El principio de funcionamiento de un compresor alternativo de hidrógeno es cambiar el volumen del gas en el cilindro a través del movimiento alternativo del pistón, logrando así el propósito de comprimir y transportar hidrógeno. El proceso específico es el siguiente:
Proceso de admisión: Cuando el motor impulsa el pistón y el cigüeñal empuja la biela, moviéndose desde el punto muerto superior (o punto muerto inferior) del cilindro alejándose de la culata, el volumen dentro del cilindro aumenta gradualmente y la presión disminuye gradualmente. . Cuando la presión en el cilindro es menor que la presión de hidrógeno en el tubo de admisión, la válvula de admisión se abre debido a la diferencia de presión y el hidrógeno es aspirado hacia el cilindro. Cuando el pistón se mueve al punto muerto inferior (o punto muerto superior), el proceso de admisión termina y el cilindro se llena con hidrógeno a baja presión.
Proceso de compresión: Después de que el pistón alcanza el punto muerto inferior (o punto muerto superior), comienza a moverse en dirección opuesta, es decir, hacia la culata. A medida que el pistón se mueve, el volumen en el cilindro disminuye gradualmente, el hidrógeno se comprime y la presión y la temperatura continúan aumentando. Durante este proceso, la válvula de succión se cierra para evitar que el hidrógeno aspirado regrese a la tubería de succión. El proceso de compresión finaliza cuando la presión del hidrógeno en el cilindro aumenta hasta un nivel ligeramente superior a la presión en el tubo de escape.
Proceso de escape: Una vez completado el proceso de compresión, el hidrógeno a alta presión en el cilindro empuja la válvula de escape para abrirla, y el hidrógeno se descarga en el tubo de escape a través de la válvula de escape y se transporta al lugar donde se necesita hidrógeno a alta presión. El proceso de escape finaliza cuando el pistón se mueve nuevamente al punto muerto superior (o punto muerto inferior). A continuación, el pistón inicia una nueva ronda de procesos de admisión, compresión y escape, repitiendo este ciclo para lograr una compresión y un suministro continuos de hidrógeno.
El compresor alternativo de hidrógeno se compone principalmente de los siguientes componentes estructurales:
Sección de compresión
Cilindro: Es donde se comprime el hidrógeno y generalmente está hecho de material de aleación de alta resistencia con buena resistencia a la presión y a la corrosión.
Pistón: se mueve alternativamente en el cilindro, comprimiendo el hidrógeno al cambiar el volumen dentro del cilindro. El pistón generalmente está equipado con un anillo de pistón para sellar el espacio entre el pistón y la pared del cilindro para evitar fugas de hidrógeno.
Vástago del pistón: conecta el pistón y la cruceta, transmitiendo el movimiento alternativo del pistón a la cruceta.
Válvula de gas: se instala en el cilindro para controlar la entrada y salida de hidrógeno. La válvula de admisión se abre durante la carrera de admisión del pistón, permitiendo que el hidrógeno ingrese al cilindro; la válvula de escape se abre durante la carrera de escape del pistón, liberando el hidrógeno comprimido del cilindro.
Pieza de transmisión
Cigüeñal: Es el componente de transmisión de potencia del compresor, el cual es impulsado por el motor eléctrico para girar y convertirse en movimiento alternativo del pistón a través de la biela.
Biela: conecta el cigüeñal y la cruceta, convierte el movimiento de rotación del cigüeñal en movimiento alternativo de la cruceta, impulsando así el pistón para que se mueva en el cilindro.
Cruceta: conecta el vástago del pistón y la biela, desempeña la función de guiar y transmitir fuerza, haciendo más suave el movimiento alternativo del pistón.
Cuerpo
Cárter: se utiliza para soportar y alojar piezas de transmisión como cigüeñales y bielas. También almacena aceite lubricante y proporciona lubricación y refrigeración a las piezas de transmisión.
