LNG燃料动力船舶供气系统主要设备模块化设计

摘要

LNG作为一种新型绿色能源，具有清洁、高效、经济的特点。在当今全球石油资源日益枯竭、环境污染日益严重以及运输成本加大环境下，天然气燃料体现出很大的优势，非常适合代替化石燃料成为发动机主要燃料。天然气燃料虽然在很多领域都有了非常成功的应用，但在船舶行业的应用还处于探索阶段，主要是由于LNG燃料动力船舶的安全性、稳定性要求很高，目前还没有研究出能够完全满足要求的解决方案。
　　本文主要完成了LNG燃料供给系统关键设备—互锁阀组的模块化设计。LNG燃料供给系统包括许多设备，其中数互锁气体阀组最为关键。互锁气体阀组由四个紧急切断阀组成，位于管路上的一个低温阀和靠近发动机舱室的三个常温阀，四个阀组合完成紧急切断气体燃料供应和气体放散的功能。本文对互锁阀组的工作原理、安装方式进行了详细分析，分别介绍了紧急切断阀的类别、结构，针对在日常使用过程中紧急切断阀出现的各种安全故障及失效模式，提出了相应的解决消除方法。文章的重点是互锁阀组的模块化设计，对比不同的模块化设计方案，完成了互锁阀组的模块化设计，将互锁阀组的三个紧急切断阀设计组合为一个三通阀，三通阀有两种工作状态：供气状态和放散状态，活塞带动阀杆上下移动分别实现阀瓣和上下阀座紧密贴合，实现两种工作状态的切换。该阀的设计实现了结构上整体设计，功能上集成的效果。三通阀的设计简化了LNG燃料管路，节省了空间及成本，维修保养也更为方便快捷。针对所设计的三通阀，进行了相关阀门结构阀杆、阀瓣、阀座等的选型设计和强度核算。
　　针对所设计的三通阀，进行了内部流场仿真计算。供气状态采用UG建立三维模型，放散状态采用CAD建立二维模型，分别采用Gambit划分网格，导入到Fluent中进行仿真计算，入口采用速度入口边界，出口采用压力出口边界，仿真模型选定标准k两方程湍流模型。改变入口流速和出口压力，分别进行模拟计算，分析不同工作状态下阀内部流速和压力变化情况，流速压力分布情况，改变天然气流量即入口流速，对比不同流速时流道内部压力变化，为后续三通阀设计改进工作做下了铺垫。文章的最后对全文进行了总结，并对将来的研究重点做出了展望。

目录

声明

第1章 绪论

1.1研究背景

1.2研究目的及意义

1.3双燃料发动机国内外研究现状

1.4本文主要研究工作

第2章 LNG燃料供给系统概述

2.1 LNG燃料供给系统介绍

2.2互锁气体阀组

2.3紧急切断阀

2.4本章小结

第3章 互锁阀组模块化设计

3.1互锁阀组模块化设计方案

3.2三通阀的设计

3.3三通阀计算校核

3.4阀门性能试验

3.5本章小结

第4章 基于Fluent的三通阀仿真计算

4.1计算流体力学相关理论

4.2几何模型建立及网格划分

4.3边界条件设置

4.4模拟计算

4.5本章小结

第5章全文总结与工作展望

5.1全文总结

5.2工作展望

致谢

参考文献