一种用于气体发动机的燃气阀组单元的调压组件的制作方法

1.本实用新型涉及气体燃料发动机技术领域，具体而言涉及一种用于气体发动机的燃气阀组单元的调压组件。


背景技术：

2.传统船舶动力工业是一个对石油资源严重依赖的行业，船舶动力工业提高利用天然气资源的力度，对保障国家能源安全、实现节能减排具有战略意义。国外技术发展与应用实践表明，气体燃料发动机以其技术成熟、经济性好、减排效果好等优点正逐渐成为替代船舶柴油机的首选。燃气阀组单元是气体燃料发动机的关键配套件，安装在气体发动机前端，主要功能是根据发动机的负载调节发动机进气口之前的燃气压力，从而向气体燃料发动机提供符合压力、流量要求的燃气，同时具备氮气吹扫、燃气切断、控制联锁等功能。
3.调压组件是燃气阀组单元的重要部件，其功能是根据发动机负载调节发动机前的燃气压力，从而控制燃气喷射量。但是，目前的调压组件在使用前需要会同发动机控制系统对燃气调压压力进行闭环控制。例如，需要将燃气阀组单元与主机连接进行匹配试验，整定燃气调压控制参数。如果发动机需要更换燃气阀组单元配套商或其调压组件发生变更，以上过程需重复进行，调压组件的适用范围较差。
4.并且，大多调压组件是通过调节调压阀的弹簧预紧压力来调节压力的，这样的方式无法实现压力的自动控制。
5.因此，需要一种用于气体发动机的燃气阀组单元的调压组件，以至少部分地解决以上问题。


技术实现要素：

6.在实用新型内容部分中引入了一系列简化形式的概念，这将在具体实施方式部分中进一步详细说明。本实用新型的实用新型内容部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。
7.为至少部分地解决上述问题，本实用新型提供了一种用于气体发动机的燃气阀组单元的调压组件，包括：
8.电气转换装置，所述电气转换装置构造为能够输出具有目标压力p1的控制气体；以及
9.调压阀，所述调压阀与所述电气转换装置连通，所述调压阀用于安装至燃气管路，所述调压阀包括执行器，所述执行器具有调压阀座，所述调压阀能够通过所述调压阀座的开度控制位于所述调压阀下游的所述燃气管路的压力p2；并且
10.所述调压阀构造为根据接收到的所述控制气体的所述目标压力p1与位于所述调压阀下游的所述燃气管路的压力p2的相对大小调节所述调压阀座的开度，
11.其中，当p1＞p2时增大所述调压阀座的开度，
12.当p1＝p2时维持所述调压阀座的开度，
13.当p1＜p2时减小所述调压阀座的开度。
14.进一步地，所述调压组件还包括控制装置，所述控制装置与所述电气转换装置电连接，所述控制装置构造为根据负载确定所述目标压力p1，并将对应于所述目标压力p1的电信号发送给所述电气转换装置。
15.进一步地，所述电气转换装置具有空气入口和空气出口，所述空气入口用于接收压缩空气，所述空气出口与所述调压阀连通，所述电气转换装置构造为能够根据接收到的所述电信号将所述压缩空气转换为具有所述目标压力p1的所述控制气体，并将所述控制气体输送至所述调压阀。
16.进一步地，所述调压阀还包括控制器，所述控制器与所述电气转换装置连通，所述控制器构造为根据接收到的所述控制气体的所述目标压力p1调节所述调压阀座的开度。
17.进一步地，所述控制器包括：
18.第一控制腔，所述第一控制腔与所述电气转换装置连通，以接收具有所述目标压力p1的所述控制气体；
19.第二控制腔，所述第二控制腔能够与位于所述调压阀下游的所述燃气管路连通，所述第二控制腔内的压力为p2’
；以及
20.控制膜片，所述控制膜片将所述第一控制腔和所述第二控制腔隔开；
21.其中，所述控制膜片构造为根据所述目标压力p1与所述第二控制腔内的压力p2’
的相对大小发生运动，从而调节所述调压阀座的开度。
22.进一步地，所述控制器还包括：
23.第三控制腔，所述第三控制腔包括阀前控制腔和阀后控制腔，所述阀前控制腔能够与位于所述调压阀上游的所述燃气管路连通；以及
24.控制阀座，所述控制阀座设置于所述第三控制腔，并将所述阀前控制腔和所述阀后控制腔隔开，所述控制阀座与所述控制膜片连接，所述控制阀座构造为响应于所述控制膜片的动作而改变开度，从而控制所述调压阀座的开度；
25.其中当p1＞p2’
时，所述控制阀座的开度增大，使得所述阀后控制腔的压力p3增大，
26.当p1＝p2’
时，维持所述控制阀座的开度，使p3保持稳定，
27.当p1＜p2’
时，所述控制阀座的开度减小，使p3减小。
28.进一步地，所述执行器还包括：
29.第一调压腔，所述第一调压腔用于与位于所述调压阀下游的所述燃气管路连通，所述第二控制腔与所述第一调压腔连通，所述第一调压腔内的压力为p
2”；
30.第二调压腔，所述第二调压腔与所述阀后控制腔连通，所述第二调压腔内的压力为p3’
；
31.调压膜片，所述调压膜片将所述第一调压腔和所述第二调压腔隔开，所述调压阀座与所述调压膜片连接，且所述调压膜片具有连通所述第一调压腔和所述第二调压腔的小孔；以及
32.调压弹性件，所述调压膜片与所述调压弹性件连接，所述调压弹性件为所述调压膜片提供预紧压力p4；
33.其中，所述调压膜片构造为根据所述第二调压腔内的压力p3’
以及所述第一调压
腔内的压力p