Bloque de cilindros: sirve como base de montaje para los cilindros y generalmente está conectado al cárter para formar el marco general del compresor.
Cuerpo intermedio: ubicado entre el bloque de cilindros y el cárter, se utiliza para instalar componentes como el deslizador de la cruceta, proporcionando guía y soporte para el movimiento de la cruceta.
Parte auxiliar
Sistema de lubricación: incluye tanque de aceite, bomba de aceite, filtro de aceite, enfriador de aceite, etc., que proporcionan aceite lubricante a las partes móviles del compresor, reducen la fricción y el desgaste y garantizan el funcionamiento normal del compresor.
Sistema de enfriamiento: generalmente compuesto por un enfriador, tubería de circulación de agua de enfriamiento, etc., utilizado para enfriar el calor generado durante el proceso de compresión, evitar que la temperatura del compresor sea demasiado alta y garantizar la eficiencia de compresión del hidrógeno y el funcionamiento seguro del equipo.
Sistema de sellado: Además del sello del anillo del pistón, también incluye componentes como el prensaestopas, que se utiliza para sellar el espacio entre el vástago del pistón y el cilindro para evitar fugas de hidrógeno.
Sistema de control: generalmente compuesto por sensores, instrumentos, paneles de control, controladores lógicos programables (PLC) o sistemas de control distribuido (DCS), etc., utilizados para monitorear y controlar los parámetros de funcionamiento del compresor, como presión, temperatura, caudal, etc., para garantizar que el compresor funcione en un estado seguro y eficiente.
Filtro de admisión: Se instala en la entrada de aire del compresor para filtrar las impurezas y el polvo del hidrógeno y proteger los componentes internos del compresor del desgaste y los daños.
Amortiguador: Se instala en la entrada y la salida del compresor para reducir las fluctuaciones de la presión del gas y proteger el compresor y el sistema de tuberías contra golpes y vibraciones.
¿Qué papel juegan los distintos componentes en el proceso de compresión del hidrógeno?
1. Sección de compresión
cilindro:
Como contenedor espacial para la compresión de hidrógeno, proporciona un lugar para la compresión de hidrógeno, y el cambio de volumen de su espacio interno determina directamente el grado de compresión del hidrógeno. Por ejemplo, durante el movimiento del pistón, el hidrógeno dentro del cilindro se encuentra confinado en un espacio relativamente cerrado. A medida que el pistón avanza, este espacio se va reduciendo gradualmente y la distancia entre las moléculas de hidrógeno disminuye, consiguiendo así la compresión del hidrógeno.
La pared del cilindro debe soportar la presión del hidrógeno, y la resistencia y la resistencia a la corrosión de su material son cruciales para el funcionamiento seguro y estable del compresor. En un entorno de hidrógeno a alta presión, los buenos materiales pueden evitar que el cilindro se rompa o que se produzcan fugas de hidrógeno.
pistón:
Es el actuador clave para la compresión del hidrógeno. El movimiento alternativo del pistón dentro del cilindro cambia directamente el volumen del hidrógeno dentro del cilindro. Cuando el pistón se mueve hacia el fondo del cilindro, comprime el hidrógeno, reduciendo su volumen y aumentando su presión, logrando así la función de compresión.
El anillo del pistón actúa como un sello para evitar que el hidrógeno se escape del espacio entre el pistón y la pared del cilindro. El anillo del pistón se ajusta firmemente contra la pared del cilindro, formando una barrera de sellado que garantiza que el hidrógeno solo pueda fluir a lo largo del camino establecido (a través de la válvula) durante el proceso de compresión, manteniendo la efectividad del proceso de compresión. Si el anillo del pistón no está bien sellado y hay fugas de hidrógeno, no solo reducirá la eficiencia de compresión, sino que también puede provocar que el compresor no alcance la presión requerida.
