機械式與液壓式CNG子站壓縮機的對比

摘要：文章針對機械式與液壓式CNG子站壓縮機兩種型式的作用原理、結構型式、性能特點等方面進行對比分析，為天然氣加氣子站的壓縮機選取提供參考依據(jù)。

關鍵詞：機械式CNG子站壓縮機；液壓式CNG子站壓縮機；作用原理；結構型式

中圖分類號：TH45文獻標識碼：A文章編號：1006-8937（2012）05-0083-02

CNG子站壓縮機是對天然氣進行增壓作用，是天然氣加氣子站的關鍵設備。因此，CNG子站壓縮機的選取對于整個天然氣加氣子站來說至關重要。目前國內(nèi)天然氣子站建設中系統(tǒng)關鍵設備壓縮機主要分為兩種類型：傳統(tǒng)機械式壓縮機、液壓式壓縮機，此外還有一種液壓平推式CNG子站。液壓平推式與前兩種的型式有著本質的不同，因此本文只針對前兩種型式的作用原理、結構型式、性能特點等方面進行對比分析，為天然氣加氣子站的壓縮機選取提供參考依據(jù)。

1作用原理及結構型式

機械式與液壓式CNG子站壓縮機均屬于容積式壓縮機，通過活塞的往復運動來實現(xiàn)氣體的壓縮?；钊鐾鶑瓦\動時，由氣缸內(nèi)壁、氣缸蓋和活塞頂面所構成的工作容積則會發(fā)生周期性變化。活塞從氣缸蓋處開始運動時，氣缸內(nèi)的工作容積逐漸增大，這時，氣體即沿著進氣管，推開進氣閥而進入氣缸，直到工作容積變到最大時為止，進氣閥關閉；活塞反向運動時，氣缸內(nèi)工作容積縮小，氣體壓力升高，當氣缸內(nèi)壓力達到并略高于排氣壓力時，排氣閥打開，氣體排出氣缸，直到活塞運動到極限位置為止，排氣閥關閉。當活塞再次反向運動時，上述過程重復出現(xiàn)?？傊?，活塞往復一次，氣缸內(nèi)相繼實現(xiàn)進氣、壓縮、排氣的過程，即完成一個工作循環(huán)。

機械式與液壓式CNG子站壓縮機的不同之處在于傳遞電動機的動力方式不同。下面分別介紹兩種型式的結構原理。

1.1機械式CNG子站壓縮機

機械式CNG子站壓縮機主機由機身、曲軸、連桿、十字頭、氣缸、活塞與活塞桿、填料函、電機傳動系統(tǒng)等組成。結構原理如圖1所示。

圖1為臥式兩級壓縮機的原理圖，從中我們可以了解到機械式CNG子站壓縮機的工作過程：主機采用隔爆電機直聯(lián)驅動曲軸，帶動與曲軸相連接的連桿運動，連桿與十字頭用十字頭銷連接，活塞桿與十字頭用螺紋連接，動力經(jīng)曲軸、連桿、十字頭傳遞至活塞，電機曲軸的旋轉運動轉換為活塞的往復運動，從而實現(xiàn)氣體壓縮。

1.2液壓式CNG子站壓縮機

液壓式CNG子站壓縮機由液壓系統(tǒng)、油缸、氣缸、活塞與活塞桿、填料函、電機傳動系統(tǒng)等部件組成。液壓系統(tǒng)主要由油泵、油箱、閥組、各種液壓附件及管道系統(tǒng)等零部件組成。結構原理如圖2所示。

圖2為某公司的液壓式CNG子站壓縮機原理簡圖，從中我們可以了解到液壓式CNG子站壓縮機是液壓系統(tǒng)為氣缸壓縮部分提供動力：電機帶動油泵為液壓系統(tǒng)提供高壓的液壓油，高壓的液壓油經(jīng)過換向部件進入油缸帶動活塞桿作往復直線運動，油缸活塞與氣缸活塞裝在同一根活塞桿上，因此氣缸活塞也隨活塞桿一起作往復直線運動，并實現(xiàn)氣體的壓縮。

2性能特點

2.1機械式CNG子站壓縮機在使用中的優(yōu)缺點分析

機械式子站壓縮機具有技術成熟、價格低、維修方便等顯著特點，在加氣子站建設中具有以下特點：

①技術成熟。國外機械式子站壓縮機有上百年的發(fā)展歷史，國內(nèi)也有近百年的歷史了，曲柄連桿機構往復活塞式壓縮機的技術已經(jīng)發(fā)展得非常成熟。

②價格低。在2003年以后，根據(jù)城市規(guī)劃的難以布局，母子站逐漸成為大中城市的主要建站技術路線，國內(nèi)廠家從2003年開始研制開發(fā)機械式子站壓縮機，2007年以后基本上實現(xiàn)了國產(chǎn)化，因此價格相對較便宜。

