【正文】 展時(shí)期。在當(dāng)今社會(huì)，天然氣與柴油的熱值相當(dāng)，但價(jià)格僅為柴油的三分之二左右，而且天然氣汽車對(duì)大氣的污染小，可以大大改善環(huán)境污染和能源緊缺的問(wèn)題，因此，天然氣汽車以其排放清潔、技術(shù)成熟、資源豐富等特點(diǎn)在世界范圍內(nèi)已得到廣泛應(yīng)用。雖然天然氣汽車在在近幾年來(lái)，在我國(guó)發(fā)展的很快，但是那只是相對(duì)的。預(yù)計(jì)到2010年的時(shí)候，我國(guó)民用機(jī)動(dòng)車保有量將增加到4900萬(wàn)輛，而天然氣汽車卻只達(dá)到100萬(wàn)輛。如果以1000立方米天然氣相對(duì)于1噸石油來(lái)計(jì)算，世界上天然氣的儲(chǔ)量和石油的儲(chǔ)量是在同一數(shù)量級(jí)的。天然氣汽車以其減輕環(huán)境污染、緩解石油資源的優(yōu)點(diǎn)得到了快速發(fā)展，但是我國(guó)的天然氣汽車在2010年只能達(dá)到100萬(wàn)輛，而與世界水平相比還有非常大的差別。這主要是由于天然氣汽車在發(fā)展過(guò)程中會(huì)遇到很多困難。據(jù)統(tǒng)計(jì)，建設(shè)一座天然氣汽車加氣站一次性投資大約需要200300萬(wàn)元，保證一座中等加氣站有一定的效益，至少需要有100輛天然氣汽車，而改裝一部汽車需要投資約100萬(wàn)元。如此昂貴的投資，會(huì)讓那些車主對(duì)汽車的改裝望而卻步。因此，我們必須對(duì)壓縮天然氣裝置（包括減壓裝置）的制造和改裝成本進(jìn)行一次大的調(diào)整，對(duì)其性能進(jìn)行改進(jìn)，另一方面，在我國(guó)市場(chǎng)上銷售的天然氣減壓裝置一半是國(guó)產(chǎn)的，一半是進(jìn)口的。國(guó)產(chǎn)減壓調(diào)節(jié)器在國(guó)內(nèi)的競(jìng)爭(zhēng)力是有限的，在國(guó)際上更是有限。把國(guó)產(chǎn)產(chǎn)品打到國(guó)際市場(chǎng)上去就需要對(duì)現(xiàn)有產(chǎn)品的性能、外觀、體積、質(zhì)量、成本等關(guān)鍵問(wèn)題進(jìn)行改進(jìn)和調(diào)整。天然氣的減壓裝置是天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)供氣系統(tǒng)中的關(guān)鍵部件，它需要根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的不同工況改變供給混合器的低壓天然氣量從而使混合器配制不同空燃比的混合氣，以滿足發(fā)動(dòng)機(jī)的不同工況的要求。由于發(fā)動(dòng)機(jī)所需要的天然氣的壓力很低（），要將20MPa的天然氣壓力降到如此低的氣壓是很難的，同時(shí)需要將氣壓穩(wěn)定在所要求的范圍內(nèi)，從而達(dá)到由減壓器出口流出的低壓氣量，僅由混合器喉管真空度所決定，保證調(diào)節(jié)可靠使發(fā)動(dòng)機(jī)工況穩(wěn)定，節(jié)約燃?xì)?，改善排放的目的? 設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū) 設(shè)計(jì)題目天然氣汽車供氣系統(tǒng)減壓裝置設(shè)計(jì) 題目說(shuō)明 設(shè)計(jì)參數(shù)規(guī)范減壓閥進(jìn)口額定壓力為20MPa，當(dāng)進(jìn)氣壓力為220MPa時(shí)，進(jìn)行一級(jí)減壓后，，進(jìn)行二級(jí)減壓后，，之后進(jìn)行三級(jí)減壓，而其閥口的開(kāi)啟程度由發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)的真空度的大小自動(dòng)調(diào)節(jié)，但是可以調(diào)節(jié)初始開(kāi)度。突然輸出放氣時(shí)，最大流量可達(dá)40m3/h，當(dāng)氣瓶壓力小于2MPa時(shí)，仍能對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)正常供氣。 