液壓平推式CNG汽車加氣子站(簡(jiǎn)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(chǔ)上進(jìn)行加油加氣站合建等優(yōu)勢(shì)。開展液壓子站的研究可以為CNG汽車加氣站的建設(shè)、設(shè)備選型以及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范的修訂與實(shí)施提供相應(yīng)的技術(shù)支持和參考依據(jù),因此,具有重大的研究意義和工程應(yīng)用價(jià)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(biāo),開展了液壓子站系統(tǒng)的基礎(chǔ)理論研究,提出了液壓子站系統(tǒng)的理論模型和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析模型,提出了基于優(yōu)先順序控制的液壓子站級(jí)聯(lián)切換系統(tǒng)加氣工藝方法,具體為:一、針對(duì)液壓子站系統(tǒng)理論模型缺乏問題,基于實(shí)際流體(液體和氣體)的運(yùn)動(dòng)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(chǔ)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(shí)際運(yùn)行工況進(jìn)行了仿真分析和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,驗(yàn)證了模型的準(zhǔn)確性和可靠性。二、針對(duì)液壓子站系統(tǒng)缺少優(yōu)化目標(biāo)和優(yōu)化方法問題,基于系統(tǒng)工程相關(guān)理論,將液壓子站系統(tǒng)劃分為液壓子站專用長(zhǎng)管拖車、液壓平推撬體設(shè)備、自動(dòng)化控制系統(tǒng)和CNG加氣機(jī)四大組成要素,并根據(jù)各組成要素之間的相關(guān)性和各自的屬性特征,提出了基于多屬性模糊關(guān)聯(lián)矩陣的液壓子站系統(tǒng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模型。通過對(duì)該結(jié)構(gòu)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(biāo)。三、針對(duì)液壓子站系統(tǒng)中專用長(zhǎng)管拖車運(yùn)輸經(jīng)濟(jì)性低的問題,基于最優(yōu)化原理,以CNG的運(yùn)輸裝載量為目標(biāo)函數(shù),提出了液壓子站專用長(zhǎng)管拖車儲(chǔ)氣瓶管束的最優(yōu)布局和結(jié)構(gòu)尺寸模型,并根據(jù)現(xiàn)有的高壓儲(chǔ)氣鋼瓶制造工藝技術(shù)水平確定了液壓子站專用長(zhǎng)管拖車的研發(fā)目標(biāo),即,設(shè)計(jì)和研究運(yùn)輸效率和安全系數(shù)更高的6管711型液壓子站專用長(zhǎng)管拖車。通過理論分析和實(shí)驗(yàn)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(yùn)用現(xiàn)代車輛設(shè)計(jì)方法,對(duì)長(zhǎng)管拖車的車架和舉升機(jī)構(gòu)進(jìn)行了輕量化設(shè)計(jì)和研究,制定了大直徑Φ711型液壓子站專用長(zhǎng)管拖車的設(shè)計(jì)和制造參數(shù)。