CN2777242Y

CN2777242Y - 天然气汽车常规加气站通用复合式压缩机

Info

Publication number: CN2777242Y
Application number: CN 200420042231
Authority: CN
Inventors: 高秀峰; 冯诗愚; 郁永章
Original assignee: Xian Jiaotong University
Current assignee: Xian Jiaotong University
Priority date: 2004-07-23
Filing date: 2004-07-23
Publication date: 2006-05-03
Anticipated expiration: 2014-07-23

Abstract

本实用新型公开了一种天然气汽车常规加气站及子站通用复合式压缩机，采用两列四缸往复结构，以实现四级压缩。一级缸和二级缸按传统的级差方式设置在一列，构成带平衡腔的低压列；三级缸和四级缸按倒级差方式设置在一列，该两级活塞合二为一，构成无平衡腔的高压列。两列可按对动式、角度式、立式、卧式等方案布置，压缩机采用有油或无油润滑，水冷、风冷或自然冷却。配以相应辅助部件的压缩机组通过控制阀组的切换，当用于常规加气站的时，四个气缸都工作，构成四级压缩机；当用于子站时，只有高压列的两个气缸工作，构成两级压缩机，满足车辆加气压力要求。该方案使一套压缩机组可适用于两种类型的天然气汽车加气站，拓宽了压缩机的适应性。

Description

天然气汽车常规加气站通用复合式压缩机

技术领域

本实用新型涉及一种压缩机，特别涉及一种天然气汽车常规加气站及子站通用复合式压缩机，该通用复合式压缩机既可用于从地下管网吸气的常规天然气加气站，实现四级压缩；又可用于从转运槽车吸气的天然气子站，实现两级压缩，满足车辆充装天然气燃料的压力要求。

背景技术

天然气汽车以压缩天然气为燃料，燃料气的充装需要在专门设立的天然气加气站进行，通过多级往复压缩机实现。天然气汽车的充装压力要求不低于20MPa，因而压缩机的排气压力多设计成25MPa。根据站区现场或附近是否有天然气管线，目前的天然气加气站主要有常规站和母子站两种建设方式。

一种是在有地下天然气管道的地面上设立的车辆加气站，压缩机可直接从地下天然气管道吸气用于充装车辆，这称为常规加气站或标准站。一般城市天然气管网的供气压力多在0.2MPa～0.5MPa之间，因而压缩机需要进行四级压缩方能满足车辆加气压力要求。常规站压缩机的匹配功率一般在100kW～160kW左右。

另一种是在无地下天然气管道的地面上设立的车辆加气站，这需要在有天然气管线的城市外围或天然气主管线上建立使用大型压缩机的母站，而在无管网通过的地方建立使用小型压缩机的子站。母站将管道天然气加压至22MPa～25MPa后充入带有大型瓶组的转运槽车，由转运槽车将压缩天然气运至子站，用于车辆加气。当槽车气瓶压力下降至不足以给车辆加气至要求压力时，由子站上设置的小型压缩机给槽车天然气增压至25MPa左右再充入车辆，这种加气站建设方式称为母子站。子站压缩机的匹配功率一般在22kW～75kW，一座母站一般可给不超过8个子站供气。转运槽车气瓶在子站放气的最低压力一般控制在不低于3MPa，以防气瓶疲劳损坏。因而子站压缩机的吸气压力在3MPa～20MPa区间，只需两级压缩或一级压缩即可。

城市天然气管网的建设多滞后于加气站的建设需求，因而在暂时还没有铺设地下管道的地方只能建设子站，但一般母子站运行方式较常规站运行方式单位供气量成本要高，所以加气站经营者希望日后站区铺设天然气管道后能将子站改成常规站。但由于常规站及子站压缩机不同的使用场合及差别较大的结构特点，使两种压缩机无法通用，依目前的产品水平，除非另购一台常规站压缩机。目前常规站压缩机与子站压缩机的造价一般相当，这带来投资压力及运行经济性问题。

