天然气汽车供气系统减压装置设计.doc

1、西 南 石 油 大 学本 科 毕 业 设 计 （ 论 文 ） 开 题 论 证 报 告题 目 ： 天 然 气 汽 车 供 气 系 统 减 压 装 置 设 计学 生 姓 名 ： 高 艳 楠学 号 ： 03031101专 业 年 级 ： 机 械 工 程 03 级院 系 ： 机 电 工 程 学 院指 导 教 师 ： 何 畏2007 年 4 月 12 日1天 然 气 汽 车 供 气 系 统 减 压 装 置 设 计一 、 设 计 的 选 题 意 义 和 国 内 外 研 究 现 状1、 选 题 意 义 ：以 天 然 气 作 为 燃 料 的 汽 车 叫 做 天 然 气 汽 车 。从 20 世 纪 70 年 代

2、 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 。 但 是 为 了 提 高 燃 气 汽 车一 次 充 气 的 行 驶 里 程 ， 车

3、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 ， 因 此 在 燃 气 供 给 系 统 中 必 须 要 有 减 压 器 。 同 时 ， 发 动 机 使 用 燃 气 与 燃 油 一 样 ， 都需 要 按 一 定 的 空 燃 比 向 气 缸 内 输 送 燃 料 。 燃 气 供 气 系 统 的 空 燃 比 控 制 也 应 象 燃 油 供 给 系统 的 一 样 ， 不 随 燃 料 箱 中 燃 料 多 少 而 变 化

4、。 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 次 实 现 比 较 稳 定 的 燃 气 与 空 气 混 合 比 控 制 。 在CNG 汽 车 上 ， 减 压 器 的 作 用 主 要 是 起 减 压 和 稳 压 的 作 用 ， 所 以 一 般 称 为 减 压 调 节 器 。减 压 调 节 器 是 燃 气 汽 车 的 关 键 部 件

5、 ， 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 入 减 压 器 的 水 套 ， 利 用 发 动 机 循 环 冷 却 水 的 热 量 加 热 减 压 器 。2、 国 内 外 天 然 气 汽 车 减 压 装 置 研 究 现 状减 压 装 置 是 针 对 压 缩 天 然 气(CNG)汽 车 结 构 复 杂 ， 加 速 时 响 应 慢 ， 动 力 损 失 过 多 的 缺 陷而 研 制 的 专 用 装 置 。 它 主 要 由 减 压 调 节 器 、 动 力 阀 、 混 合 器 、CNG闭 环 控 制 模 块 、

6、脉 冲 闭 环 控制 阀 、 油 气 转 换 开 关 等 部 分 组 成 。 具 有 加 速 性 能 好 、 体 积 小 、 重 量 轻 、 易 于 安 装 、 转 换方 便 等 特 点 。 它 采 用 正 负 压 双 通 道 供 气 方 式 ， 解 决 减 压 调 节 问 题 ； 采 用 脉 冲 闭 环 电 磁 控制 阀 ， 实 现 缸 外 正 压 喷 射 供 气 ； 并 解 决 了 汽 车 传 感 信 号 与 发 动 机 匹 配 、 发 动 机 进 气 管 的回 火 放 炮 问 题 。 该 装 置 主 要 技 术 性 能 指 标 ：(1)动 力 性 能 。 最 高 车 速 达 到 原 车

7、的94 4 和95 21 (国 家 相 关 标 准 要 求 85 )， 直 接 挡 最 低 稳 定 车 速 高 于 原 车 的3.45 和 4.08 (标 准 要求 6 )； (2)经 济 性 能 。 经 试 验 并 折 算 ，1 m3天 然 气 在 经 济 车 速 时 ， 平 均 相 当 于1 2L汽 油 的行 驶 里 程 (节 省 燃 料 40 -50 )； (3)尾 气 排 放 明 显 改 善 。 经 测 试CO排 放 为 0.6 (标 准 要 求 1.5 )， HC为 5010-6 (标 准 要 求 70010-6 )， NOx为 10010-6； CO减 少 97 ， HC减 少72

8、 ， NO减 少 39 ， SO2减 少 90 ， CO2排 放 量 显 著 降 低 ； 排 放 物 中 基 本 没 有 微 小 颗 粒 、 硫 化物 和 有 害 添 加 物 ， 噪 声 降 低40 。减 压 装 置 已 在 四 川 、 重 庆 、 甘 肃 、 青 海 、 新 疆 广 泛 应 用 ， 并 在 陕 西 、 河 南 少 量 应 用 ，用 户 普 遍 反 映 良 好 。 而 且 在 全 球40多 个 国 家 都 有 了 发 展 和 推 广 。目 前 世 界 上 已 建 加 气 站 近 3000座2二 、 主 要 研 究 内 容1、 天 然 气 汽 车 供 气 系 统 减 压 装 置

