具体实施方式
如图1所示,本发明的液压式压缩天然气加气装置10从整体上包括气源单元100、液压动力单元200和控制单元300。
如图2所示,气源单元100中设置有两组用于存储压缩天然气的钢瓶,其中,第一组101和第二组102中的钢瓶的数量相同。每个钢瓶130中均设有一个供液压介质经过的注回油口132和一个供压缩天然气(CNG)经过的排气口134。气源单元100中还设置有第一注回油管路110和第二注回油管路120,每个注回油管路分别与一组钢瓶中的各钢瓶的各注回油口132相连。在各注回油口132上分别设置有用于控制其开闭的阀。
液压动力单元200中设置有:油箱210、闭式液压泵(简称闭式泵)220、换向阀230、供油管路240、以及第一和第二液压管路250、260。油箱210中存储有常压状态的液压介质。闭式泵220用于向气源单元100提供加压的液压介质,其具有第一油口221和第二油口222以及用于控制这两个油口的工作状态的斜盘。斜盘可在第一位置、第二位置以及位于第一和第二位置中间的中间位置之间转换,其中,当斜盘位于第一位置时,第一油口221为压力油口而第二油口222为吸油口;当斜盘位于第二位置时,第二油口222为压力油口而第一油口221为吸油口;当斜盘位于中间位置时,闭式泵220处于不做功的状态(即,不工作)。其中第一位置和第二位置又称为工作位置。当斜盘处于工作位置时,液压介质被从吸油口吸入闭式泵220并在被加压后从压力油口排出。换向阀230用于转换该斜盘的位置。优选地,换向阀230选用防爆电液换向阀。优选地,换向阀230可采用换向/位置控制阀,从而可以在斜盘的转换位置的同时还可以控制该斜盘在工作位置时与中间位置偏离的角度。其中,斜盘与中间位置偏离的角度越大,从该闭式泵的压力油口输出的液压介质的流量越大。
闭式泵220的第一和第二油口221和222分别通过供油管路240连接到油箱210,并且其第一油口221还通过第一液压管路250连接到气源单元100的第一注回油管路110,而其第二油口222还通过第二液压管路260连接到气源单元100的第二注回油管路120之间。当油口221/222为压力油口时,与之相连的液压管路250/260处于注油状态,即,可向气源单元100提供加压的液压介质。当油口221/222为吸油口时,与之相连的液压管路250/260处于回油状态,即,可使液压介质从气源单元100返回液压动力单元200。
闭式泵220的设置,使得液压介质可以从回油状态下的液压管路直接进入该闭式泵,并在被加压到预定值后再次提供给处于注油状态的液压管路。需要注意,回油的液压介质状态通常也具有较高的压力,其与用于注油的液压介质之间的压力差值较小甚至基本相当。因而闭式泵的做功可以很小,甚至可以不做功。这样,就完全利用了回油液压介质在高压下的能量,从而降低了能量消耗。同时还避免了这部分能量回到常压油箱210转化为热量的不利影响。当然,闭式泵220在首次工作时,需要通过供油管路240从油箱210中提供液压介质。然而,在之后的工作循环中,闭式泵220基本不需要油箱210提供液压介质。
控制单元300用于控制气源单元100和液压动力单元200的工作过程,其可由PLC控制器或其它器件来实现、或者还可以由计算机来实现。
第一和第二液压管路250、260分别通过一控制阀251、261可断开地连接到第一和第二油口221、222。控制单元300分别电气连接各控制阀,以分别控制其开闭。优选地,可以在控制阀251/261与闭式泵的对应油口221/222之间还分别设置有一溢流阀255/265,以在需要时对液压管路进行溢流保护。
优选地,在第一和第二液压管路250、260中分别设有压力变送器252、262,用于检测对应的液压管路中的液压介质压力。控制单元300可根据检测结果控制对应的控制阀的开闭,以保护液压管路和闭式泵的运行安全。
具体来说,当处于注油状态的液压管路250/260中的压力超过一压力上限值(如22MPa)时,控制单元300通过换向阀230将闭式泵的斜盘从当前的工作位置转换到中间位置,同时关闭原注油状态的液压管路250/260中的控制阀251/261,直到该管路中的压力下降至低于一压力下限值(如20MPa)。如果在闭式泵220的斜盘被转换到中间位置之后的预定时间内,原注油状态的液压管路中的压力依然超过该压力上限值,则关闭闭式泵220;直到压力下降至低于该压力下限值后再重新启动该闭式泵。之后,通过换向阀230使斜盘回到刚才的工作位置,并重新打开注油状态的液压管路的控制阀。其中,压力上限值和压力下限值可根据实际情况设定,且该上限值不小于该下限值。