2”与所述预紧压力p4之和的相对大小发生运动，从而调节所述调压阀座的开度，
34.当p3’
＞p
2” p4时控制所述调压阀座的开度增大，
35.当p3’
＝p
2” p4时维持所述调压阀座的开度，
36.当p3’
＜p
2” p4时减小所述调压阀座的开度。
37.进一步地，所述执行器还包括：
38.第三调压腔，所述第三调压腔包括阀前调压腔和阀后调压腔，所述调压阀座设置于所述第三调压腔并将所述阀前调压腔和所述阀后调压腔隔开；
39.其中，所述第三调压腔用于安装至所述燃气管路，其中所述阀前调压腔用于与位于所述调压阀上游的所述燃气管路连通，所述阀后调压腔用于与位于所述调压阀下游的所述燃气管路连通；并且
40.所述第一调压腔与所述阀后调压腔连通，所述阀前控制腔与所述阀前调压腔连通。
41.进一步地，所述调压组件还包括导管，所述第一调压腔与所述阀后调压腔之间、所述第二调压腔与所述阀后控制腔之间、所述阀前控制腔与所述阀前调压腔之间、所述第一调压腔与所述第二控制腔之间以及所述第一控制腔与所述电气转换装置之间均经由所述导管连通。
42.进一步地，所述控制器还包括控制弹性件，所述控制膜片与所述控制弹性件连接，所述控制弹性件为所述控制膜片提供预紧压力。
43.根据本实用新型的调压组件，能够根据电气转换装置输出的气体压力来调节燃气管路中的压力，无需对实际燃气调压值进行闭环控制，避免了调压组件与发动机的匹配环节，提高了燃气阀组单元的适用范围。
附图说明
44.本实用新型的下列附图在此作为本实用新型的一部分用于理解本实用新型。附图中示出了本实用新型的实施例及其描述，用来解释本实用新型的原理。
45.附图中：
46.图1为根据本实用新型的优选实施方式的调压组件的结构示意图。
47.附图标记说明：
48.100：调压组件
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110：控制装置
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120：电气转换装置
49.121：空气出口
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122：空气入口
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130：调压阀
50.140：控制器
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141：第一控制腔
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142：第二控制腔
51.143：第三控制腔
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144：阀前控制腔
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145：阀后控制腔
52.146：控制阀座
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147：控制膜片
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148：控制弹性件
53.150：执行器
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151：第一调压腔
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152：第二调压腔
54.153：第三调压腔
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154：阀前调压腔
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155：阀后调压腔
55.156：调压阀座
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157：调压膜片
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158：调压弹性件
56.159：小孔
具体实施方式
57.在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本实用新型更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本实用新型可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本实用新型发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。
58.为了彻底理解本实用新型，将在下列的描述中提出详细的描述。显然，本实用新型实施方式的施行并不限定于本领域的技术人员所熟悉的特殊细节。本实用新型的较佳实施例详细描述如下，然而除了这些详细描述外，本实用新型还可以具有其他实施方式。
