趙德亮，張新軍

（伊犁州計(jì)量檢定所，新疆 伊寧 835000）

1 引言

汽車工業(yè)因經(jīng)濟(jì)、科技推動(dòng)而發(fā)展迅速，現(xiàn)階段汽車儼然變?yōu)樯a(chǎn)、生活不可或缺的物品。以往汽車多是以柴油或者汽油等為動(dòng)力能源，但是會(huì)造成較多污染。而天然氣在該方面優(yōu)勢(shì)明顯，其排放量相較于汽油與柴油來(lái)說(shuō)更為理想。借助天然氣能夠?qū)Υ髿馕廴疚锱欧偶右园芽?，并且降低?duì)于石油等諸多化石能源的依賴。相較于傳統(tǒng)燃料而言，以天然氣為能源的汽車費(fèi)用也更低，對(duì)推進(jìn)汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展而言意義重大。同時(shí)，天然氣汽車也使加氣站等得到帶動(dòng)，后者可以分成“標(biāo)準(zhǔn)站”“母子站”兩類，而天然氣在儲(chǔ)藏形式方面則可分成壓縮、液化兩種類型。下文就壓縮天然氣（CNG）對(duì)應(yīng)的加氣機(jī)展開(kāi)介紹，并就其應(yīng)用現(xiàn)狀展開(kāi)探析。

2 CNG加氣機(jī)結(jié)構(gòu)與原理探析

對(duì)于加氣站而言，CNG加氣機(jī)是不可或缺的計(jì)量裝置，并且該裝置通常置于高壓與震動(dòng)的環(huán)境之中，因此，必須確保該裝置契合計(jì)量、控制的要求。計(jì)量主要是針對(duì)加氣量做到精確檢測(cè)，而控制則是對(duì)氣壓而言，從而保障相應(yīng)的加氣效率與安全。CNG加氣機(jī)通常由加氣槍、壓力傳感器、流量計(jì)、電磁閥以及電控系統(tǒng)等諸多部分構(gòu)成，圖1便是其結(jié)構(gòu)圖。

圖1 CNG加氣機(jī)結(jié)構(gòu)圖

天然氣需要借助管網(wǎng)進(jìn)入到加氣站當(dāng)中，借助壓縮機(jī)進(jìn)行壓縮從而形成壓縮天然氣，通常是把20MPa、15MPa與101MPa壓強(qiáng)的氣體分別儲(chǔ)藏于高、中、低三種儲(chǔ)氣瓶之中。瓶中氣體需要借助相應(yīng)的管線輸送至相匹配的加氣機(jī)當(dāng)中。隨后于加氣機(jī)當(dāng)中依靠過(guò)濾系統(tǒng)進(jìn)行過(guò)濾，并借助電控系統(tǒng)來(lái)控制不同壓強(qiáng)的電磁閥開(kāi)關(guān)。氣體計(jì)量需要依靠質(zhì)量流量計(jì)來(lái)實(shí)現(xiàn)，并最終將得到計(jì)量后的氣體裝進(jìn)天然氣汽車儲(chǔ)氣瓶當(dāng)中。全程相應(yīng)的顯示或者是儲(chǔ)存流程均依靠電控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，后者是通過(guò)對(duì)計(jì)量信號(hào)的控制來(lái)實(shí)現(xiàn)整個(gè)流程，其過(guò)程如下：首先需要由加氣機(jī)對(duì)預(yù)設(shè)金額或者是加氣量進(jìn)行讀取，而后依靠壓力傳感器來(lái)對(duì)儲(chǔ)氣瓶中相應(yīng)數(shù)值進(jìn)行讀取，并打開(kāi)對(duì)應(yīng)的電磁閥進(jìn)行氣體的壓入。當(dāng)汽車儲(chǔ)氣壓力快要達(dá)到低壓瓶壓力時(shí)，便不能繼續(xù)進(jìn)行氣體的壓入，而系統(tǒng)也會(huì)自動(dòng)打開(kāi)壓力更高的電磁閥，直到最后加氣量契合相應(yīng)的金額。

