专利名称：节能型天然气汽车加气子站压缩机的制作方法
技术领域：
本实用新型属于活塞式压缩机，特别涉及一种专用于压缩天然气汽车加气子站的可变工况的活塞式压缩机。
背景技术：
天然气汽车加气子站用的活塞式压缩机用来将母站运来的拖车储气装置中的天然气，经过再压缩储存在本地高压储气装置中或充于汽车钢瓶中。由于在压缩过程中拖车储气装置的天然气压力逐渐由大变小，而且变化范围很大，而一般的活塞式压缩机，通常能适应的进气压力波动范围很小(±20％)，因而不能稳定工作。为了使活塞式压缩机能稳定工作，现有的技术解决方案是设置一个减压装置，使拖车储气装置的天然气压力减至一个固定的低压，然后再通过压缩机进行压缩增压。由于压缩气体所需的能量是与进、排气的压力比成正比的，将高压气体降压后再进行压缩，势必造成能源的巨大浪费，而且由于减压导致气体温度陡降，在冬天会产生阀门冰堵塞等故障。
发明内容
本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种节能效果显著而又能适应进气压力大范围变化的活塞式压缩机，以满足天然气汽车加气子站的需要。
本实用新型的技术方案充分利用了拖车储气装置中天然气自身的势能，根据用户对拖车储气装置残余气体量的要求确定气体的压缩级数(压缩机的工作级数)和气体的流路，通过合理分配各级压力比，确定各气动阀门的开启与关闭压力，从而使压缩机实现全部卸荷、以及从一级压缩到多级压缩等不同工作状态的变化。
本实用新型所述的天然气汽车加气子站压缩机，主要由活塞式压缩机、压力传感器、气动阀门、单向阀、冷却器组合而成；压力传感器设置在压缩机的主进气管路上，测量来自拖车储气装置的压缩机进口压力变化；连接活塞式压缩机气缸的管路至少并联有两条旁通管路，其中一条旁通管路的一端与主进气管路连接，另一端与主排气管路连接，其余旁通管路的一端均与主进气管路连接，另一端分别与活塞式压缩机气缸的进气口连接；单向阀串接在上述活塞式压缩机气缸排气管路的终端，并与连接于主进气管路和主排气管路的旁通管路并联；冷却器连接在活塞式压缩机气缸的排气管路上；气动阀门分别设置在活塞式压缩机气缸的进气管路、排气管路及旁通管路上。当进气压力大于或等于所设定的直接充气压力时，连接于主进气管路和主排气管路的旁通管路上的气动阀门开启，其余气动阀门关闭，压缩机不起动，气源通过连接于主进气管路和主排气管路的旁通管路与储气装置或汽车直接连通。当进气压力小于所设定的直接充气压力、大于或等于所设定的最小吸气压力时，连接于主进气管路和主排气管路的旁通管路上的气动阀门关闭，压缩机工作，其余气动阀门按所设定的压缩级数切换压力开启或关闭，将来自气源的天然气进行一级压缩或多级压缩后输送给储气装置或汽车。当进气压力小于所设定的最小吸气压力时，压缩机停车。
压缩机的直接充气压力为20MPa，最小吸气压力为0.5MPa，吸气压力变化范围小于20MPa、大于或等于0.5MPa。
活塞式压缩机可以是单列、两列或两列以上的压缩机，但最好是两列、两气缸的压缩机，压缩机的工作级数为2～4级。
气动阀门的开启或关闭既可人工控制，又可自动控制，从提高效率、便于操作考虑，通常采用自动控制。实现自动控制的技术方案是气动阀门选用先导电磁阀控制的气动阀门，各气动阀门的开启或关用可编程控制器(PLC)控制，可编程控制器的输入接口与压力传感器的输出端连接，其输出接口与各气动阀门的先导电磁阀连接，根据接收到的压力检测信号，按已设定的工作流程和安全连锁程序控制相关气动阀门的开启或关闭，自动实现变工况下的压缩和开、停机。
