各类CNG 子站压缩机比较
CNG 加气站三种压缩子站的优缺点
机械式与液压式
CNG 子站压缩机的对比
摘要：文章针对机械式与液压式CNG 子站压缩机两种型式的作用原理、结构型式、性能特点等方面进行对比分析，为天然气加气子站的压缩机选取提供参考依据。 关键词：机械式CNG 子站压缩机；液压式CNG 子站压缩机；作用原理；结构型式 中图分类号：TH45文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2012）05-0083-02 CNG 子站压缩机是对天然气进行增压作用，是天然气加气子站的关键设备。因此，CNG 子站压缩机的选取对于整个天然气加气子站来说至关重要。目前国内天然气子站建设中系统关键设备压缩机主要分为两种类型：传统机械式压缩机、液压式压缩机，此外还有一种液压平推式CNG 子站。液压平推式与前两种的型式有着本质的不同，因此本文只针对前两种型式的作用原理、结构型式、性能特点等方面进行对比分析，为天然气加气子站的压缩机选取提供参考依据。
1作用原理及结构型式
机械式与液压式CNG 子站压缩机均属于容积式压缩机，通过活塞的往复运动来实现气体的压缩。活塞做往复运动时，由气缸内壁、气缸盖和活塞顶面所构成的工作容积则会发生周期性变化。活塞从气缸盖处开始运动时，气缸内的工作容积逐渐增大，这时，气体即沿着进气管，推开进气阀而进入气缸，直到工作容积变到最大时为止，进气阀关闭；活塞反向运动时，气缸内工作容积缩小，气体压力升高，当气缸内压力达到并略高于排气压力时，排气阀打开，气体排出气缸，直到活塞运动到极限位置为止，排气阀关闭。当活塞再次反向运动时，上述过程重复出现。总之，活塞往复一次，气缸内相继实现进气、压缩、排气的过程，即完成一个工作循环。
机械式与液压式CNG 子站压缩机的不同之处在于传递电动机的动力方式不同。下面分别介绍两种型式的结构原理。
1.1机械式CNG 子站压缩机
机械式CNG 子站压缩机主机由机身、曲轴、连杆、十字头、气缸、活塞与活塞杆、填料函、电机传动系统等组成。结构原理如图1所示。
图1为卧式两级压缩机的原理图，从中我们可以了解到机械式CNG 子站压缩机的工作过程：主机采用隔爆电机直联驱动曲轴，带动与曲轴相连接的连杆运动，连杆与十字头用十字头销连接，活塞杆与十字头用螺纹连接，动力经曲轴、连杆、十字头传递至活塞，电机曲轴的旋转运动转换为活塞的往复运动，从而实现气体压缩。
1.2液压式CNG 子站压缩机
液压式CNG 子站压缩机由液压系统、油缸、气缸、活塞与活塞杆、填料函、电机传动系统等部件组成。液压系统主要由油泵、油箱、阀组、各种液压附件及管道系统等零部件组成。结构原理如图2所示。
图2为某公司的液压式CNG 子站压缩机原理简图，从中我们可以了解到液压式CNG 子站压缩机是液压系统为气缸压缩部分提供动力：电机带动油泵为液压系统提供高压的液压油，高压的液压油经过换向部件进入油缸带动活塞杆作往复直线运动，油缸活塞与气缸活塞装在同一根活塞杆上，因此气缸活塞也随活塞杆一起作往复直线运动，并实现气体的压缩。
2性能特点
2.1机械式CNG 子站压缩机在使用中的优缺点分析
机械式子站压缩机具有技术成熟、价格低、维修方便等显著特点，在加气子站建设中具有以下特点：
①技术成熟。国外机械式子站压缩机有上百年的发展历史，国内也有近百年的历史了，曲柄连杆机构往复活塞式压缩机的技术已经发展得非常成熟。
②价格低。在2003年以后，根据城市规划的难以布局，母子站逐渐成为大中城市的主要建站技术路线，国内厂家从2003年开始研制开发机械式子站压缩机，2007年以后基本上实现了国产化，因此价格相对较便宜。
