天然气汽车供气系统减压装置设计

天然气汽车供气系统减压装置设计
天然气汽车减压装置是天然气的汽车的一个重要部件，它的质量好坏车的性能有很大的关系，它在天然气汽车中主要起减压和稳压的作用。

因此，通过利用减压装置，可以把2-20MPa的压缩天然气压力降到1-2.5kPa进入混合器，以便与空气混合进入汽缸，由于高压气瓶中的CNG气体压力随着燃料充装和使用不断变化，要保持较稳定的空燃比控制，还要求无论瓶内压力如何变化，减压调节器也应保证进入混合器的燃气压力基本恒定，以此实现比较稳定的燃气与空气混合比控制。

从而实现减压和稳压的作用。

本次毕业设计在原有减压产品的基础上，对其结构布局及形状进行了修改，并对输入发动机过程中的天然气压力的变化值进行了精确的设计，主要是对一级减压阀的缝隙减压和二级减压阀的缝隙减压，以及三级减压阀利用真空度进行减压进行计算，使其能够满足减压至预期的要求。

而且对各主要受载荷的零部件进行了强度校核，使选择的材料满足强度要求。

预计本次设计出来的减压装置具有结构简单，外行美观，精度高的特点，可提高同类产品的质量，可以满足广大用户的需求。

绪论
0.1 天然气汽车减压装置的用途和功能
以天然气作为燃料的汽车叫做天然气汽车。

为了提高天然气汽车一次冲气行使的里程，车用天然气一般是压缩在20MPa存储在高压汽缸里，但发动机工作时，却要求燃气压力降到1-2.5kPa进入混合器，以便与空气混合进入汽缸，而且由于高压气瓶中的CNG气体压力随着燃料充装和使用不断变化，要保持较稳定的空燃比控制，还要求无论瓶内压力如何变化，减压调节器也应保证进入混合器的燃气压力基本恒定，以此实现比较稳定的燃气与空气混合比控制。

因此在燃气供给系统中必须要有减压调节器。

天然气汽车的核心和关键部件就是减压调节器，在CNG汽车上，减压调节器的作用主要是起减压和稳压的作用，它的性能好坏，将会直接影响到天然气汽车的性能。

0.2 天然气汽车减压装置在我国的发展概况
天然气汽车减压装置是随着天然气汽车的产生而产生的，同时，也随着天然
气汽车的发展而发展。

早在1958年，四川就曾研制过天然气汽车，但是由于当时科技的发展，有一些技术问题不能解决，以及当时油价较低，而未能得到发展。

1986年，四川石油管理局南充机械厂组织人员再次着手该技术的研究工作。

1988年，中国石油天然气总公司从新西兰引进压缩天然气充气站装置（其中就包括了减压装置），在南充建立起了全国第一座压缩天然气充气站。

南充机械厂用进口配件改装了全国首批50辆压缩天然气汽车，并结合自己的经验，根据国情，借鉴国外的先进技术，实现了天然气汽车减压装置及其他车用燃气装置的全部国产化。

该装置在1991年通过技术鉴定，1993年通过部级验收，样车经测试，性能达到国外同类产品水平。

目前，国内特别是四川、重庆等天然气供气减压系统生产企业已形成国产上万套的天然气汽车减压装置的产业规模，它们生产的产品成为国内各大汽车厂燃气汽车改装车用减压器的指定产品。

近些年又有四川彭州兴威、重庆恩洁威、四川宜宾海家、成飞公司等CNG技术开发公司的减压调节器产品不断推出。

0.3 天然气汽车减压装置设计的目的和意义
从20世纪70年代开始，国际上燃气汽车技术逐渐进入较快的发展时期。

在当今社会，天然气与柴油的热值相当，但价格仅为柴油的三分之二左右，而且天然气汽车对大气的污染小，可以大大改善环境污染和能源紧缺的问题，因此，天然气汽车以其排放清洁、技术成熟、资源丰富等特点在世界范围内已得到广泛应用。

虽然天然气汽车在在近几年来，在我国发展的很快，但是那只是相对的。

预计到2010年的时候，我国民用机动车保有量将增加到4900万辆，而天然气汽车却只达到100万辆。

如果以1000立方米天然气相对于1吨石油来计算，世界上天然气的储量和石油的储量是在同一数量级的。

天然气汽车以其减轻环境污染、缓解石油资源的优点得到了快速发展，但是我国的天然气汽车在2010年只能达到100万辆，而与世界水平相比还有非常大的差别。

这主要是由于天然气汽车在发展过程中会遇到很多困难。

据统计，建设一座天然气汽车加气站一次性投资大约需要200-300万元，保证一座中等加气站有一定的效益，至少需要有100辆天然气汽车，而改装一部汽车需要投资约100万元。

如此昂贵的投资，会让那些车主对汽车的改装望而却步。

因此，我们必须对压缩天然气装置（包括减压装置）的制造和改装成本进行一次大的调整，对其性能进行改进，另一方面，在我国市场上销售的天然气减压装置一半是国产的，一半是进口的。