优选地,还可以根据压缩天然气从加气装置中的排出量来控制斜盘在工作位置时与中间位置偏离的角度,从而使得液压动力单元200向气源单元100提供的高压液压介质的流量与从气源单元100排出的CNG的流量相适应。具体来说,可以根据CNG的排出量来确定需要由闭式泵220输出的高压液压介质的理论流量;并根据该理论流量,利用换向/位置控制阀230将斜盘的工作位置设置为与中间位置偏离预定角度。这样,通过随时改变闭式泵的排出流量,可以更好地确保注油状态的液压管路中的液压介质的压力不超过该压力上限值。当压缩天然气的排出量为0时,斜盘即转换到中间位置。
优选地,可在第一和第二液压管路250、260中分别设置一流量计253、263,用于检测流经对应液压管路中的液压介质的流量,并可将检测结果发送给控制单元300。优选地,流量计253、263采用高压流量计。
优选地,可在第一和第二液压管路250、260中分别设置一回油电磁阀254、264。回油电磁阀254/264一端连接在对应液压管路的流量计253/263与控制阀251/261之间,而另一端与油箱210相连通。打开回油电磁阀254/264可使得与液压管路250/260连接的钢瓶中的液压介质直接回到油箱210中。控制单元300分别电气连接各回油电磁阀,以分别控制其开闭。优选地,油箱210中设有压差开关212,用于检测油箱中液压介质的压力。当油箱210中液压介质的压力过大时,控制单元300可关闭相应的回油电磁阀254/264,以保证系统安全。
优选地,还可在第一和第二液压管路250、260中分别设置用于散热的换热器257、267。控制单元300电气连接各换热器,以分别控制其工作状态。举例来说,可以在液压管路250、260中分别设置温度变送器258、268,以检测对应液压管路中液压介质的温度。当检测到的温度超过一温度上限值时,控制单元300开启对应液压管路中的换热器以进行散热;当检测到的温度低于一温度下限值时,控制单元300关闭对应的换热器,以节约能源。其中,该温度上限值不小于该温度下限值。
优选地,第一和第二油口221、222分别通过单向阀256、266连接到供油管路240,从而使得液压介质只能从供油管路240流向第一、第二油口221、222而不会逆流。优选地,可在油箱210与该供油管路240之间设置一供油泵270,用于将油箱210中液压介质预加压后再提供给供油管路240。优选地,该供油管路240中设置有压力变送器241,用于检测供油管路240中的液压介质的压力。
闭式泵220在启动时,其斜盘被设置在中间位置。等启动运行平稳后,再将斜盘转换到其中一个工作位置,并打开液压管路250/260中的控制阀251/261被打开。优选地,在启动闭式泵之前,可以先关闭的控制阀251和261,并利用供油泵270将油箱210中的液压介质预加压后输送给供油管路240,并在压力变送器241检测到的压力到达一预定值后启动闭式泵。
优选地,可以在供油管路240中设置双筒过滤器242,以对供油管路240中的液压介质进行过滤。该双筒过滤器242上还可设置能够与控制单元300通讯的发讯器243。当双筒过滤器242的滤芯堵塞后,发讯器243会向控制单元300发出信号,以进行报警提示。
优选地,可以在供油管路240和油箱210之间并联一供油保护单向阀245,液压介质经由单向阀245只能从油箱210流向供油管路240。在供油管路240出现故障时,该单向阀245可起到供油保护作用,防止闭式泵220吸空。优选地,在供油管路240和油箱210之间还可并联一压力保持单向阀246。液压介质经由单向阀246只能从供油管路240流向油箱210。压力保持单向阀246中设有弹簧,以使供油管路240保持一定的压力。
另外,压缩天然气在与液压介质接触时,可能会微量溶解到液压介质中。而溶解在其中的天然气又容易气化,从而以气泡的形式夹带在液压介质中。液压介质中的气泡容易损坏闭式泵220。为了避免气泡对闭式泵的损坏,还可以在第一和第二液压管路250、260中分别设置一气泡消除装置259、269。
接下来结合图3,以闭式泵220的斜盘处于第一位置时为例,说明本发明的加气控制方法。此时,第一液压管路250处于注油状态而第二液压管路260处于回油状态。
随着闭式泵220的工作运行,处于回油状态的液压管路260中的液压介质会经由吸油口吸入该闭式泵(步骤S10)。
接下来,利用闭式泵220将吸入的液压介质加压到预定值,并将加压后的液压介质从压力油口排出到注油状态的液压管路250中(步骤S20)。其中,该预定压力值与存储在钢瓶中的压缩天然气的压力相当。
接下来,利用加压的液压介质对与注油状态的液压管路250相对应的一组钢瓶101中一个钢瓶130进行注油操作,并同时进行排气操作(步骤S30)。所述注油操作包括:打开钢瓶的注回油口132,将加压后的液压介质经由对应的注回油管路110从注回油口132注入该钢瓶中。所述排气操作包括:打开对应钢瓶的排气口134,利用所注入的液压介质将钢瓶中的压缩天然气从排气口134推出。
