機(jī)械式與液壓式CNG子站壓縮機(jī)的對比

摘要：文章針對機(jī)械式與液壓式CNG子站壓縮機(jī)兩種型式的作用原理、結(jié)構(gòu)型式、性能特點(diǎn)等方面進(jìn)行對比分析，為天然氣加氣子站的壓縮機(jī)選取提供參考依據(jù)。

關(guān)鍵詞：機(jī)械式CNG子站壓縮機(jī)；液壓式CNG子站壓縮機(jī)；作用原理；結(jié)構(gòu)型式

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

CNG子站壓縮機(jī)是對天然氣進(jìn)行增壓作用，是天然氣加氣子站的關(guān)鍵設(shè)備。因此，CNG子站壓縮機(jī)的選取對于整個天然氣加氣子站來說至關(guān)重要。目前國內(nèi)天然氣子站建設(shè)中系統(tǒng)關(guān)鍵設(shè)備壓縮機(jī)主要分為兩種類型：傳統(tǒng)機(jī)械式壓縮機(jī)、液壓式壓縮機(jī)，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(zhì)的不同，因此本文只針對前兩種型式的作用原理、結(jié)構(gòu)型式、性能特點(diǎn)等方面進(jìn)行對比分析，為天然氣加氣子站的壓縮機(jī)選取提供參考依據(jù)。

1作用原理及結(jié)構(gòu)型式

機(jī)械式與液壓式CNG子站壓縮機(jī)均屬于容積式壓縮機(jī)，通過活塞的往復(fù)運(yùn)動來實(shí)現(xiàn)氣體的壓縮?；钊鐾鶑?fù)運(yùn)動時，由氣缸內(nèi)壁、氣缸蓋和活塞頂面所構(gòu)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(yùn)動時，氣缸內(nèi)的工作容積逐漸增大，這時，氣體即沿著進(jìn)氣管，推開進(jìn)氣閥而進(jìn)入氣缸，直到工作容積變到最大時為止，進(jìn)氣閥關(guān)閉；活塞反向運(yùn)動時，氣缸內(nèi)工作容積縮小，氣體壓力升高，當(dāng)氣缸內(nèi)壓力達(dá)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(yùn)動到極限位置為止，排氣閥關(guān)閉。當(dāng)活塞再次反向運(yùn)動時，上述過程重復(fù)出現(xiàn)?？傊?，活塞往復(fù)一次，氣缸內(nèi)相繼實(shí)現(xiàn)進(jìn)氣、壓縮、排氣的過程，即完成一個工作循環(huán)。

機(jī)械式與液壓式CNG子站壓縮機(jī)的不同之處在于傳遞電動機(jī)的動力方式不同。下面分別介紹兩種型式的結(jié)構(gòu)原理。

1.1機(jī)械式CNG子站壓縮機(jī)

機(jī)械式CNG子站壓縮機(jī)主機(jī)由機(jī)身、曲軸、連桿、十字頭、氣缸、活塞與活塞桿、填料函、電機(jī)傳動系統(tǒng)等組成。結(jié)構(gòu)原理如圖1所示。

圖1為臥式兩級壓縮機(jī)的原理圖，從中我們可以了解到機(jī)械式CNG子站壓縮機(jī)的工作過程：主機(jī)采用隔爆電機(jī)直聯(lián)驅(qū)動曲軸，帶動與曲軸相連接的連桿運(yùn)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(jī)曲軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)換為活塞的往復(fù)運(yùn)動，從而實(shí)現(xiàn)氣體壓縮。

1.2液壓式CNG子站壓縮機(jī)

液壓式CNG子站壓縮機(jī)由液壓系統(tǒng)、油缸、氣缸、活塞與活塞桿、填料函、電機(jī)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(jié)構(gòu)原理如圖2所示。

圖2為某公司的液壓式CNG子站壓縮機(jī)原理簡圖，從中我們可以了解到液壓式CNG子站壓縮機(jī)是液壓系統(tǒng)為氣缸壓縮部分提供動力：電機(jī)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(jìn)入油缸帶動活塞桿作往復(fù)直線運(yùn)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(fù)直線運(yùn)動，并實(shí)現(xiàn)氣體的壓縮。

2性能特點(diǎn)

