一种双燃料机曲轴箱防爆炸监测与控制方法

技术领域

本发明属于曲轴箱监测技术领域，具体涉及一种双燃料机曲轴箱防爆炸监测与控制方法。

背景技术

目前，现有的发动机为监测预防曲轴箱爆炸，一般采用曲轴箱油雾探测器、主轴承温度传感器等方式进行监测控制，当油雾浓度超标或者温度过高时进行报警，发动机采取降扭或停机。该监测仅对大缸径及一定功率以上的发动机进行了强制要求，小缸径小功率机型受限于成本及安装布置限制，难以布置。同时由于双燃料发动机在双燃料模式下使用时存在不可避免的下窜气，曲轴箱内必定存在一定浓度的天然气，但常规探头无法区分曲轴箱内的甲烷浓度和油雾浓度，极易误报警，对该类发动机曲轴箱缺少必要的保护。另外现有技术控制，在监测到相关问题后，如曲轴箱油雾浓度高的问题，无法有效的控制危险源。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种双燃料机曲轴箱防爆炸监测与控制方法，能够有效的对曲轴箱内气体和油雾混合气进行监测并从源头进行控制，防止曲轴箱爆炸，提高系统可靠性。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：

一种双燃料机曲轴箱防爆炸监测与控制方法，包括：实时监测曲轴箱内的气体压力和温度以及曲轴箱透气管的甲烷浓度，当压力、温度和甲烷浓度分别小于相应的第一限值时，发动机正常运行；当压力和/或温度和/或甲烷浓度大于或等于相应的第一限值，并持续时间超过t秒时，发动机处于故障运行状态，发出相应的报警，执行限扭动作，并根据压力和/或温度和/或甲烷浓度是否超过相应限值的情况对曲轴箱执行氮气吹扫动作或停车。

进一步的，当曲轴箱内温度大于或等于第一温度限值但小于第二温度限值时，执行限扭动作，发出温度高报警，并对曲轴箱执行氮气吹扫动作。

进一步的，当曲轴箱压力和/或温度大于或等于相应的第二限值，并持续时间超过t1秒时，发出压力过高报警或温度过高报警，同时停车。

进一步的，实时监测透气管油雾分离器后的气体压力，当曲轴箱内压力大于或等于第一压力限值但小于第二压力限值时，计算曲轴箱压力与透气管压力的差值。

进一步的，当所述差值未超过设定值时，执行限扭动作，发出压力高报警，并对曲轴箱执行氮气吹扫动作；当所述差值超过设定值时，执行限扭动作，发出透气管堵塞报警。

进一步的，当发动机处于双燃料模式下，甲烷浓度大于或等于第一浓度限值但小于第二浓度限值时，如曲轴箱压力和/或温度小于相应的第一限值，执行限扭动作，发出甲烷浓度高报警，切换到纯柴油机模式，并对曲轴箱执行氮气吹扫动作。

进一步的，当曲轴箱内压力和/或温度大于或等于相应的第一限值但小于相应的第二限值时，仅根据曲轴箱压力和温度情况进行相应的报警和/或吹扫。

进一步的，当发动机处于双燃料模式下，甲烷浓度大于第二浓度限值，且曲轴箱压力和/或温度大于相应的第一限值时，发出甲烷浓度过高报警，同时停车。

进一步的，对曲轴箱执行氮气吹扫动作时，关闭报警使能，吹扫动作持续t2秒后，吹扫完成，打开报警使能；关闭报警使能时，压力、温度和浓度的报警信号不显示，由曲轴箱压力、温度和甲烷浓度过高导致的吹扫和停车动作不执行。

