增壓調(diào)節(jié)閥在車載LNG氣瓶中的應(yīng)用與失效分析

楊帆+劉彬彬+惠阿玲

摘 要：增壓調(diào)節(jié)閥作為車載LNG氣瓶系統(tǒng)有效控制的必要組件，對LNG氣瓶在使用中有著重要的意義，可以自動有效的提高氣瓶壓力。本文介紹了增壓調(diào)節(jié)閥在車載LNG氣瓶中的應(yīng)用和列舉了常見失效形式的分析，并提出了改進維修方案。

關(guān)鍵詞：LNG氣瓶；增壓調(diào)節(jié)閥；失效

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.18.071

0 引言

隨著當前社會的快速發(fā)展，環(huán)境污染受到社會的關(guān)注，液化天然氣（LNG） 是一種比較安全、高效、清潔和低污染的能源，得到廣泛使用。車載LNG氣瓶的應(yīng)用也越來越普便使用，而增壓調(diào)節(jié)閥作為車載LNG氣瓶系統(tǒng)有效控制的必要組件，廣泛應(yīng)用于車載LNG氣瓶系統(tǒng)中。

1 LNG氣瓶增壓調(diào)節(jié)閥結(jié)構(gòu)和工作原理

增壓調(diào)節(jié)閥是一種超低溫閥門，自動提升LNG氣瓶內(nèi)部壓力的裝置，材料選擇非常重要，具有足夠的韌性和組織穩(wěn)定性，需保證長期在低溫工況下使用不會影響閥門的密封效果。增壓調(diào)節(jié)閥出廠前根據(jù)用戶的使用工況，需設(shè)定好一個壓力（鎖緊壓力），當氣瓶內(nèi)部壓力低于增壓調(diào)節(jié)閥鎖緊壓力時，增壓調(diào)節(jié)閥自動打開，氣瓶內(nèi)的液體流出通過和外部環(huán)境發(fā)生熱交換，變換為氣體，提高氣瓶內(nèi)部壓力，從而滿足汽車發(fā)動機所需的供氣壓力，當氣瓶內(nèi)部壓力高于增壓調(diào)節(jié)閥鎖緊壓力時，增壓調(diào)節(jié)閥自動關(guān)閉，處于常閉狀態(tài)，避免氣瓶無休止的增壓，使氣瓶壓力持續(xù)升高，發(fā)生安全事故。

車載LNG增壓調(diào)節(jié)閥主要是由閥體、膜片組件、鎖緊螺母、調(diào)節(jié)桿、彈簧座、大彈簧、閥蓋、閥芯組件、小彈簧，如圖1所示。增壓調(diào)節(jié)閥通過調(diào)節(jié)桿擠壓大彈簧，從而使大彈簧作用于膜片組件上的力和增壓閥出口端通過內(nèi)腔連接流入腔內(nèi)介質(zhì)作用于膜片的力相等，此時增壓調(diào)節(jié)閥處于常閉狀態(tài)。當出口壓力低于閥門設(shè)定的鎖緊壓力，大彈簧作用在膜片組件上的力小于出口處介質(zhì)作用在膜片組件上的力，形成一個壓力差，膜片組件向上擠壓閥芯組件，形成一個通路，閥門打開，介質(zhì)從進口進入通過閥門，使氣瓶內(nèi)部壓力升高。當氣瓶內(nèi)部壓力升高后，大于閥門設(shè)定鎖緊壓力時，相對應(yīng)出口端壓力大于鎖緊壓力，出口端介質(zhì)作用在膜片組件上的力大于大彈簧作用在膜片組件上的力，膜片組件擠壓大彈簧向下運動，同時小彈簧擠壓閥芯組件也向下運動，閥芯組件關(guān)閉通道，增壓調(diào)節(jié)閥關(guān)閉。通常，LNG車載氣瓶根據(jù)所匹配的車型設(shè)定增壓調(diào)節(jié)閥的鎖緊壓力值，稍大于汽車發(fā)動機進氣壓力。

