專利名稱：風(fēng)冷天然氣發(fā)動機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及動力工程領(lǐng)域中的天然氣發(fā)動機技術(shù)，尤其是風(fēng)冷天然氣發(fā)動機。
背景技術(shù)：
目前，在石油開采中，由于油井地處偏僻曠野，且分布相當(dāng)分散，需要就地使用能源提供動力，最便利的資源就是天然氣(石油伴生氣)，一般天然氣發(fā)動機均采用水冷式冷卻，在無人職守的情況下，由于冷卻水的滲漏損耗以及對系統(tǒng)的腐蝕，不可能長期持續(xù)無人職守運行，又加上井場遠(yuǎn)離水源，所以，需要一種無水冷卻的發(fā)動機。專利98102138.7《備有氣體燃料改質(zhì)裝置的燃?xì)獍l(fā)動機》(日本)，是將CO2與CH4混合，然后送入配置在排氣通路上的觸媒反應(yīng)器，用廢氣的熱能使其分解而變換為改質(zhì)燃料，該發(fā)明專利雖為燃?xì)獍l(fā)動機，但未采用風(fēng)冷技術(shù)；中國專利《壓縮天然氣汽車發(fā)動機調(diào)壓器》(專利號9720831406)為水冷式發(fā)動機上使用；中國專利《天然氣內(nèi)燃機預(yù)燃室》(專利號96248515.2)未涉及風(fēng)冷技術(shù)。因此，發(fā)明一種風(fēng)冷式天然氣發(fā)動機以滿足具有天然氣資源，而又遠(yuǎn)離水源的地區(qū)使用，變得非常重要。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是設(shè)計一種風(fēng)冷天然氣發(fā)動機，代替原有的水冷天然氣發(fā)動機，解決水冷式發(fā)動機漏水和穴蝕，適應(yīng)發(fā)動機作業(yè)現(xiàn)場遠(yuǎn)離水源，以及無人職守持續(xù)工作的需要。風(fēng)冷天然氣發(fā)動機，以天然氣為燃料，它包括缸筒、缸蓋、活塞連桿、機體、曲軸、燃料供給系統(tǒng)、機油冷卻系統(tǒng)等，發(fā)動機的冷卻系統(tǒng)為強制風(fēng)冷卻，它有兩種實現(xiàn)方式，第一種冷卻系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)為，在曲軸自由端安裝有主皮帶輪，主皮帶輪通過三角皮帶帶動鼓風(fēng)機皮帶輪，張緊輪安裝在三角皮帶的內(nèi)側(cè)，并通過螺栓固定在機體上，在鼓風(fēng)機空氣出口處安裝有風(fēng)壓室，風(fēng)壓室前后為光滑過渡，風(fēng)壓室通過螺栓安裝在機體進氣側(cè)和氣缸蓋上，在氣缸蓋和缸筒的外表面鑄有散熱片。第二種冷卻系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)關(guān)系為，冷卻風(fēng)扇與飛輪做成一體，風(fēng)扇葉片固定在飛輪上，葉片為前傾后彎結(jié)構(gòu)或后向圓弧結(jié)構(gòu)，曲軸帶動飛輪旋轉(zhuǎn)，導(dǎo)風(fēng)罩扣裝在冷卻風(fēng)扇的外部，導(dǎo)風(fēng)罩的形狀為多圓弧曲線蝸殼結(jié)構(gòu)，導(dǎo)風(fēng)罩通過螺栓固定在機體和缸蓋上，在氣缸蓋和缸筒的外表面鑄有散熱片。
發(fā)動機燃料供給系統(tǒng)主要由燃?xì)庹{(diào)壓閥、燃?xì)怆姶砰y、空氣燃?xì)饣旌掀?、進氣管系及配氣機構(gòu)等組成。針對預(yù)混式天然氣機工作循環(huán)的特點，對配氣凸輪桃形進行模擬計算，優(yōu)化配氣相位，以滿足其工作過程的需要；進氣管采用大直徑圓筒結(jié)構(gòu)，改善氣流的穩(wěn)定性，增加發(fā)動機的進氣充量；天然氣管路中裝有調(diào)壓閥，保證管路中天然氣具有適當(dāng)?shù)姆€(wěn)定壓力；進氣管前安裝有膜片式混合器，以保證可燃混合氣以合理的空燃比進入氣缸，實現(xiàn)缸內(nèi)混合氣的良好燃燒。本發(fā)明的燃料供給系統(tǒng)是這樣實現(xiàn)的，該發(fā)動機的燃料供給系統(tǒng)為氣氣預(yù)混方式，經(jīng)處理后的天然氣(石油伴生氣)，通過燃?xì)庹{(diào)壓閥，以相對穩(wěn)定的設(shè)定壓力，在氣缸真空度的抽吸作用下，在空氣燃?xì)饣旌掀髦信c空氣混合，并按一定比例進入進氣管，再進入氣缸。