9、设 计 的 理 论 分 析2、 天 然 气 汽 车 供 气 系 统 减 压 装 置 设 计 的 结 构 设 计3、 减 压 装 置 的 总 体 设 计 方 案 优 选4、 减 压 器 原 理5、 减 压 器 组 成 结 构 设 计6、 减 压 器 总 装 图 设 计7、 减 压 器 重 要 零 件 设 计8、 减 压 器 强 度 校 核三 、 拟 采 用 的 设 计 思 路根 据 已 有 原 始 数 据 ， 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

10、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

11、机 循 环 冷 却 水 的 热 量 加 热 减 压 器 。1、 一 级 减 压 阀对 一 级 减 压 阀 进 行 设 计 ， 计 算 出 承 受 该 压 力 减 压 阀 所 应 该 具 备 的 基 本 尺 寸 以 及 基 本 零 部件 的 选 择 ， 使 其 在 一 级 减 压 阀 的 出 口 压 力 为0.5MPa， 主 要 是 阀 口 处 弹 簧 所 承 受 的 压 力 ， 高 压气 体 进 入 一 级 腔 室 ， 随 着 一 级 腔 压 力 的 升 高 的 同 时 ， 该 气 压 将 一 级 膜 片 推 动 并 压 缩 主 弹 簧 ，随 着 压 力 的 变 化 ， 阀 口 也 随 之 开

12、 启 或 关 闭 ， 这 样 随 着 燃 气 流 量 的 变 化 ， 一 级 阀 跟 随 变 化 开度 ， 保 持 一 级 输 出 压 力 在 小 幅 度 内 变 动 趋 于 稳 定 ， 通 过 调 节 螺 钉 调 整 主 弹 簧 的 顶 压 力 可 以将 一 级 腔 的 稳 定 压 力 控 制 在 0.8MPa 范 围 内 ， 在 一 定 流 量 范 围 内 稳 压 输 出 。对 于 一 级 减 压 阀 的 设 计 ， 主 要 是 阀 室 、 杠 杆 、 弹 簧 、 阀 口 等 组 成 部 分 的 设 计 ， 在 设 计 工程 中 ， 将 会 利 用 到 液 压 与 气 动 技 术 手 册

13、、 工 程 热 力 学 等 方 面 的 知 识 。2、 二 级 减 压 阀一 级 减 压 阀 的 气 体 腔 里 的 气 体 经 减 压 后 ， 减 至0.5MPa 后 进 入 到 二 级 减 压 阀 的 气 体 腔 ， 经 通气 孔 推 动 二 级 膜 片 组 向 上 压 缩 二 级 弹 簧 ， 同 时 压 迫 二 级 顶 杆 ， 关 闭 二 级 阀 口 。 将 气 体 压 力 减 为0.2-0.3MPa， 为 气 体 进 入 三 级 减 压 阀 做 好 准 备 。对 于 二 级 减 压 阀 的 设 计 ， 主 要 是 阀 室 、 杠 杆 、 弹 簧 、 盖 板 、 上 档 板 等 组 成

14、部 分 的 设 计 。3、 三 级 减 压 阀经 二 级 减 压 阀 出 来 的 气 体 进 入 三 级 减 压 阀 ， 在 减 压 阀 三 级 腔 室 随 着 发 动 机 负 气 的 变 化 ，将 三 级 膜 片 组 吸 向 下 方 ， 膜 片 组推 动 挂 钩 和 杠 杆 打 开 三 级 阀 座 口 ， 阀 座 口 的 开 度 随 着 发 动 机3吸 力 的 变 化 而 变 化 ， 以 满 足 发 动 机 不 同 工 况 所 需 要 的 燃 气 流 量 。对 于 三 级 级 减 压 阀 的 设 计 ， 主 要 是 盖 板 、 杠 杆 、 调 节 弹 簧 、 上 档 板 、 阀 口 等 组

15、成 部 分 的 设 计 。现 将 三 级 减 压 阀 的 串 联 结 构 示 意 图 表 示 如 下 ：减 压 调 节 器 结 构 示 意 图1出 气 孔 2三 级 阀 座 口 3三 级 阀 片 4三 级 阀 盖 5杠 杆 6挂 钩 7三 级 调 节 螺 栓 8正 压 弹 簧 9三 级 膜 片 组 10调 压 螺 栓 11一 级 上 盖 12小 顶 板 13主 弹 簧 14大 压 板 15螺 母 16平 垫 圈 17一级 膜 片 18小 压 板 19高 压 螺 母 20高 压 密 封 圈 21一 级 阀 芯 22一 级 滤 芯 23滤 芯 弹 簧 24进 气 口 25一 级 壳 体 26加 热