四、針對(duì)液壓子站系統(tǒng)加氣能力小、能耗高的問題,通過對(duì)加氣過程的理論研究,分析了各主要因素對(duì)液壓子站性能指標(biāo)的影響,提出了基于優(yōu)先順序控制的級(jí)聯(lián)切換系統(tǒng)加氣工藝方法,據(jù)此實(shí)現(xiàn)了高效節(jié)能型液壓子站系統(tǒng)的工業(yè)化設(shè)計(jì)和制造。針對(duì)液壓子站控制系統(tǒng)功能單一、自動(dòng)化程度低、抗干擾能力差的問題,結(jié)合工業(yè)自動(dòng)化的先進(jìn)理念和控制方法,通過重新設(shè)計(jì)開發(fā)PLC控制系統(tǒng)的硬件系統(tǒng)以保障其運(yùn)行的穩(wěn)定性和可靠性,利用組態(tài)軟件設(shè)計(jì)了更具交互功能的人機(jī)操作界面,通過模塊化的功能模塊編程,優(yōu)化設(shè)計(jì)了 PLC的軟件控制系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)了該系統(tǒng)的高度自動(dòng)化�；贏MESim/Simulink的高效節(jié)能型液壓子站系統(tǒng)仿真驗(yàn)證表明,該系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)明顯,具有更高的可靠性、經(jīng)濟(jì)性和先進(jìn)性。五、根據(jù)液壓子站的實(shí)際運(yùn)營(yíng)工況,對(duì)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(shè)計(jì)、構(gòu)造并組織實(shí)施了 12種不同工況下的工程實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)結(jié)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(yùn)輸效率提高了 25%,運(yùn)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(xué)位單位】：北京科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：U473.8
【部分圖文】：

各國(guó)政府充分認(rèn)識(shí)到了天然氣汽車的優(yōu)勢(shì)，紛紛出臺(tái)眾多政策來引導(dǎo)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(gè)??國(guó)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(jì)表（１９９６－２０１６）??Ｆｉｇ．１．１?Ｔｈｅ?ｗｏｒｌｄ?ｔｏｌａｌ?ＮＧＶ?ａｎｄ?ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ?ｓｔａｔｉｓｔｉｃｓ?（１９９６－２０１６）??表１－２各國(guó)天然氣汽車保有量及加氣站統(tǒng)計(jì)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?

