CN102108957A

CN102108957A - 一种橇装式cng压缩机组

Info

Publication number: CN102108957A
Application number: CN2009102650272A
Authority: CN
Inventors: 刘一维; 邵盛积
Original assignee: SICHUAN ENPU ENERGY AND POWER EQUIPMENT CO Ltd
Current assignee: SICHUAN ENPU ENERGY AND POWER EQUIPMENT CO Ltd
Priority date: 2009-12-29
Filing date: 2009-12-29
Publication date: 2011-06-29

Abstract

本发明公开一种橇装式CNG压缩机组，有固定在橇座上的PLC仪表控制柜、电机、冷风机、换热器、曲轴箱、贮液罐，其中曲轴箱中的曲轴一端伸出曲轴箱外与电机连接，特征是：曲轴箱与气缸形成一体构成一腔为压缩气缸、另一腔为曲轴箱的一体化密闭压缩机；曲轴箱中连杆，一端连接曲轴、另一端连接气缸活塞；气缸顶部有进、排气阀，分别与进、排气管路连接；曲轴箱上有漏气回收管路与气缸进气管路连接，而气缸排气管路通过气液分离器将分离出的气体充瓶，液体进入贮液罐。设置在橇座上呈立式一级，卧式两级的三级主机，有共同的曲轴箱和各自的压缩气缸，冷风机和换热器共用。优点是低能耗、零泄漏、环保好、高可靠性、占地面积小、运行成本低。

Description

一种橇装式CNG压缩机组

技术领域

本发明涉及CNG压缩机，确切说是涉及创新一种效率高、能耗低、实现零泄漏、智能化控制、成本低的CNG压缩机。CNG为“压缩天然气”的英文缩写，CNG压缩机主要用于为天然气汽车加气站加压充气。此外亦可用于石油、化工、矿山等部门，作为压缩天然气、氮气、空气、氮氢气、二氧化碳、丙烷等多种气体的生产工艺设备。

背景技术

在当今世界范围内大力提倡使用清洁能源，以应对改善全球气候变暖严峻形势的挑战下，我国政府积极对能源政策和结构及时作出重大调整。一方面鼓励开发新型环保型能源，另一方面对以往普遍使用的碳、烃能源结构进行调整：限制高碳能源，发展低碳能源。天然气因其主要成分为甲烷(CH₄)而成为碳、烃低碳能源的首选。因此，近年来压缩天然气作为一种低碳型绿色环保能源，用以取代以往高碳型汽车燃料的产业，在我国乃至世界范围发展迅猛，并已取得良好的经济效益和社会效益。

与西方欧美发达国家相比，我国的CNG汽车和与之相关的CNG加气站技术起步较晚，目前的CNG汽车保有量暂居世界第五位；作为CNG汽车加气站的核心设备——CNG压缩机，国内产品的技术水平也相对落后。这主要是由于目前国产CNG压缩机，大多是各压缩机生产厂家，在原空压机或化工工艺压缩机基础上改制演变而来的。与先进国家生产的专用CNG压缩机相比，其主要差距表现为：效率低、能耗高、易损件寿命短、泄漏量多、噪声大、占地面积大、不重视冷却和分离系统等辅机技术的优化、自控程度不高等，从而不仅造成用户投资和运行成本高，而且对安全生产和环保也构成威胁。如果直接进口国外先进的CNG压缩机，其价格是同类型国产机组的两倍以上，成本很高。所以，尽快研制出既能弥补上述技术缺陷又能降低制造成本，质优价廉的国产CNG压缩机组，是今后大力推广CNG低碳型绿色环保能源广泛应用的关键和保障。

目前市场销售在用的CNG压缩机组，其主机包括有容装润化油的非密闭曲轴箱、曲轴的一端伸出曲轴箱外与驱动电机连接，装于曲轴箱中的连杆一端连接曲轴而另一端连接曲轴箱瓶颈中的十字头，十字头另一端连接活塞杆，活塞杆的另一端装有活塞置于气缸内，该气缸被活塞分隔成上、下两个压缩腔，在下压缩腔的底部分别设置有吸气阀与排气阀，两阀分别通过管路连接气缸的进气管路及排气管路，在气缸的上压缩腔顶部也分别设置有吸气阀与排气阀，两阀分别连接气缸的进气管路及排气管路，在位于气缸与曲轴箱间的活塞杆上装有由多组密封环构成的紧箍在该活塞杆上的密封填料，该密封填料的顶端与气缸底部的活塞杆出口对接，而该密封填料的中部设置有泄漏气体返回管与气缸的进气管路连接，密封填料的下部设置有泄漏剩余气体排放到大气的放空口。

