淺析余隙容積對(duì)CNG壓縮機(jī)排氣量的影響

張發(fā)亮+岳振霖+李有弟

[摘 要]CNG加氣站壓縮機(jī)是加氣站最大的耗電設(shè)備，由于CNG加氣站壓縮機(jī)排氣壓力高，目前國(guó)內(nèi)外一般采用活塞式壓縮機(jī)，本文通過(guò)對(duì)CNG加氣站壓縮機(jī)余隙容積的研究，在確保壓縮機(jī)安全穩(wěn)定可靠運(yùn)行的前提下，通過(guò)對(duì)壓縮機(jī)余隙容積的控制和調(diào)整，從而提高壓縮機(jī)排氣量，降低壓縮機(jī)運(yùn)行成本，提高加氣站運(yùn)行效益。

[關(guān)鍵詞]壓縮機(jī) 余隙容積 排氣量

中圖分類號(hào)：TH457 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-914X（2017）33-0320-01

一、CNG加氣站生產(chǎn)工藝及壓縮機(jī)組介紹

1、CNG加氣站生產(chǎn)工藝

原料天然氣通過(guò)高壓輸氣管道進(jìn)入加氣站后，通過(guò)天然氣高效過(guò)濾器除掉原料氣中的雜質(zhì)，經(jīng)過(guò)計(jì)量、調(diào)壓后將原料氣壓力調(diào)整至壓縮機(jī)需要的進(jìn)氣壓力，然后經(jīng)過(guò)壓縮機(jī)前置干燥器去掉原料氣中的水分，經(jīng)過(guò)緩沖罐穩(wěn)壓后進(jìn)入CNG壓縮機(jī)，通過(guò)壓縮機(jī)將天然氣壓力提升至25Mpa，通過(guò)加氣柱將CNG充裝至CNG槽車或經(jīng)過(guò)順序控制盤將CNG儲(chǔ)存在儲(chǔ)氣瓶組中，通過(guò)加氣機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)CNG汽車的充裝。

2、CNG壓縮機(jī)介紹

天然氣行業(yè)用于提升天然氣壓力的設(shè)備主要是壓縮機(jī)，主要由活塞式、螺桿式、離心式、渦旋式等幾種，但由于CNG加氣站工作壓力高，一般都采用具有曲柄連桿的往復(fù)式活塞壓縮機(jī)，簡(jiǎn)稱往復(fù)式壓縮機(jī)或活塞式壓縮機(jī)，根據(jù)壓縮機(jī)冷卻方式目前主要分為水冷式、風(fēng)冷式和混冷式三種。

CNG壓縮機(jī)一般由機(jī)身、曲柄、連桿機(jī)構(gòu)、活塞、氣缸、冷卻器、防爆電機(jī)、控制器等組成，由隔爆異步電機(jī)用彈性聯(lián)軸器與曲軸相連，活塞通過(guò)十字頭、連桿與曲軸拐相連，當(dāng)曲軸由電機(jī)帶動(dòng)回轉(zhuǎn)時(shí)，活塞在氣缸中作往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)進(jìn)行氣體壓縮。

二、CNG壓縮機(jī)余隙容積介紹

1、CNG壓縮機(jī)的工作原理

活塞在電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)的曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)下在氣缸內(nèi)作往復(fù)運(yùn)動(dòng)，對(duì)原料天然氣進(jìn)行壓縮，當(dāng)活塞向右移動(dòng)時(shí)，氣缸內(nèi)活塞左腔的天然氣壓力低于原料氣壓力，吸氣閥開啟，原料天然氣被吸入氣缸內(nèi)，這個(gè)過(guò)程稱為吸氣過(guò)程，當(dāng)活塞向左移動(dòng)時(shí)，吸氣閥關(guān)閉，同時(shí)由于原料氣被壓縮，氣缸內(nèi)天然氣壓力升高，當(dāng)氣缸內(nèi)天然氣壓力高于輸出管道內(nèi)壓力時(shí)，排氣閥打開，氣缸內(nèi)天然氣被排出，這個(gè)過(guò)程稱為排氣過(guò)程，排出的天然氣最終通過(guò)加氣柱或加氣機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)CNG汽車的充裝。