Vástago del pistón:
Es el puente que une el pistón y la cruceta, transmitiendo el movimiento alternativo del pistón a la cruceta. Durante este proceso, debe soportar la fuerza recíproca del pistón para garantizar una transmisión estable de la fuerza. Por ejemplo, cuando el pistón está sometido a la fuerza de reacción del hidrógeno en el cilindro, el vástago del pistón puede transmitir esta fuerza a la cruceta, haciendo que todo el sistema de transmisión trabaje de manera coordinada.
Válvula de aire:
La válvula de admisión y la válvula de escape controlan la entrada y el escape de hidrógeno respectivamente. Durante el proceso de admisión, cuando la presión en el cilindro es menor que la presión en el tubo de admisión, la válvula de admisión se abre para permitir que el hidrógeno ingrese al cilindro sin problemas; durante el proceso de escape, cuando la presión del hidrógeno en el cilindro es mayor que la presión en el tubo de admisión, la válvula de admisión se abre para permitir que el hidrógeno ingrese al cilindro sin problemas. presión en el tubo de escape, la válvula de admisión se abre para permitir que el hidrógeno ingrese al cilindro sin problemas. , la válvula de escape se abre para permitir que se descargue el hidrógeno comprimido. El momento de apertura y cierre de la válvula de gas y un buen sellado son cruciales para la compresión y el transporte normales del hidrógeno. Si la válvula de gas no se abre y se cierra a tiempo o no está sellada herméticamente, el hidrógeno fluirá hacia atrás y se escapará, lo que afectará la eficiencia y la presión de salida del compresor.
2. Pieza de transmisión
Cigüeñal:
Como componente de entrada de potencia, recibe la potencia rotacional del motor y la convierte en el movimiento alternativo de la biela. El ángulo de rotación y la velocidad del cigüeñal determinan la frecuencia y la carrera del pistón, controlando así la frecuencia y el grado de compresión del hidrógeno. Por ejemplo, al ajustar la velocidad de rotación del cigüeñal, se puede cambiar la frecuencia de funcionamiento del compresor, ajustando así la cantidad de compresión y el caudal de salida de hidrógeno.
enlace:
Conecte el cigüeñal y la cruceta, convirtiendo el movimiento de rotación del cigüeñal en el movimiento alternativo de la cruceta. Soporta cargas alternas complejas durante el movimiento y debe tener suficiente resistencia y rigidez para garantizar la precisión de la transmisión de fuerza. La longitud y el diseño estructural de la biela también afectan la carrera del pistón, lo que a su vez afecta el cambio de volumen del cilindro y la relación de compresión del hidrógeno.
Cruceta:
Conecta el vástago del pistón y la biela y proporciona guía para el movimiento alternativo del vástago del pistón. Asegura que el pistón pueda realizar un movimiento alternativo lineal en el cilindro, evitando una fuerza desigual en el pistón y la pared del cilindro, lo que puede provocar desgaste excéntrico o atascos. El buen rendimiento de guía del cabezal transversal ayuda a mejorar la estabilidad y confiabilidad del movimiento del pistón y garantiza el progreso suave del proceso de compresión de hidrógeno.
3. Cuerpo
Caja del cigüeñal:
Proporcionar espacio de soporte y alojamiento para piezas de transmisión como cigüeñales y bielas. Protege los componentes internos de la transmisión de interferencias ambientales externas y almacena aceite lubricante para que los componentes de la transmisión puedan funcionar en un buen entorno de lubricación. El aceite lubricante en el cárter puede reducir la fricción y el desgaste entre los componentes y eliminar algo de calor a través del flujo de aceite, cumpliendo así una función de enfriamiento.
Bloque de cilindros:
Como base de instalación del cilindro, garantiza la estabilidad del cilindro durante el funcionamiento. Está conectado al cárter para formar un marco estructural integral que soporta la presión del hidrógeno durante la compresión y la fuerza de reacción generada por el movimiento del pistón. El diseño estructural y la selección del material del bloque de cilindros afectan directamente la resistencia y la estabilidad generales del compresor.