这种传统的活塞式压缩机，采用气缸与曲轴箱通过活塞杆、十字头与曲轴连杆连接的双作用结构，其突出缺点是：活塞杆与密封填料的间隙存在不可克服的气体泄漏，导致压缩机能耗高、效率低，对环境造成污染；活塞杆与密封填料间的往复运动摩擦使它们成为易损件使用寿命短；由于具有体积大的气缸与曲轴箱，其组成结构复杂维护成本高；压缩机运行噪声大、占地面积大。

发明内容

本发明的目的在于：针对目前我国CNG压缩机产品效率低、能耗高、易损件寿命短、泄漏量多、噪声大、占地面积大、配套辅机技术落后、自控程度不高的现状，提供一种可基本实现零泄漏、结构简单紧凑、运行稳定可靠、效率高、能耗低、智能化PLC控制的橇装式CNG压缩机组。

本发明的目的是通过实施下述技术方案来实现的：

一种橇装式CNG压缩机组，包括有固定在橇座上的PLC仪表控制柜、电机、电机驱动的冷风机、换热器、曲轴箱、贮液罐，其中所述曲轴箱中的曲轴一端伸出曲轴箱外与电机连接，其特征在于：曲轴箱与气缸形成一体，构成一腔为压缩气缸、另一腔为曲轴箱的一体化密闭压缩机；位于曲轴箱中的连杆，一端连接曲轴的轴頸、另一端连接压缩气缸中的活塞；压缩气缸顶部设置有进气阀与排气阀，分别与进气管路、排气管路连接；曲轴箱壁面上设置有漏气回收管路与压缩气缸的进气管路连接，而压缩气缸的排气管路通过气液分离器将分离出的气体充瓶，而液体进入贮液罐。

所述设置在压缩气缸顶部的进气阀与排气阀，为一个由进、排气阀组成的组合式结构的进、排气阀。

所述在与压缩气缸进气管路连接的漏气回收管路上设置有单向阀。

所述曲轴箱与压缩气缸形成一体，构成一腔为压缩气缸、另一腔为曲轴箱的一体化密闭压缩机，在橇座上的布置呈倒T型三级：立式一级，卧式两级，具有共同的曲轴箱和驱动电机及各自的压缩气缸的三级结构主机。

所述在橇座上布置的呈倒T型三级：立式一级，卧式两级，具有共同曲轴箱和驱动电机及各自的压缩气缸的三级结构主机，具有共同的冷风机和换热器。

本发明的优点在于：

1、本发明CNG压缩机结构紧凑，占地面积及空间小：由于将曲轴箱与气缸合成一体，去掉了传统压缩机曲轴箱瓶颈中的十字头、活塞杆及紧箍在活塞杆上的密封填料，使机组结构大为简化，故其卧式列和立式列的尺寸都比较紧凑，使机组的占地面积和空间高度会更小。这不仅有利于机组整体成橇布置和运输，而且在现代城市寸土寸金的情况下，也为用户节约了基建初投资。

2、基本实现低压天然气的零泄漏：由于突破了活塞式压缩机双作用结构的传统设计，借鉴内燃机成熟的曲柄连杆结构形式，大胆将曲轴箱与气缸构成一体化的密闭腔体，克服了传统CNG压缩机曲轴箱因不封闭而往大气中排放油气，活塞杆与密封填料间隙存在泄漏气体的弊端，使高压型活塞压缩机的气缸密封变得简单容易，将难以处理的活塞杆与密封填料间的滑动密封，用一体化的曲轴箱的静密封和选择合理优质的轴封，即可以保障曲轴箱内的低压天然气不外泄并方便地被全部回收，基本可以实现天然气的零泄漏，使CNG加气站闻不到天然气泄漏的异味，从而很好解决了我国大多数CNG压缩机泄漏严重而又无法回收低压泄漏的天然气问题。

3、低能耗：首先，由于取消了传统结构形式中的十字头和活塞杆等，减少了往复惯性质量，加之主轴轴承采用滚动轴承，从而降低了机组内部消耗的摩擦功；其次，因可达到基本无泄漏，大大提高了机组的输气效率；同时，压缩机组所配置的风冷器和油泵的动力直接来自主机的驱动电机，机组只需配置一台主电机即可；而通常带十字头连杆的压缩机则往往需要配置数台电机：一台压缩机主电机；如采用风冷至少还需一台风冷器电机(水冷则需配置水泵电机、循环水风机电机)；一台润滑(气缸、十字头和曲轴径)油泵电机，从而增加了机组配置电机的总容量和功率传动损失。

4、震动小、降低了噪声污染：由于取消了传统结构形式中的十字头和活塞杆，减少了往复惯性力，加之主轴采用滚动轴承支撑，机组平衡性好且运行平稳，故机组基础只需要一般压缩机基础的30％即可；这样，在给业主节约初投资的同时，由于良好的减震既减少了系统运行过程中漏气的可能性，也降低了噪声的污染。