2 LNG氣瓶增壓調(diào)節(jié)閥失效形式

2.1 閥門密封損壞

閥體與閥蓋螺紋連接處大密封墊損壞，造成閥體與閥蓋螺紋連接處泄露；閥座密封和閥芯密封密損壞，造成閥門進口和出口流道形成通路，形成LNG氣瓶持續(xù)增壓，致使氣瓶壓力不斷上升，設(shè)定在氣瓶上的安全閥頻繁開啟排氣，嚴重影響使用性能，主要包含以下幾點原因：（1）在使用過程中，氣瓶內(nèi)部本身的雜質(zhì)和液體中的雜質(zhì)滯留在密封面附近，造成密封失效，（2）密封件使用材質(zhì)的選擇，大部分非金屬材質(zhì)在低溫狀態(tài)下發(fā)生脆性轉(zhuǎn)變，出現(xiàn)冷流現(xiàn)象，導(dǎo)致密封失效；可以采用改善了冷流特性的改性PTFE，首先保證密封件的化學(xué)性能穩(wěn)定。

2.2 增壓調(diào)節(jié)閥設(shè)定的鎖緊壓力發(fā)生偏差

增壓調(diào)節(jié)閥設(shè)定的鎖緊壓力偏高或偏低，會造成LNG氣瓶內(nèi)部壓力不穩(wěn)定，達不到正常使用要求，主要包含以下幾點原因：（1）彈簧壓蓋嚴重銹蝕，產(chǎn)生的銹跡雜質(zhì)影響了調(diào)節(jié)桿的調(diào)壓行程，使得鎖緊壓力發(fā)生偏差，現(xiàn)市場中的彈簧壓蓋材質(zhì)為碳鋼（表面鍍鋅），抗腐蝕能力有限。因此，可選用抗腐蝕能力強的不銹鋼作為壓蓋材質(zhì)，下表為幾種不銹鋼材質(zhì)鹽霧試驗對照表：

（2）閥門的使用工況為超低溫，但閥門的壓力設(shè)定和試驗在常溫下進行，常溫和使用環(huán)境溫度存在很大差異，在使用過程中，閥門內(nèi)部的零件會存在一定程度上的變形，影響其鎖緊壓力。因此，對閥門還需在低溫下進行試驗且對相應(yīng)材料進行合理選取。

3 結(jié)束語

增壓調(diào)節(jié)閥現(xiàn)廣泛的使用與車載LNG氣瓶系統(tǒng)中，本文通過對增壓調(diào)節(jié)閥的結(jié)構(gòu)、原理和失效原因進行了分析，失效的主要原因是閥體內(nèi)部的雜質(zhì)引起的，而雜質(zhì)的主要來源兩種方式，LNG氣瓶系統(tǒng)內(nèi)部的雜質(zhì)、閥門在裝配安裝過程中產(chǎn)生的雜質(zhì)和加液中液體介質(zhì)本身所含有的雜質(zhì)，可以從以下兩個方面解決：

（1）LNG氣瓶系統(tǒng)裝配時，對所有管路進行超聲波清洗，且對其進行吹掃，防止雜質(zhì)殘留在系統(tǒng)中；（2）在增壓調(diào)節(jié)閥前增加過濾芯，防止加液時，多余的雜質(zhì)進入閥體內(nèi)，影響密封。

除此之外，還需根據(jù)介質(zhì)特性和最低工作溫度先用合適的密封材料，盡可能的采用柔性密封結(jié)構(gòu)，加工前，對金屬材料進行深冷處理，并且進行低溫試驗，從而提高在低溫情況下使用性能可靠。

參考文獻：

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[2]孫奇，肖箭，鄧德偉.液化天然氣用閥門的設(shè)計和研究[J].閥門，2013（01）.endprint