一种天然气燃料空气压缩机

技术领域

本发明属于空气压缩机技术领域，具体涉及一种天然气燃料空气压缩机。

背景技术

柴油发动机空气压缩机为现有全球通用工程机械设备，全球各个品牌与相关配套服务商发展思路与战略规划均已采购更为节约柴油燃料为方向，柴油发动机空气压缩机使用柴油作为燃料，其尾气中会含有一些有害物质，如颗粒物、氮氧化物和二氧化碳等，这些有害物质对环境有一定污染且含量较多，因此对于发动机尾气处理要求较高，处理尾气时浪费能源较多，进而对于需配套发动机供应商与发动机尾气后处理厂家要求较高，现有的柴油发动机空气压缩机无法或者较难达到国家相关政策认定的国五排放标准。

发明内容

本发明针对上述的问题，提供了一种天然气燃料空气压缩机。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为：一种天然气燃料空气压缩机，包括螺杆式压缩机和油气分离系统，所述螺杆式压缩机与油气分离系统连通，所述天然气燃料空气压缩机还包括天然气发动机、压缩天然气储气罐、天然气气化系统、连接管、传感器和控制器；

所述压缩天然气储气罐与天然气气化系统通过连接管连通，所述天然气气化系统与天然气发动机通过连接管连通，所述天然气发动机包括动力输出轴，所述动力输出轴与螺杆式压缩机可拆卸连接；

所述传感器包括温度传感器组件和转速传感器，所述转速传感器安装于动力输出轴，所述温度传感器组件与控制器通信连接，所述转速传感器与控制器通信连接。

作为优选，天然气燃料空气压缩机还包括冷却系统，所述冷却系统包括冷却液循环管、发动机冷却部、压缩机冷却部和气化吸热部，所述冷却液循环管连通发动机冷却部、压缩机冷却部和气化吸热部；

所述发动机冷却部与天然气发动机表面贴合，所述压缩机冷却部与螺杆式压缩机表面贴合，所述气化吸热部与天然气气化系统表面贴合。

作为优选，所述温度传感器组件包括温度传感器一和温度传感器二，所述温度传感器一安装于天然气发动机表面，所述温度传感器二安装于螺杆式压缩机表面，所述温度传感器一和温度传感器二均与控制器通信连接。

作为优选，所述冷却系统还包括冷凝件，所述冷却液循环管包括进液支管一、进液支管二和回液总管；

所述进液支管一连通发动机冷却部和气化吸热部，所述进液支管二连通压缩机冷却部和气化吸热部，所述回液总管包括一个总管进口、总管出口一和总管出口二，总管进口与气化吸热部连通，总管出口一与发动机冷却部连通，总管出口二与压缩机冷却部连通，所述冷凝件安装于总管进口，所述冷凝件与控制器通信连接。

作为优选，所述冷却系统还包括控制阀门一和控制阀门二，所述控制阀门一安装于进液支管一，所述控制阀门二安装于进液支管二，所述控制阀门一和控制阀门二均与控制器通信连接。

作为优选，天然气燃料空气压缩机还包括底座和外罩壳，所述底座和外罩壳可拆卸连接，所述天然气发动机、螺杆式压缩机、油气分离系统、天然气气化系统和压缩天然气储气罐均位于底座上端与外罩壳围成的腔体内，所述底座下端安装有车轮。

作为优选，所述控制器包括显示屏和支撑部，所述外罩壳侧面开设有显示孔，所述显示屏和显示孔卡接，所述支撑部安装于底座上端。

作为优选，所述冷却系统还包括风扇组件，所述风扇组件安装于底座上端与外罩壳围成的腔体内。

作为优选，所述天然气发动机包括发动机一和发动机二，所述螺杆式压缩机数量为一，所述发动机一和发动机二为双电机耦合驱动，所述发动机一和发动机二均与控制器通信连接。

作为优选，所述天然气发动机还包括液力变矩器，所述发动机一包括发动机一后轴伸出端和发动机一前轴伸出端，所述发动机二包括发动机二前轴伸出端，所述液力变矩器连接发动机一后轴伸出端和发动机二前轴伸出端，所述发动机一前轴伸出端为动力输出轴。

与现有技术相比，本发明的优点和积极效果在于：

（1）空气压缩机的天然气发动机将天然气作为燃料，符合国家排放政策国五或国六排放标准，符合长久动力输出运营，燃料稳定同比柴油节约运营成本约百分之四十，天然气发动机稳定性更高，比柴油发动机热效率更高，颗粒物与积碳充分燃烧；

