С 1 января 2020 года Мировой флот столкнулся с новыми требованиями к содержанию серы в топливе, так максимальное содержание серы по новым требованиям Международной Морской Организации было сокращено с 3,5% до 0,5%. Данное нововведение не каснулось лишь некоторых зон (SECA – Sulfur control Emmission Area), в которых уже действовали более жесткие првила использования топлива с содержанием серы не более 0,1%. К таким видам топлива на данный момент относятся Low Sulfur MGO или DMA 0.1% и ECO RMD 80 c содержанием серы менее 0,1%. Такой вид топлива с 1 января 2015 года уже используется в Северном и Балтийском морях.
Альтернативным видом топлива на судах, в связи с ужесточением экологических требований, становится сжиженный природный газ / СПГ (LNG – liquified natural gas). В Данной статье мы разберем общие принципы работы судоовых двигателей на СПГ и их отличия.
Главная проблема возникающая при сжигании газа (LNG), вместо конвенционного топлива ( MGO, DMA, RMG 380 и тд.) является очень высокая температура его воспламенения, поэтому принцип самовоспламенения, который используется при воспламенении топливно-воздушной смеси в дизелях не работает, в случае если только газ будет впрыскиваться в камеру сгорания двигателя. Это является основной причиной необходимости обеспечения дополнительного источника воспламенения для газовоздушной смеси в камере сгорания двигателя.
Двигатель работающий на газу (LNG) по принципу Отто.
Первый, наиболее простой способ, сжечь газовоздушную смесь в двигателе, работающем на основе цикла Отто. В этом случае использование газа, как топлива является не сложным, воспламенение происходит при помощи свечей зажигания с использованием системы электронного контроля.
Такие двигателя работают по принципу 4тактных двигателей. В момент окончания такта сжатия впрыскивается газ и газовоздушная смесь воспламеняется посредством свечи зажигания. В результате воспламенения и сгорания газовоздушной смеси происходит рабочий ход, далее идет такт выпуска.
4-тактные двухтопливные двигателя (DF Engines)
Двухтопливные двигателя способны работать в различных режимах. Они могут потреблять как чистое дизельное топливо, газ или различные пропорции газа и дизельного топлива. Однако из-за специфики принципа воспламенения газовоздушной смеси в таких двигателях обязательно использование так называемой пилотной топливной форсунки ( pilot fuel injector) как испочника воспламенения.
В этих двигателях, газ впрыскивается во всасывающий тракт и далее сжимается с воздухом образуя газовоздушную смесь. Воспламенение происходит благодаря впрыску маленькой порции дизельного топлива через пилотную топливную форсунку (pilot fuel injector valve)
Новые DF (Dual Fuel) двигателя, такие как например MAN 8L 51/60 DF, используют отдельную топливную систему, для работы пилотных топливных форсунок. Количество топлива впрыскиваемого через пилотную топливную форсунку составляет не более 1% от массового заряда цилиндра. Таким образом на двухтопливных двигателях такого типа установлено три независимые топливные системы, что приводит к более сложному техническому использованию и обслуживанию такого рода двигателей.
2-тактные двигателя работающие на газу (LNG)
В Отличие от 4-тактных двигателей, в 2-тактных двигателях впрыск газа является более сложной задачей ввиду отсутствия отдельной фазы очистки и необходимости уменьшения до минимума величины утечки метана (methane slip) в процессе работы двигателя.
В этом типе двигателей впрыск газа возможен только в тот момент, когда продувочные окна/клапана закрыты. Как результат, необходимо более высокое давление впрыска газа.
- Давление Впрыска газа после закрытия продувочного воздушного рессивера - составляет порядка 50 бар.
- Давление впрыска газа в момент окончания такта сжатия - составляет порядка 300-500 бар.
Топливо также впрыскивается в конце такта сжатия через пилотную топливную форсунку для воспламенения газовоздушной смеси. Однако, из-за больших размеров камеры сгорания на 2-тактных судовых двигателях очень часто встречается использование двух и более пилотных топливных форсунок (pilot fuel injectors). Повышенное давление впрыска топлива также приводит к более сложному процессу топливоподготовки и технологии контроля работы двигателя.
Средний Возраст современного мирового флота на данный момент составляет не более 10-15 лет. Для того чтобы оставаться конкурентноспособными и соответствовать последним требованиям IMO судовладельцы постоянно следят за цикличиским обновлением судов и как результат все более новые современные технологии приходят на борт. А после вступления в силу требований IMO к снижению выбросов SOx (оксидов серы) газовые двигателя (DF engines) и вовсе становятся обычным явлением на борту современных судов.