16、 循 环 水 管 道 27二 级 顶 杆 28二 级 阀 口 29二 级 阀 片 30小 三 角 板 31大 三 角 板 32二 级 膜 片 33二 级 弹 簧 34通 气 孔 35负 压 弹 簧 36二 级 内 盖 37二 级 底 版设 计 超 高 压 气 动 减 压 阀 一 般 是 先 根 据 给 定 的 设 计 参 数 和 工 作 条 件, 选 择 阀 的 结 构 型 式 , 然 后进 行 结 构 参 数 的 选 择 和 计 算 。通 常 给 定 的 参 数 有 : 气 源 压 力 、 阀 最 大 输 出 压 力 、 通 气 能 力 、 最 大 操 纵 力 和 行 程 等 。 设计 和

17、计 算 的 内 容 有 : 选 择 的 结 构 型 式 , 据 通 气 能 力 和 工 作 压 力 确 定 阀 的 结 构 尺 寸, 据 行 程 和 操 纵力 设 计 平 衡 弹 簧 等 。阀 的 结 构 设 计 重 点 在 于 进 气 阀 门 、 排 气 阀 门 和 活 门 座 的 密 封 结 构, 因 为 气 体 粘 度 小 , 且 工 作压 力 高 ,容 易 泄 漏 。4、 设 计 和 计 算(1) 通 气 能 力 计 算阀 的 进 气 通 道 有 效 面 积 Aa：Aa = 1. 4603V/ K (RT)1/2t1 ( p2 / p1 - p20/ p1 ) 式 中 : V 充 气

18、总 容 积 ；K 比 热 比 ， 绝 热 充 气 时 ， K = 114；T 空 气 的 温 度 ， 标 准 空 气 的 温 度 T =293115K；4T1 充 气 时 间 ；R 气 体 常 数 , R = 28711Nm/ kg/ K；p1 阀 输 入 口 压 力 ；p2 阀 输 出 口 压 力 ；p20 气 缸 内 在 充 气 开 始 前 的 压 力 。进 气 孔 直 径 ：D1 （ 4Aa/ + d01） 进 气 阀 门 与 阀 门 座 的 轴 向 距 离(开 度 )h1 ( d12 d201) / (4 d1 )(2) 排 气 阀 座 直 径 的 计 算排 气 阀 门 座 直 径 :

19、d =4 Fmax - Fs max Ff max A1 ( p1 p2max) / ( p2max) + d022式 中 : Fmax 给 定 的 最 大 操 纵 力 。在 满 足 操 纵 力 值 的 前 提 下, 排 气 阀 门 座 直 径 尽 可 取 最 大 值 。(3) 进 、 排 气 阀 门 的 设 计进 、 排 气 阀 门 的 设 计 主 要 包 括 结 构 型 式 、 材 料 的 选 取 和 几 何 尺 寸 的 确 定 。(4) 进 、 排 气 阀 门 座 型 面 的 设 计(5) 平 衡 弹 簧 的 设 计根 据 给 定 的 参 数 设 计 弹 簧 刚 度:k = Fmax/

20、( h1 + h2) 有 了 弹 簧 刚 度 、 弹 力 和 行 程, 便 可 进 行 弹 簧 的 设 计 了 。四 、 设 计 的 预 期 结 果1、 完 成 毕 业 设 计 说 明 书 一 份 ；2、 完 成 总 装 配 图 及 重 要 零 件 图 2.5 张 零 号 图 样 ；3、 完 成 外 文 翻 译 2 万 字 符 。五 、 设 计 的 工 作 进 度 安 排序 号 设 计 各 阶 段 内 容 起 止 日 期1 查 阅 资 料 ， 写 开 题 报 告 ， 外 文 翻 译 ， 开 题 答 辩 4 月 1 日 4 月 12 日2 总 体 方 案 优 选 设 计 ， 工 作 原 理 分

21、析 与 结 构 设 计 4 月 13 日 4 月 28 日3 设 计 计 算 ， 绘 制 总 装 图 与 重 要 零 件 图 4 月 29 日 5 月 20 日4 检 查 修 改 设 计 ， 进 行 重 要 零 件 校 核 5 月 21 日 6 月 2 日55 编 写 毕 业 设 计 说 明 书 ， 完 成 全 部 任 务 6 月 3 日 6 月 10 日6 整 理 资 料 ， 准 备 答 辩 6 月 10 日 6 月 12 日六 、 参 考 文 献1 钱 灏 .车 用 LPG减 压 阀 的 设 计 与 实 验 .武 汉 理 工 大 学 汽 车 工 程 学 院 武 汉 4300702 刘 祖 前 .超 高 压 气 动 减 压 阀 的 研 究.广 州 市 理 工 学 校 (510380) 3 黄 海 波 .燃 气 汽 车 结 构 原 理 与 维 修.机 械 工 业 出 版 社