进一步的，当发动机处于故障运行状态时，进行人工停车的声光提示。

采用了上述技术方案后，本发明的有益效果是：

由于本发明的双燃料机曲轴箱防爆炸监测与控制方法包括：实时监测曲轴箱内的气体压力和温度以及曲轴箱透气管的甲烷浓度，当压力、温度和甲烷浓度分别小于相应的第一限值时，发动机正常运行；当压力和/或温度和/或甲烷浓度大于或等于相应的第一限值，并持续时间超过t秒时，发动机处于故障运行状态，发出相应的报警，执行限扭动作，并根据压力和/或温度和/或甲烷浓度是否超过相应限值的情况对曲轴箱执行氮气吹扫动作或停车，通过采集曲轴箱内的压力、温度、和透气管内的甲烷浓度，能够方便来判断曲轴箱内是否满足发生爆炸的两个条件：一是足够引起爆炸的气体或油雾浓度，二是是否有点火源，根据上述条件能够判断出发动机的运行状态，对曲轴箱内气体和油雾混合气的监测效果好，并将发动机的负荷控制、曲轴箱的强制吹扫控制融为一体，主动的进行源头控制，从而有效防止曲轴箱爆炸，提高系统可靠性，同时本发明结构简单，安装方便，尤其适用于受限成本及安装布置限制的小缸径机型。

附图说明

图1是本发明双燃料机曲轴箱防爆炸监测与控制方法的示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明，本发明之较佳实施例在附图中示出，附图的作用在于用图形补充说明书文字部分的描述，使人能够直观地、形象地理解本发明的每个技术特征和整体技术方案，但其不能理解为对本发明保护范围的限制。

如图1所示，一种双燃料机曲轴箱防爆炸监测与控制方法，包括：实时监测曲轴箱内的气体压力P和温度T以及曲轴箱透气管的甲烷浓度C，当压力P、温度T和甲烷浓度C分别小于相应的第一限值时，即曲轴箱压力P小于第一压力限值P1、温度T小于第一温度限值T1、甲烷浓度C小于第一浓度限值C1这三个条件同时满足时，发动机正常运行。其中，第一压力限值P1、第一温度限值T1和第一浓度限值C1均由工作人员根据经验提前设定，不同配置的双燃料机设定的限值也会不同。

曲轴箱内气体在发生爆炸必须满足两种条件，一是足够引起爆炸的气体或油雾浓度，二是必须有点火源，外在最为直观的表现就是曲轴箱内的压力和温度的变化，温度、压力达到一定程度才会引起爆炸，因此通过检测曲轴箱内的温度和压力是否有异常增加的情况能够有效的防止曲轴箱爆炸。

曲轴箱透气管设置于油气分离器之后，油雾混合气经油雾分离器分离，气体中混杂的油水回流到曲轴箱，分离出的气体经过透气管排出曲轴箱，该处的探头没有了油雾的干扰能够有效监测出甲烷的浓度C，能够根据甲烷的浓度C判断是否需要对双燃料机进行相应的控制。

如图1所示，当压力P和/或温度T和/或甲烷浓度C大于或等于相应的第一限值，并持续时间超过t秒时，发动机处于故障运行状态，发出相应的报警，执行限扭动作，并根据压力P和/或温度T和/或甲烷浓度C是否超过相应限值的情况对曲轴箱执行氮气吹扫动作或停车。

即当曲轴箱压力P大于或等于第一压力限值P1、温度T大于或等于第一温度限值T1、甲烷浓度C大于或等于第一浓度限值C1这三个条件满足一个条件时，发动机就发出相应的温度、压力或浓度报警，并进行限扭来控制发动机的负荷。之后根据具体情况采取氮气吹扫、停车或仅报警的相应措施，通过将可燃爆炸气体及时吹扫出去，曲轴箱向内冲入氮气，切断爆炸的条件，或者通过停车来降低曲轴箱内气体浓度积累及控制温度上升，主动的对源头进行控制，达到防止曲轴箱发生爆炸的目的。

如图1所示，当发动机处于故障运行状态时，进行人工停车的声光提示，即该阶段可随时通过人工停车干预，提高可靠性。

如图1所示，实时采集曲轴箱温度信号T，当曲轴箱内温度T大于或等于第一温度限值T1但小于第二温度限值T2时，执行限扭动作，发出温度高报警，并对曲轴箱执行氮气吹扫动作。其中，第二温度限值T2由工作人员根据经验提前设定。