发明内容

为解决目前产品常规站及子站压缩机无法通用，导致加气站在两种运行方式之间变化时所带来的投资、建设及运行成本增加的问题，本实用新型的目的在于，提供一种天然气汽车常规加气站及子站通用复合式压缩机，该压缩机既可用于常规站，也可用于子站，变换方便，无需改造。

为实现上述目的，本实用新型所采用的技术解决方案是，该用于天然气汽车常规加气站及子站的通用复合式压缩机，用三个气缸体、三个活塞、两根活塞杆及相应缸盖、缸座构成四个气缸工作腔，形成一个两列四级级差式活塞压缩机。

上述通用复合式压缩机的结构为往复活塞式，其特征在于，它包括：

第一气缸体、第二气缸体、第三气缸体；其中第一气缸体和第二气缸体同轴联接在一起；第一、第二、第三气缸体内分别安装有第一活塞、第二活塞、第三活塞；

第一活塞、第二活塞与第一、第二气缸体，及两端缸盖围成第一级气缸工作腔和第二级气缸工作腔；第三活塞与第三气缸体，及两端缸盖围成第三级气缸工作腔和第四级气缸工作腔；

第一气缸体内有盘形排气阀，第一气缸体的筒壁上靠近第二气缸体的部位开有一径向进气通孔，通孔与平衡腔相通；第一气缸体介于盘形排气阀和缸盖之间的部位还开有径向排气通孔；

第一活塞上有进气阀，进气阀与第一级气缸工作腔连通；

第三气缸体的筒壁上设置有第四级气缸工作腔的进气阀和排气阀，其一端缸盖上有第三级气缸工作腔的进气阀和排气阀；

第一活塞和第二活塞通过连接杆同轴联接在一起，第一活塞和第二活塞之间构成平衡腔；第一活塞或第二活塞与连接杆的非联接端面上同轴联接有从相应气缸工作腔端盖上穿出的活塞杆，构成低压列气缸组件；

第三活塞的一个端面上同轴联接有从第三气缸体的一个端盖上伸出的活塞杆，构成高压列气缸组件；

上述低压列气缸组件和高压列气缸组件按对动式或角度式或立式或卧式布置，共同构成天然气汽车常规加气站及子站通用复合式往复活塞压缩机。

复合式压缩机的润滑方式采用有油润滑或无油润滑；冷却方式采用水冷或风冷或自然冷却。

本实用新型的目的还可通过以下技术措施进一步实现：将所述低压列活塞杆联接在第二活塞上，并从二级工作腔端盖穿出，成为倒级差低压列气缸组件；或将所述低压列活塞杆联接在第一活塞上，并从一级工作腔端盖穿出，成为正级差低压列气缸组件；在所述第一气缸体筒壁上靠近第二气缸体的部位开设径向通孔，以使平衡腔与一级进气相通；将所述一级进气阀安装或直接制造在第一活塞上，形成使一级工作腔直接从平衡腔进气的直流级差结构；将所述第一气缸体同第二气缸体制成一体，以简化加工；将所述第一活塞和第二活塞的连接杆同所述低压列活塞杆制成一体，以简化设计；将所述第三活塞同与其联接的活塞杆制成一体，以简化设计；在所述的直流倒级差低压列气缸组件中，将一级排气阀制造成盘形，同轴安装在第一气缸体的内孔中远离主轴的一端，所述盘形一级排气阀的外圆柱面与所述第一气缸体的内壁形成密封配合，所述盘形排气阀靠第一级气缸工作腔端盖固定其轴向位置，所述第一气缸体筒壁上介于所述盘形排气阀及第一气缸体的缸盖之间的部位开有径向一级排气通道。

本实用新型所提供的复合式压缩机用于常规加气站时，通过机组系统阀组切换，使其从压力较低的地下管道吸气，两列四个气缸都工作，构成四级压缩机，满足车辆加气压力要求；用于子站时，通过机组系统阀组切换，从压力较高的转运槽车吸气，只有高压列的两个气缸工作，构成两级压缩机，满足车辆加气压力要求。压缩机按子站方式运行时，需拆除低压列的吸气阀或排气阀，使其空转，低压列运动部件只对高压列起到动力平衡的作用。