59.应予以注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施例，而非意图限制根据本实用新型的示例性实施例。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式。此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在所述特征、整体、步骤、操作、元件和/或组件，但不排除存在或附加一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组合。
60.本实用新型中所引用的诸如“第一”和“第二”的序数词仅仅是标识，而不具有任何其他含义，例如特定的顺序等。而且，例如，术语“第一部件”其本身不暗示“第二部件”的存在，术语“第二部件”本身不暗示“第一部件”的存在。
61.需要说明的是，本文中所使用的术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“内”、“外”以及类似的表述只是为了说明目的，并非限制。
62.现在，将参照附图更详细地描述根据本实用新型的示例性实施例。然而，这些示例性实施例可以多种不同的形式来实施，并且不应当被解释为只限于这里所阐述的实施例。应当理解的是，提供这些实施例是为了使得本实用新型的公开彻底且完整，并且将这些示例性实施例的构思充分传达给本领域普通技术人员。
63.图1示出了本实用新型的一种优选实施方式的调压组件100，其用于气体发动机的燃气阀组单元。本实用新型的调压组件100包括控制装置110、电气转换装置120和调压阀130。
64.其中，控制装置110构造为根据负载确定目标压力p1，并将其转化为对应的模拟量电信号，同时将该电信号传递给与控制装置110电连接的电气转换装置120。
65.电气转换装置120具有能够接收压缩空气的空气入口122和排除空气的空气出口121，例如空气入口122可以和空气压缩机连通。当电气转换装置120接收到上述代表目标压力p1的电信号后，其能够根据该电信号将压缩空气转换为具有目标压力p1的控制气体，并将该控制气体输送至调压阀130。
66.调压阀130安装在燃气管路上，调压阀130包括执行器150，执行器150具有调压阀座156，调压阀座156的开度能够调节燃气管路流通经过调压阀130的燃气的量，即其能够调节位于调压阀130下游的燃气管路的压力p2。
67.调压阀130在接收到上述压力为p1的控制气体后，若p1＞p2，则调压阀座156的开度增大，使得p2逐渐上升，直至达到目标压力p1。由于位于调压阀130上游的燃气管路中的压力p0较大，其始终大于或等于位于调压阀130下游的燃气管路中的p2，优选地p0＞p2。因此调压阀座156的开度增大后，位于调压阀130上游的燃气管路中的气体得以流动至位于调压阀130下游的燃气管路，进而使得p2逐渐上升。
68.当p1＝p2后，维持调压阀座156的开度，使得p2保持稳定。而当p1＜p2时，减小调压阀座156的开度，使得p2逐渐减小。
69.根据本实用新型的调压组件100，能够根据电气转换装置120输出的气体压力来调节燃气管路中的压力，无需对实际燃气调压值进行闭环控制，避免了调压组件100与发动机的匹配环节，提高了燃气阀组单元的适用范围。
70.并且，只需调整控制装置110的模拟量电信号，即可达到燃气压力的自动控制的目的，相比闭环控制方法提高了压力调节的响应性。
71.调压阀130的具体结构请继续参考图1。调压阀130包括控制器140和上述执行器150。
72.具体地，控制器140包括第一控制腔141、第二控制腔142、第三控制腔143、控制膜片147和控制阀座146。第一控制腔141位于第二控制腔142的上方，并通过控制膜片147间隔开。第三控制腔143位于第二控制腔142的下方并与第二控制腔142间隔开。其中，第一控制腔141内的压力是p1，第二控制腔142内的压力是p2’
。
73.控制阀座146设置在第三控制腔143内，并将第三控制腔143分割为阀前控制腔144和阀后控制腔145。控制阀座146与控制膜片147连接，其能响应于控制膜片147的上下运动而调节自身开度。而控制膜片147则能够响应于第一控制腔141和第二控制腔142之间的压力差而进行上下运动。
74.示例性地，当第一控制腔141内的压力大于第二控制腔142时，控制膜片147能够向下运动，从而控制阀座146相应地增大开度；而第一控制腔141内的压力小于第二控制腔142时反之。
75.执行器150包括第一调压腔151、第二调压腔152、第三调压腔153、调压膜片157、上述调压阀座156和调压弹性件158。其中，第一调压腔151内的压力为p
2”，第二调压腔152内的压力为p3’
。
76.其中，第一调压腔151位于第二调压腔152的上方，并通过调压膜片157间隔开，且调压膜片157上设置有能够使二者连通的小孔159，该小孔159优选为从第二调压腔152向第一调压腔151单向导通。