③維修方便。機械式子站壓縮機的技術成熟，對于壓縮機出現(xiàn)的大部分問題都有針對性的解決方案，因此出現(xiàn)問題時能及時解決問題。而且實現(xiàn)了國產(chǎn)化，機械式子站壓縮機的配件就能夠大量供應，客戶維修時能夠很容易采購到所需配件或者預備配件。

雖然機械式CNG子站壓縮機具有技術成熟等特點，但是也存在一些缺點：

①泄漏率高。曲柄帶動活塞高速運轉，在機體設計中填料、活塞環(huán)必須要有間隙，高壓狀態(tài)下天然氣泄漏不可避免。

②電機功率大。電動機的定轉速難以適應子站壓縮機的變工況進氣壓力范圍寬，因此供氣量波動大，無功損耗多。尤其是在高壓進氣狀態(tài)下，電機的無功損耗較大，并且在停機時要經(jīng)過降壓和卸荷才能再次啟動，增加了單位氣體的生產(chǎn)成本。雖然現(xiàn)在有了變頻器，但是整個設備的制造成本增加，而且變頻器本身也需要消耗功率，因此在目前來說還不經(jīng)濟。

③易損件多。氣體高速壓縮過程中，活塞環(huán)、活塞、氣閥、連桿軸瓦、填料甚至缸體都易損壞。

④機組不能頻繁啟動。機組不能頻繁啟動，所以需要大容積的站用儲氣瓶組或儲氣井，增加了建站費用。

⑤運轉噪聲大。電動機的高轉數(shù)帶動曲柄機構的機械運動，以及氣流脈動產(chǎn)生的震動，產(chǎn)生的運轉噪聲大，容易產(chǎn)生擾民投訴。

2.2液壓式CNG子站壓縮機在使用中的優(yōu)缺點分析

液壓式CNG子站壓縮機具有低能耗、低泄漏、低噪音的顯著特點，在加氣子站建設中具有以下特點：

①結構簡單。液壓式CNG子站壓縮機無曲柄滑塊機構，因此減少了此部分結構，變換成一個簡單的閥組。而且液壓式CNG子站壓縮機的行程較長，氣缸的徑向尺寸就相對較小，因此看起來就比較小巧。

②低能耗。液壓式CNG子站壓縮機無曲柄滑塊機構，減少了此部分的機械摩擦，減少了壓縮機的無功損耗，電機的功率就相對減小。

③泄漏率較低。液壓式CNG子站壓縮機的往復次數(shù)很少，一般只有10～30次左右。機械式CNG子站壓縮機的往復次數(shù)較多，一般只有500～1 000次左右。因此液壓式CNG子站壓縮機的泄漏點少得多，天然氣的泄漏就相對少得多。此外液壓式采用整體活塞環(huán)，無切口。

④噪音低（不大于75dbA），振動小。

雖然液壓式CNG子站壓縮機具有低能耗等特點，但是也存在一些缺點：

①液壓閥組換向不穩(wěn)定。液壓式CNG子站壓縮機是一種新型壓縮機、新技術，到技術成熟還需要一段實踐的路程。特別是換向裝置的可靠性是整個液壓式CNG子站壓縮機運行的關鍵，目前使用的換向裝置主要有兩種方式：行程開關與液控換向。而換向裝置使用頻率高，用過一段時間就會出現(xiàn)換向失靈或換向緩慢等問題。

②密封材料。由于液壓式CNG子站壓縮機的往復次數(shù)很少，因此對于低線速度的活塞環(huán)與填料的密封要求就要高得多，密封材料的選擇就有所限制。

③氣閥設計要求高。液壓式CNG子站壓縮機的活塞線速度很低（某廠家為0.08 m/s），對于如此低線速度的氣閥的開啟與關閉過程就會相對延長，對于氣閥的密封性就有很大的挑戰(zhàn)，而且子站壓縮機的進氣狀態(tài)又是變工況，因此對于此類型的氣閥設計要求要相對更高，彈簧的選擇更考究。

3結論

綜上所述，可得出以下認識：

①CNG加氣子站建設中液壓式壓縮機比機械式壓縮機無論是在建站投資成本、運行成本、節(jié)能降耗等都具有無可比擬的優(yōu)勢，必將陶汰和取代機械式子站壓縮機。但是液壓式壓縮機是一種新型壓縮機、新技術，還需要經(jīng)過實際工況運行加以提高，使液壓式壓縮機的技術可靠、維修簡便。

②機械式子站壓縮機雖然存在泄漏率高、電機功率大、易損件多、運轉噪聲大等問題，但是機械式子站壓縮機的技術發(fā)展已經(jīng)很成熟，在近一段時期內(nèi)，還將會得到廣泛的使用。

參考文獻：

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[2] 姚小林.全液壓油缸驅動活塞壓縮機技術研究[J].壓縮機

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