国产减压调节器在国内的竞争力是有限的，在国际上更是有限。

把国产产品打到国际市场上去就需要对现有产品的性能、外观、体积、质量、成本等关键问题进行改进和调整。

天然气的减压装置是天然气发动机供气系统中的关键部件，它需要根据发动机的不同工况改变供给混合器的低压天然气量从而使混合器配制不同空燃比的混合气，以满足发动机的不同工况的要求。

由于发动机所需要的天然气的压力很低（通常控制在0-0.178MPa），要将20MPa的天然气压力降到如此低的气压是很难的，同时需要将气压稳定在所要求的范围内，从而达到由减压器出口流出的低压气量，仅由混合器喉管真空度所决定，保证调节可靠使发动机工况稳定，节约燃气，改善排放的目的。

1 设计任务书
1.1 设计题目
天然气汽车供气系统减压装置设计
1.2 题目说明
1.2.1 设计参数规范
减压阀进口额定压力为20MPa，进气接头强度试验压力为27.5MPa，当进气压力为2-20MPa时，进行一级减压后，压力变化为0.5MPa，变化许可值为0.05MPa，进行二级减压后，压力变化为0.2-0.3MPa，其变化许可值为0.02MP a，之后进行三级减压，而其阀口的开启程度由发动机工作时的真空度的大小自动调节，但是可以调节初始开度。

突然输出放气时，最大流量可达40m3/h，当气瓶压力小于2MPa时，仍能对发动机正常供气。

1.2.2 符合标准
减压调节器各部分应符合标准QC/T245-1998的有关规定。

1.2.3 设计思路
根据国内外文献资料，了解有关天然气汽车供气系统减压装置的基本情况。

设计一种符合上述规范的减压装置，其中包括方案设计及工作原理的分析，总体结构设计以及重要零件的强度校核。

1.3 设计方案
根据已有国家标准和要求，一级减压阀的输入压力为2-20MPa，而要求供给发动机的压力为负压，压力降低非常大，一级或者二级减压都不能一下就减压到规定的要求，而且减压器主要是起减压和稳压的作用，在减压过程中要吸收大量的热量，如果只采用一级或者二级减压装置，会因温度降低太多而无法达到要求，因此只能采用三级减压，才可以将输入压力降低到规定的要求。

由于在减压过程中要吸收大量的热量，减压器上一般都设有将发动机循环水引人减压器的水套，利用发动机循环冷却水的热量加热减压器。

1.4 资料调研
1.4.1 减压阀的定义
国标GB12244-89关于减压阀的定义是:通过启闭件的节流,将进口压力降至
某一个需要的出口压力,并能在进口压力及流量变动时,利用本身介质能量保持出口压力基本不变的阀门。

就是说这样的一句话已经说明了减压阀的两个基本功能。

一是减压,即将进口压力降至某一个需要的出口压力；二是稳压,即能在进口压力及流量变动时,利用本身介质能量保持出口压力基本不变。

两个基本功能缺一不可。

而节流阀虽有减压功能,通过启闭件的节流来实现,但是它没有稳压功能。

1.4.2 减压阀的工作原理
减压阀的工作原理简而言之就是：A:减压；B:稳压。

减压的原理是节流,气体流经活门与活门座之间的缝隙时,压力减小,达到减压的目的。

稳压的原理是力的平衡,因为弹簧的行程是设定的,要达到平衡,出口腔的压力必须跟弹簧力平衡,当进口压力及流量变动时,利用弹簧力与出口腔的压力平衡保持出口压力基本不变。

这是一个动平衡过程,并不是瞬间完成的。

因为弹簧、活门等有一定的质量,在移动中与阀体等一些其他零件都有摩擦。

1.4.
2.1 一级减压部分
图1.1一级减压原理
图1.1是一级减压原理示意图。

从储气瓶流出的CNG气体依靠自身的压力打开一级阀门，从一级阀门和阀座之间的缝隙流入一级减压室，在此过程中CNG气体的压力被大幅度降低。

在一级减压室内壁上有许多挡片，CNG气体在流过它们时压力被进一步降低。

随着一级减压室中气体数量不断增多，室内压力不断升高，当压力上升到一定值时，一级膜片向上凸起，压迫一级弹簧，通过一级圆柱又带动一级杠杆动作，使一级阀门开度减小，减少CNG气体的进入，随着一级减压室中的CNG气体不断进入二级减压阀室，一级减压室中的气压降低，当压力降至某一值时，在一级弹簧预紧力的作用下，压下一级膜片，通过一级圆柱又带动一级杠杆动作，使一级阀门开度增大，CNG气体又流入一级减压室。

一级阀门的开启与关闭由一级膜片的位置决定，而一级膜片的位置又受到一级减压室压力、二级减压室压力、一级弹簧预紧力的共同影响。

增加一级弹簧预紧力，降低一级减压室压力及提高二级减压室压力等都将使一级膜片下移，一级阀门开度加大；反之，一级膜片上移，则一级阀门开度减小。