本發(fā)明的第一種冷卻系統(tǒng)是這樣實現(xiàn)的，以曲軸前端輸出為動力，通過皮帶傳動驅(qū)動軸流式鼓風(fēng)機旋轉(zhuǎn)，鼓風(fēng)機吹出的冷卻風(fēng)在風(fēng)壓室內(nèi)形成一定壓力的冷卻氣流，穿過氣缸蓋和缸筒外壁的散熱片，從發(fā)動機進氣側(cè)吹向排氣側(cè)，冷卻氣缸蓋和缸筒，減小發(fā)動機受熱件的熱負(fù)荷。第二種冷卻系統(tǒng)是這樣實現(xiàn)的，當(dāng)曲軸旋轉(zhuǎn)時，飛輪隨之旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生徑向風(fēng)流，通過導(dǎo)風(fēng)罩將冷卻風(fēng)流送至需冷卻的部位。
發(fā)動機的機油散熱器具有單獨的冷卻氣流回路，鼓風(fēng)機吹出的冷卻風(fēng)的一部分通過機油冷卻器，直接與外界相通，與缸蓋和缸筒的冷卻回路互不干擾，即保證了機油的良好冷卻，又不對氣缸蓋和缸筒的冷卻產(chǎn)生額外負(fù)荷，整個冷卻系統(tǒng)的冷卻效率較高。
風(fēng)冷天然氣機具有天然氣發(fā)動機的優(yōu)點，燃燒產(chǎn)物中CO、CH及NOx等化合物明顯少于傳統(tǒng)液體燃料發(fā)動機，且不含有排氣顆粒，排氣煙度亦明顯減少，為理想的經(jīng)濟環(huán)保型發(fā)動機。
風(fēng)冷天然氣機同時具有風(fēng)冷發(fā)動機的優(yōu)點，其強制風(fēng)冷卻方式，冷卻效果受外部環(huán)境影響較小，且不需要添加冷卻水，徹底解決了冷卻水對機體和缸筒的穴蝕以及對發(fā)動機的各種不良浸蝕。特別適用于嚴(yán)寒、酷熱、高地及沙漠等遠(yuǎn)離水源的場合使用，為實現(xiàn)發(fā)動機的無人職守和自動化運行提供了良好的保障。
風(fēng)冷天然氣機因為其風(fēng)冷方式，簡化了冷卻系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，減少了機體、缸蓋等關(guān)鍵零部件因布置冷卻水道而帶來的困難，以及冷卻管系和散熱器在結(jié)構(gòu)布置上的繁瑣和不便，同時減小了發(fā)動機的體積，降低了發(fā)動機的重量。
發(fā)動機采用數(shù)字式點火系統(tǒng)，由于天然氣缸內(nèi)燃燒的特點，要求點火電壓和點火能量均高于普通點火式發(fā)動機，保證發(fā)動機的連續(xù)可靠點火。
發(fā)動機采用數(shù)字式監(jiān)控和保護系統(tǒng)，針對風(fēng)冷發(fā)動機的特點，增設(shè)了缸蓋溫度高和風(fēng)扇皮帶斷保護裝置，缸蓋溫度高保護裝置，它采用數(shù)字式控制，包括CPU控制器、缸蓋溫度傳感器和切斷式燃?xì)怆姶砰y等，傳感器安裝在缸蓋的排氣側(cè)，并通過通訊線路與CPU控制器相聯(lián)，CPU控制器后接切斷式燃?xì)怆姶砰y，切斷式燃?xì)怆姶砰y安裝在燃?xì)夤苈分?。皮帶斷保護裝置，保護開關(guān)安裝在張緊輪上，并通過信號線與CPU控制器相聯(lián)接，CPU控制器后接切斷式燃?xì)怆姶砰y，該電磁閥安裝在燃?xì)夤苈分小Ｆ浔Ｗo功能是這樣實現(xiàn)的，當(dāng)保護信號傳遞給發(fā)動機電子控制系統(tǒng)時，該系統(tǒng)輸出信號斷開燃?xì)怆姶砰y電路，切斷天然氣通路，迫使發(fā)動機停機。缸蓋溫度高保護功能可防止鋁合金缸蓋溫度超過許用值而受損，風(fēng)扇皮帶斷保護裝置可保證發(fā)動機無冷卻即停機的目的。
