天然气汽车供气系统减压装置设计  

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摘要   天然气汽车减压装置是天然气的汽车的一个重要部件，它的质量好坏与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CNG91视频黄色网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的设计，主要是对一级91视频看看簧色的缝隙减压和二级91视频看看簧色的缝隙减压，以及三级91视频看看簧色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。     关键词   天然气汽车；减压装置；91视频看看簧色  

 
 第1章 绪  论 
1.1  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CNG91视频黄色网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。 
1.2  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*座压缩天然气充气站。南充机械厂用进口配件改装了*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。  

减压器工作原理
未进气状态：
一级膜片在一级弹簧预应力的作用下，使一级杠杆组中的杠杆与进气阀芯的钢球保特一定的间隙，阀口处于常开状态。
二级膜片在二级弹簧的作用下，将二级杠杆一端下移，使二级阀口处于常开状况。
三级杠杆在弹簧张力作用下，使三级杠杆与阀座处于常闭。
进气及工作状态：
当20Mpa天然气通过进气阀芯组进入一级减压腔使一级膜片逐步上移，当一级减压腔气压达到一定值，膜片的推力*克服一级弹簧的预紧力时，作用于杠杆的合力矩使阀芯关闭阀口。燃气流量随发动机负荷变化而变化，在弹簧与膜片相互作用下，阀口随时变化开度，保证输出压力稳定在0.4～0.6Mpa，完成一级减压。
经过一级减压的91视频黄色网进入二级减压腔，随发动机负荷的变化，二级膜片通过二级传动杆带动二级杠杆的阀片（阀门）调节二级阀口的开度。随着三级减压腔流量的变化不断改变二级阀口的开度，保特输出压力在0.08Mpa左右。
在只进气状态下，二级减压腔的91视频黄色网克服三级调节弹簧的张力，打开三级阀座进入三级减压腔，使三级减压腔的压力稳定在0.3～0.5KPa。当发动机起动时，首先有0.5Kpa的低压天然气进入发动机，便于起动。发动机运转产生真空吸力将三级膜片吸向下方，三级膜片组推动三级杠杆，打开三级阀座，二级减压腔的91视频黄色网进入三级减压腔，混合气由低压出气口经低压管动力阀进入发动机。三级阀口的开度随发机负荷吸气负压的变化而变化，以满足发动机的各种工况所需要的燃气流量。
减压器各级背压腔：
一级背压腔大气通孔在一级减压器上盖上；二级背压腔大气通道在二级内盖上；三级背压腔大气通孔在三级底盖侧面上。要保证减压器工作正常须保持背压腔大气通孔畅通。

1.3  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，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，91视频看看簧色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，在上更是有限。把国产产品打到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。  
1.4  设计参数规范 
91视频看看簧色进口额定压力为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0.02MPa，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，大流量可达403m/h，当气瓶压力小于2MPa时，仍能对发动机正常供气。 

1.4.1 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。  
1.4.2 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。  
1.4.3  设计方案 
根据已有国家标准和要求，一级91视频看看簧色的输入压力为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。