符合標(biāo)準(zhǔn)減壓調(diào)節(jié)器各部分應(yīng)符合標(biāo)準(zhǔn)QC/T2451998的有關(guān)規(guī)定。 設(shè)計(jì)思路根據(jù)國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)資料，了解有關(guān)天然氣汽車供氣系統(tǒng)減壓裝置的基本情況。設(shè)計(jì)一種符合上述規(guī)范的減壓裝置，其中包括方案設(shè)計(jì)及工作原理的分析，總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及重要零件的強(qiáng)度校核。 設(shè)計(jì)方案根據(jù)已有國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和要求，一級(jí)減壓閥的輸入壓力為220MPa，而要求供給發(fā)動(dòng)機(jī)的壓力為負(fù)壓，壓力降低非常大，一級(jí)或者二級(jí)減壓都不能一下就減壓到規(guī)定的要求，而且減壓器主要是起減壓和穩(wěn)壓的作用，在減壓過(guò)程中要吸收大量的熱量，如果只采用一級(jí)或者二級(jí)減壓裝置，會(huì)因溫度降低太多而無(wú)法達(dá)到要求，因此只能采用三級(jí)減壓，才可以將輸入壓力降低到規(guī)定的要求。由于在減壓過(guò)程中要吸收大量的熱量，減壓器上一般都設(shè)有將發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)水引人減壓器的水套，利用發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)冷卻水的熱量加熱減壓器。 資料調(diào)研 減壓閥的定義國(guó)標(biāo)GB1224489關(guān)于減壓閥的定義是:通過(guò)啟閉件的節(jié)流,將進(jìn)口壓力降至某一個(gè)需要的出口壓力,并能在進(jìn)口壓力及流量變動(dòng)時(shí),利用本身介質(zhì)能量保持出口壓力基本不變的閥門(mén)。就是說(shuō)這樣的一句話已經(jīng)說(shuō)明了減壓閥的兩個(gè)基本功能。一是減壓,即將進(jìn)口壓力降至某一個(gè)需要的出口壓力；二是穩(wěn)壓,即能在進(jìn)口壓力及流量變動(dòng)時(shí),利用本身介質(zhì)能量保持出口壓力基本不變。兩個(gè)基本功能缺一不可。而節(jié)流閥雖有減壓功能,通過(guò)啟閉件的節(jié)流來(lái)實(shí)現(xiàn),但是它沒(méi)有穩(wěn)壓功能。 減壓閥的工作原理減壓閥的工作原理簡(jiǎn)而言之就是：A:減壓；B:穩(wěn)壓。減壓的原理是節(jié)流,氣體流經(jīng)活門(mén)與活門(mén)座之間的縫隙時(shí),壓力減小,達(dá)到減壓的目的。穩(wěn)壓的原理是力的平衡,因?yàn)閺椈傻男谐淌窃O(shè)定的,要達(dá)到平衡,出口腔的壓力必須跟彈簧力平衡,當(dāng)進(jìn)口壓力及流量變動(dòng)時(shí),利用彈簧力與出口腔的壓力平衡保持出口壓力基本不變。這是一個(gè)動(dòng)平衡過(guò)程,并不是瞬間完成的。因?yàn)閺椈?、活門(mén)等有一定的質(zhì)量,在移動(dòng)中與閥體等一些其他零件都有摩擦。 一級(jí)減壓部分 一級(jí)減壓原理。從儲(chǔ)氣瓶流出的CNG氣體依靠自身的壓力打開(kāi)一級(jí)閥門(mén)，從一級(jí)閥門(mén)和閥座之間的縫隙流入一級(jí)減壓室，在此過(guò)程中CNG氣體的壓力被大幅度降低。在一級(jí)減壓室內(nèi)壁上有許多擋片，CNG氣體在流過(guò)它們時(shí)壓力被進(jìn)一步降低。隨著一級(jí)減壓室中氣體數(shù)量不斷增多，室內(nèi)壓力不斷升高，當(dāng)壓力上升到一定值時(shí)，一級(jí)膜片向上凸起，壓迫一級(jí)彈簧，通過(guò)一級(jí)圓柱又帶動(dòng)一級(jí)杠桿動(dòng)作，使一級(jí)閥門(mén)開(kāi)度減小，減少CNG氣體的進(jìn)入，隨著一級(jí)減壓室中的CNG氣體不斷進(jìn)入二級(jí)減壓閥室，一級(jí)減壓室中的氣壓降低，當(dāng)壓力降至某一值時(shí)，在一級(jí)彈簧預(yù)緊力的作用下，壓下一級(jí)膜片，通過(guò)一級(jí)圓柱又帶動(dòng)一級(jí)杠桿動(dòng)作，使一級(jí)閥門(mén)開(kāi)度增大，CNG氣體又流入一級(jí)減壓室。