（2）冷却系统包括发动机冷却部、压缩机冷却部和气化吸热部，在工作中发动机冷却部和压缩机冷却部整体放出热量，储气罐中的天然气进入天然气气化系统中后会气化吸热，通过冷却液循环管以及对应的冷却液实现温差中和，提高了天然气气化系统中天然气的气化效率，降低了天然气发动机和螺杆式压缩机表面温度；

（3）发动机一和发动机二为双电机耦合驱动，因为一般情况下空气压缩机所需功率较高，单个天然气发动机大部分无法达到此功率，因此通过两个发动机共同作用，保证了动力输出轴输出功率符合要求；

（4）控制阀门一安装于进液支管一，控制阀门二安装于进液支管二，温度传感器一和温度传感器二实时检测天然气发动机和螺杆式压缩机表面温度，通过控制阀门一和控制阀门二的启停保证天然气发动机和螺杆式压缩机表面温度处于适宜区间；

（5）转速传感器安装于动力输出轴，转速传感器与控制器通信连接，正常情况下由发动机一驱动螺杆式压缩机，当转速传感器检测到转速下降到一定程度时，控制器发送信号给发动机二，通过液力变矩器使得发动机一和发动机二的扭矩叠加。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍：

图1为天然气燃料空气压缩机示意图。

附图标记：

1—天然气发动机；

2—螺杆式压缩机；

3—油气分离系统；

4—冷却系统；

5—天然气气化系统；

6—控制器；

7—底座；

8—压缩天然气储气罐。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明并不限于下面公开说明书的具体实施例的限制。

实施例1

下面结合图1具体说明天然气燃料空气压缩机，如图1所示，一种天然气燃料空气压缩机，包括螺杆式压缩机2和油气分离系统3，螺杆式压缩机2与油气分离系统3连通，螺杆式压缩机2压缩管道内油气产生高压油气混合体进入油气分离系统3，高压油气混合体被分离成压缩油循环利用和压缩气对外接设备提供动力，天然气燃料空气压缩机还包括天然气发动机1、压缩天然气储气罐8、天然气气化系统5、连接管、传感器和控制器6。

压缩天然气储气罐8与天然气气化系统5通过连接管连通，天然气气化系统5与天然气发动机1通过连接管连通，压缩天然气储气罐8提供压缩天然气燃料经过天然气气化系统5气化后供给天然气发动机1燃烧做功，天然气发动机1包括动力输出轴，动力输出轴与螺杆式压缩机2可拆卸连接。

传感器包括温度传感器组件和转速传感器，转速传感器安装于天然气发动机1的动力输出轴，转速传感器用于测量动力输出轴输出转速，温度传感器组件与控制器6通信连接，转速传感器与控制器6通信连接。

天然气燃料空气压缩机还包括冷却系统4，冷却系统4包括冷却液循环管、发动机冷却部、压缩机冷却部和气化吸热部，冷却液循环管连通发动机冷却部、压缩机冷却部和气化吸热部。

发动机冷却部与天然气发动机1表面贴合，压缩机冷却部与螺杆式压缩机2表面贴合，气化吸热部与天然气气化系统5表面贴合。

温度传感器组件包括温度传感器一和温度传感器二，温度传感器一安装于天然气发动机1表面，温度传感器二安装于螺杆式压缩机2表面，温度传感器一和温度传感器二均与控制器6通信连接。

冷却系统4还包括冷凝件，冷却液循环管包括进液支管一、进液支管二和回液总管，当冷却液工作温度较高时，冷凝件处于工作状态，冷凝件保证了在长时间工作后，冷却液循环管内的冷却液仍旧处于适宜温度，冷却效果好，对于气化吸热部的冷却起到辅助作用，两者冷却效果实现叠加，当冷却液工作温度正常时，冷凝件处于非工作状态，仅仅依靠天然气气化吸热实现冷却液的冷却，节约了能源。

进液支管一连通发动机冷却部和气化吸热部，进液支管二连通压缩机冷却部和气化吸热部，回液总管包括一个总管进口、总管出口一和总管出口二，总管进口与气化吸热部连通，总管出口一与发动机冷却部连通，总管出口二与压缩机冷却部连通，冷凝件安装于总管进口，冷凝件与控制器6通信连接。

冷却系统4还包括控制阀门一和控制阀门二，控制阀门一安装于进液支管一，控制阀门二安装于进液支管二，控制阀门一和控制阀门二均与控制器6通信连接，当控制器6操纵控制阀门一开启且控制阀门二关闭时，冷却液流经发动机冷却部，冷却液不流经压缩机冷却部，天然气发动机1拥有了更为良好的冷却效果，当控制器6操纵控制阀门一关闭且控制阀门二开启时，冷却液不流经发动机冷却部，冷却液流经压缩机冷却部，螺杆式压缩机2拥有更好的冷却效果。

