天然气供气系统结构与工作原理
天然气供气系统结构与工作原理
天然气供气系统结构与工作原理一、引言天然气作为一种清洁、高效的能源，被广泛应用于工业、民用和交通领域。
天然气供气系统是将天然气从供气站输送到用户终端的系统，它包括供气站、输气管道、调压站和用户终端等组成部分。
本文将详细介绍天然气供气系统的结构和工作原理。
二、天然气供气系统结构1. 供气站供气站是天然气供气系统的起始点，其主要功能是从天然气生产厂家接收天然气，并对其进行初步处理。
供气站通常包括天然气过滤器、脱硫装置、脱水装置和计量装置等设备。
过滤器用于去除气体中的悬浮颗粒物，脱硫装置用于去除气体中的硫化氢等有害物质，脱水装置用于去除气体中的水分，而计量装置用于测量天然气的流量。
2. 输气管道输气管道是将天然气从供气站输送到用户终端的主要通道。
输气管道通常由钢管或塑料管组成，其直径和壁厚根据输送天然气的流量和压力来确定。
在输气管道中，为了保持气体的流动和减少能量损失，通常会设置压缩机站和调压站。
3. 压缩机站压缩机站是输气管道中的重要设施，其主要作用是提高天然气的压力，以保证气体在管道中的流动。
压缩机站通常由多台压缩机组成，压缩机通过将气体压缩，增加其压力。
压缩机站还配备有冷却设备，用于降低气体的温度，以防止压缩机过热。
调压站位于输气管道的终点或中间节点，其主要功能是将输送到调压站的高压天然气调整为用户所需的低压天然气。
调压站通常由调压器、安全阀和计量装置等设备组成。
调压器根据用户的需求，将高压天然气调整为合适的低压，安全阀用于保护系统的安全，计量装置用于测量天然气的流量。
5. 用户终端用户终端是天然气供气系统的最终目的地，包括工业用户、民用用户和交通用户等。
用户终端通常配备有燃气炉、燃气锅炉、燃气发动机等设备，用于将天然气转化为热能或机械能。
用户终端还配备有燃气计量器，用于测量用户的天然气消耗量。
三、天然气供气系统工作原理1. 天然气输送天然气从供气站经过输气管道输送到用户终端。
在输送过程中，天然气需要克服管道阻力和摩擦力，因此需要设置压缩机站来提高气体的压力，以保证气体在管道中的流动。
天然气供气系统结构与工作原理
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天然气供气系统的性能、同发动机优化匹配情况，对天然气发动机性能有至关重要的影响。
如表4-1所示，在解放CA6102型汽油机上，采用不同的供气系统装置，提高压缩比，充分证明压缩比的提高可部分补偿发动机的标定功率损失，而且采用性能优良的供气装置可使标定功率损失大幅度降低。
原机压缩比为6.75时，采用1#供气装置的标定功率损失达24.2%，压缩比提高到7.6时标定功率损失降为18.1%。
而采用2#供气装置，压缩比为7.6时，同原机型相比，标定功率损失可降低到10%左右。
试验中采用的天然气中CH₄含量均在95%左右。
采用7.6压缩比和2#供气装置时，同时采用了改进型进气道，加大了进气充量。
若作为CNG和汽油两用燃料发动机，应采用90 #汽油。
天然气供气系统包括高压电磁阀、减压阀和混合器等，其中最关键组件就是减压阀和混合器，下面分别介绍。
天然气发动机基本结构及工作原理
• 曲轴的止推由两个半圆型止推轴承来实现，它们分别在主轴承轴鞍的
• 主轴瓦表面由巴氏合金薄层附带一个铜锡合金垫圈组成，如果20%以
飞轮