2、余隙容積介紹

由于CNG壓縮機(jī)在結(jié)構(gòu)、制造、裝配、運(yùn)轉(zhuǎn)等方面的需要，氣缸中某些部位留有一定的空間或間隙，將這部分空間或間隙稱為余隙容積，又稱有害容積或叫存氣。CNG壓縮機(jī)在以下五個(gè)部位存在著余隙容積：進(jìn)、排氣閥閥座內(nèi)部與氣缸相通的容積；進(jìn)氣閥、排氣閥至氣缸容積的通道所形成的容積；活塞桿與缸端蓋的間隙在調(diào)料以前的部分；活塞排氣排氣行程終了時(shí)，其端面與氣缸端面之間的間隙；氣缸鏡面與活塞外圓（從端面到第一道活塞環(huán)）之間的間隙。

三、余隙容積對(duì)CNG壓縮機(jī)排氣量的影響

在CNG壓縮機(jī)工作時(shí)，在排氣過(guò)程結(jié)束時(shí)總有剩余容積的存在，因此在下一次吸氣時(shí)，剩余容積內(nèi)的壓縮天然氣會(huì)膨脹，從而減少了吸入的原料天然氣量，降低了壓縮機(jī)效率，增加了壓縮功，因此余隙容積的存在降低了CNG壓縮機(jī)的排氣量，也就是說(shuō)余隙容積越大，壓縮機(jī)的工作效率越低，相應(yīng)的余隙容積越小，壓縮機(jī)的工作效率越高。因此在設(shè)計(jì)CNG壓縮機(jī)氣缸時(shí)，要預(yù)先考慮到余隙容積對(duì)排氣量的影響，在考慮到生產(chǎn)率、制造、裝配和安全運(yùn)轉(zhuǎn)等情況下，應(yīng)盡量使余隙容積小一些。

四、減少CNG壓縮機(jī)余隙容積的措施

雖然余隙容積對(duì)CNG壓縮機(jī)的排氣量有很大的影響，但有時(shí)為了調(diào)整壓縮機(jī)的活塞力，在進(jìn)行CNG壓縮機(jī)氣缸設(shè)計(jì)時(shí)，必須相應(yīng)加大些余隙容積，這種情況也是經(jīng)常碰到的，因此根據(jù)影響壓縮機(jī)余隙容積的主要因素，我們可以采取以下措施盡可能的減少CNG壓縮機(jī)余隙容積。

1、壓縮機(jī)進(jìn)、排氣閥本身所具有的容積，如閥座的通道、彈簧孔等（通道容積所占比例最大，環(huán)形間隙其值甚微）壓縮機(jī)的余隙容積，有的是結(jié)構(gòu)上的需要，有的是難以避免的，這部分余隙容積在CNG壓縮機(jī)氣缸設(shè)計(jì)時(shí)要盡可能的減少。因此在選擇壓縮機(jī)制造商時(shí)盡可能選擇采用先進(jìn)技術(shù)、設(shè)備安全可靠的制造商，因?yàn)檫@部分制造商一般都擁有成熟的技術(shù)、專利來(lái)降低壓縮機(jī)余隙容積。

2、活塞運(yùn)動(dòng)到排氣終了位置時(shí)，其端面與氣缸端面之間的間隙，這部分余隙容積容積的設(shè)置主要是考慮到以下四個(gè)因素：

（1）活塞在氣缸內(nèi)往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)，由于摩擦和壓縮天然氣時(shí)產(chǎn)生熱量，使活塞受熱膨脹，產(chǎn)生徑向和軸向的伸長(zhǎng)，為了避免活塞與汽缸端面發(fā)生碰撞事故及活塞與缸壁卡死，故用余隙容積來(lái)消除，這部分余隙容積在壓縮機(jī)氣缸設(shè)計(jì)時(shí)要根據(jù)設(shè)計(jì)參數(shù)通過(guò)精密計(jì)算確定，在保證壓縮機(jī)安全可靠運(yùn)行的前提下盡可能的減少。

