液壓平推式CNG汽車加氣子站(簡稱“液壓子站”)具有建站投資少、集成化程度高、占地面積小、土建工程量小且適合在城建區(qū)或已經(jīng)建成的加油站基礎上進行加油加氣站合建等優(yōu)勢。開展液壓子站的研究可以為CNG汽車加氣站的建設、設備選型以及行業(yè)標準、規(guī)范的修訂與實施提供相應的技術支持和參考依據(jù),因此,具有重大的研究意義和工程應用價值。本文基于液壓子站的工作原理,從液壓子站的系統(tǒng)性出發(fā),以高效節(jié)能型液壓子站系統(tǒng)為研究目標,開展了液壓子站系統(tǒng)的基礎理論研究,提出了液壓子站系統(tǒng)的理論模型和系統(tǒng)結構分析模型,提出了基于優(yōu)先順序控制的液壓子站級聯(lián)切換系統(tǒng)加氣工藝方法,具體為:一、針對液壓子站系統(tǒng)理論模型缺乏問題,基于實際流體(液體和氣體)的運動理論,提出了一種基于狀態(tài)空間的液壓子站系統(tǒng)理論模型,為液壓子站系統(tǒng)的基礎理論研究提供了參考依據(jù);依據(jù)理論模型建立了液壓子站系統(tǒng)的AMESim/Simulink聯(lián)合仿真模型,并按照系統(tǒng)實際運行工況進行了仿真分析和實驗驗證,驗證了模型的準確性和可靠性。二、針對液壓子站系統(tǒng)缺少優(yōu)化目標和優(yōu)化方法問題,基于系統(tǒng)工程相關理論,將液壓子站系統(tǒng)劃分為液壓子站專用長管拖車、液壓平推撬體設備、自動化控制系統(tǒng)和CNG加氣機四大組成要素,并根據(jù)各組成要素之間的相關性和各自的屬性特征,提出了基于多屬性模糊關聯(lián)矩陣的液壓子站系統(tǒng)系統(tǒng)結構模型。通過對該結構模型的分析,確定了各組成要素在液壓子站系統(tǒng)中的重要程度,并提出了液壓子站系統(tǒng)整體性能和各組成要素的優(yōu)化目標。三、針對液壓子站系統(tǒng)中專用長管拖車運輸經(jīng)濟性低的問題,基于最優(yōu)化原理,以CNG的運輸裝載量為目標函數(shù),提出了液壓子站專用長管拖車儲氣瓶管束的最優(yōu)布局和結構尺寸模型,并根據(jù)現(xiàn)有的高壓儲氣鋼瓶制造工藝技術水平確定了液壓子站專用長管拖車的研發(fā)目標,即,設計和研究運輸效率和安全系數(shù)更高的6管711型液壓子站專用長管拖車。通過理論分析和實驗研究相互佐證的研究方法,制定了大直徑Φ711車載氣瓶用無縫鋼管的主要生產(chǎn)工藝和大直徑Φ711車載氣瓶的主要制造工藝參數(shù)。最后,運用現(xiàn)代車輛設計方法,對長管拖車的車架和舉升機構進行了輕量化設計和研究,制定了大直徑Φ711型液壓子站專用長管拖車的設計和制造參數(shù)。四、針對液壓子站系統(tǒng)加氣能力小、能耗高的問題,通過對加氣過程的理論研究,分析了各主要因素對液壓子站性能指標的影響,提出了基于優(yōu)先順序控制的級聯(lián)切換系統(tǒng)加氣工藝方法,據(jù)此實現(xiàn)了高效節(jié)能型液壓子站系統(tǒng)的工業(yè)化設計和制造。針對液壓子站控制系統(tǒng)功能單一、自動化程度低、抗干擾能力差的問題,結合工業(yè)自動化的先進理念和控制方法,通過重新設計開發(fā)PLC控制系統(tǒng)的硬件系統(tǒng)以保障其運行的穩(wěn)定性和可靠性,利用組態(tài)軟件設計了更具交互功能的人機操作界面,通過模塊化的功能模塊編程,優(yōu)化設計了 PLC的軟件控制系統(tǒng),實現(xiàn)了該系統(tǒng)的高度自動化�；贏MESim/Simulink的高效節(jié)能型液壓子站系統(tǒng)仿真驗證表明,該系統(tǒng)優(yōu)勢明顯,具有更高的可靠性、經(jīng)濟性和先進性。五、根據(jù)液壓子站的實際運營工況,對現(xiàn)有液壓子站系統(tǒng)和本文所述的高效節(jié)能型液壓子站系統(tǒng)分別設計、構造并組織實施了 12種不同工況下的工程實驗,實驗結果表明,較現(xiàn)有液壓子站系統(tǒng),高效節(jié)能型液壓子站系統(tǒng)的運輸效率提高了 25%,運輸成本降低了 18.6%;加氣能力增加了 62.1%,且系統(tǒng)能耗降低了 36.4%。
【學位單位】：北京科技大學
【學位級別】：博士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：U473.8
【部分圖文】：

各國政府充分認識到了天然氣汽車的優(yōu)勢，紛紛出臺眾多政策來引導天然氣汽車的發(fā)展??與推廣。截止到２０１６年底全球天然氣汽車保有量己超過２０００多萬輛，有超過８０多個??國家和地區(qū)使用天然氣汽車，如圖１．１和表１－２所示［１７］。??Ｔｏｔａｌ?Ｎａｔｕｒａｌ?Ｇａｓ?Ｖｅｈｉｃｌｅｓ?（Ｗｏｒｌｄ）?１９９６－２０１６??２Ｓ．ＤＯＯ．ＯＯＯ???ＮＧＶ??—?Ｉ??■ｊ?＾ＡｆＲＩＣＡ??ｌｂ０°—?■?Ｉ?－ＩＡＴＩＮ?ＡＭＥＲＩＣＡ??ＨＢ?？?ＮＴＨ?ＡＭＥＲＩＣＡ??ＨＩ?｜Ｈ?ＫＥＵＲＯＰＣ??——丨—??．，１１１１??，＾?＾?＾?＾??ＣＭｉＶ?Ｕｃｂ＊ｌ??圖１．１全球天然氣汽車保有量及分布情況統(tǒng)計表（１９９６－２０１６）??Ｆｉｇ．１．１?Ｔｈｅ?ｗｏｒｌｄ?ｔｏｌａｌ?ＮＧＶ?ａｎｄ?ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ?ｓｔａｔｉｓｔｉｃｓ?（１９９６－２０１６）??表１－２各國天然氣汽車保有量及加氣站統(tǒng)計表（２０１６）??Ｔａｂ．?１－２?Ｎａｔｉｏｎａｌ?ｓｔａｔｉｓｔｉｃｓ?ｏｆ?ｔｈｅ?ＮＧＶ?ａｎｄ?ｇａｓ?ｆｉｌｌｉｎｇ?ｓｔａｔｉｏｎｓ?ｏｗｎｅｒｓｈｉｐ??￣Ｗｚ?ｉｌ?ＮＧＶ保有量（萬輛）?加氣站數(shù)量（座）＾??１?６８９．５?＞７０００??２?

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【參考文獻】

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本文編號：2874874