飞轮是由一块铸铁大圆盘和钢制齿圈 组成，作用是将在作功行程中由曲轴输入 的能量的一部分贮存起来，用以在其他行 程中克服阻力，带动曲柄连杆机构越过上、 下止点，使曲轴的旋转角速度和输出扭矩 尽可能均匀，提高发动机运转的稳定性， 并使发动机有可能克服短时间的超载荷。 在飞轮上通常刻有第一缸点火正时标记， 以便校准点火时间。
活塞组
活塞组的作用是与缸头和缸套共同组成所需 形状的燃烧室；保证气缸内部空间的密闭性，承 受气缸内气体的压力，并将此压力通过活塞销和 连杆传给曲轴，变活塞往复运动为曲轴旋转运动。 活塞直接与高温、高压燃气接触，而且又作高速 往复运动，因此要求活塞的材料应具有良好的导 热性和较小的膨胀系数，且在具有足够强度的同 时尽可能减轻质量，同时要求活塞还应具有良好 的耐磨性。活塞组是发动机中工作条件最严酷的 组件，发动机的活塞通常是由特殊的合金材料铸 造而成。
曲轴
曲轴由优质合金钢制成。曲轴的前端 用于驱动辅助设备，并安装有一个扭转减 振器；曲轴的后部有一个整体锻造的法兰， 法兰上连接有飞轮。曲轴上装有甩油环和 迷宫密封用来防止润滑油沿轴向泄漏。曲 轴上还装有齿轮，用于驱动正时齿轴
• 曲轴内设有油道，润滑油可通过油道到达主轴瓦轴颈，再通过曲轴油
2、配气机构
配气机构是按照发动机各气缸的工作顺序和 配气相位完成换气过程的控制机构。配气机构应 尽量保证发动机各气缸的换气充分，使发动机具 有良好的动力性能；特别在高速运转时应尽量减 少振动和噪音。配气机构可从不同角度来分类。 按气门的布置分为气门顶置和气门侧置式；按凸 轮轴的布置位置分为下置式、中置式和上置式； 按曲轴和凸轮轴的传动方式分为齿轮传动式、链 条传动式和齿带传动式；按每气缸气门数目分， 有二气门式和四气门式等
潍柴天然气发动机结构及工作原理.
燃气控制系统
减压器
zCNG发动机专用部件，将压缩天然气压 力由存储状态调节至8 bar左右。
z天然气从高压变低压的需要吸收大量的 热量，有一水腔，与发动机水路相连，利 用发动机的冷却液加热。
z平衡管接头，与发动机进气管连接，可 以动态调节出口压力，提高燃气供气系统 的反应速度。
z电磁阀，燃气管路上的安全开关，控制 天然气的通断。
ECU标定数据中包含了失火极 限以防止最初的失火。
天然气发动机技术特点
潍柴天然气发动机主要采用美国伍德沃德公司OH2.0系统，主要技术特点如下： 1、采用电子脚踏板，改善了发动机的驾驶性能。 2、燃气喷射、点火角度、空燃比、发动机负荷全部采用电控单元ECU控制。ECU根据电子脚 踏板输出的电压信号，确定电子节气门的开度，再根据发动机负荷、发动机转速、进气压力 、燃气压力和温度等参数计算燃气喷射量，确定点火角度。 3、发动机稳定运行时采用闭环控制，使实际空燃比和理论空燃比一致。 4、燃气进气方式为电控单点喷射，供气及时、停气干脆。 5、具有加速加浓功能。 6、采用防喘振技术，发动机大负荷急松脚踏板时，ECU根据减速信号，激活燃料切断功能， 在切断燃料供给的同时，电子节气门保持一定的开度，消除了因节气门关闭而引起增压器喘 震的可能性。 7、增压器带废气控制阀，采用电控放气。 8、具有超速保护功能。 9、电钥匙打开后，如果没有转速信号，燃气管路的电磁阀会自动关闭。 10、具有故障自我诊断功能。
压燃
压缩比
相位转速信号 采集 燃料空气混合
排温
国IV后处理装 置 电控系统
12 信号发生器（相位传感器）
混合器、节气门 高
增压器、排气管、进排气门座等优化 三元催化器
目前为美国伍德沃德系统
