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氢气压缩机关键部件开发及进展分析

发布于:2023-02-17 11:07:17 来自:电气工程/电气工程原创版块 [复制转发]

知识点:高压氢气压缩机

一、国内外氢气压缩机关键技术对比:

国内企业: 北京中鼎恒盛、北京天高、江苏恒久机械、北京京城机电,中船重工718研究所等;
国外企业: 美国PDC、英国豪顿华、德国Andreas Hofer,美国Sundyne,比利时Borit等。

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国内外氢气压缩机技术及产品参数对比:
北京中鼎恒盛: 压缩机类型采用隔膜式,排期压力为4570MPa两种规格。关键部件使用寿命:膜片:5000h;气阀:8000h;活塞环:≥20000h,缸体、缸盖、曲轴、连杆、曲轴箱等主要零部件寿命≥200000h。主要产品参数:以GZ2-20/30-400为例,排气压力40MPa,容积流量20-60 Nm3/h,进气压力1.3-3MPa,转数400rpm,电机功率4-11KW
北京天高: 压缩机类型采用隔膜式,排期压力范围为45-100MPa。关键部件使用寿命:膜片:2000h。主要产品参数:以D150Z800为例,排气压力80MPa,容积流量90-500 Nm3/h,进气压力10-40MPa,转数360 rpm,电机功率22-37KW
江苏恒久机械: 压缩机类型采用隔膜式,排期压力范围为≤100MPa。关键部件使用寿命:气阀:4000h,膜片:2000h。主要产品参数:以GD-200-150-1000为例,排气压力100MPa,进气压力10-20MPa,容积流量200 Nm3/h,最大活塞力40-160KN,电机功率45KW
中船重工718研究所: 压缩机类型采用隔膜式,排期压力为45MPa。关键部件使用寿命:膜片:2000h。主要产品参数:排气压力45MPa,进气压力20MPa,容积流量756 Nm3/h。压缩机类型采用隔膜式,排期压力为45MPa
美国PDC 压缩机类型采用隔膜式,排期压力为≥85MPa,压力范围可接受定制。关键部件使用寿命:核心零部件预计可达到1年以上。主要产品参数:三级隔膜式压缩机,排气压力超过85MPa,气体流速1500sm3/h,电机功率180KW
英国豪顿: 压缩机类型采用隔膜式/活塞式,排期压力为≥70MPa,压力范围可接受定制。
德国Andreas Hofer 压缩机类型采用隔膜式,排期压力为≥70MPa,压力范围可接受定制。主要产品参数:以MKZ 280-10/185-20/120-100型号为例,排气压力88MPa,进气压力0.8MPa,容积流量20 Nm3/h

二、高压氢气压缩机的关键技术及瓶颈

氢气压缩机主要分为液压活塞式氢气压缩机和隔膜式氢气压缩机。 活塞式氢气压缩机主要由主机部分、液压系统、冷却系统和电控系统等组成,具有出气量大,结构较为简单的特点。 对于高压氢气压缩存储来说,由于活塞式压缩机是在活塞往复运动中压缩氢气,对氢气会造成污染,而且容易导致氢气泄漏,同时存在着排气温度过高的问题。 而隔膜式压缩机主要由隔膜压缩机主要由电机、底座、曲轴箱、曲轴连杆运动机构、缸体部件、冷却及油气管路、电控系统等组成。相较于活塞式氢气压缩机, 隔膜式压缩机具有氢气压缩过程中不受污染、压缩过程中无泄漏、压缩比大、排气压力高等特点。 因此,目前常用的氢气压缩设备大多数为隔膜式压缩机。另外,隔膜式压缩机输出压力极限可超过100MPa,密封性能好,因此是加氢站氢气压缩系统的最佳选择。 因此,当前国内主要使用的加氢站高压氢气压缩机是隔膜式压缩机。

关键技术: 隔膜式氢气压缩机的关键技术问题在于高压甚至超高压压缩条件下带来的系统及零部件的要求。对于一般金属材料来说,氢在高压和超高压时,材料会发生氢脆现象。氢气隔膜式压缩机关键技术主要可以概括为三个部分:一是气缸的设计制造,二是冷却器和气管路的设计制造,三是控制系统的设计制造。

气缸设计制造部分: 主要是高压和超高压的材料选择,因为能够抗氢脆的材料一般强度和硬度都比较低,所以结构设计就非常重要。缸盖主要考虑材料和结构,优化的膜腔曲线,密封结构,缸体主要是考虑提高效率的结构,尽可能减少油腔的容积,实现膜片在较小的应力差下工作和高效率排气。另外,气缸及主要关键零部件的寿命是衡量隔膜式压缩机的另一重要指标。例如现在膜片寿命的标准是2000小时,它是一个统计值。根据不同的顾客使用环境及条件的不同,寿命会有很大的差异,好的膜片寿命一般可在一万小时以上。

而膜片寿命的主要影响因素重要跟膜片本身材质、膜片制作工艺质量、膜腔曲线设计优化、缸盖缸体设计、螺栓预紧力均匀程度以及压缩介质等有关。因此,膜片材料本身需要非常好的弹性和韧性。同时结合优化的隔膜腔曲线设计和缸盖缸体结构设计。因此这里需要大量的实践和经验的积累。同时,需要匹配氢气纯度较高的气体。

冷却器和气管路设计制造 隔膜式氢气压缩机采用的是极薄的金属液压驱动膜片将压缩气体与液压油完全分离开,因此冷却系统需要考虑对于主要压缩气体部分和其他部件的不同冷却需求。同时,在高压和超高压的环境下不允许采用焊接,因此采用可靠的密封结构和容易连接的结构非常重要。不同的冷却需求、高压环境和密封连接等要求带来了复杂的冷却系统设计及制造要求。

控制系统的设计制造: 主要包括智能控制软件的开发和执行零部件的设计制造。在高压甚至超高压等恶劣环境条件下,现场采用无人操作的自动控制系统来执行氢气的加注与存储。为保证机器的安全运行,开发高效智能安全的控制系统显得极为迫切。因此关键技术在于软件的开发和执行零部件的设计制造。
瓶颈:中国目前还处于产品技术研发及部分产品实际应用验证的阶段,对于高压及超高压隔膜式压缩机的技术积累还很少。主要体现在以下几个方面:

一是企业少。 国内企业研发气体压缩机的企业不少,主要集中在应用于化工,石油等传统行业上的中低压气体压缩机设计制造上,但是对于高压及超高压的氢气压缩机的研发企业很少,具有设计制造生产能力的企业更少。代表性的企业主要有北京中鼎恒盛、北京天高、江苏恒久机械、中船重工718研究所等。
二是对于隔膜式氢气压缩机关键零部件的设计制造能力不足。 美国PDC已掌握具有三层金属隔膜结构的氢气压缩机制造技术,中国还未掌握。 隔膜式压缩机的核心零部件需要依靠进口才能在中国完成组装 ,具体关键的核心部件材料设计制造技术主要体现在缸体及膜片材料结构的设计制造上。

相关推荐:

1、GB5226.1-2008 机械电气安全

2、GB19517-2009国家电气设备安全技术规范



  • 土木小唐
    土木小唐 沙发

    好文!收藏以后用!

    2023-03-29 10:37:29

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这个家伙什么也没有留下。。。

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