浅析余隙容积对CNG压缩机排气量的影响

张发亮+岳振霖+李有弟

[摘 要]CNG加气站压缩机是加气站最大的耗电设备，由于CNG加气站压缩机排气压力高，目前国内外一般采用活塞式压缩机，本文通过对CNG加气站压缩机余隙容积的研究，在确保压缩机安全稳定可靠运行的前提下，通过对压缩机余隙容积的控制和调整，从而提高压缩机排气量，降低压缩机运行成本，提高加气站运行效益。

[关键词]压缩机 余隙容积 排气量

中图分类号：TH457 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）33-0320-01

一、CNG加气站生产工艺及压缩机组介绍

1、CNG加气站生产工艺

原料天然气通过高压输气管道进入加气站后，通过天然气高效过滤器除掉原料气中的杂质，经过计量、调压后将原料气压力调整至压缩机需要的进气压力，然后经过压缩机前置干燥器去掉原料气中的水分，经过缓冲罐稳压后进入CNG压缩机，通过压缩机将天然气压力提升至25Mpa，通过加气柱将CNG充装至CNG槽车或经过顺序控制盘将CNG储存在储气瓶组中，通过加气机实现对CNG汽车的充装。

2、CNG压缩机介绍

天然气行业用于提升天然气压力的设备主要是压缩机，主要由活塞式、螺杆式、离心式、涡旋式等几种，但由于CNG加气站工作压力高，一般都采用具有曲柄连杆的往复式活塞压缩机，简称往复式压缩机或活塞式压缩机，根据压缩机冷却方式目前主要分为水冷式、风冷式和混冷式三种。

CNG压缩机一般由机身、曲柄、连杆机构、活塞、气缸、冷却器、防爆电机、控制器等组成，由隔爆异步电机用弹性联轴器与曲轴相连，活塞通过十字头、连杆与曲轴拐相连，当曲轴由电机带动回转时，活塞在气缸中作往复直线运动进行气体压缩。

二、CNG压缩机余隙容积介绍

1、CNG压缩机的工作原理

活塞在电动机带动的曲柄滑块机构的驱动下在气缸内作往复运动，对原料天然气进行压缩，当活塞向右移动时，气缸内活塞左腔的天然气压力低于原料气压力，吸气阀开启，原料天然气被吸入气缸内，这个过程称为吸气过程，当活塞向左移动时，吸气阀关闭，同时由于原料气被压缩，气缸内天然气压力升高，当气缸内天然气压力高于输出管道内压力时，排气阀打开，气缸内天然气被排出，这个过程称为排气过程，排出的天然气最终通过加气柱或加气机实现对CNG汽车的充装。

2、余隙容积介绍

由于CNG压缩机在结构、制造、装配、运转等方面的需要，气缸中某些部位留有一定的空间或间隙，将这部分空间或间隙称为余隙容积，又称有害容积或叫存气。CNG压缩机在以下五个部位存在着余隙容积：进、排气阀阀座内部与气缸相通的容积；进气阀、排气阀至气缸容积的通道所形成的容积；活塞杆与缸端盖的间隙在调料以前的部分；活塞排气排气行程终了时，其端面与气缸端面之间的间隙；气缸镜面与活塞外圆（从端面到第一道活塞环）之间的间隙。

三、余隙容积对CNG压缩机排气量的影响

在CNG压缩机工作时，在排气过程结束时总有剩余容积的存在，因此在下一次吸气时，剩余容积内的压缩天然气会膨胀，从而减少了吸入的原料天然气量，降低了压缩机效率，增加了压缩功，因此余隙容积的存在降低了CNG压缩机的排气量，也就是说余隙容积越大，压缩机的工作效率越低，相应的余隙容积越小，压缩机的工作效率越高。因此在设计CNG压缩机气缸时，要预先考虑到余隙容积对排气量的影响，在考虑到生产率、制造、装配和安全运转等情况下，应尽量使余隙容积小一些。

四、减少CNG压缩机余隙容积的措施

虽然余隙容积对CNG压缩机的排气量有很大的影响，但有时为了调整压缩机的活塞力，在进行CNG压缩机气缸设计时，必须相应加大些余隙容积，这种情况也是经常碰到的，因此根据影响压缩机余隙容积的主要因素，我们可以采取以下措施尽可能的减少CNG压缩机余隙容积。