本实用新型具有以下有益效果1、进气压力的变化范围在0.5～20MPa内均能稳定地工作。
2、由于允许的最大进气压力很高，所以在同样功率情况下，平均气量大大高于经减压后进行压缩的固定进气压力子站压缩机，节能效果十分显著。例如与常见的0.8MPa进气子站压缩机相比，平均气量提高十倍以上，平均功率低30％以上，节能60％以上。
3、结构简单，易于制作，操作方便。
图1是两列、两缸活塞式压缩机的一种结构简图；
图2是本实用新型所述的节能型天然气汽车加气子站压缩机的一种气路结构图，压缩机的工作级数为2级；图3是本实用新型所述的节能型天然气汽车加气子站压缩机的另一种气路结构图，压缩机的工作级数为3级；图4是本实用新型所述的节能型天然气汽车加气子站压缩机的又一种气路结构图，压缩机的工作级数为4级；图5是自动控制系统的方框图。
图中，1-电机、2-曲轴连杆机构、3-气缸、4-气缸、5-压力传感器、6-气动阀门、7-冷却器、8-气动阀门、9-单向阀、10-气动阀门、11-气动阀门、12-旁通管路、13-旁通管路、14-气动阀门、15-气动阀门、16-旁通管路、17-气动阀门、18-旁通管路、19-气动阀门。
具体实施方式
实施例1本实施例中的天然气汽车加气子站压缩机主要由活塞式压缩机、压力传感器5、气动阀门6、8、10、11及单向阀9、冷却器7、可编程控制器组合而成。活塞式压缩机为两列、两气缸的压缩机，如图1所示；压缩机的气路结构如图2所示，压力传感器5设置在压缩机的主进气管路上，连接活塞式压缩机气缸3、气缸4的管路并联有旁通管路12、旁通管路13，旁通管路12的一端与主进气管路连接，另一端与主排气管路连接，旁通管路13的一端与主进气管路连接，另一端与活塞式压缩机气缸4的进气口连接，单向阀9串接在上述活塞式压缩机气缸排气管路的终端，并与连接于主进气管路和主排气管路的旁通管路12并联，冷却器7连接在活塞式压缩机气缸3、气缸4的排气管路上，气动阀门6、8、10、11分别设置在活塞式压缩机气缸的进气管路、排气管路及旁通管路上；气动阀门6、8、10、11均为先导电磁阀控制的气动球阀，由可编程控制器(PLC)控制其开启或关闭，自动控制系统的结构如图5所示，可编程控制器的输入接口与压力传感器5的输出端连接，其输出接口与各气动阀门的先导电磁阀连接。
本实施例中，压缩机的工作级数为两级，可编程控制器设定的直接充气压力PZ为20MPa，两级压缩切换压力PQ为7.5MPa，最小吸气压力Pmin为3MPa。当进气压力≥PZ时，气动阀门11打开，其余气动阀门6、8、10均关闭，压缩机不起动，从拖车储气装置来的天然气通过旁通管路12，从进气端直接通向排气口，实现直充。当PQ≤进气压力＜PZ时，气动阀门11关闭，气动阀门6、8、10打开，此时，气缸4工作，而气缸3由于进、排气口压力相等而处于卸荷状态，压缩机处于一级压缩状态。当Pmin≤进气压力＜PQ时，气动阀门10、11关闭，气动阀门6、8打开，气缸3与气缸4都工作，切换成两级压缩状态。当进气压力＜Pmin时，压缩机停车。
