增壓調節閥在車載LNG氣瓶中的應用與失效分析

楊帆+劉彬彬+惠阿玲

摘 要：增壓調節閥作為車載LNG氣瓶系統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。本文介紹了增壓調節閥在車載LNG氣瓶中的應用和列舉了常見失效形式的分析，并提出了改進維修方案。

關鍵詞：LNG氣瓶；增壓調節閥；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展，環境污染受到社會的關注，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氣瓶的應用也越來越普便使用，而增壓調節閥作為車載LNG氣瓶系統有效控制的必要組件，廣泛應用于車載LNG氣瓶系統中。

1 LNG氣瓶增壓調節閥結構和工作原理

增壓調節閥是一種超低溫閥門，自動提升LNG氣瓶內部壓力的裝置，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。增壓調節閥出廠前根據用戶的使用工況，需設定好一個壓力（鎖緊壓力），當氣瓶內部壓力低于增壓調節閥鎖緊壓力時，增壓調節閥自動打開，氣瓶內的液體流出通過和外部環境發生熱交換，變換為氣體，提高氣瓶內部壓力，從而滿足汽車發動機所需的供氣壓力，當氣瓶內部壓力高于增壓調節閥鎖緊壓力時，增壓調節閥自動關閉，處于常閉狀態，避免氣瓶無休止的增壓，使氣瓶壓力持續升高，發生安全事故。

車載LNG增壓調節閥主要是由閥體、膜片組件、鎖緊螺母、調節桿、彈簧座、大彈簧、閥蓋、閥芯組件、小彈簧，如圖1所示。增壓調節閥通過調節桿擠壓大彈簧，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腔連接流入腔內介質作用于膜片的力相等，此時增壓調節閥處于常閉狀態。當出口壓力低于閥門設定的鎖緊壓力，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，介質從進口進入通過閥門，使氣瓶內部壓力升高。當氣瓶內部壓力升高后，大于閥門設定鎖緊壓力時，相對應出口端壓力大于鎖緊壓力，出口端介質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，閥芯組件關閉通道，增壓調節閥關閉。通常，LNG車載氣瓶根據所匹配的車型設定增壓調節閥的鎖緊壓力值，稍大于汽車發動機進氣壓力。

2 LNG氣瓶增壓調節閥失效形式

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氣瓶持續增壓，致使氣瓶壓力不斷上升，設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，氣瓶內部本身的雜質和液體中的雜質滯留在密封面附近，造成密封失效，（2）密封件使用材質的選擇，大部分非金屬材質在低溫狀態下發生脆性轉變，出現冷流現象，導致密封失效；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性能穩定。

2.2 增壓調節閥設定的鎖緊壓力發生偏差

增壓調節閥設定的鎖緊壓力偏高或偏低，會造成LNG氣瓶內部壓力不穩定，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，產生的銹跡雜質影響了調節桿的調壓行程，使得鎖緊壓力發生偏差，現市場中的彈簧壓蓋材質為碳鋼（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，下表為幾種不銹鋼材質鹽霧試驗對照表：

（2）閥門的使用工況為超低溫，但閥門的壓力設定和試驗在常溫下進行，常溫和使用環境溫度存在很大差異，在使用過程中，閥門內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材料進行合理選取。

3 結束語

增壓調節閥現廣泛的使用與車載LNG氣瓶系統中，本文通過對增壓調節閥的結構、原理和失效原因進行了分析，失效的主要原因是閥體內部的雜質引起的，而雜質的主要來源兩種方式，LNG氣瓶系統內部的雜質、閥門在裝配安裝過程中產生的雜質和加液中液體介質本身所含有的雜質，可以從以下兩個方面解決：

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

除此之外，還需根據介質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構，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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