Cuerpo medio:
Instale componentes como el deslizador del cabezal transversal entre el bloque de cilindros y el cárter. Guía y soporta el movimiento del cabezal, garantizando que se mueva en la dirección correcta. La estructura y la precisión del cuerpo central tienen un impacto significativo en el movimiento lineal del pistón en el cilindro y en la estabilidad operativa general del compresor.
4. Parte auxiliar
Sistema de lubricación:
Proporciona lubricación a las partes móviles del compresor para reducir la fricción y el desgaste. Por ejemplo, en los puntos de contacto entre el cigüeñal y el cojinete, la biela y el cigüeñal, el pistón y la pared del cilindro, el aceite lubricante puede formar una película de aceite, que genera fricción líquida entre las partes relativamente móviles, reduciendo en gran medida la fricción. , reduciendo el desgaste de los componentes y alargando la vida útil del equipo.
Durante el proceso de circulación, el aceite lubricante también puede absorber parte del calor y desempeñar una función de refrigeración. El calor se puede disipar al exterior a través de equipos como enfriadores de aceite para evitar que el compresor se dañe debido a las altas temperaturas.
Sistema de enfriamiento:
Enfriar el calor generado durante la compresión. Durante la compresión del hidrógeno, la energía interna del gas aumenta y la temperatura se eleva. El sistema de enfriamiento utiliza enfriadores y otros equipos, como enfriamiento por agua o enfriamiento por aire, para enfriar el hidrógeno a alta temperatura, haciendo que el proceso de compresión sea más cercano a la compresión isotérmica y mejorando la eficiencia de la compresión. Al mismo tiempo, el sistema de enfriamiento también enfría la carrocería, los cilindros y otros componentes para evitar fallas del equipo debido al sobrecalentamiento.
Sistema de sellado:
Además del sello del anillo del pistón, también se utilizan componentes de sellado como el prensaestopas para sellar el espacio entre el vástago del pistón y el cilindro para evitar fugas de hidrógeno. Un buen sistema de sellado puede garantizar la presión de hidrógeno dentro del compresor y evitar que el hidrógeno se escape al exterior, causando desperdicio de energía y riesgos de seguridad.
Sistema de control:
Monitorizar y controlar los parámetros de funcionamiento del compresor, como presión, temperatura, caudal, etc. La recopilación de datos en tiempo real se realiza a través de sensores, como la instalación de sensores de presión en la entrada y la salida, la instalación de sensores de temperatura en ubicaciones clave y la instalación de sensores de flujo en tuberías. El sistema de control garantiza el funcionamiento seguro y eficiente del compresor ajustando la velocidad del motor, el tiempo de apertura y cierre de la válvula, etc. en función de estos datos. Por ejemplo, cuando la presión de escape es demasiado alta o la temperatura es anormal, el sistema de control puede tomar medidas oportunas, como alarma y apagado, para proteger el equipo compresor.
Filtro de entrada:
Filtra las impurezas y el polvo del hidrógeno. Antes de que el hidrógeno entre al compresor, el filtro de entrada de aire puede eliminar partículas sólidas, aceite y otras impurezas del hidrógeno para evitar que entren al compresor y evitar el desgaste, bloqueo o corrosión de válvulas, pistones, paredes de cilindros y otras partes, asegurando así la Funcionamiento normal del compresor. Funcionamiento y vida útil.
buffer:
Se instala en la entrada y salida del compresor para reducir las fluctuaciones de la presión del gas. Durante el proceso de admisión y escape del compresor, el flujo de gas producirá fluctuaciones de presión. El amortiguador puede suavizar estas fluctuaciones, haciendo que el proceso de admisión y escape del compresor sea más suave. Esto ayuda a proteger las válvulas de aire, los sistemas de tuberías y otros componentes del compresor, reduce los daños causados por golpes de presión y vibraciones, y también ayuda a mejorar la estabilidad y confiabilidad de todo el sistema.
