[实用新型]液压活塞式气体压缩装置的预应力结构气缸

说明书

技术领域

本实用新型涉及压缩气体增压装置的气缸，特别涉及一种用于压缩天然气(CNG)、压缩氢气(H2)和压缩其他工业气体的增压装置的气缸，尤其适用于额定工作压力大于25至40MPa、排量大于1000至3000NM³/H的场合。

背景技术

对天然气(NG)进行压缩的增压装置称为天然气压缩机，是压缩天然气(CNG)产业中的常用装备：CNG母站压缩机组由多台(4～6台)大排量(＞4000NM3/H)、高转速(＞1000R/M)、多级压缩(4级)、往复运动的活塞式机械压缩气缸组成，每台压缩机只给一组运气车(3～5台)充气，直到该组运气车的气瓶都充满到25MPa，压缩机停机，运气车离开母站，前往子站送气；CNG子站通常只配备一台中、小排量(≤2000NM3/H)的压缩机，从运气车上抽取天然气、压缩到25MPa，充装到站内的高、中、低压储气瓶组内，经PLC控制售气机，再快速充装到压缩天然气车辆(CNGV)的气瓶之中，直到充满(20MPa)为止。

CNG常规站无需运气车供气，也只需配备一台小排量的压缩机，直接从管道内抽取低压天然气，但压缩比很大，将其压缩到25MPa、充装到站内的各级储气瓶组，经PLC控制售气机、再快速充装到CNGV的气瓶之中，直到充满(20MPa)。

CNG子站压缩机分为机械增压和液压增压两大类型：1、电机带动曲轴连杆机构的、活塞往复运动的机械压缩机是子站中最常用的机型。转速高、震动大是其主要特征；2、由电机带动液压泵、制备出高压液体，再对气体实施增压的压缩机称为液压式压缩机。液压式压缩机又可分为两类：1)高压液体直接置换运气车气瓶中天然气的、称为置换式液压压缩机；(又称为平推式液压压缩机)2)高压液体推动活塞作往复运动、再对气缸内的天然气进行压缩的，称为液压活塞式压缩机；液压压缩机是近十几年来、应用在CNG子站的新型增压装置，运转平稳、节省能耗是其主要优势。

“机械活塞式往复运动压缩机”是一种传统的气体压缩机械，已有近200年历史。如图1所示，机械活塞式往复运动压缩机由电动机通过曲柄连杆机构推动活塞、在气缸内作往复运动，压缩气缸内的天然气。其结构可靠、技术成熟，是各类加气站的典型装备。但是，由于曲柄连杆机构的机械效率低，机构中的摩擦件多，在高速运转的情况下，(曲轴转速可达每分钟1000转以上)导致磨损快、震动大、噪声高；致使维修周期短、修理费用高。又由于机械压缩机的活塞作刚性运动，停机后、重新启动前，必须排出各级气缸内的剩余天然气，否则，带负荷启动，就会损坏机器。因此，每次停机，都要回收各级气缸内的剩余燃气。既增加了成本和能耗；也会影响安全。

如图2所示，“置换式液压压缩机”是通过电机驱动高压柱塞泵，经控制阀门、将25MPa的高压液体送入运气车中某一只长管气瓶的下端，置换出气瓶内25MPa的CNG，经售气机直接对CNGV充气。该气瓶内的90～95％天然气被置换后，控制阀门换向，瓶内剩余的天然气就自动推动油液返回油箱。同时，高压油液又通过第二个控制阀门、进入第二个长管气瓶的下部，置换出其中的CNG，继续为CNGV充气。如此重复，直到运气车上所有气瓶均完成置换、气瓶内剩余气体压力均小于3MPa，运气车便停止工作，返回母站充气。该装置可以无需配备子站的储气瓶组，但需采用特制的运气槽车。(每只长管气瓶均需有阀门控制置换；运气车在子站工作时、长管气瓶组必须形成倾斜状，才能实现液压油从气瓶下部注入、置换出其中的天然气。

置换式液压压缩机在理论上具有很多优点，例如运转平稳、节能降噪、结构简单等。但是，实践证明，其设计和结构尚有一些不完善之处。已经服役的置换式液压压缩机暴露了一系列设计缺陷。如：液、气两相接触，造成互相污染，液压油会很快变质，需要经常处理或更新；燃气会因掺有油雾而使品质下降；燃气在推动油液返回油箱过程中、会冲入油箱，形成泄漏，造成隐患；控制换向的阀门既要密封油液、又要密封燃气，很难同时兼顾，因而寿命很低；一旦阀门失效，会使油液充入正在加气的CNGV气瓶之中，造成损坏车辆发动机的事故；也会使燃气大量冲回油箱、造成燃气大量逸出的危险。

而“液压活塞式压缩机”是一种利用液压油推动活塞、活塞再对气缸内天然气进行压缩的气体增压装置。与活塞往复运动的机械压缩机相比较，其运转比较平稳、振动噪声很小；无需减压启动、允许经常停机；没有燃气逸出、无需回收废气；液、气两相隔离，彼此没有污染；结构比较简单、维修比较方便。运转稳、故障少、耗能低是其主要优点。也克服了置换式压缩机的缺点，很适合用于子站采用，近年来已经得到了推广和普及。