3 CNG加氣機(jī)相應(yīng)的性能指標(biāo)

就CNG加氣機(jī)來(lái)說(shuō)，其性能指標(biāo)如下所示：首先為壓力范圍，其是指加氣機(jī)對(duì)應(yīng)的設(shè)計(jì)、額定以及最大工作壓力上限，并且對(duì)于設(shè)計(jì)工作壓力來(lái)說(shuō)需要≥27.5MPa，額定工作壓力則應(yīng)≥20MPa，其最大工作壓力則不應(yīng)低于25MPa。

其次，對(duì)于計(jì)量性能來(lái)說(shuō)，其要求如下：加氣機(jī)需要以誤差要求為導(dǎo)向做到精確加氣，通常其準(zhǔn)確性不得小于1.0級(jí)，也就是最大誤差需要控制在±1.0%之內(nèi)。同時(shí)，顯示器相應(yīng)的金額相較于付費(fèi)金額來(lái)說(shuō)差值絕對(duì)值也不得超出最小付費(fèi)變量[1]。

第三，對(duì)于流量范圍來(lái)說(shuō)，加氣機(jī)需要以流量不同為導(dǎo)向分成小流量、中流量以及大流量三種加氣機(jī)。其中小流量加氣機(jī)對(duì)應(yīng)的最高流量需要低于30kg/min,而大流量加氣機(jī)對(duì)應(yīng)的最大流量則需要超過(guò)70kg/min，中流量加氣機(jī)對(duì)應(yīng)的最大流量則需要處于上述要求流量之間。

第四，對(duì)于氣密性與安全性來(lái)說(shuō)，若加氣機(jī)低于20MPa，那么需要保壓10min左右，并且氣路系統(tǒng)與附件不得發(fā)生泄漏情況。此外，若加氣機(jī)處于35MPa形式的額定靜態(tài)壓力中，那么需要維持1min，并且不得出現(xiàn)變形或者是破裂情況，保證使用時(shí)沒(méi)有諸多安全隱患。就汽車儲(chǔ)氣瓶來(lái)說(shuō)，若其壓力在19MPa到20MPa之間，那么加氣機(jī)便可自動(dòng)停止加氣[2]。

4 加氣機(jī)系統(tǒng)功能探析

CNG加氣機(jī)配有的管理系統(tǒng)主要是針對(duì)加氣流程展開(kāi)控制，并確保計(jì)量數(shù)據(jù)得到有效存儲(chǔ)與處理，同時(shí)還應(yīng)契合相應(yīng)的擴(kuò)展需要。首先，要對(duì)電磁閥加以控制，該功能可以看作加氣機(jī)的關(guān)鍵，控制系統(tǒng)除了要對(duì)電磁閥相應(yīng)的開(kāi)關(guān)做到精準(zhǔn)控制外，還需要對(duì)其順序進(jìn)行控制。其次則是對(duì)壓力信號(hào)進(jìn)行采集，通?？刂葡到y(tǒng)可以流量開(kāi)關(guān)進(jìn)行把控，并借助A/D傳感器實(shí)現(xiàn)由流量計(jì)量向著壓力信號(hào)再到電信號(hào)的高效轉(zhuǎn)換，從而實(shí)現(xiàn)精確記錄。第三則是輸入與輸出，CNG加氣機(jī)必須保證天然氣相應(yīng)的單價(jià)、金額等完全顯示，因此，需要借助LCD模塊進(jìn)行輸入與輸出。最后則是與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)以及網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展相關(guān)。系統(tǒng)除了要契合因加氣站、操作人員、加氣機(jī)等不同帶來(lái)的復(fù)雜數(shù)據(jù)處理需要之外，還需要確保數(shù)據(jù)可以及時(shí)得到打印、查詢。此外，還應(yīng)站在戰(zhàn)略角度來(lái)對(duì)后續(xù)嵌入產(chǎn)品伴有的網(wǎng)絡(luò)需要進(jìn)行考慮，并且配置相契合的網(wǎng)絡(luò)接口。