天然气区域管网的结构功能与规划研究
天然气区域管网的结构功能与规划研究天然气区域管网是连接天然气生产地和使用地的一种管道系统，它具有收集、输送、储存和分配等多种功能。
本文主要介绍天然气区域管网的结构、功能和规划研究。
一、结构1、主干管线主干管线是天然气区域管网的基础构造，主要运输天然气从生产地到用气地。
主干管线的直径一般较大，有较高的输送能力和运输效率。
主干管线的建设需考虑气量、压力、分流等因素，保证天然气能够全年稳定输送。
2、配网管道配网管道是通过支线和分支管线将天然气输送到用气单位的管道系统。
它由多个支线和分支管线组成，需要满足不同用气单位的需求，如小区、工业区、商业和居民区等。
因此配网管道的建设需考虑用气单位的数量、用气量、用气时段等因素，尽可能满足用户用气的需求。
3、压缩站压缩站是将天然气加压、压缩送至远距离的一个必要设施。
它一般设在区域管网的交汇节点或终点，并与主干管线相连。
压缩站需要满足不同产量的天然气输送要求，提高供应能力和响应能力。
4、调压站调压站是将管道输送的高压天然气降压至用户需要的压力的设施。
它一般设在区域管网与配网管道交汇处或重要用户的供气站点。
调压站的建设需要考虑建筑规模、用气量和用户用气压力等因素。
二、功能1、收集和输送天然气区域管网的主要功能是收集和输送天然气。
主干管线从天然气生产地开始，途经多个省市，成为连接全国天然气生产地和城市用气地的重要交通通道。
2、储存和分配区域天然气管网也可以进行天然气储存，一般采用地下储气库或压缩气体储层。
储气库的规模和储气量需要根据使用需要确定。
储存的天然气可以满足输送管网的运行需求和高峰期的用气需求。
3、调峰和安全保障天然气区域管网还可以进行峰值调峰和紧急备用供气。
通过合理的调度和规划，寻求天然气的最优配置和利用方式，以保证天然气的安全和稳定运行。
三、规划研究1、管网规划天然气区域管网的规划是指明了管网布局和建设原则，并确定德州处理设施、运输通道、配管设计、节点与站点的布置。
家用天然气的原理
家用天然气的原理
家用天然气是通过管道输送到用户家中的一种燃气。
其原理基于以下几个步骤：
1. 产地开采：天然气主要是从地下深部的油田和天然气田开采得来。
在开采过程中，钻井设备将岩石层穿透，并将天然气从地下岩石中释放出来。
2. 压缩和净化：天然气开采后是一种杂质含量较高的混合物。
在天然气处理厂中，天然气会经过一系列的压缩和净化工艺，去除其中的杂质，使天然气成为适合使用的燃料。
3. 储存和输送：经过处理的天然气将被输送到天然气储气罐或输气管道中。
储气罐通常在地下，而输气管道则是一个庞大的网络，将天然气从产地输送到各个用户的家中。
4. 燃气表计：天然气进入用户家中后，需要通过燃气表计来计量用户实际消耗的用气量。
这些燃气表计通常安装在用户用气设备的附近。
5. 燃烧使用：用户家中的天然气可以用于烹饪、供暖、热水等方面。
用户只需打开燃气阀门，将天然气送入燃气炉灶、燃气热水器等设备中，然后点燃火源，即可使用。
总的来说，家用天然气通过开采、压缩净化、储存和输送等步骤，最终将天然气送达用户家中，用户再打开燃气阀门，点燃火源，就可以使用天然气了。
潍柴天然气发动机培训资料之三结构及工作原理
天燃气发动机工作原理
天燃气发动机工作原理
天燃气发动机是一种利用天然气作为燃料的内燃机。
它的工作原理可以分为四个步骤：进气、压缩、燃烧和排气。
首先，进气阶段。
天然气从燃气管道进入发动机的气缸。