5、低故障率，高可靠性：一般活塞式压缩机的故障率主要取决于其三大易损件：气阀、填料、活塞环的寿命。本专利产品首先由于取消了十字头和活塞杆，从而省去了填料配置；余下两种易损件：①气阀；如前所述，气阀为压缩机气缸入口和出口都采用同一个进、排气阀组成一体的组合阀。由于压缩机排气温度比较高而吸气温度比较低，往往排气阀的工作条件比较恶劣而更易损坏；但连体组合阀的设计使高温的排气阀能得到相应的进气冷却，从而延长了压缩机气阀的使用寿命，此为其一；同时，本机每一个气缸只设置一个气阀(一般普通的十字头压缩机每个气缸要设置2～4个气阀)，不仅减少了故障发生率，而且减少了更换工作量和费用。②活塞环；采用少油润滑的组合式活塞环结构，并通过油泵进行内部少量润滑，使活塞环的工作状态得到改善，增加使用寿命。

6、低运行成本：①节约泄漏损失：使用十字头连杆设计的压缩机因为曲轴箱不承压，所以至少有2％的压缩天然气泄漏；当密封填料和气缸磨损后，泄漏的比例甚至更大。这些泄漏的压缩天然气，当压力高于进口压力时还可以通过回收系统进行回收，但低于进口压力时，就无法回收而只能放散掉。本案设备由于采用曲轴箱全密封，可将所有内泄漏的天然气全部实行循环回收，从而避免了天然气资源的外泄漏损失。②减少润滑油消耗：如前所述，本案产品因取消了十字头和活塞杆及其密封填料等润滑件，加之活塞环采用少油润滑结构，从而较一般十字头连杆式的压缩机，大大减少了润滑油耗量和润滑油分离回收成本。经测算，本案压缩机的润滑油使用量通常是其它机组的1/3。③结构简单故障率低，易损件少且寿命长，节约维修费用。④能耗指标较低，直接节约了运行费用。

7、利于环保：因为没有泄漏，不会造成环境污染和安全生产事故隐患；因为震动小运转平稳，使机组对周围环境的影响可最大限度的降低(无需设置隔音房情况下，可望将1米噪声降到75分贝以下)；因为气缸采用少油润滑，CNG中的含油量经过逐级分离过滤可达2PPm，保证用户使用安全。

综上所述本发明设备最大的创新在于：对主机的设计突破了活塞式压缩机通常采用双作用结构的传统理念，而借鉴内燃机成熟的曲柄连杆结构形式，取消十字头；同时又糅合了螺杆压缩机的主轴传动方式，变滑动轴承为滚动轴承和轴封；从而方便地将活塞式压缩机高压动密封的老大难问题，改善为对曲轴箱的低压静密封，使得严重的泄漏问题得以解决。在此基础上，同时对气阀和活塞环等的结构改进也就不难实施了。此外，对冷却方式、凝析液的分离过滤等辅机部分也作了针对性的有益改进。因此，本橇装式CNG压缩机组，不失为一种高效、节能、环保、优质的CNG汽车加气站压缩机组。

附图说明

图1为本发明单级CNG压缩机结构示意图

图2为现有CNG压缩机结构示意图

图3为本发明具有三级组合CNG压缩机组结构主视图

图4为本发明具有三级组合CNG压缩机组结构左视图

图5为本发设置在压缩气缸顶部的组合式进、排气阀结构示意图

图中标记：1为曲轴，2为连杆，3为曲轴箱，4为压缩气缸活塞，5为压缩气缸，6为压缩气缸顶部的进气阀，7为压缩气缸顶部的排气阀，8为漏气回收管路，9为漏气回收管路上的单向阀，10为压缩气缸顶部与进气阀连接的进气管路，11为压缩气缸顶部与排气阀连接的排气管路，12为气缸上压缩腔，13为气缸下压缩腔，14为气缸上压缩腔进气阀，15为气缸上压缩腔排气阀，16为气缸下压缩腔进气阀，17为气缸下压缩腔排气阀，18为活塞杆上的密封填料，19为活塞杆，20为曲轴箱瓶颈中的十字头，21为与气缸下压缩腔底部进气阀连接的进气管路，22为与气缸下压缩腔底部排气阀连接的排气管路，23为连接密封填料和气缸上腔进气管路的泄漏气体回收管，24为停机时卸截一级气缸剩余气体的卸截管，25为一级气缸进气管路，26为一级气缸，27为一级气缸排气管路，28为二级气缸进气管路，29为二级气缸排气管路，30为二级气缸，31为三级气缸，32为三级气缸排气管路，33为三级气缸进气管路，34为储液罐，35为气液分离器，36为驱动电机，37为冷风机，38为风冷换热器，39为PLC仪表控制柜，40为橇座，41为组合式进排气阀的排气阀片，42为组合式进排气阀的排气口，43为组合式进排气阀的进气阀片，44为组合式进排气阀的进气口，45为板式弹簧，46为组合式进排气阀的阀座。