实施例2本实施例中的天然气汽车加气子站压缩机主要由活塞式压缩机、压力传感器5、气动阀门6、8、10、11、14、15及单向阀9、冷却器7、自动控制装置组合而成。活塞式压缩机为两列、两气缸的压缩机，如图1所示；压缩机的气路结构如图3所示，压力传感器5设置在压缩机的主进气管路上，气缸3为双作用缸，气缸4为倒级差缸，连接气缸3、气缸4的管路并联有旁通管路12、旁通管路13、旁通管路16，旁通管路12的一端与主进气管路连接，另一端与主排气管路连接，旁通管路13和旁通管路16的一端均与主进气管路连接，另一端分别与气缸4的不同进气口连接，单向阀9串接在上述活塞式压缩机气缸排气管路的终端，并与连接于主进气管路和主排气管路的旁通管路12并联，冷却器7连接在活塞式压缩机气缸3、气缸4的排气管路上，气动阀门6、8、10、11、14、15分别设置在活塞式压缩机气缸的进气管路、排气管路及旁通管路上；气动阀门6、8、10、11、14、15均为先导电磁阀控制的气动球阀，由可编程控制器(PLC)控制其开启或关闭，自动控制系统的结构如图5所示，可编程控制器的输入接口与压力传感器5的输出端连接，其输出接口与各气动阀门的先导电磁阀连接。
本实施例中，压缩机的工作级数为三级，可编程控制器设定的直接充气压力PZ为20MPa，两级压缩切换压力PQ1为7.5MPa，三级压缩切换压力PQ2为2.0MPa，最小吸气压力Pmin为0.8MPa。当进气压力≥PZ时，气动阀门11打开，其余气动阀门关闭，压缩机不起动，天然气通过旁通管路12从拖车储气装置直接向压缩机排气端送气，实现直充。当PQ1≤进气压力＜PZ时，气动阀门11关闭，其余气动阀门打开，天然气经气动阀门14进入气缸4轴侧工作腔进行压缩，气缸4的盖侧进、排气口及气缸3的所有进、排气口压力都与进气压力相等，处于卸荷状态，压缩机处于一级压缩状态。当PQ2≤进气压力＜PQ1时，气动阀门11、14关闭，其余气动阀门打开，天然气经气动阀门10进到气缸4盖侧工作腔，通过气缸4盖侧与轴侧两级压缩后排出，压缩机处于两级压缩状态。当Pmin≤进气压力＜PQ2时，气动阀门10、11、14关闭，其余气动阀门打开，气缸3、气缸4均投入工作，压缩机处于三级压缩状态。当进气压力＜Pmin时，压缩机停车。由于采用最多三级压缩，因此，本例的停车压力Pmin比实施例1低，拖车储气装置的残余天然气量比实施例1更少。
实施例3本实施例中的天然气汽车加气子站压缩机主要由活塞式压缩机、压力传感器5、气动阀门6、8、10、11、14、15、17、19及单向阀9、冷却器7、自动控制装置组合而成。活塞式压缩机为两列、两气缸的压缩机，如图1所示；压缩机的气路结构如图4所示，压力传感器5设置在压缩机的主进气管路上，气缸3、气缸4均为倒级差缸，连接气缸3、气缸4的管路并联有旁通管路12、旁通管路13、旁通管路16、旁通管路18，旁通管路12的一端与主进气管路连接，另一端与主排气管路连接，旁通管路13和旁通管路16的一端均与主进气管路连接，另一端分别与气缸4的不同进气口连接，旁通管路18的一端与主进气管路连接，另一端与气缸3的进气口连接，单向阀9串接在上述活塞式压缩机气缸排气管路的终端，并与连接于主进气管路和主排气管路的旁通管路12并联，冷却器7连接在活塞式压缩机气缸3、气缸4的排气管路上，气动阀门6、8、10、11、14、15、17、19分别设置在活塞式压缩机气缸的进气管路、排气管路及旁通管路上；气动阀门6、8、10、11、14、15、17、19均为先导电磁阀控制的气动球阀，由可编程控制器(PLC)控制其开启或关闭，自动控制系统的结构如图5所示，可编程控制器的输入接口与压力传感器5的输出端连接，其输出接口与各气动阀门的先导电磁阀连接。