一級(jí)閥門(mén)的開(kāi)啟與關(guān)閉由一級(jí)膜片的位置決定，而一級(jí)膜片的位置又受到一級(jí)減壓室壓力、二級(jí)減壓室壓力、一級(jí)彈簧預(yù)緊力的共同影響。增加一級(jí)彈簧預(yù)緊力，降低一級(jí)減壓室壓力及提高二級(jí)減壓室壓力等都將使一級(jí)膜片下移，一級(jí)閥門(mén)開(kāi)度加大；反之，一級(jí)膜片上移，則一級(jí)閥門(mén)開(kāi)度減小。 二級(jí)減壓部分 二級(jí)減壓原理。在一級(jí)減壓室中經(jīng)過(guò)初步減壓的CNG氣體經(jīng)過(guò)二級(jí)閥門(mén)進(jìn)入二級(jí)減壓室，由于二級(jí)閥門(mén)的節(jié)流作用，壓力得到更進(jìn)一步的降低。隨著進(jìn)入二級(jí)減壓室中的氣體數(shù)量的增多，當(dāng)二級(jí)室內(nèi)壓力超過(guò)二級(jí)彈簧的預(yù)緊力時(shí)，二級(jí)膜片向上凸起，壓迫二級(jí)彈簧，通過(guò)二級(jí)圓柱又帶動(dòng)二級(jí)杠桿動(dòng)作，使二級(jí)閥門(mén)開(kāi)度減小，減少了CNG氣體的進(jìn)入量。隨著二級(jí)減壓室中的CNG氣體不斷進(jìn)入三級(jí)減壓室，二級(jí)減壓室中的氣壓降低，當(dāng)壓力小于二級(jí)彈簧預(yù)緊力時(shí)，在二級(jí)彈簧預(yù)緊力的作用下，二級(jí)膜片被壓下，通過(guò)二級(jí)圓柱又帶動(dòng)二級(jí)杠桿動(dòng)作，使二級(jí)閥門(mén)開(kāi)度增大，進(jìn)入二級(jí)減壓室的CNG氣體量又開(kāi)始增多。二級(jí)閥門(mén)的開(kāi)啟與關(guān)閉由二級(jí)杠桿來(lái)控制，二級(jí)杠桿的動(dòng)作由二級(jí)膜片位置決定，而二級(jí)膜片的位置由二級(jí)減壓室壓力、二級(jí)彈簧預(yù)緊力、三級(jí)減壓室壓力共同決定。 三級(jí)減壓部分三級(jí)減壓是為了進(jìn)一步降低天然氣的壓力，使其接近負(fù)壓。、真空加濃和怠速調(diào)整的原理圖。經(jīng)過(guò)兩級(jí)減壓的天然氣通過(guò)三級(jí)閥門(mén)進(jìn)入三級(jí)減壓室。由于三級(jí)閥門(mén)的節(jié)流作用使CNG氣體的壓力降至負(fù)壓左右。接近負(fù)壓的天然氣由CNG燃料出口進(jìn)入混合器。三級(jí)閥門(mén)的開(kāi)啟和關(guān)閉受到三級(jí)杠桿的作用，而三級(jí)杠桿的動(dòng)作又受到真空膜片的位置（由真空膜片彈簧預(yù)緊力、進(jìn)氣管真空度及三級(jí)減壓室壓力決定）,三級(jí)膜片的位置（由三級(jí)減壓室的壓力、下蓋室壓力決定）、怠速調(diào)整螺釘及三級(jí)杠桿彈簧預(yù)緊力的共同作用。 真空加濃部分它是設(shè)置在二級(jí)減壓室上方的一個(gè)真空泵室，在一定的進(jìn)氣管真空度范圍內(nèi)增加進(jìn)入氣缸的天然氣量，達(dá)到加濃混合氣的目的。真空泵室通過(guò)一個(gè)真空管引入發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣管真空度。當(dāng)進(jìn)氣管真空度增大時(shí)，真空膜片向上壓縮真空彈簧，三級(jí)杠桿隨之作用，加大三級(jí)閥門(mén)的開(kāi)度，增加三級(jí)減壓室中天然氣的供給量。隨著進(jìn)氣管真空度的增大，三級(jí)杠桿會(huì)壓下助射閥閥芯，打開(kāi)助射閥，使三級(jí)減壓室同二級(jí)減壓室膜片與阻尼板之間的小室連通，使二級(jí)減壓室膜片與阻尼板間的壓力降低，二級(jí)減壓閥膜片在二級(jí)彈簧預(yù)緊力的作用下向下移動(dòng)，通過(guò)二級(jí)圓柱又帶動(dòng)二級(jí)杠桿使二級(jí)閥門(mén)開(kāi)度增加，增加CNG氣體的進(jìn)氣量。