風(fēng)冷天然氣機可廣泛應(yīng)用于油田開采、農(nóng)業(yè)排灌、小型發(fā)電機組等場合，還可作為多種特種車輛及工程機械的發(fā)動機。它尤其適用于具有天然氣(石油伴生氣)資源，而又遠(yuǎn)離水源的地區(qū)使用。它在嚴(yán)寒、酷熱、高原、沙漠等惡劣環(huán)境地區(qū)使用，更能發(fā)揮其風(fēng)冷方式的優(yōu)勢。
實施例1T3120F風(fēng)冷天然氣發(fā)動機附表1是本發(fā)明的風(fēng)冷天然氣發(fā)動機—實施例1的性能指標(biāo)。


附圖1、圖2分別是本發(fā)明的風(fēng)冷天然氣發(fā)動機—實施例1的正視圖和側(cè)視圖。
1油底殼 9排氣管 17風(fēng)壓室2主皮帶輪 10充電電機 18風(fēng)扇傳動3張緊輪 11起動電機 皮帶4鼓風(fēng)機 12混合器 19機體5點火線圈 13點火傳感 20機油濾清6高壓點火 器 器線 14進氣管 21曲軸7火花塞 15缸筒8氣缸蓋 16調(diào)速器具體實施方式
T3120F風(fēng)冷天然氣發(fā)動機的燃料供給系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如附圖1、圖2所示。發(fā)動機右側(cè)布置調(diào)壓閥、電磁閥、混合器12、和進氣管系14等供給系統(tǒng)，以及鼓風(fēng)機4和風(fēng)壓室17等冷卻系統(tǒng)；曲軸自由端安裝有主皮帶輪18、彈性張緊輪3和鼓風(fēng)機皮帶輪(與鼓風(fēng)機一體)等鼓風(fēng)機傳動機構(gòu)。
實施例2T1120F風(fēng)冷天然氣機附表2是本發(fā)明的風(fēng)冷天然氣發(fā)動機--另一實施例2的性能指標(biāo)。

附圖3、圖4分別是本發(fā)明的風(fēng)冷天然氣發(fā)動機—實施例2的正視圖和側(cè)視圖。
1、點火系統(tǒng) 2、進氣系統(tǒng) 3、氣缸蓋部分 4、調(diào)速系統(tǒng) 5、機體部分 6、起動電機 7、點火電機 8、機油泵 9、機油濾清器 10、油底殼 11、排氣系統(tǒng) 12、輸出帶輪 13、風(fēng)扇葉片 14、飛輪 15、導(dǎo)風(fēng)罩具體實施方式
T1120F風(fēng)冷天然氣機的進氣和冷卻系結(jié)構(gòu)如附圖3、圖4所示。其冷卻系統(tǒng)主要由冷卻風(fēng)扇、導(dǎo)風(fēng)罩、氣缸蓋和缸筒外面的散熱片等組成。冷卻風(fēng)扇與飛輪做成一體，當(dāng)曲軸旋轉(zhuǎn)時，飛輪隨之旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生徑向風(fēng)流，通過導(dǎo)風(fēng)罩將冷卻風(fēng)流送至需冷卻的部位。這種風(fēng)扇結(jié)構(gòu)簡單、效率高、強度好，導(dǎo)風(fēng)罩設(shè)計為相對密封的容積，在內(nèi)部建立起一定的風(fēng)壓，以達(dá)到冷卻氣缸蓋、缸筒的作用。
附表1

附表2

權(quán)利要求
1.風(fēng)冷天然氣發(fā)動機，它包括缸筒、缸蓋、活塞、機體等，其燃料供給系統(tǒng)包括燃?xì)庹{(diào)壓閥、燃?xì)怆姶砰y、空氣燃?xì)饣旌掀?、進氣管系及配氣機構(gòu)等，其機油冷卻系統(tǒng)具有單獨的冷卻氣流回路，其特征是發(fā)動機的冷卻系統(tǒng)為強制風(fēng)冷卻，冷卻系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)為，在曲軸自由端安裝有主皮帶輪，主皮帶輪通過三角皮帶帶動鼓風(fēng)機皮帶輪，張緊輪安裝在三角皮帶的內(nèi)側(cè)，并通過螺栓固定在機體上，在鼓風(fēng)機空氣出口處安裝有風(fēng)壓室，風(fēng)壓室前后為光滑過渡，風(fēng)壓室通過螺栓安裝在機體進氣側(cè)和氣缸蓋上。