本实用新型的用于天然气汽车常规加气站及子站的通用复合式压缩机，同一套压缩机组既可用于常规加气站，又可用于子站，便于加气站经营者根据地下天然气管网的建设情况、管网及母站供气设备的故障情况、管道气和母站气的价格对比等因素随时改变加气站的运行方式，无需追加设备投资及改造机组。压缩机改变运行方式时，只需对压缩机进行简单人工或自动切换及调整即可实现。拓宽了压缩机及加气站的适应性，提高了加气站运行经济性，节省加气站建设及改造投资。

附图说明

本实用新型的部分代表性实施例附图如下：

图1是本实用新型低压列采用直流倒级差结构的对动式复合压缩机示意图。

图2是本实用新型低压列采用一般倒级差结构的对动式复合压缩机示意图。

图3是本实用新型低压列采用直流倒级差结构的L型复合式压缩机示意图。

图4是本实用新型低压列采用一般倒级差结构的L型复合式压缩机示意图。

图5是本实用新型有油润滑的复合式压缩机机组系统基本流程示意图。

图中部分标号所代表的零部件：51、52、53、54、55为气动控制阀，61、62、63、64、65为手动截止阀，71、72、73为单向阀，8为子站进气过滤器，9为常规站进气过滤器(兼用作子站停机卸载罐)，81为子站卸气柱阀门，91为常规站机组地下进气管道阀门，82为子站机组系统空气吹除口，92为常规站机组系统空气吹除口，10为机组工艺气出口。

下面结合附图对本实用新型的结构原理作进一步说明。

具体实施方式

图1～5为本实用新型的几个具体实施例。

附图1为本实用新型天然气汽车常规加气站通用复合式压缩机的第一实施例示意图。压缩机有三个气缸体，即第一、第二、第三气缸体14、24、34，三个活塞，即第一、第二、第三活塞13、23、33，两根活塞杆25、35。第一气缸体14和第二气缸体24同轴联接在一起，第一活塞13和第二活塞23通过连接杆26同轴联接在一起，并分别同轴置于相应气缸体内孔中，该列活塞杆25联接在第二活塞上，借以形成图示第一级工作腔1、第二级工作腔2及平衡腔16，构成倒级差低压列；平衡腔16通过第一气缸体侧壁上的径向进气通孔15与一级进气相通；进气阀11设置在第一活塞13上，使第一级工作腔1直接从其平衡腔16进气，构成直流压缩机；一级排气阀12为盘形，同轴安装在第一气缸体14远离主轴一端的内孔中，其外圆柱面与第一气缸体14的内壁形成密封配合，其在第一气缸体14中的轴向定位靠第一级工作腔端盖实现，一级排气通过第一缸体筒壁上的径向排气孔17排出气缸。第三活塞33同轴置于第三气缸体34中，一端与活塞杆35相连，借以形成图示的第三级工作腔3和第四级工作腔4，构成无平衡腔的倒级差高压列。高、低压两列气缸在主机中按对动方式布置。

附图2为本实用新型复合式压缩机的第二实施例示意图。同附图1所示实施例不同的是一级进气阀11、排气阀12均设计成传统结构，并按传统方式布置在气缸的侧面或端面，平衡腔16单纯用作平衡腔。该实施例除此之外的其他方面均与附图1所示实施例完全相同。

附图3为本实用新型复合式压缩机的第三实施例示意图。同附图1所示实施例不同的是高、低压两列气缸在主机中按L型方式布置。该实施例除此之外的其他方面均与附图1所示实施例完全相同。

附图4为本实用新型复合式压缩机的第四实施例示意图。同附图2所示实施例不同的是高、低压两列气缸在主机中按L型方式布置。该实施例除此之外的其他方面均与附图2所示实施例完全相同。