具体实施方式

实施例：主机为具有一立两卧倒T型三级压缩机构的橇装式CNG压缩机组

下面结合图3、图4对本发明CNG压缩机组作详细描述：

主机具有一立两卧倒T型三级压缩机构的橇装式CNG压缩机组，包括有分别固定在橇座40上的PLC仪表控制柜39、驱动电机36、电机36驱动的冷风机37、风冷换热器38、曲轴箱3、贮液罐34；其中曲轴箱3中的曲轴1，一端伸出曲轴箱3外与驱动电机36连接；曲轴箱3与三个倒T型布置的压缩气缸形成一体，构成有三个压缩气缸、公共曲轴箱3的一体化密闭倒T型压缩机主机；位于密闭曲轴箱3中的连杆2为3件连杆，每件的一端连接曲轴1的轴頸，另一端分别连接三个压缩气缸中的三个活塞4；每个压缩气缸顶部设置有一体化的组合式进气与排气阀，分别与进气管路、排气管路连接，具体是：一级气缸进气管路25、一级气缸排气管路27，通过所述组合阀与一级气缸26连接；二级气缸进气管路28、二级气缸排气管路29，通过所述组合阀与二级气缸30连接；三级气缸进气管路33、三级气缸排气管路32，通过所述组合阀与三级气缸31连接；曲轴箱3壁面上设置有一支漏气回收管路与一级压缩气缸26的进气管路25连接；每级压缩气缸的排气管路通过各级的气液分离器，将分离出的液体引入共用的贮液罐34，而每级分离出的气体依次进入下级压缩气缸，第三级气液分离器35分离出的CNG气体直接充瓶。

所述在橇座上布置的呈倒T型三级：立式一级，卧式两级的主机，具有共同的冷风机37和风冷换热器38。

本例橇装式CNG压缩机组参数：

供气量：600Nm³/h(0.1303MPa 20℃下)

排气量：1.11m³/min

进气压力：0.8MPa(G)

排气压力：25MPa(G)

级数：3级

电机功率：110KW。

Claims

1.一种橇装式CNG压缩机组，包括有：固定在橇座(40)上的PLC仪表控制柜(39)、电机(36)、电机(36)驱动的冷风机(37)、风冷换热器(38)、曲轴箱(3)、贮液罐(34)，其中所述曲轴箱(3)中的曲轴(1)一端伸出曲轴箱(3)外与电机(36)连接，其特征在于：曲轴箱(3)与气缸(5)形成一体，构成一腔为压缩气缸、另一腔为曲轴箱的一体化密闭压缩机；位于曲轴箱(3)中的连杆(2)，一端连接曲轴(1)的轴頸、另一端连接压缩气缸(5)中的活塞(4)；压缩气缸(5)顶部设置有进气阀(6)与排气阀(7)，分别与进气管路(10)、排气管路(11)连接，曲轴箱(3)壁面上设置有漏气回收管路(8)与压缩气缸(5)的进气管路(10)连接，而压缩气缸(5)的排气管路(11)，通过气液分离器将分离出的气体充瓶，而液体进入贮液罐(34)。

2.按照权利要求1所述的橇装式CNG压缩机组，其特征在于：所述设置在压缩气缸(5)顶部的进气阀(6)与排气阀(7)，为一个由进、排气阀组成的组合式结构的进、排气阀。

3.按照权利要求1所述的橇装式CNG压缩机组，其特征在于：所述在与压缩气缸(5)进气管路(10)连接的漏气回收管路(8)上设置有单向阀(9)。

4.按照权利要求1所述的橇装式CNG压缩机组，其特征在于：所述曲轴箱与压缩气缸形成一体，构成一腔为压缩气缸(5)、另一腔为曲轴箱(3)的一体化密闭压缩机，在橇座(40)上的布置呈倒T型三级：立式一级，卧式两级，具有共同的曲轴箱(3)和驱动电机(36)及各自的压缩气缸的三级结构主机。

5.按照权利要求4所述的橇装式CNG压缩机组，其特征在于：所述在橇座(40)上布置的呈倒T型三级：立式一级，卧式两级，具有共同曲轴箱(3)和驱动电机(36)及各自的压缩气缸的三级结构主机，具有共同的冷风机(37)和风冷换热器(38)。