③维修方便。机械式子站压缩机的技术成熟，对于压缩机出现的大部分问题都有针对性的解决方案，因此出现问题时能及时解决问题。而且实现了国产化，机械式子站压缩机的配件就能够大量供应，客户维修时能够很容易采购到所需配件或者预备配件。 虽然机械式CNG 子站压缩机具有技术成熟等特点，但是也存在一些缺点：
①泄漏率高。曲柄带动活塞高速运转，在机体设计中填料、活塞环必须要有间隙，高压状态下天然气泄漏不可避免。
②电机功率大。电动机的定转速难以适应子站压缩机的变工况进气压力范围宽，因此供气量波动大，无功损耗多。尤其是在高压进气状态下，电机的无功损耗较大，并且在停机时要经过降压和卸荷才能再次启动，增加了单位气体的生产成本。虽然现在有了变频器，但是整个设备的制造成本增加，而且变频器本身也需要消耗功率，因此在目前来说还不经济。
③易损件多。气体高速压缩过程中，活塞环、活塞、气阀、连杆轴瓦、填料甚至缸体都易损坏。
④机组不能频繁启动。机组不能频繁启动，所以需要大容积的站用储气瓶组或储气井，增加了建站费用。
⑤运转噪声大。电动机的高转数带动曲柄机构的机械运动，以及气流脉动产生的震动，产生的运转噪声大，容易产生扰民投诉。
2.2液压式CNG 子站压缩机在使用中的优缺点分析
液压式CNG 子站压缩机具有低能耗、低泄漏、低噪音的显著特点，在加气子站建设中具有以下特点：
①结构简单。液压式CNG 子站压缩机无曲柄滑块机构，因此减少了此部分结构，变换成一个简单的阀组。而且液压式CNG 子站压缩机的行程较长，气缸的径向尺寸就相对较小，因此看起来就比较小巧。
②低能耗。液压式CNG 子站压缩机无曲柄滑块机构，减少了此部分的机械摩擦，减少了压缩机的无功损耗，电机的功率就相对减小。
③泄漏率较低。液压式CNG 子站压缩机的往复次数很少，一般只有10～30次左
右。机械式CNG 子站压缩机的往复次数较多，一般只有500～1 000次左右。因此液压式CNG 子站压缩机的泄漏点少得多，天然气的泄漏就相对少得多。此外液压式采用整体活塞环，无切口。
④噪音低（不大于75dbA ）, 振动小。
虽然液压式CNG 子站压缩机具有低能耗等特点，但是也存在一些缺点：
①液压阀组换向不稳定。液压式CNG 子站压缩机是一种新型压缩机、新技术，到技术成熟还需要一段实践的路程。特别是换向装置的可靠性是整个液压式CNG 子站压缩机运行的关键，目前使用的换向装置主要有两种方式：行程开关与液控换向。而换向装置使用频率高，用过一段时间就会出现换向失灵或换向缓慢等问题。
②密封材料。由于液压式CNG 子站压缩机的往复次数很少，因此对于低线速度的活塞环与填料的密封要求就要高得多，密封材料的选择就有所限制。
③气阀设计要求高。液压式CNG 子站压缩机的活塞线速度很低（某厂家为0.08 m/s），对于如此低线速度的气阀的开启与关闭过程就会相对延长，对于气阀的密封性就有很大的挑战，而且子站压缩机的进气状态又是变工况，因此对于此类型的气阀设计要求要相对更高，弹簧的选择更考究。
3结论
综上所述，可得出以下认识：
①CNG 加气子站建设中液压式压缩机比机械式压缩机无论是在建站投资成本、运行成本、节能降耗等都具有无可比拟的优势，必将陶汰和取代机械式子站压缩机。但是液压式压缩机是一种新型压缩机、新技术，还需要经过实际工况运行加以提高，使液压式压缩机的技术可靠、维修简便。
②机械式子站压缩机虽然存在泄漏率高、电机功率大、易损件多、运转噪声大等问题，但是机械式子站压缩机的技术发展已经很成熟，在近一段时期内，还将会得到广泛的使用。参考文献：：
[1] 活塞压缩机设计编写组. 活塞式压缩机设计[M].北京:中国
机械工业出版社,1974.
[2] 姚小林. 全液压油缸驱动活塞压缩机技术研究[J].压缩机
技术,2009,(5):38-40.