2.1機(jī)械式CNG子站壓縮機(jī)在使用中的優(yōu)缺點(diǎn)分析

機(jī)械式子站壓縮機(jī)具有技術(shù)成熟、價格低、維修方便等顯著特點(diǎn)，在加氣子站建設(shè)中具有以下特點(diǎn)：

①技術(shù)成熟。國外機(jī)械式子站壓縮機(jī)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(jī)構(gòu)往復(fù)活塞式壓縮機(jī)的技術(shù)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(shù)路線，國內(nèi)廠家從2003年開始研制開發(fā)機(jī)械式子站壓縮機(jī)，2007年以后基本上實(shí)現(xiàn)了國產(chǎn)化，因此價格相對較便宜。

③維修方便。機(jī)械式子站壓縮機(jī)的技術(shù)成熟，對于壓縮機(jī)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(shí)現(xiàn)了國產(chǎn)化，機(jī)械式子站壓縮機(jī)的配件就能夠大量供應(yīng)，客戶維修時能夠很容易采購到所需配件或者預(yù)備配件。

雖然機(jī)械式CNG子站壓縮機(jī)具有技術(shù)成熟等特點(diǎn)，但是也存在一些缺點(diǎn)：

①泄漏率高。曲柄帶動活塞高速運(yùn)轉(zhuǎn)，在機(jī)體設(shè)計(jì)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(jī)功率大。電動機(jī)的定轉(zhuǎn)速難以適應(yīng)子站壓縮機(jī)的變工況進(jìn)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(jìn)氣狀態(tài)下，電機(jī)的無功損耗較大，并且在停機(jī)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(shè)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(jì)。

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(jī)組不能頻繁啟動。機(jī)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(fèi)用。

⑤運(yùn)轉(zhuǎn)噪聲大。電動機(jī)的高轉(zhuǎn)數(shù)帶動曲柄機(jī)構(gòu)的機(jī)械運(yùn)動，以及氣流脈動產(chǎn)生的震動，產(chǎn)生的運(yùn)轉(zhuǎn)噪聲大，容易產(chǎn)生擾民投訴。

2.2液壓式CNG子站壓縮機(jī)在使用中的優(yōu)缺點(diǎn)分析

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

①結(jié)構(gòu)簡單。液壓式CNG子站壓縮機(jī)無曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，因此減少了此部分結(jié)構(gòu)，變換成一個簡單的閥組。而且液壓式CNG子站壓縮機(jī)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(jī)無曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，減少了此部分的機(jī)械摩擦，減少了壓縮機(jī)的無功損耗，電機(jī)的功率就相對減小。

③泄漏率較低。液壓式CNG子站壓縮機(jī)的往復(fù)次數(shù)很少，一般只有10～30次左右。機(jī)械式CNG子站壓縮機(jī)的往復(fù)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(jī)的泄漏點(diǎn)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(jī)具有低能耗等特點(diǎn)，但是也存在一些缺點(diǎn)：

①液壓閥組換向不穩(wěn)定。液壓式CNG子站壓縮機(jī)是一種新型壓縮機(jī)、新技術(shù)，到技術(shù)成熟還需要一段實(shí)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(jī)運(yùn)行的關(guān)鍵，目前使用的換向裝置主要有兩種方式：行程開關(guān)與液控?fù)Q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(jī)的往復(fù)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(shè)計(jì)要求高。液壓式CNG子站壓縮機(jī)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(guān)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(jī)的進(jìn)氣狀態(tài)又是變工況，因此對于此類型的氣閥設(shè)計(jì)要求要相對更高，彈簧的選擇更考究。

3結(jié)論

綜上所述，可得出以下認(rèn)識：

①CNG加氣子站建設(shè)中液壓式壓縮機(jī)比機(jī)械式壓縮機(jī)無論是在建站投資成本、運(yùn)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(jī)械式子站壓縮機(jī)。但是液壓式壓縮機(jī)是一種新型壓縮機(jī)、新技術(shù)，還需要經(jīng)過實(shí)際工況運(yùn)行加以提高，使液壓式壓縮機(jī)的技術(shù)可靠、維修簡便。

②機(jī)械式子站壓縮機(jī)雖然存在泄漏率高、電機(jī)功率大、易損件多、運(yùn)轉(zhuǎn)噪聲大等問題，但是機(jī)械式子站壓縮機(jī)的技術(shù)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(xiàn)：

[1] 活塞壓縮機(jī)設(shè)計(jì)編寫組.活塞式壓縮機(jī)設(shè)計(jì)[M].北京:中國

機(jī)械工業(yè)出版社，1974.

[2] 姚小林.全液壓油缸驅(qū)動活塞壓縮機(jī)技術(shù)研究[J].壓縮機(jī)

技術(shù)，2009，(5):38-40.