当注油状态的液压管路250中液压介质的流量到达第一预定流量(例如为钢瓶容积的95%)后,关闭对应钢瓶的排气口134以停止排气操作,并利用斜盘切换两个液压管路250和260的注油/回油状态,从而将对所述钢瓶的注油操作改变为回油操作(步骤S40)。在回油操作中,钢瓶中的液压介质返回与该钢瓶相对应的液压管路(即回油状态下的液压管路250)中。在回油操作结束后,关闭对应钢瓶的注回油口。
需要注意,在利用斜盘切换后,第一液压管路250处于回油状态而第二液压管路260处于注油状态。此时,重复上述步骤,可对与当前注油状态下的液压管路260相对应的那组钢瓶102中的一个钢瓶130进行注油操作。这样,即可从气源单元100的两组钢瓶101、102中轮流获取天然气。
接下来,以对第一组101中的钢瓶130进行回油操作为例,具体说明回油操作过程。此时,第一液压管路250处于回油状态;第二液压管路260处于注油状态,用于对第一组钢瓶101中的一个钢瓶130进行注油操作。
当处于回油状态的液压管路250中的液压介质的流量到达的第二预定流量(该第二预定流量小于该第一预定流量,例如为钢瓶容积的90%)后,利用控制单元300关闭该液压管路250中的控制阀251,并打开其回油电磁阀254,以使得该液压管路250中的剩余液压介质能经由回油电磁阀254返回油箱210。由于回油状态的液压管路250中的控制阀251已关闭,此时由供油管路240为闭式泵220提供的液压介质以继续对另一组钢瓶的注油操作。
当处于注油状态的液压管路260中的液压介质的流量到达第一预定流量时,关闭处于回油状态的液压管路250中的回油电磁阀254,并结束当前的回油操作,从而为切换两个液压管路的注油/回油状态做好准备。在改变两个液压管路的注油/回油状态之前,还需要开启当前处于回油状态下的液压管路250的控制阀251。
对第一组102中的钢瓶130的回油操作与对第一组的类似,这里不详细说明。优选地,在经由回油电磁阀254/264向油箱210回油的过程中,随时检测油箱210中液压介质的压力。当该压力高于一预定压力值时,关闭对应的回油电磁阀。
在利用供油管路240对气源单元100中的最后一个钢瓶进行注油操作时,可以对与该最后一个钢瓶不属于同一组的各钢瓶顺次进行二次回油操作。下面,以最后一个钢瓶属于第二组102为例进行说明。此时,第一液压管路250处于回油状态;第二液压管路260处于注油状态;且第一液压管路250中的控制阀25 1关闭。打开液压管路250的回油电磁阀254。对第一组101中的各钢瓶按照排气操作的现有顺序顺次进行二次回油操作,包括:打开对应钢瓶的注回油口132;使对应钢瓶中剩余的液压介质经由液压管路250回到油箱210中;以及在液压介质回净后关闭对应钢瓶的注回油口132。
接下来说明换车操作。换车操作包括两步。当第一组101中所有钢瓶的二次回油操作完毕后,关闭液压管路250的回油电磁阀254,然后将处于回油状态的液压管路250及相应的气动控制管路与当前的气源单元断开、并连接到下一气源单元的与第一组钢瓶相对应的注回油管路,从而完成换车操作的第一步。在当前气源单元中最后一个钢瓶的注油操作结束后,利用斜盘切换两个液压管路250、260的注油/回油状态,即可对下一气源单元的第一个钢瓶进行注 油操作、同时对当前气源单元中的最后一个钢瓶进行回油操作。此时,当前气源单元中最后一个钢瓶中的液压介质在被闭式泵加压后送至该下一气源单元的第一个钢瓶中。
在对当前气源单元中最后一个钢瓶的回油操作结束后,可以打开回油状态的液压管路(即260)的回油电磁阀(即264),对当前气源单元中的第二组钢瓶顺次进行二次回油操作。对第二组钢瓶的二次回油操作与对第一组的类似,这里不详细说明。
在第二组钢瓶的二次回油操作全部完毕后,关闭当前处于回油状态的液压管路260的回油电磁阀264,并将该液压管路260及相应的气动控制管路与当前的气源单元断开、并连接到下一气源单元中的另一个注回油管路,从而完成换车操作的第二步。
在本发明中,闭式泵220、换向阀230、控制阀251和261、回油电磁阀254和264、溢流阀255和265、单向阀256和266、温度变送器258和268、气泡消除装置259和269、以及供油泵270等均可由控制单元300进行控制,从而实现加气过程的自动化。
应当指出,虽然通过上述实施方式对本发明进行了描述,然而本发明还可有其它多种实施方式。在不脱离本发明精神和范围的前提下,熟悉本领域的技术人员显然可以对本发明做出各种相应的改变和变形,但这些改变和变形都应当属于本发明所附权利要求及其等效物所保护的范围内。