第2章 设计方案的研究与选择 
2.1 减压调节器的分类 
91视频看看簧色按其结构主要分为弹簧活塞式91视频看看簧色、弹簧膜片式91视频看看簧色、气腔控制活塞式91视频看看簧色和气腔控制膜片式91视频看看簧色；按多级减压室的组装方式可分为正压进气91视频看看簧色和负压进气91视频看看簧色；按减压方式可分为杠杆式91视频看看簧色和正负式弹簧91视频看看簧色；按是否用电动控制可分为机电控制式91视频看看簧色和机械控制式91视频看看簧色。 上海91视频色下载APP阀门有限公司主营阀门有：91视频看看簧色(91视频黄色网91视频看看簧色,可调式91视频看看簧色,波纹管91视频看看簧色,活塞式91视频看看簧色,91视频WWW免费下载91视频看看簧色,先导式91视频看看簧色,空气91视频看看簧色,氮气91视频看看簧色,水用91视频看看簧色,自力式91视频看看簧色,比例91视频看看簧色)、安全阀、保温阀、低温阀、球阀、截止阀、闸阀、止回阀、蝶阀、过滤器、放料阀、隔膜阀、旋塞阀、柱塞阀、平衡阀、调节阀、疏水阀、管夹阀、排污阀、排气阀、排泥阀、气动阀门、电动阀门、高压阀门、中压阀门、低压阀门、水力控制阀、真空阀门、衬胶阀门、衬氟阀门。应用在粮油加工系统中。用于涂料行业的生产管线生产，及加工。
2.2 方案选择 
根据以上分析，采用三级减压，本方案拟采用三级减压，高压截止，负压进气，一、二、三级减压方式都是采用杠杆减压，机动起动，组合式。  
本方案的工作原理方框图如下：  
此方案的优点是容易控制，精度高，起动容易，安全。其缺点是铸造难度大，体积大，零部件多，费用较高。 选择该方案可使91视频看看簧色操作简单方便，而且，这种方案更加安全。但是在设计中，应该尽量降低铸造的难度，减少零部件的数量。

3.1.3  一级91视频看看簧色杠杆、弹簧与阀口的设计 
在设计阀口时，阀口不能取得太大，但也不能太小。阀口太大，流量难以控制，阀口太小，91视频黄色网压强受到影响，因此，在参考了现有91视频看看簧色的设计之后，一级阀口的内径初选4.0mm，外径初选6.0mm，杠杆的长度初选36mm，高度初选9.5mm。阀芯的大行程初选0.5±0.1mm，膜片到一级阀盖下壁的距离初选25mm，上压板直径初选40mm，厚度初选3mm，则弹簧初始压缩后的长度初选为22mm。  
因为该阀的大流量可达403m/h，当91视频黄色网初始压强为2-20MPa时，阀口的实际开度并不等于0.5±0.1mm，只有当91视频黄色网压强小于1MPa时，阀口开度才能达到0.5±0.1mm，此时，一级阀室的压强不能保持在原定范围，但其流量可达403m/h。 
天然气缝隙减压的压降与流量q的关系与其粘度有关，天然气粘度在不同压强状态下的值是不同的，下面对天然气在高压状况下的粘度进行计算（因为天然气的主要成份是甲烷，甲烷的含量可高达98％，故在计算过程中，将天然气的物理性质以甲烷为准）。 根据《类物理化学数据手册》[8]22页，关于高压下91视频黄色网粘度的计算， ? 

再由7-8页表7.1-8弹簧的许用应力（摘自GB/T1239.6-1992）可知，由淬火回火钢丝制成的压缩弹簧（指受变载荷作用次数在以上的弹簧）的许用切应力p?为（0.35—0.40）b?，为了安全，取小值
3.2  二级91视频看看簧色的设计 
3.2.1 二级91视频看看簧色的工作原理 
二级91视频看看簧色的工作原理与一级91视频看看簧色的工作原理基本一致，也属于常开式91视频看看簧色，利用缝隙进行减压，但也有一定的不同的地方，二级91视频看看簧色的压力弹簧是钮簧，可调节，而杠杆是不可调节的，阀芯可实现微调。  
3.2.2 二级91视频看看簧色阀室及盖板、杠杆、上档板的设计 
二级阀室设计在壳体的背面，二级阀口内径d =5mm，阀口外径D=8mm。二级阀室除了与一级阀室联通外，还与怠速阀阀室和三级阀阀室联通，二级阀室上面有阀盖，三级阀口设计在二级阀盖上。二级阀与一级阀一样，利用缝隙减压原理对其进行减压，二级阀膜片的实际受力并移动的面积与盖上φ49的孔面积相等。二级阀膜片上挡板直径2D初选31mm，杠杆在左端部分的转臂初选为26.5mm，右端部分的转臂长度初选为16.5mm，即21a=26.5mm，