如图1所示，实时监测透气管油雾分离器后的气体压力，当曲轴箱内压力P大于或等于第一压力限值P1但小于第二压力限值P2时，计算曲轴箱压力P与透气管压力P′的差值ΔP。当差值ΔP未超过设定值A时，判定曲轴箱存在爆炸风险，执行限扭动作，发出压力高报警，并对曲轴箱执行氮气吹扫动作。当差值ΔP超过设定值A时，说明是透气管被油污或杂质堵塞引起的曲轴箱压力上升，并不存在曲轴箱爆炸的风险，因此执行限扭动作，但不进行吹扫，能够防止误操作，避免曲轴箱压力进一步上升，同时发出透气管堵塞报警，提醒工作人员尽快处理堵塞问题。其中，第二压力限值P2由工作人员根据经验提前设定。

如图1所示，当曲轴箱压力P和/或温度T大于或等于相应的第二限值，即曲轴箱压力P大于第二压力限值P2和/或温度T大于第一温度限值T2时，并持续时间超过t1秒时，发出压力过高报警或温度过高报警，同时停车。

如图1所示，实时采集曲轴箱透气管中甲烷的浓度C，当发动机处于双燃料模式下，甲烷浓度C大于或等于第一浓度限值C1但小于第二浓度限值C2时，如曲轴箱压力P和/或温度T小于相应的第一限值，即没有异常增加时，执行限扭动作，发出甲烷浓度高报警，切换到纯柴油机模式，并对曲轴箱执行氮气吹扫动作，防止曲轴箱内存在大量可燃气体，降低爆炸风险。其中，第二浓度限值C2由工作人员根据经验提前设定。

如图1所示，当曲轴箱内压力P和/或温度T大于或等于相应的第一限值但小于相应的第二限值时，仅根据曲轴箱压力P和温度T情况进行相应的报警和/或吹扫。即若曲轴箱内温度T大于或等于第一温度限值T1但小于第二温度限值T2，执行限扭动作，发出温度高报警，并对曲轴箱执行氮气吹扫动作。若曲轴箱内压力P大于或等于第一压力限值P1但小于第二压力限值P2，根据差值ΔP进行判定，当差值ΔP未超过设定值A时，判定曲轴箱存在爆炸风险，执行限扭动作，发出压力高报警，并对曲轴箱执行氮气吹扫动作；当差值ΔP超过设定值A时，执行限扭动作，但不进行吹扫，同时发出透气管堵塞报警。

如图1所示，当发动机处于双燃料模式下，甲烷浓度C大于第二浓度限值C2，且曲轴箱压力P和/或温度T大于相应的第一限值，即曲轴箱压力P和/或温度T异常增加导致曲轴箱压力P大于第一压力限值P1和/或温度T大于第一温度限值T1时，发出甲烷浓度过高报警，同时停车。

本申请中，对曲轴箱执行氮气吹扫动作时，吹扫使能打开，输出控制信号(该信号不限于DC24AC220无源开关量)，该信号与氮气吹扫系统联动，接收该信号时，控制氮气吹扫的电磁阀门打开，关闭报警使能。吹扫动作持续t2秒后，吹扫完成后，打开报警使能，使系统能够继续根据曲轴箱压力P、温度P和透气管甲烷浓度C的情况进行吹扫或停车的控制。关闭报警使能时，压力、温度和浓度的报警信号不显示，由曲轴箱压力、温度和甲烷浓度过高导致的吹扫和停车动作不执行，能够防止因氮气吹扫带来压力升高引起误报警。

本申请的双燃料机曲轴箱防爆炸监测与控制方法通过实时监测曲轴箱内的气体压力和温度以及曲轴箱透气管的甲烷浓度，判定发动机的运行状态，并在发动机处于故障状态时采取相应的报警、限扭、对曲轴箱进行氮气吹扫以及状况严重时停车的不同动作，对曲轴箱内气体和油雾混合气的监测效果好，并将发动机的负荷控制、曲轴箱的强制吹扫控制、防止误操作融为一体，主动的进行源头控制，从而有效防止曲轴箱爆炸，提高系统可靠性，同时本发明结构简单，安装方便，尤其适用于受限成本及安装布置限制的小缸径机型。

虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应该理解，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例，这些仅仅是举例说明，本发明的保护范围是由所述权利要求书限定。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，在没有经过任何创造性的劳动下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。