??另一種為ＣＮＧ母子站，如圖１．２所不。??ｍｇａｔ＾＇ｖ＇ｒｎ＇ｍｍｍｍｉ?自?ｖ??？聽?４５??ＣＮＧ加ｐ母站?ＣＮＧｆ示準(zhǔn)站??ＣＮＧ汽車?丨??液壓平推式ＣＮＧｐ氣子站??；???圖１．２?ＣＮＧ汽車加氣站的基本形式??Ｆｉｇ．１．２?Ｔｈｅ?ｂａｓｉｃ?ｆｏｒｍ?ｏｆ?ＣＮＧ?ｆｉｌｌｉｎｇ?ｓｔａｔｉｏｎ??ＣＮＧ標(biāo)準(zhǔn)站一般建立在城市高中壓天然氣管網(wǎng)區(qū)域上，通過天然氣管道接收原料??天然氣，經(jīng)過脫水和脫硫等工藝對(duì)原料氣進(jìn)行凈化和干燥處理，再利用壓縮機(jī)對(duì)天然氣??進(jìn)行壓縮，然后進(jìn)入儲(chǔ)氣瓶組或儲(chǔ)氣井等儲(chǔ)氣設(shè)施進(jìn)行緩沖、穩(wěn)壓和儲(chǔ)存，最后通過加??氣機(jī)給ＣＮＧ燃料汽車進(jìn)行加氣。ＣＮＧ標(biāo)準(zhǔn)站的工藝流程如圖１．３所示。??｜儲(chǔ)氣｜?｜天然氣｜??Ｉ系統(tǒng)?Ｉ汽車丨??．；?１１??�。�?ｒａ?ｍ?ｍ?｜Ｊｉ?ｍ??ｉ?ｔ?：?ｌＩＩ?ｌ＾Ｊ?Ｌ￡ｊ?ｔ?！?：機(jī)??Ｕｌ?—?ｌ」ｗ?－?Ｌ」??Ｌ＾Ｊ??圖１．３?ＣＮＧ標(biāo)準(zhǔn)站工藝流程圖??Ｆｉｇ．１．３?ＣＮＧ?ｓｔａｎｄａｒｄ?ｆｉｌｌｉｎｇ?ｓｔａｔｉｏｎ?ｐｒｏｃｅｓｓ?ｆｌｏｗ?ｃｈａｒｔ??２０世紀(jì)末出現(xiàn)的ＣＮＧ母子站系統(tǒng)是為解決ＣＮＧ汽車加氣站在管網(wǎng)建設(shè)、征地困??難、安全要求等條件限制而發(fā)展起來的一種無管網(wǎng)輸配技術(shù)。ＣＮＧ母站通常建設(shè)在城??市燃?xì)夤芫W(wǎng)的接收門站、調(diào)壓站或天然氣主干管網(wǎng)附近，其工藝流程如圖１．４所示。ＣＮＧ??子站一般建設(shè)在天然氣輸配管網(wǎng)尚未敷設(shè)的區(qū)域，甚至遠(yuǎn)離主城區(qū)或城區(qū)中心。ＣＮＧ??轉(zhuǎn)運(yùn)車（長(zhǎng)管拖車）從加氣母站取氣

??另一種為ＣＮＧ母子站，如圖１．２所不。??ｍｇａｔ＾＇ｖ＇ｒｎ＇ｍｍｍｍｉ?自?ｖ??？聽?４５??ＣＮＧ加ｐ母站?ＣＮＧｆ示準(zhǔn)站??ＣＮＧ汽車?丨??液壓平推式ＣＮＧｐ氣子站??；???圖１．２?ＣＮＧ汽車加氣站的基本形式??Ｆｉｇ．１．２?Ｔｈｅ?ｂａｓｉｃ?ｆｏｒｍ?ｏｆ?ＣＮＧ?ｆｉｌｌｉｎｇ?ｓｔａｔｉｏｎ??ＣＮＧ標(biāo)準(zhǔn)站一般建立在城市高中壓天然氣管網(wǎng)區(qū)域上，通過天然氣管道接收原料??天然氣，經(jīng)過脫水和脫硫等工藝對(duì)原料氣進(jìn)行凈化和干燥處理，再利用壓縮機(jī)對(duì)天然氣??進(jìn)行壓縮，然后進(jìn)入儲(chǔ)氣瓶組或儲(chǔ)氣井等儲(chǔ)氣設(shè)施進(jìn)行緩沖、穩(wěn)壓和儲(chǔ)存，最后通過加??氣機(jī)給ＣＮＧ燃料汽車進(jìn)行加氣。ＣＮＧ標(biāo)準(zhǔn)站的工藝流程如圖１．３所示。??｜儲(chǔ)氣｜?｜天然氣｜??Ｉ系統(tǒng)?Ｉ汽車丨??．；?１１??�。�?ｒａ?ｍ?ｍ?｜Ｊｉ?ｍ??ｉ?ｔ?：?ｌＩＩ?ｌ＾Ｊ?Ｌ￡ｊ?ｔ?！?：機(jī)??Ｕｌ?—?ｌ」ｗ?－?Ｌ」??Ｌ＾Ｊ??圖１．３?ＣＮＧ標(biāo)準(zhǔn)站工藝流程圖??Ｆｉｇ．１．３?ＣＮＧ?ｓｔａｎｄａｒｄ?ｆｉｌｌｉｎｇ?ｓｔａｔｉｏｎ?ｐｒｏｃｅｓｓ?ｆｌｏｗ?ｃｈａｒｔ??２０世紀(jì)末出現(xiàn)的ＣＮＧ母子站系統(tǒng)是為解決ＣＮＧ汽車加氣站在管網(wǎng)建設(shè)、征地困??難、安全要求等條件限制而發(fā)展起來的一種無管網(wǎng)輸配技術(shù)。ＣＮＧ母站通常建設(shè)在城??市燃?xì)夤芫W(wǎng)的接收門站、調(diào)壓站或天然氣主干管網(wǎng)附近，其工藝流程如圖１．４所示。ＣＮＧ??子站一般建設(shè)在天然氣輸配管網(wǎng)尚未敷設(shè)的區(qū)域，甚至遠(yuǎn)離主城區(qū)或城區(qū)中心。ＣＮＧ??轉(zhuǎn)運(yùn)車（長(zhǎng)管拖車）從加氣母站取氣
【參考文獻(xiàn)】

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