5 CNG加氣機(jī)在國(guó)內(nèi)外的應(yīng)用現(xiàn)狀

國(guó)外由于在工業(yè)層面起步較早，因此環(huán)境問(wèn)題也較早地顯現(xiàn)并得到各國(guó)重視。例如，美國(guó)、日本、德國(guó)等諸多國(guó)家便借助大量資金投入以及稅收等政策來(lái)推動(dòng)CNG加氣機(jī)以及相配套的加氣站的建設(shè)。21世紀(jì)初美國(guó)不僅加大力度推進(jìn)燃料汽車的研發(fā)與應(yīng)用，并且設(shè)置了相匹配的具有強(qiáng)制性的政策，為清潔性能源的推廣夯實(shí)了基礎(chǔ)。上述措施不但使天然氣汽車得到高效推廣，還為CNG加氣機(jī)以及相配套加氣站的發(fā)展提供了保障。而對(duì)于CNG加氣機(jī)來(lái)說(shuō)，其最早還是源于歐洲，由于歐洲天然氣供應(yīng)網(wǎng)極為發(fā)達(dá)，促使意大利等國(guó)家相繼加快了對(duì)于天然氣汽車的研發(fā)[3]。

國(guó)內(nèi)在天然氣汽車方面研發(fā)起步較晚，最早是在2000年于淄博成功地進(jìn)行了首臺(tái)國(guó)產(chǎn)加氣機(jī)的研發(fā)，隨后逐步實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化形式的生產(chǎn)。更多公司因科技、政策等的推動(dòng)逐步投入到加氣機(jī)的研發(fā)以及生產(chǎn)之中，政府以該行業(yè)特點(diǎn)為基礎(chǔ)進(jìn)行了支持政策的制定?，F(xiàn)階段，國(guó)內(nèi)已經(jīng)出現(xiàn)了大量的加氣站，這對(duì)于環(huán)境保護(hù)以及能源多元利用來(lái)說(shuō)意義重大，同時(shí)也為推進(jìn)汽車工業(yè)高效、環(huán)保發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。雖然國(guó)內(nèi)在CNG加氣機(jī)層面的發(fā)展較為顯著，但相較于國(guó)外技術(shù)來(lái)說(shuō)仍舊存有滯后。傳統(tǒng)能源應(yīng)用隨著數(shù)量減少、環(huán)境污染等問(wèn)題變得舉步維艱，因此必須依靠替代品解決。因此，從天然氣出發(fā)推進(jìn)CNG加氣機(jī)等的研發(fā)與生產(chǎn)極為關(guān)鍵，研發(fā)與投產(chǎn)必須對(duì)其具備的便利性、高效性等加以關(guān)注。此外，CNG加氣機(jī)在應(yīng)用層面也出現(xiàn)了諸多檢定問(wèn)題，這多與人員操作、氣源密度等密切相關(guān)。因此，該行業(yè)必須針對(duì)操作人員提升資質(zhì)要求。例如，對(duì)加氣機(jī)實(shí)施檢定的技術(shù)人員必須經(jīng)過(guò)計(jì)量部門(mén)規(guī)定的培訓(xùn)和考核，只有具備檢定員證才可上崗。同時(shí)，還應(yīng)針對(duì)機(jī)器內(nèi)部以及外部環(huán)境等做到定期檢查，其檢定工作需要以相關(guān)檢定規(guī)程為導(dǎo)向開(kāi)展，例如，其環(huán)境溫度必須控制于-20℃到50℃之間，濕度則應(yīng)控制于35%到95%。

6 結(jié)論

總之，CNG加氣機(jī)從出現(xiàn)到如今廣泛普及已經(jīng)歷經(jīng)百年發(fā)展，并且其市場(chǎng)也顯得較為成熟，未來(lái)必然也會(huì)朝著智能、多元化層面推進(jìn)。對(duì)于天然氣汽車來(lái)說(shuō)，CNG加氣機(jī)出現(xiàn)起到了巨大的促進(jìn)作用，其研發(fā)與生產(chǎn)愈加成熟，同時(shí)應(yīng)用方面也更具可靠、安全性，對(duì)強(qiáng)化社會(huì)效益以及企業(yè)相應(yīng)的經(jīng)濟(jì)效益夯實(shí)了基礎(chǔ)。