本实施例中，压缩机的工作级数为四级，可编程控制器设定的直接充气压力PZ为20MPa，两级压缩切换压力PQ1为7.5MPa，三级压缩切换压力PQ2为3.0MPa，四级压缩切换压力PQ3为1.2MPa，最小吸气压力Pmin为0.5MPa。当进气压力≥PZ时，气动阀门11打开，其余气动阀门关闭，压缩机不起动，天然气通过旁通管路12从拖车储气装置直接向压缩机排气端送气，实现直充。当PQ1≤进气压力＜PZ时，气动阀门11关闭，其余气动阀门打开，气缸4轴侧工作腔工作，压缩机处于一级压缩状态。当PQ2≤进气压力＜PQ1时，气动阀门11、14关闭，其余气动阀门打开，天然气经气动阀门10进入气缸4盖侧，经过盖侧与轴侧两级压缩后排出，气缸3各进、排气口压力均相等，处于卸荷状态，压缩机处于二级压缩状态。当PQ3≤进气压力＜PQ2时，气动阀门10、11、14关闭，其余气动阀门打开，天然气通过气动阀门17进入气缸3轴侧，经气缸3轴侧、气缸4盖侧及气缸4轴侧三级压缩后排出，气缸3盖侧进、排气口压力相等处于卸荷状态，压缩机处于三级压缩状态。当Pmin≤进气压力＜PQ3，气动阀门10、11、14、17关闭，其余气动阀门打开，天然气经气动阀门6进入气缸3的盖侧、经气动阀门8进入气缸3的轴侧、经气动阀门19进入气缸4的盖侧、经气动阀门15进入气缸4的轴侧，实现四级压缩。当进气压力＜Pmin时，压缩机停车。由于为四级压缩，本例的停车压力更低，残留于拖车储气装置中的天然气更少。
权利要求1.一种节能型天然气汽车加气子站压缩机，主要由活塞式压缩机、压力传感器(5)、气动阀门、单向阀(9)、冷却器(7)组合而成，其特征在于压力传感器(5)设置在压缩机的主进气管路上，连接活塞式压缩机气缸(3)(4)的管路至少并联有两条旁通管路，其中一条旁通管路(12)的一端与主进气管路连接，另一端与主排气管路连接，其余旁通管路的一端均与主进气管路连接，另一端分别与活塞式压缩机气缸(3)(4)的进气口连接，单向阀(9)串接在上述活塞式压缩机气缸排气管路的终端，并与连接于主进气管路和主排气管路的旁通管路(12)并联，冷却器(7)连接在活塞式压缩机气缸的排气管路上，气动阀门分别设置在活塞式压缩机气缸的进气管路、排气管路及旁通管路上。
2.根据权利要求1所述的节能型天然气汽车加气子站压缩机，其特征在于活塞式压缩机为两列、两气缸的压缩机，压缩机的工作级数为2～4级。
3.根据权利要求1或2所述的节能型天然气汽车加气子站压缩机，其特征在于气动阀门为先导电磁阀控制的气动阀门，各气动阀门的开启或关闭用可编程控制器自动控制，可编程控制器的输入接口与压力传感器(5)的输出端连接，其输出接口与各气动阀门的先导电磁阀连接。
专利摘要一种节能型天然气汽车加气子站压缩机，包括活塞式压缩机、压力传感器、气动阀门、单向阀、冷却器、可编程控制器。当进气压力大于或等于规定值时，压缩机卸荷，气源通过连接于主进气管路和主排气管路的旁通管路与储气装置或汽车直接连通；当进气压力小于上述规定值、大于或等于最小吸气压力时，连接于主进气管路和主排气管路的旁通管路上的气动阀门关闭，压缩机工作，将气体进行一级压缩或多级压缩后输送给储气装置或汽车；当进气压力小于最小吸气压力，压缩机停车。此种压缩机在进气压力为0.5～20MPa范围内均能稳定工作，与常见的0.8MPa加气子站压缩机相比，平均气量提高十倍以上，平均功率低30％以上，节能60％以上。
文档编号F04B49/08GK2646418SQ0324993
公开日2004年10月6日 申请日期2003年8月14日 优先权日2003年8月14日
发明者龚尧明, 张利, 周明群, 李吉汉 申请人:四川金星环保科技有限公司