附图5为本实用新型有油润滑的一个机组系统实施例基本流程示意图。四个工作腔即第一级、第二级、第三级、第四级工作腔1、2、3、4构成一个两列四级压缩机。当压缩机按常规站方式运行时，气动控制阀51、53常闭，手动截止阀63、64常闭，手动截止阀61、62常开，用四个工作腔，即第一级、第二级、第三级、第四级工作腔1、2、3、4构成一个从地下管道吸气的四级压缩机。当压缩机按子站方式运行时，气动控制阀52常闭，手动截止阀61、62、65常闭，用第三、第四级工作腔3、4构成一个从转运槽车吸气的两级压缩机。机组按子站方式运行时，需要拆除一、二级缸的进气阀11、21或一、二级缸的排气阀12、22，使其空转。

机组按常规站方式运行时，压力较低的管道天然气经机组进口管道阀门91及机组进口气动控制阀52进入常规站进气过滤器9，净化后经四级压缩，通过机组出口气动控制阀55及单向阀72排出压缩机。手动截止阀65在机组正常运行时关闭，只在机组首次启动或维修后启动时开启用于吹除机组系统中的空气。气动控制阀54在机组每次启动阶段打开，使压缩机在较低的进气压力下打循环，直至各部件温升及润滑正常后关闭，使压缩机转入正常工作。

机组按子站方式运行时，来自转运槽车的3～20MPa的天然气经卸气柱阀门81及机组进口气动控制阀51进入子站进气过滤器8，净化后经两级压缩，通过机组出口气动控制阀55及单向阀72排出压缩机。手动截止阀64在机组正常运行时关闭，只在机组首次启动或维修后启动时开启用于吹除机组系统中的空气，手动截止阀63在子站机首次启动或维修后启动吹除系统空气时关闭，其他时间均常开。压缩机按子站方式运行时，当槽车压力较高时，如超过10MPa，实际上只需单级压缩，只有当槽车压力较低时，才需要两级压缩。对此，当槽车压力较高时，吸气会自动被三级缸直接压缩至机组终了压力，并经开启的手动截止阀63及单向阀71排至机组出口，而不经过四级缸，使压缩机变成单级压缩机，四级被旁通。子站压缩机的进气压力范围较宽，高压列的倒级差方案也使压缩机无法在较高的进气压力下以打循环的方式启动，因而需要设置一个高压气体放空罐9，在压缩机每次停机后，将各级缸头、进排气缓冲罐及冷却器和分离器内的高压气体释放到放空罐9中，并将压缩机与转运槽车及地面储气瓶组断开，使机组系统中维持一个较低的平衡压力，如3MPa左右，以便下次可在此较低的平衡压力下以打循环的方式启动机组。

压缩机组按子站方式运行时，操作方法如下：

①压缩机停机时，先关闭机组进口气动阀51，令压缩机继续抽吸各级进排气缓冲器及冷却器内的气体，直至一级进口压力降至1MPa左右，压缩机断电并关闭机组出口气动阀55，然后打开气动阀53、54，使机组系统压力平衡在3MPa左右。一定时间后，气动控制阀53、54自行关闭，使放空罐与系统断开，以免长时间停车其中气体通过压缩机填料泄漏。

②压缩机启动时，首先打开气动阀53、54，将放空罐接入系统。开启压缩机令其在停机卸载平衡压力下打循环，直至各部件温升及润滑正常后，打开机组出口气动阀55，关闭气动阀54，令压缩机将放空罐9内的气体抽送至地面瓶组，直至其内压力降至1MPa左右。打开机组进口气动阀51，关闭气动阀53，使放空罐与系统断开，压缩机开始从槽车吸气，进入正常工作。

机组系统中各级冷却器18、28、38、48即可采用风冷，也可采用水冷方式；若压缩机气缸部分无油润滑，则各级液气分离器19、29、39、49可从系统中省去。

以上介绍的一些优选实施例仅用于说明本实用新型，并非对本实用新型作任何形式上的限制，凡是依据本实用新型的技术方案对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本实用新型技术方案的范围。