此时，气缸活塞处于下行的位置，活塞环创建了一个密封的空间。
接着，压缩阶段。
活塞开始向上移动，将进入气缸的天然气压缩到高压状态。
在这个过程中，活塞环保持气缸的密封性，确保气体不会泄漏。
然后，燃烧阶段。
当活塞接近上死点时，高压天然气通过喷油嘴喷射入气缸。
同时，点火系统点燃天然气，引起爆炸，推动活塞向下。
这个爆炸产生的能量被传递到连杆和曲轴，将动力传输到发动机的输出轴。
最后，排气阶段。
排气门打开，废气通过排气管排出，同时活塞向上移动，准备进行下一轮的进气循环。
总结起来，天燃气发动机的工作原理就是通过进气、压缩、燃烧和排气四个步骤实现能量转换，将天然气的化学能转化为机械能，为车辆或机械设备提供动力。
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天然气供气系统的性能、同发动机优化匹配情况，对天然气发动机性能有至关重要的影响。
如表4-1所示，在解放CA6102型汽油机上，采用不同的供气系统装置，提高压缩比，充分证明压缩比的提高可部分补偿发动机的标定功率损失，而且采用性能优良的供气装置可使标定功率损失大幅度降低。
原机压缩比为6.75时，采用1#供气装置的标定功率损失达24.2%，压缩比提高到7.6时标定功率损失降为18.1%。
而采用2#供气装置，压缩比为7.6时，同原机型相比，标定功率损失可降低到10%左右。
试验中采用的天然气中CH₄含量均在95%左右。
采用7.6压缩比和2#供气装置时，同时采用了改进型进气道，加大了进气充量。
若作为CNG和汽油两用燃料发动机，应采用90#汽油。
天然气供气系统包括高压电磁阀、减压阀和混合器等，其中最关键组件就是减压阀和混合器，下面分别介绍。
一、减压阀天然气减压阀是GNG汽车供气系统中的重要组成部分，目前国内使用的进口减压阀有三级也有四级，其玉作原理基本上是一致的。
汽车在运行中所需天然气的量值是一个复杂的数据，对减压系统的技术要求非常高，生产工艺的难度也比较大。
整套减压系统进口价格较高。
图4-5是减压阀的结构原理图。
从高压钢瓶中释放出的CNG流经高压管，再经过接头1进入减压阀。
CNG经过过滤器2滤除气体中的杂质，进入阀腔4，气体作用在橡胶膜片5上产生与弹簧6的相互作用力。
当腔4气压达到一定值时，作用于杠杆的合力矩迫使，阀门3关闭，CNG 不再进入腔4。
这一过程，完成了高压天然气到低压天然气的第一级压降。
腔4中的气体经孔7进入腔8，此时电磁阀14处在断电的常闭状态，气体经标定孔9和孔10进入腔11，腔8与腔11由膜片12分开，由于膜片12两面所承受的气压相同，在这种情况下弹簧16封闭了通向腔18的通道17，使腔8、腔4、腔11中的气体保持静态，其压强等于0.25MPa。
当汽车开始发动时，电磁阀14通电，封闭孔13打开，腔8中的气体经标定孔9流入孔13；阀门15是控制由孔13进入腔18的气流。
在弹簧21的作用下调整旋钮22可以控制进入腔18的气压，通常将其控制在0～0.178MPa。
无论何时只要腔18产生文氏真空，经孔13和阀15进入腔18的气体超过了标定孔9的供气能力，腔11就会产生压降，腔8因为有从腔4的不断补充仍然保持在0.25MPa。
这样腔8与腔11的压力差迫使弹簧16打开通道17，大量的气体流入腔18满足汽车发动机需要。
减压阀的大幅度压降导致温度的下降，为防止结冰影响密封件的寿命必须采用加温装置。
将减压阀与发动机的冷却系统接通。