調(diào)節(jié)助射閥螺釘可調(diào)整助射閥通道的截面，改變進(jìn)氣量。 怠速調(diào)整部分 三級(jí)減壓、真空加濃和怠速調(diào)整原理怠速工況的調(diào)整是通過(guò)旋動(dòng)怠速調(diào)節(jié)螺釘實(shí)現(xiàn)的。向下旋動(dòng)（順時(shí)針）調(diào)節(jié)螺釘，則推動(dòng)壓頭使三級(jí)杠桿動(dòng)作，減小三級(jí)閥門(mén)的開(kāi)度，從而減小天然氣的供給量；反之，向外旋動(dòng)（逆時(shí)針）則使三級(jí)閥門(mén)開(kāi)度增大，增加天然氣的供給量。 啟動(dòng)加濃部分 啟動(dòng)加濃原理可在啟動(dòng)時(shí)向發(fā)動(dòng)機(jī)額外提供天然氣，以滿足啟動(dòng)時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)混合氣濃度的要求。在減壓器主氣道之外設(shè)置一旁通氣道，旁通氣道的接通與截?cái)嘤善饎?dòng)電磁閥控制。啟動(dòng)時(shí)，起動(dòng)電磁閥使旁通氣道接通。CNG氣體由一級(jí)減壓室直接進(jìn)入三級(jí)減壓室，增大了天然氣的供給量，起動(dòng)調(diào)整螺釘用于調(diào)整旁通氣道進(jìn)口截面的大小，可根據(jù)需要改變啟動(dòng)時(shí)CNG氣體的供給量。 減壓閥的工作過(guò)程 啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)速極低，混合器喉管處的氣流速度及真空度都很低，因此，三級(jí)閥門(mén)的開(kāi)度很小，吸出的CNG氣體數(shù)量也很少。尤其在冷啟動(dòng)時(shí)，由于發(fā)動(dòng)機(jī)溫度很低，氣缸內(nèi)混合氣過(guò)稀，難以保證其著火與燃燒。為保證順利啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，要求在啟動(dòng)時(shí)減壓器供給較濃的混合氣，完成這項(xiàng)任務(wù)的裝置是起動(dòng)電磁閥。發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)，起動(dòng)電磁閥接通，起動(dòng)旁通氣道打開(kāi)，來(lái)自一級(jí)減壓室的CNG氣體經(jīng)起動(dòng)電磁閥的閥門(mén)和旁通氣道直接進(jìn)入三級(jí)減壓室，通過(guò)燃料出口供給混合氣，從而保證發(fā)動(dòng)機(jī)的順利著火運(yùn)轉(zhuǎn)。隨著發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的升高，混合器喉管中的真空度增加，三級(jí)減壓室的閥門(mén)開(kāi)度相應(yīng)增大，從一級(jí)減壓室、二級(jí)減壓室送出的天然氣增多，可保證發(fā)動(dòng)機(jī)穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)，起動(dòng)電磁閥關(guān)閉，截?cái)嗯酝獾馈?怠速工況發(fā)動(dòng)機(jī)怠速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，由于節(jié)氣門(mén)開(kāi)度很小，轉(zhuǎn)速又低，因此混合器喉管處的真空度很低，難以從減壓器燃料出口吸出天然氣，但怠速工況下節(jié)氣門(mén)后面的真空度卻很高，利用一真空管將此真空度引入真空泵室，節(jié)氣門(mén)后的真空度越大，真空膜片壓縮真空彈簧并帶動(dòng)三級(jí)閥門(mén)開(kāi)啟得越大，進(jìn)入三級(jí)減壓室的CNG便增多，這就滿足了怠速工況對(duì)混合氣的要求。 一般運(yùn)轉(zhuǎn)工況在發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中，隨著節(jié)氣門(mén)開(kāi)度的增大及轉(zhuǎn)速的升高，混合器喉管處的真空度也在不斷的增大，這一真空度通過(guò)主通