2022年车载氮气制备加注系统结构设计方案 .pdf

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1、车载氮气制备加注系统结构设计-汽车车载氮气制备加注系统结构设计李夺 郑伟中航工业辽宁陆平机器股份有限公司辽宁铁岭112001 摘要：介绍了一款氮气制备加注车上的氮气制备加注设备对氮气的生产、储备及加注过程的设计思路，主要围绕氮气制备加注设备的系统匹配性进行了阐述，并经过对样机的实验测试，证明其各项指标均达到良好效果。关键词 ：氮气制备加注设备氮气生产增压储备压力加注中图分类号： U469.6.03 。 TQ116.11 文献标识码： C 文章编号： 1004-0226(2016)06-0099-03 1 前言氮气在国民经济和日常生活中有着广泛的应用，如利用氮气作为焊接保护气；利用氮气封存画页、

2、书卷；利用氮气保鲜粮食、水果等。目前市场上的氮气多由专业厂家生产，通过钢瓶储存、周转，对于大量使用氮气的用户既不经济，也不方便。我国早期生产的制氮车采用的设备和工艺现己落后，故此介绍一款小型化的车载氮气制备加注设备。 2 主要组成车载氮气制备加注设备系统主要由4.5m 车厢、空气压缩机、制氮机、增压加注机、压缩空气缓冲罐、低压氮气缓冲罐、氮气钢瓶和30kW发电机组组成。 3 空间布局整套系统布置在氮气制备加注车的厢体内。考虑到发电机组和空气压缩机精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页，共 8 页工作时需要满足良好的通风散热条件，同时

3、为了避免产生噪声共振，将空气压缩机布置在车厢前部，发电机组布置在车厢后部；车厢中部为工作舱，内部设有制氮机、氮气增压加注机、氮气钢瓶、空调机和附件柜等（如图1）。 4 主要设备 4.1 空气压缩机 4.1.1 功用选用滑片式空气压缩机，一方面是为制氮机提供氮气来源；另一方面是为氮气增压加注机中的增压泵提供动力。 4.1.2 主要特点及性能参数滑片式空气压缩机，运动部件只有转子一个，可靠性高；转速低(1460r/min)，磨损小、寿命长；滑片靠离心力自动补偿与定子腔壁的间隙，容积效率高；机器运行时不会产生振动，唯一的噪音来自电机和冷却风扇，噪音相对较低。其性能参数如表1 所示。 4.2 制氮机精

4、选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页，共 8 页 4.2.1 功用选用膜式制氮机，主要是从压缩空气中分离氮气，纯度达99.5% 。 4.2.2 主要特点及性能参数空气在膜两侧压差的作用下，因膜中的溶解度和扩散系数的不同，空气中的水分、氧气、二氧化碳等在膜中相对渗透速率较快，从而在膜渗透侧被富集；而氮气、氩气渗透速率相对较慢，则被滞留在另一侧而得到富集，从而达到了在空气中分离氮气的目的（如图2）。膜式制氮机从空气中取氮，因原料无限，回收率高，能耗小，氮气成本很低；其结构紧凑、体积小、轻便而节省空间，比早期的单级分馏塔先进，且无运动部件

5、，无噪音、无污染，可连续产气，几乎不需维修，现采用微电脑可精确地将氮气纯度控制在很小的变化范围内，使制备出的氮气无浪费现象。其性能参数如表 2 所示。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页，共 8 页 4.3 增压加注机 4.3.1 功用选用气动增压加注机，将低压氮气缓冲罐内的0.8MPa 氮气增压充填到15MPa ，40L 的氮气钢瓶内。 4.3.2 主要特点及性能参数增压加注机采用高低压组合的气动泵，将低压氮气储罐内的低压氮气，增压加注到标准氮气钢瓶内，以满足用户需求。整机结构紧凑，气动泵可在满负荷下频繁启动，效率高、可控性好、

6、经久耐用（如图3）。其性能参数如表3所示。 5 系统匹配性 5.1 用气量校核空气压缩机为制氮机和氮气增压机提供气源及增量，空气压缩机排气流量与制氮机、氮气增压机的耗气量需要合理匹配，即空气压缩机排气流量为精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页，共 8 页3.25N m3/min，制氮机耗气量为1.5N m3/min，氮气增压加注机耗气量为1.5N m3/min。制氮机和氮气增压加注机的耗气量总和为3.0N m3/min，小于空气压缩机的排气量 3.25N m，min ，所以整个系统的用气量满足要求。 5.2 压力校核空气压缩机、制

7、氮机和氮气增压机的压力匹配参数如图4 所示。从表 4 可知，空气压缩机出气压力为1.0MPa ，可满足制氮机要求；制氮机压力为 0.8MPa ，同样能满足氮气增压机要求。 5.3 产氮量校核制氮机产氮量的技术要求是当氮气纯度99.5% 时，制氮量为0.15 0.22倍的制氮机进口空气流量。其关系表达式为：式中， Q 氯为制氮机的产氮量，N m3/h 。Q 空为制氮机的进口空气流量，Q 空-1.5x60N m3/h 。k 为某一氮气纯度下的产氮系数，该机氮气纯度为99.5% ，产氮系数 k=0.15 0.22，取 k=0.15 。将式中已知数值代入可得Q 氯=13.5 N.m3 h10N m3/

8、h ，满足制氮量要求。 5.4 氮气制备时间校核精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页，共 8 页充填一个 15MPa 下的 40L 氮气钢瓶所需时间小于45min 。其关系表达式为：式中， T 储为一个钢瓶的充氮时间，min 。 V 瓶为标准状态下的钢瓶容积 ， V-40 x10- 3Xl50 N m3 ； Q2低 为 二 级 增 压 泵 的 入 口 压 力 在2.5MPaP2 8MPa 时的出口平均流量， Q2 低 =0.16 N m3/min。将式中已知数值代入可得T 储=37.5 min45 min ，满足钢瓶充氮时间要求。

9、 5.5 电功率校核为了满足系统的用电要求和车载质量要求，配备1 台 30 kW 发电机组。该发电机组在额定功率的80% 状态下工作是最理想的，即24 kW。由表 1、表2 分别可知，空气压缩机功率为22 kW 制氮机功率为0.8 kW ，故供电能力满足系统要求。 6 实验对车载氮气制备加注系统进行性能测试，实验详细数据如表5 所示。通过测试说明，系统所配置的空气压缩机、制氮机、增压加注机等设备性能，均满足作业性能要求。 7 结语精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页，共 8 页本文在车载氮气制备加注系统设计过程中，主要解决了车载情

10、况下氮气生产、增压储备和加注作业性能参数的匹配问题，同时通过实验验证其设计中采用的校核方法与实际测试结果接近，满足此类产品的指标论证要求，亦可为同类产品设计或主要设备选型提供相关思路和参考。参考文献 1 GIB6109-2007.军用方舱通用规范 S 2 GB/T3864-2008工业氮 s. 3 陈连善，孙复初.KL-15A型制氧制氮车的研制J深冷技术，2003.13-17 收稿日期： 2016-04-13 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页，共 8 页精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 8 页，共 8 页