热水由接头A流入，经腔B由接头C流出，在接头c里安装有一个特殊的恒温器。
由于热水不断循环就使减压阀的工作温度始终保持在50℃左右。
二、混合器天然气的混合器同汽油机的化油器作用类似，因此由简入繁，从最简单的单一功能到发动机各种工况要求而愈发复杂。
在定量配气时，空气和天然气处于同一聚集状态，其流量规律是相近似的，可以比气液更容易混合成所需比例。
因此，混合器最简单流程如图4-6所示。
但是，实际的减压阀不能提供这样的理想条件。
减压阀出口气压变化很大，这是由于混合器的流量特征以及气体总能量的下降所致。
气体总能量下降在其流量小时对压力影响很大。
也就是说，在压差较小情况下，气体的准确定量是不可能的。
由此得出的结论是：供给怠速系统和主供气系统的燃料应分别送到混合器扩散管(图4-7)。
这两个系统的供气比例可按两种方法确定：直接在减压阀出口处使用限制量孔或混合器中的燃料气喷孔。
图4-7结构的优点是流程简单并能节约天然气。
其缺点是在主定量配气单元之后管路分叉，因此可能在系统之间产生无法控制的气体串流。
这种串流会歪曲气体的定量配比，并降低发动机在某些运转状态下混合器的工作稳定性。
实际上，在限制量孔之后管路中的真空状况，决定于通过怠速系统的气流量和主供气系统出口处的真空状况。
在最低空转转速(即怠速)时主供气系统出口处真空度小，因此空气很容易从混合器空气道进入主供气系统。
在这种情况下，天然气干道的压力接近大气压。
由于减压阀所调压力低于大气压，发动机实际上是不可能工作的。
所以，这种最简单的流程只有在减压阀所调压力大于大气压时才能工作。
但是，在这种情况下，由怠速系统的调节机构帮助，精确控制供气量是不可能的，因为剩余气体很容易经过主供气系统进入混合器的空气道。
基于这个原因，就必须用调整减压阀的方法来调节最低空转转速时的供气量，这就不能保证供气的高度精确性和稳定性。
此外，在打开节气阀增加负荷的初期时，天然气干道中的真空度将迅速上升，这将导致混合气变稀和发动机工作“间歇”。
消除上述缺点的较合理方法是在混合器中采用一种专门的单向阀(图4-8)，可以在天然气干道中压力低于该系统出口孔处压力时，防止空气通过主供气系统进入怠速系统，同时也可在空气道真空度不够情况下防止天然气不受控制地进入混合器空气道。
但是，这个流程需要采用足够密封的高灵敏度的(即具有不大锁闭力)单向阀。
然而，单向阀在打开时刻前会阻碍天然气通过主供气系统，从而会使混合气变稀，并在节气阀打开时刻使发动机工作“间歇”。
为弥补“间歇”必须节气引进转移孔。
带单向阀的流程虽然比较完善，但只有在单向阀具有灵活性和密封性(在规模生产中要达到这些要求是十分复杂的)的情况下，才能实现其优越性。
另一个流程方案是上述混合装置的进一步发展。
这个方案是用阀门配气，由节气阀传动杆来控制配气阀门(图4-9)，使活瓣式闸门同节气阀能可靠地同步打开。
此方式可达到在怠速方式时，供气量准确且调节稳定，即使压力波动大也不会改变混合气组成，因为天然气是在极高真空度下进行定量配料。
这个方案的特点是，当节气阀一次打开很大角度时，配气阀同步打开，来保证相应的供气量。
在这种情况下由于在主供气系统的出口孔处有足够大的真空度，整个转移过程进行得均匀。
但是，当节气阀打开角度小而且出口孔处的负压还比较低时，正如以上各方案一样，如果减压阀调节的压力低于大气压，就会为空气通过主供气系统创造条件。