77.第三调压腔153位于第二调压腔152的下方并与第二调压腔152间隔开，调压阀座156设置在第三调压腔153内并将其分割为阀前调压腔154和阀后调压腔155。第三调压腔153用于设置在燃气管路上，例如阀前调压腔154用于与位于调压阀130上游的燃气管路连通，阀后调压腔155用于与位于调压阀130下游的燃气管路连通。
78.调压阀座156与调压膜片157连接，其能够响应于调压膜片157的上下运动而改变自身开度。并且，调压弹性件158与调压膜片157也连接，其能够为调压膜片157提供向下的预紧压力。调压膜片157则能够根据自身受到的压力而进行上下运动。
79.示例性地，当第二调压腔152的压力大于第一调压腔151的压力与上述预紧压力之和时，调压膜片157能够向上运动，从而调压阀座156的开度增大；当第二调压腔152的压力小于第一调压腔151的压力与上述预紧压力之和时反之。
80.并且，继续参考图1。第一控制腔141与电气转换装置120通过导管连通，因此第一控制腔141内的压力为p1。
81.第二控制腔142与第一调压腔151通过导管连通，且第一调压腔151与阀后调压腔
155通过导管连通，而阀后调压腔155与位于调压阀130下游的燃气管路连通，因此第二控制腔142内的压力p2’
、第一调压腔151内的压力p
2”和阀后调压腔155内的压力可以与位于调压阀130下游的燃气管路内的压力p2相等。
82.第二调压腔152与阀后控制腔145通过导管连通，因此第二调压腔152内的压力p3’
与阀后控制腔145内的压力为p3可以相等，且p3(p3’
)优选大于p2。
83.下面将对调压的过程进行详细描述。当需要p2增大时，例如控制装置110根据发动机的负载判断发动机需要更多的燃气，因此需要将调压阀130下游的燃气管路内的压力增大至p1，且p1＞p2。其产生代表目标压力p1的电信号，并将该电信号传输给电气转换装置。
84.电气转换装置120接收到上述电信号后，其向第一控制腔141输送压力为p1气体。此时控制膜片147向下运动，从而带动控制阀座146的开度增大，导致第二控制腔142内的压力p2’
逐渐增大。此时调压膜片157同时受到来自第二调压腔152的向上的压力p3’
、来自第一调压腔151的向下的压力p
2”以及来自调压弹性件158的向下的压力p4。此时p3’
＞p
2” p4，则调压膜片157向上运动，从而带动调压阀座156的开度增大，进而使得p2逐渐增大。
85.若p2增大至调压的目标值，即p1＝p2时，则控制膜片147不再运动转而保持稳定，从而控制阀座146的开度维持稳定，而第二控制腔142还经由小孔159与第一控制腔141连通，因此第二控制腔142内的气体不断流失并被补充，造成p3与p3’
也保持稳定。此时，p3’
＝p
2” p4，控制膜片147停止运动，从而控制阀座146的开度维持稳定，使得调压阀130下游的燃气管路内的压力能够稳定在目标值p1(即，此时p1＝p2)。
86.当需要p2减小时，与上述内容相类似的，控制装置110电气转换装置120发送相应的电信号，电气转换装置120根据该电信号向第一控制腔141输送压力为p1气体，且p1＜p2。此时控制膜片147向上运动，从而带动控制阀座146的开度减小，导致第二控制腔142内的压力p2’
逐渐减小。此时调压膜片157同时受到来自第二调压腔152的向上的压力p3’
、来自第一调压腔151的向下的压力p
2”以及来自调压弹性件158的向下的压力p4。此时p3’
＜p
2” p4，则调压膜片157向下动，从而带动调压阀座156的开度减小，进而使得p2逐渐减小。
87.若p2减小至调压的目标值，即p1＝p2时，则控制膜片147不再运动转而保持稳定，从而控制阀座146的开度维持稳定，而第二控制腔142还经由小孔159与第一控制腔141连通，因此第二控制腔142内的气体不断流失并补充，造成p3也保持稳定。此时，p3’
＝p
2” p4，控制膜片147停止运动，从而控制阀座146的开度维持稳定，使得调压阀130下游的燃气管路内的压力能够稳定在目标值p1。
88.此外，控制器140还可以设置控制弹性件148，控制膜片147与控制弹性件148连接，控制弹性件148为控制膜片147提供预紧压力。例如，控制弹性件148始终对控制膜片147提供向下的弹性力，使得p2始终维持在一定值，这样则使得调压阀130的调压起始点不从零开始。
89.除非另有定义，本文中所使用的技术和科学术语与本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中使用的术语只是为了描述具体的实施目的，不是旨在限制本实用新型。本文中在一个实施方式中描述的特征可以单独地或与其它特征结合地应用于另一个实施方式，除非该特征在该另一个实施方式中不适用或是另有说明。
90.本实用新型已经通过上述实施例进行了说明，但应当理解的是，上述实施例只是用于举例和说明的目的，而非意在将本实用新型限制于所描述的实施例范围内。此外本领
域技术人员可以理解的是，本实用新型并不局限于上述实施例，根据本实用新型的教导还可以做出更多种的变型和修改，这些变型和修改均落在本实用新型所要求保护的范围以内。本实用新型的保护范围由附属的权利要求书及其等效范围所界定。