1、压缩机进、排气阀本身所具有的容积，如阀座的通道、弹簧孔等（通道容积所占比例最大，环形间隙其值甚微）压缩机的余隙容积，有的是结构上的需要，有的是难以避免的，这部分余隙容积在CNG压缩机气缸设计时要尽可能的减少。因此在选择压缩机制造商时尽可能选择采用先进技术、设备安全可靠的制造商，因为这部分制造商一般都拥有成熟的技术、专利来降低压缩机余隙容积。

2、活塞运动到排气终了位置时，其端面与气缸端面之间的间隙，这部分余隙容积容积的设置主要是考虑到以下四个因素：

（1）活塞在气缸内往复运动时，由于摩擦和压缩天然气时产生热量，使活塞受热膨胀，产生径向和轴向的伸长，为了避免活塞与汽缸端面发生碰撞事故及活塞与缸壁卡死，故用余隙容积来消除，这部分余隙容积在压缩机气缸设计时要根据设计参数通过精密计算确定，在保证压缩机安全可靠运行的前提下尽可能的减少。

（2）由于原料天然气中存在水分，这个与不同加气站脱水装置的设置位置有关，设置在压缩机进气前的，由于原料气在进入压缩机前进行了深度脱水，原料天然气中的水分极少，基本可以忽略不计，但是设置在压缩机排气后的脱水装置，由于原料天然气中的水分多，在CNG压缩机压缩时天然气中的水滴可能集结，对于这种情况，余隙容积可防止由于水不可压缩性而产生的水击现象，为减少压缩机余隙容积对排气量的影响，在加气站工艺设计时应尽可能采用前置式深度脱水装置。

（3）设备制造精度及零部件组装与设计要求的偏差造成的余隙容积，这也是国内外技术的差别，国产的CNG压缩机在制造精度上与国外先进技术的确存在一定的差距，但是同排气量的CNG压缩机进口的价格一般是国产的2到3倍，这就需要加气站综合各项成本核算后确定。

（4）CNG压缩机运动部件在运动过程中可能出现松动，使结合面间隙增大，从而使余隙容积变大，这也是压缩机使用者控制的要点，这就要求加气站维修人员定期对压缩机各项余隙容积进行检测并调整，定期对压缩机进行维护保养，保证压缩机各项余隙容积处于正常范围内。

结束语

余隙容积对CNG加气站压缩机的生产能力和效率是有影响的，余隙容积过大会使压缩机的排气量和效率急剧下降；但余隙容积过小会增加活塞与气缸端盖相碰撞的危险性，同时为满足设备工艺生产、装配要求的余隙容积也是必可不少的，所以在考虑CNG压缩机余隙容积时应综合考虑设备的安全、技术和经济运行的要求。

参考文献

[1] 余隙间隙对活塞压缩机排气量的影响[J]. 黄柏祥.《压缩机技术》.？2001.

[2] 往复式压缩机余隙调节技术应用.李书璞，顾兴坤，岳建华.《石油化工设备》.2016.

作者简介

第一作者姓名：张发亮，出生年月：1981.9，性别：男，民族：汉，籍贯（精确到市）：河南省郑州市，当前职务：综合管理部部长，当前职称：机械工程师，学历：本科，研究方向：燃气动力，作者单位：安阳鼎燃气体有限公司，单位所在地（精确到市）：河南省安阳市龙安区，单位所在地邮编：455000。

第二作者姓名：岳振霖，出生年月：1969.8，性别：男，民族：汉，籍贯（精确到市）：河南省安阳市，当前职务：工程技术管理，当前职称：电气工程师，学历：本科，研究方向：电气仪表，作者单位：河南安彩能源股份有限公司，单位所在地（精确到市）：河南省安阳市龙安区，单位所在地邮编：455000。

第三作者姓名：李有弟，出生年月：1984.5，性别：女，民族：汉，籍贯（精确到市）：河南省安阳市，当前职务：专利及资料管理，当前职称：电气工程师，学历：本科，研究方向：电气仪表，作者单位：河南安彩高科股份有限公司，單位所在地（精确到市）：河南省安阳市龙安区，单位所在地邮编：455000。endprint