3.3 三级91视频看看簧色的设计 
3.3.1 三级91视频看看簧色的工作原理及盖板、杠杆等的设计 
在本次设计中，三级91视频看看簧色是常闭式的阀，主要是利用阀室的真空度进行调压。当阀室内的真空度为0或是不够大时，在压力弹簧的作用下，阀口处于关闭状态。当阀室处于负压或真空度大于一定的值时，膜片两边的压力差使膜片向阀室里运动，带动杠杆克服弹簧压力，使阀口打开供气。三级压力弹簧的压力可以根据具体的情况进行调节。天然气的流量*由发动机的真空度进行调节。 
三级阀盖的底边外径与91视频看看簧色壳体底边的外径相同，初选192mm，阀盖的底边宽度初选为11mm，可安装M6的螺栓和螺母。盖板的8个螺孔均布，在阀盖上还有4个进气孔，从而使膜片与大气相通。  

杠杆的长度初选为85mm，头部与三级调节弹簧相连，在安装阀芯的部位有一块垫板，在垫板上绞螺纹孔使阀芯更加牢固。下面是三级减压杠杆剖面简图。  

 
图3.3 三级91视频看看簧色杠杆 
三级阀口的内径初选为8mm，外径初选为11mm，三级阀的真空度一般为0.3~1KPa。  
三级阀的上挡板的直径初选3D为45mm，厚度初选1.5mm，中间开φ5.5的孔。 
3.3.2 三级91视频看看簧色调节弹簧的设计 
三级阀膜片芯子受膜片向上的作用力为：

3.3.3 三级91视频看看簧色膜片的设计与校核 
三级91视频看看簧色减压的原理主要是根据真空度的原理进行减压，三级阀与大气相通，利用膜片内外的压差进行91视频黄色网的控制。现对三级阀的膜片进行设计。  
三级阀的膜片直径与外壳的外径基本相同，初选196mm，内径初选180mm，周围开8个φ6螺纹孔，使连接三级阀盖与阀体的螺纹从中穿过。厚度初选3mm。 现将膜片示意图表示如图3.4：

3.4 怠速阀的设计 
3.4.1 怠速阀的工作原理 
怠速阀是在发动机起动时从二级阀向发动机直接输气的阀。在发动机刚起动时，由于发动机没真空度，供给发动机起动的91视频黄色网只能从二级阀室直接输出。在怠速阀中有一个与阀体旋紧且密封的室，它与二级阀室相连通。当电磁铁通电时，阀芯向上移动，91视频黄色网由二级阀经斜孔流入密封室，再经垂直小孔流入阀体内腔，并终流入发动机。

对于弹簧的设计，先选择弹簧的材料为碳素弹簧钢丝制成的。把弹簧压缩后的大长度设计初选为18mm，弹簧的自由长度初选为24mm，则弹簧的1?=6mm，1P=3.2N，中径2D=15mm，d=1.1mm，右旋，总圈数为6，有效圈数4。 
3.5 其他重要零部件的设计 
3.5.1 高压电磁阀阀芯、弹簧的设计 
高压电磁阀先导阀是用59-1铅黄铜制作而成的，它放置在φ8的阀体内腔里，其形状如下图3.7所示： 

总结 
   天然气汽车供气系统减压装置设计，通过这次毕业设计，我学到了许多关于天然气汽车供气系统减压装置的知识。91视频看看簧色作为天然气汽车燃料供给系统中关键的部件，其特性直接影响到发动机的性能，91视频看看簧色*调整特性的研究成功，将大大改善天然气汽车的动力性和经济性。另外，机械式91视频看看簧色难以控制各工况下的空燃比，开发出能对各工况下的空燃比进行优化控制，满足经济性、动力性、排放要求及可靠性。维护性好的车用电子燃料供给系统将具有重要的意义。本设计的减压装置，是在原有产品的基础上，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的设计，本次设计出来的减压装置具有结构简单，外形美观，精度高的特点。 
通过这次毕业设计我得出一个结论：知识必须通过应用才能实现其价值！有些东西以为学会了，但真正到用的时候才发现是两回事，所以我认为只有到真正会用的时候才是真的学会了。

参考文献 
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14 机械设计手册联合编写组．机械设计手册，修订版上册第二分册．北京：化学工业出版社，1987

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