为避免这种情况发生，应在混合器系统中设立转移孔，而配气阀只有在出口孔处真空度超过输气干道内的真空度时才打开。
在减压阀调节的压力大于大气压情况下，打开配气阀时混合器的空气道会再进入一些天然气，达到类似转移孔所提供的效果。
所以，无须转移孔就可保证在节气阀打开角度不大情况下，获得必要的转移过程和负荷方式。
还有一种较少应用的流程，这种流程就是让空气和天然气同时进入发动机进气道。
在这种情况下，混合气组成可按相应规律同时打开这两个进气道的节气部件来调节。
这种流程如图4-10所示。
上述各流程可以独立地作为天然气混合器形式，或以汽油天然气汽化器形式来实现。
在采用第一种形式时，由于可自由选择结构设计，一般实行上述任一流程不困难。
而建立汽油天然气汽化器形式则较为复杂，因为在这种情况下要选择具体的汽油汽化器为基础，并要在其结构中加入一些供气系统。
原则上，汽油汽化器的结构流程方案可有如下几种：(1) 天然气供应经过安装在汽化器和空气过滤器之间的连接管此方案优点是可完全保留基础汽化器的结构。
其缺点是在主供气系统出口处难以保证所需的真空度，而且还要利用外部干道将天然气输往一般位于连接管内的怠速系统。
此外，由于导气装置增加了阻力，装置还可能改变基础汽化器所制备的混合气组成。
另外，该方案会降低天然气发动机的最大功率，因为该装置单位体积很大，使进入气缸的空气量大为减少。
(2) 第二个方案是将天然气导入基础汽化器的扩散器这个方案的优点是保持了基础汽化器的高度，天然气系统内真空度高，为天然气和空气混合创造了良好条件，与基础汽化器相比较，空气通道内的阻力保持不变。
缺点是必须对基础汽化器的主要部件(浮子室外壳)的结构做很大地改变，结果是会极大地减少汽油天然气汽化器的通用程度，从而不得不制造新的工艺设备和用具。
(3) 第三种方案是在汽油天然气汽化器流程中，天然气通过浮子室外壳和节气阀外壳之间嵌接管导流(图4-11) 该方案的优点是可以最低限度地改变基础汽化器的部件，主供气系统和怠速系统之间可直接相连。
缺点是与基础汽化器相比较，它可增加汽油天然气汽化器的高度，不管是使用天然气还是汽油都会降低发动机功率，约降低1%～1.5%(是由于要在气体系统获得足够的真空度，必须在安装嵌接管的地方减少管道口径，从而引起空气道中阻力的增加)。
在汽油汽化器中可用两种方案来实现怠速稳定：在基础汽化器的节气阀外壳中直接安装一些管道，或者在汽化器下安装进气管(见图4-lO)。
第一个方案的缺点是要共同实现两种怠速系统(汽油和天然气)，比较复杂。
第二个方案的缺点是，与基础汽化器相比较，增加了汽油天然气汽化器的高度，且难以安排转移孔。
上面探讨了针对单室汽化器的气体混合装置的流程。
在建立以双室汽化器为基础的气体混合器装置时，采用并联打开节气阀不会产生新问题，而对上述单室汽化器流程所做的一切结论均可完全推广到双室汽化器的结构。
如果将顺序打开节气阀的双室汽化器作为基础，就会出现一些特殊的“细节问题”。
为弄清这些问题，必须研究两种流程：采用限制量孔或直接在每个室的主供气系统入口处安装配气喷孔。
这里应指出，为保证在怠速状态时工作的稳定性，可利用单室流程决策，即在干道上安装单向阀门或断开阀门。
采用限制量孔的流程时，用阀门隔开第一和第二室的主供气系统是不合理的。
限制量孔的通过能力应能保证天然气流量能与通过第一室的空气流量成正比。
在刚打开第二室时，汽化器中的空气流量增加，而第一室扩散器中真空度减少，相应地在限制量孔后的天然气干道中的真空度增加和天然气流量减少。