（2）由于原料天然氣中存在水分，這個(gè)與不同加氣站脫水裝置的設(shè)置位置有關(guān)，設(shè)置在壓縮機(jī)進(jìn)氣前的，由于原料氣在進(jìn)入壓縮機(jī)前進(jìn)行了深度脫水，原料天然氣中的水分極少，基本可以忽略不計(jì)，但是設(shè)置在壓縮機(jī)排氣后的脫水裝置，由于原料天然氣中的水分多，在CNG壓縮機(jī)壓縮時(shí)天然氣中的水滴可能集結(jié)，對(duì)于這種情況，余隙容積可防止由于水不可壓縮性而產(chǎn)生的水擊現(xiàn)象，為減少壓縮機(jī)余隙容積對(duì)排氣量的影響，在加氣站工藝設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡可能采用前置式深度脫水裝置。

（3）設(shè)備制造精度及零部件組裝與設(shè)計(jì)要求的偏差造成的余隙容積，這也是國(guó)內(nèi)外技術(shù)的差別，國(guó)產(chǎn)的CNG壓縮機(jī)在制造精度上與國(guó)外先進(jìn)技術(shù)的確存在一定的差距，但是同排氣量的CNG壓縮機(jī)進(jìn)口的價(jià)格一般是國(guó)產(chǎn)的2到3倍，這就需要加氣站綜合各項(xiàng)成本核算后確定。

（4）CNG壓縮機(jī)運(yùn)動(dòng)部件在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中可能出現(xiàn)松動(dòng)，使結(jié)合面間隙增大，從而使余隙容積變大，這也是壓縮機(jī)使用者控制的要點(diǎn)，這就要求加氣站維修人員定期對(duì)壓縮機(jī)各項(xiàng)余隙容積進(jìn)行檢測(cè)并調(diào)整，定期對(duì)壓縮機(jī)進(jìn)行維護(hù)保養(yǎng)，保證壓縮機(jī)各項(xiàng)余隙容積處于正常范圍內(nèi)。

結(jié)束語(yǔ)

余隙容積對(duì)CNG加氣站壓縮機(jī)的生產(chǎn)能力和效率是有影響的，余隙容積過(guò)大會(huì)使壓縮機(jī)的排氣量和效率急劇下降；但余隙容積過(guò)小會(huì)增加活塞與氣缸端蓋相碰撞的危險(xiǎn)性，同時(shí)為滿足設(shè)備工藝生產(chǎn)、裝配要求的余隙容積也是必可不少的，所以在考慮CNG壓縮機(jī)余隙容積時(shí)應(yīng)綜合考慮設(shè)備的安全、技術(shù)和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的要求。

參考文獻(xiàn)

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作者簡(jiǎn)介

第一作者姓名：張發(fā)亮，出生年月：1981.9，性別：男，民族：漢，籍貫（精確到市）：河南省鄭州市，當(dāng)前職務(wù)：綜合管理部部長(zhǎng)，當(dāng)前職稱：機(jī)械工程師，學(xué)歷：本科，研究方向：燃?xì)鈩?dòng)力，作者單位：安陽(yáng)鼎燃?xì)怏w有限公司，單位所在地（精確到市）：河南省安陽(yáng)市龍安區(qū)，單位所在地郵編：455000。

第二作者姓名：岳振霖，出生年月：1969.8，性別：男，民族：漢，籍貫（精確到市）：河南省安陽(yáng)市，當(dāng)前職務(wù)：工程技術(shù)管理，當(dāng)前職稱：電氣工程師，學(xué)歷：本科，研究方向：電氣儀表，作者單位：河南安彩能源股份有限公司，單位所在地（精確到市）：河南省安陽(yáng)市龍安區(qū)，單位所在地郵編：455000。

第三作者姓名：李有弟，出生年月：1984.5，性別：女，民族：漢，籍貫（精確到市）：河南省安陽(yáng)市，當(dāng)前職務(wù)：專利及資料管理，當(dāng)前職稱：電氣工程師，學(xué)歷：本科，研究方向：電氣儀表，作者單位：河南安彩高科股份有限公司，單位所在地（精確到市）：河南省安陽(yáng)市龍安區(qū)，單位所在地郵編：455000。endprint