Claims

1.一种用于天然气汽车常规加气站的通用复合式压缩机，其结构为往复活塞式，其特征在于，它包括：

第一气缸体(14)、第二气缸体(24)、第三气缸体(34)；其中第一气缸体(14)和第二气缸体(24)同轴联接在一起；第一、第二、第三缸体(14、24、34)内分别安装有第一活塞(13)、第二活塞(23)、第三活塞(33)；

第一活塞(13)、第二活塞(23)与第一、第二气缸体(14、24)、及两端缸盖围成第一级气缸工作腔(1)和第二级气缸工作腔(2)；第三活塞(33)与第三气缸体(34)、及两端缸盖围成第三级气缸工作腔(3)和第四级气缸工作腔(4)；

第一气缸体(14)内有盘形排气阀(12)，第一气缸体(14)的筒壁上靠近第二气缸体(24)的部位开有一径向进气通孔(15)，通孔(15)与平衡腔(16)相通；第一气缸体(14)介于盘形排气阀(12)和缸盖之间的部位还开有径向排气通孔(17)；

第一活塞(13)上有进气阀(11)，进气阀(11)与第一级气缸工作腔(1)连通；

第三气缸体(34)的筒壁上设置有第四级气缸工作腔(4)的进气阀(41)和排气阀(42)，其一端缸盖上有第三级气缸工作腔(3)的进气阀(31)和排气阀(32)；

第一活塞(13)和第二活塞(23)通过连接杆(26)同轴联接在一起，第一活塞(13)和第二活塞(23)之间构成平衡腔(16)；第一活塞(13)或第二活塞(23)与连接杆(26)的非联接端面上同轴联接有从相应气缸工作腔端盖上穿出的活塞杆(25)，构成低压列气缸组件；

第三活塞(33)的一个端面上同轴联接有从第三气缸体(34)的一个端盖上伸出的活塞杆(35)，构成高压列气缸组件；

2.如权利要求1所述的用于天然气汽车常规加气站的通用复合式压缩机，其特征在于，所述活塞杆(25)联接在第二活塞(23)上，并从第二级气缸工作腔(2)的端盖穿出，成为倒级差低压列气缸组件。

3.如权利要求1所述的用于天然气汽车常规加气站的通用复合式压缩机，其特征在于，所述活塞杆(25)联接在第一活塞(13)上，并从第一级工作腔(1)的端盖穿出，成为正级差低压列气缸组件。

4.如权利要求1所述的用于天然气汽车常规加气站的通用复合式压缩机，其特征在于，所述进气阀(11)安装或直接制造在第一活塞(13)上，形成第一级工作腔(1)直接从平衡腔(16)进气的直流级差结构。

5.如权利要求1所述的用于天然气汽车常规加气站的通用复合式压缩机，其特征在于，所述第一气缸体(14)同第二气缸体(24)制成一体。

6.如权利要求1所述的用于天然气汽车常规加气站的通用复合式压缩机，其特征在于，所述连接杆(26)同活塞杆(25)制成一体。

7.如权利要求1所述的用于天然气汽车常规加气站的通用复合式压缩机，其特征在于，所述第一活塞(13)同第二活塞(23)之间采用刚性联接或柔性联接。

8.如权利要求1所述的用于天然气汽车常规加气站的通用复合式压缩机，其特征在于，所述第三活塞(33)同活塞杆(35)制成一体。

9.如权利要求1所述的用于天然气汽车常规加气站的通用复合式压缩机，其特征在于，所述盘形排气阀(12)同轴安装在第一气缸体(14)的内孔中远离主轴的一端，所述盘形排气阀(12)的外圆柱面与第一气缸体(14)的内壁形成密封配合，盘形排气阀(12)靠第一级气缸工作腔(1)的端盖固定其轴向位置。

10.如权利要求1～9其中之一所述的用于天然气汽车常规加气站的通用复合式压缩机，其特征在于，复合式压缩机的润滑方式采用有油润滑或无油润滑；冷却方式采用水冷或风冷或自然冷却。