2.風(fēng)冷天然氣發(fā)動機，它包括缸筒、缸蓋、活塞、機體等，其燃料供給系統(tǒng)包括燃?xì)庹{(diào)壓閥、燃?xì)怆姶砰y、空氣燃?xì)饣旌掀?、進氣管系及配氣機構(gòu)等，其機油冷卻系統(tǒng)具有單獨的冷卻氣流回路，其特征是發(fā)動機的冷卻系統(tǒng)為強制風(fēng)冷，冷卻系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)關(guān)系為，冷卻風(fēng)扇與飛輪做成一體，風(fēng)扇葉片固定在飛輪上，葉片為前傾后彎結(jié)構(gòu)或后向圓弧結(jié)構(gòu)，曲軸帶動飛輪旋轉(zhuǎn)，導(dǎo)風(fēng)罩扣裝在冷卻風(fēng)扇的外部，導(dǎo)風(fēng)罩的形狀為多圓弧曲線蝸殼結(jié)構(gòu)，導(dǎo)風(fēng)罩通過螺栓固定在機體和缸蓋上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1、權(quán)利要求2所述的風(fēng)冷天然氣發(fā)動機，其特征是在氣缸蓋和缸筒的外表面鑄有散熱片。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、權(quán)利要求2所述的風(fēng)冷天然氣發(fā)動機，其特征是發(fā)動機安裝有缸蓋溫度高保護裝置，它采用數(shù)字式控制，包括CPU控制器、缸蓋溫度傳感器和切斷式燃?xì)怆姶砰y等，傳感器安裝在缸蓋的排氣側(cè)，并通過通訊線路與CPU控制器相聯(lián)，CPU控制器后接切斷式燃?xì)怆姶砰y，該電磁閥安裝在燃?xì)夤苈分小?br> 5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的風(fēng)冷天然氣發(fā)動機，其特征是所述的風(fēng)壓室的形狀為，前端為圓筒形結(jié)構(gòu)，后端為橢圓形結(jié)構(gòu)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的風(fēng)冷天然氣發(fā)動機，其特征是發(fā)動機安裝有皮帶斷保護裝置，保護開關(guān)安裝在張緊輪上，并通過信號線與CPU控制器相聯(lián)接，CPU控制器后接切斷式燃?xì)怆姶砰y，該電磁閥安裝在燃?xì)夤苈分小?br> 全文摘要
風(fēng)冷天然氣發(fā)動機，它包括缸筒、缸蓋、活塞連桿、機體、曲軸、燃料供給系統(tǒng)、機油冷卻系統(tǒng)，發(fā)動機冷卻系統(tǒng)采取強制風(fēng)冷卻，它由曲軸輸出為動力，帶動鼓風(fēng)機或冷卻風(fēng)扇，在風(fēng)壓室或?qū)эL(fēng)罩內(nèi)形成一定壓力的冷卻風(fēng)流，冷卻風(fēng)吹過缸筒和缸蓋外表面的散熱片，發(fā)揮冷卻作用。該發(fā)動機安裝有缸蓋溫度和皮帶斷保護裝置，本發(fā)明適用于遠(yuǎn)離水源，而又無人職守、具備天然氣的地區(qū)使用，徹底解決了冷卻水對機體的各種不良侵蝕，可廣泛應(yīng)用于石油開采、農(nóng)業(yè)排灌、小型發(fā)電機組等場合。
文檔編號F01P5/04GK1417459SQ0112757
公開日2003年5月14日 申請日期2001年10月29日 優(yōu)先權(quán)日2001年10月29日
發(fā)明者陳剛田, 劉慶海, 郭寶錄, 齊志軍, 李榮軍, 馬千里, 叢立業(yè) 申請人:勝利石油管理局動力機械廠