天然气燃料空气压缩机还包括底座7和外罩壳，底座7和外罩壳可拆卸连接，天然气发动机1、螺杆式压缩机2、油气分离系统3、天然气气化系统5和压缩天然气储气罐8均位于底座7上端与外罩壳围成的腔体内，底座7下端安装有车轮。

控制器6包括显示屏和支撑部，外罩壳侧面开设有显示孔，显示屏和显示孔卡接，支撑部安装于底座7上端。

冷却系统4还包括风扇组件，风扇组件安装于底座7上端与外罩壳围成的腔体内，在外界温度较高时，风扇组件吹出的风为冷风，当外界温度较低时风扇组件吹出的风为热风。

液化天然气作为当下全球认可清洁能源，天然气发动机1排放标准根据国家相关政策认定为国五排放标准，对现有空气压缩机市场同类产品一般为国三产品，有阶段性突破，然而由于前几年的天然气发动机1的功率段主要是在180千瓦到270千瓦，前几年大功率天然气发动机1技术不成熟且成本较高，因此天然气燃料空气压缩机对于通用工程设备空气压缩机行业是空白存在。

天然气燃料空气压缩机工作原理：

压缩天然气储气罐8提供压缩天然气给天然气气化系统5，经过天然气气化系统5气化后的压缩天然气供给天然气发动机1燃烧做功，天然气发动机1动力输出轴连接螺杆式压缩机2，螺杆式压缩机2压缩管道内油气产生高压油气混合体进入油气分离系统3，油气混合体被分离成压缩油循环利用和压缩气对外接设备提供动力，冷却系统4连接天然气发动机1、螺杆式压缩机2和油气分离系统3达到机器散热目的，确保天然气燃料空气压缩机正常运转。

一种天然气燃料空气压缩机的操作方法，包括以下步骤：

步骤一：压缩天然气储气罐8向天然气气化系统5输送压缩天然气，天然气气化系统5将气化后的天然气供给天然气发动机1，启动天然气发动机1，天然气在天然气发动机1内燃烧做功；

步骤二：天然气发动机1的动力输出轴带动螺杆式压缩机2运动，螺杆式压缩机2压缩管道内油气产生高压油气混合体进入油气分离系统3，油气混合体被分离成压缩油循环利用和压缩气对外接设备提供动力；

步骤三：通过控制器6将控制阀门一和控制阀门二打开，在螺杆式压缩机2、天然气发动机1和压缩天然气储气罐8三者之间实现热量中和，温度传感器组件实时控制器6发送信号，依据温度传感器组件发送的信号判定冷却液温度高低，当温度偏高时，控制器6启动冷凝件对冷却液进行辅助降温，实现实时调控直至天然气燃料空气压缩机完成工作。

实施例2

本实施例与实施例1的区别是：天然气发动机1包括发动机一和发动机二，螺杆式压缩机2数量为一，发动机一和发动机二为双电机耦合驱动，发动机一和发动机二均与控制器6通信连接。

申请号为202010301887.3的现有技术公开了一种双电机耦合驱动系统及新能源电动汽车。

本申请天然气发动机1还包括液力变矩器，发动机一包括发动机一后轴伸出端和发动机一前轴伸出端，发动机二包括发动机二前轴伸出端，液力变矩器连接发动机一后轴伸出端和发动机二前轴伸出端，发动机一前轴伸出端为动力输出轴。

正常情况下由发动机一驱动螺杆式压缩机2，当发动机一输出扭矩不足时，控制器6会接收到转速传感器发出的信号，发动机二通过液力变矩器耦合传动到发动机一，将发动机二的扭矩传递给发动机一，使得发动机一和发动机二的扭矩叠加，满足动力输出轴处的扭矩输出要求。

作为本发明的技术方案，所提供的硬件设置如温度传感器组件、温度传感器一、温度传感器二、转速传感器、控制阀门一、控制阀门二、冷凝件、发动机一、发动机二和控制器6，上述硬件设置仅仅是为了便于在硬件设施的基础上实现具体的制动控制，具体如何实现制动控制及制动控制方法，并不是本发明要解决的技术问题和保护的对象，同时装置之间的通信方法均采用现有的通信方法，并不是本申请的发明点。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其他形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例应用于其他领域，但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，仍属于本发明技术方案的保护范围。