительно развивались, обусловлены строгими правилами выбросов и принятием стехиометрического сжигания.

• Современные турбокомпрессоры природного газа имеют различные компоненты по сравнению с их дизельными аналогами.

• Инновации Cummins в дизайне турбокомпрессоров природного газа улучшили экономическую эффективность и экологические характеристики двигателей природного газа.

Десять лет назад турбокомпрессоры для природного газа и дизельных двигателей не были совсем не разными. Тем не менее, новые правила выбросов способствовали разработке турбокомпрессоров, специально разработанных для двигателей природного газа. Эти турбокомпрессоры адаптированы к стехиометрическим условиям ожога, где смесь кислорода и топлива точно сбалансирована. Этот баланс гарантирует эффективное сжигание, не оставляя несгоревшего топлива или избыточного кислорода.

Турбокомпрессоры, разработанные для современных природных газовых двигателей, имеют уникальные компоненты, такие как двойной порт поток, более крупные приводы и материальный корпус, изготовленный из композитных материалов, которые могут выдерживать более высокие температуры. Требуется стехиометрическое ожог.

Cummins потратил десятилетия, разрабатывая инновационные решения для дизельных и природных газовых двигателей. В этой статье рассматривается, как различные технологии турбокомпрессора используются для транспортных средств природного газа и как они развивались, чтобы удовлетворить проблемы и требования транспортной отрасли, в поисках более устойчивых решений.

Ключевые различия между турбокомпрессорами для природного газа и дизельных двигателей

Турбогромные автоматы для двигателей природного газа отличаются от тех, которые используются в дизельных двигателях из-за уникальных потребностей сжигания природного газа, таких как более высокие рабочие температуры и различные соотношения воздуха к топливу. В отличие от дизельных двигателей, которые работают с худшим ожогом и более высоким соотношением воздуха к топливу, двигатели природного газа требуют стехиометрического ожога. Это означает, что смесь кислорода и топлива точно сбалансирована (соотношение воздуха к топливу) для эффективного сгорания, обеспечивая отсутствие несгоревшего топлива или избыточного кислорода. Следовательно, двигатели природного газа требуют меньших турбокомпрессоров, поскольку для стехиометрического сжигания требуется меньше воздуха по сравнению с более слабым ожогом в дизельных двигателях. Например, дизельный двигатель может понадобиться турбоун HE500, но природный газовый двигатель может использовать HE300 или HE400 из -за его более низких требований к воздуху.

Достижение этого эффективного сжигания привело к значительным модификациям во многих компонентах системы, в том числе включение порта двойного датчика для обработки высоких возможностей обхода, необходимых для турбокомпрессоров природного газа. Этот порт регулирует выхлопные потока, контролирует давление и предотвращает переоборудование.

Интенсивные температуры и давление двигателей природного газа также влияют на конструкцию турбокомпрессора. В то время как дизельные двигатели определяют эффективность турбокомпрессора, двигатели природного газа сосредоточены на достижении требуемой массовой скорости потока и удовлетворения требований рециркуляции выхлопных газов (EGR). В результате турбокомпрессоры для природных газовых двигателей построены из высокотемпературных материалов, особенно на стадии турбины, чтобы противостоять тепловой усталости.

Эти турбокомпрессоры также требуют, чтобы подшипники с водяным охлаждением для управления повышенными температурами, что требует дополнительных трубопроводов и соединений для поддержания потока охлаждающей жидкости.

Жилищные материалы:

Cummins использует усовершенствованные материалы в конструкции турбокомпрессора, чтобы противостоять высоким температурам стехиометрического сжигания в двигателях природного газа. Эти материалы включают графит и нержавеющую сталь для корпуса турбины, а также сплавы более высокого класса, такие как хром-моли, содержащий хром и молибден. Эти материалы позволяют турбокомпрессорам выдержать температуры турбины в находе, превышающие 760 ° C, что далека превышает рабочие температуры турбокомпрессоров дизельного двигателя, которые обычно остаются ниже 700 ° C.

Приводы:

Турбокомпрессоры для двигателей природного газа используют более крупные приводы по сравнению с дизельными двигателями. Турбокомпрессор природного газа использует привод T4, который составляет 4 квадратных дюйма, в то время как турбокомпрессор дизельного двигателя требует только привода T2, компонента площадью 2 квадратного дюйма. Это увеличение размера привода имеет важное значение для управления более высокими возможностями обхода и температурными потребностями двигателей природного газа.

Модификации дизельных двигателей:

В то время как природные газовые двигатели имеют много компонентов с их дизельными аналогами, турбокомпрессоры были внесены ключевые модификации для использования газообразного топлива. Эти изменения касаются более высоких температур и различных характеристик потока, уникальных для природного газа, обеспечивая оптимальную производительность и долговечность.

Эволюция турбокомпрессора природного газа

Десять лет назад природные газы и дизельные турбины были почти идентичными, но строгие правила выбросов, такие как стандарты Euro 6 и EPA, вызвали значительные изменения, включая переход к стехиометрическому сжиганию, которые повысили рабочие температуры и создали необходимость в конфигурациях новых турбонагнетателей.

Перейдя к стехиометрическому сжиганию, Камминс смог уменьшить потребность в системах после лечения, таких как дизельные катализаторы окисления (DOC) или системы селективного каталитического снижения (SCR), которые в конечном итоге снизили стоимость двигателей и турбий.

Будучи лидером в области инноваций и технологий турбокомпрессора, Cummins стремится работать с клиентами, чтобы предоставить правильные решения для своих приложений. Поскольку природный газ является критическим игроком в декарбонизирующей коммерческой транспортировке, Cummins продолжает оптимизировать проектирование двигателей природного газа, улучшает экономику систем двигателя, одновременно соблюдая строгие стандарты выбросов и делает природный газ конкурентной альтернативой дизель во многих применениях.