黃銀剛(西安德森新能源裝備有限公司,陜西 西安 710043)
目前行業(yè)內(nèi)大部分車載LNG 氣瓶供氣系統(tǒng)(以下簡稱“供氣系統(tǒng)”)管路布置沿用最早的結(jié)構(gòu),即根據(jù)管路使用狀態(tài)分離布置,氣瓶分配器周圍存在很多焊接點(diǎn)和螺紋連接處。此結(jié)構(gòu)導(dǎo)致管路系統(tǒng)復(fù)雜時,容易出現(xiàn)干涉,互相影響使用效果的弊端。同時,隨著現(xiàn)代社會的發(fā)展,各行各業(yè)提倡產(chǎn)品智能化,而傳統(tǒng)的供氣系統(tǒng)依舊使用機(jī)械閥門,需要人為操作?;诖藘牲c(diǎn),設(shè)計(jì)開發(fā)了組合電控閥塊,實(shí)現(xiàn)閥門的集成和供氣系統(tǒng)的智能化。
首先需確定閥塊的原理圖,再根據(jù)目前供氣系統(tǒng)的安裝尺寸確定閥塊的大小,其次根據(jù)供氣系統(tǒng)受力分析確定閥塊重量,最后需考慮閥塊的密封結(jié)構(gòu)[1]。閥塊的原理圖是根據(jù)供氣系統(tǒng)的使用流程圖和需集成的管路范圍確定,如:將分配器周圍的過流閥、截止閥、經(jīng)濟(jì)調(diào)節(jié)閥、壓力傳感器、液位傳感線路等集成于銅塊閥門中。閥塊的大小是根據(jù)目前市場上應(yīng)用的供氣系統(tǒng)及集成后外部管路布置范圍確定。如目前市場上的供氣系統(tǒng)均自帶保護(hù)圈裝置,根據(jù)保護(hù)圈的直徑及外部管路必須安裝的零件尺寸確定閥塊大小,同時結(jié)合集成管路的分布確定最小的閥塊尺寸。閥塊重量是根據(jù)氣瓶型式試驗(yàn)氣瓶分配器受力、閥塊材質(zhì)的耐低溫性能和切削性能確定,如:可使用銅件或者鋁合金材料,降低閥塊重量。此設(shè)計(jì)關(guān)鍵還在于零件之間的密封性,由于供氣系統(tǒng)使用介質(zhì)為LNG,LNG 溫度為-162 ℃,因此冷態(tài)下必須密封,如可采用導(dǎo)向孔加密封墊進(jìn)行密封。
(1)在閥塊設(shè)計(jì)中要避免深孔、斜孔等異形角度的孔位;(2)同時在分層設(shè)計(jì)時,注意每層的通路布置,防止相鄰層面通路壁厚較薄,不能滿足使用要求;(3)不同層面與主回路的連通,層面較多,容易造成混亂,可編制不同層面回路介紹原理圖以防出錯;(4)各零件的配合尺寸必須嚴(yán)格控制,閥芯與閥塊的裝配尺寸應(yīng)按照統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行,給定公差值,保證配合無泄漏;(5)閥塊與瓶體配合時,還需保證一定的粗糙度,保證接觸面無泄漏。
首先根據(jù)電控閥的工作原理,選擇閥門的型式[2]和控制系統(tǒng),再根據(jù)整車的配電及控制系統(tǒng)確定閥門線圈。閥門選擇使用先導(dǎo)式。當(dāng)線圈通電時,產(chǎn)生的磁力使動鐵芯和靜鐵芯吸合,導(dǎo)閥口打開,介質(zhì)流向出口,此時主閥芯上腔壓力減少,低于進(jìn)口側(cè)的壓力,形成壓差克服彈簧阻力而隨之向上運(yùn)動,達(dá)到開啟主閥口的目的,介質(zhì)流通。當(dāng)線圈斷電時,磁力消失,動鐵芯在彈簧力作用下復(fù)位關(guān)閉先導(dǎo)口,此時介質(zhì)從平衡孔流入,主閥芯上腔壓力增大,并在彈簧力的作用下向下運(yùn)動,關(guān)閉主閥口[3-4]。氣瓶使用變送器作為控制系統(tǒng),根據(jù)供氣系統(tǒng)使用狀態(tài),編制了控制邏輯,從而控制閥門的啟閉。同時變送器將氣瓶運(yùn)行參數(shù)上傳到云端,通過網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的查詢跟蹤,可查詢氣瓶壓力,液位計(jì)運(yùn)行軌跡,更換變送器可遠(yuǎn)程下載原氣瓶信息,降低售后維護(hù)難度。
(1)由于電控閥對電壓特別敏感,緊急情況下先導(dǎo)閥不能切斷介質(zhì)倒流,因此電控閥末端需增加過流閥,作為開關(guān),防止介質(zhì)倒流;(2)電控閥門設(shè)計(jì)時需進(jìn)行反向壓力測試,防止壓差太小,導(dǎo)致閥門不能正常開啟;(3)電控閥門設(shè)計(jì)時由于需整車配電,因此功率不得大于20 W;(4)所有的電控裝置均需考慮其防水、防爆、電磁兼容等性能。
設(shè)計(jì)方案流程圖如圖1 所示。
根據(jù)設(shè)計(jì)方案確定相應(yīng)的試驗(yàn)大綱,主要驗(yàn)證性能:(1)各回路通道是否能夠正常使用;(2)冷態(tài)時閥塊是否能夠密封;(3)控制裝置能否滿足供氣系統(tǒng)的正常使用;(4)整車進(jìn)行路試,供氣系統(tǒng)能夠保證在整個試運(yùn)行過程中正常使用。
圖1 設(shè)計(jì)方案流程圖
3.2.1 各回路通道是否能夠正常使用
(1)加液回路。氣瓶優(yōu)先加滿液,通過加液軟管連接閥塊進(jìn)液接頭,同時打開氣瓶放空回路,關(guān)閉其余閥門,驗(yàn)證閥塊內(nèi)部加液回路。現(xiàn)象:氣瓶正常充裝40 min。結(jié)論:閥塊內(nèi)部加液管路暢通。
(2)增壓管路。
①打開氣瓶上增壓出液截止閥、組合閥塊上增壓回氣和回氣截止閥、氣瓶上放空截止閥,關(guān)閉其余閥門,觀察壓力表壓力。現(xiàn)象:升壓至0.96 MPa,停止增壓。結(jié)論:閥塊內(nèi)部增壓賄賂暢通。
②在步驟①的基礎(chǔ)上,關(guān)閉回氣電控閥和氣瓶增壓出液截止閥,拆除閥體連接的回氣軟管和空溫增壓管路,刷肥皂水檢測閥體上的回氣接頭、增壓回氣接頭末端是否有氣流。現(xiàn)象:回氣接頭有氣流,增壓回氣接頭無氣流。結(jié)論:回氣回路暢通,同時驗(yàn)證回氣電控閥可控制增壓回氣管路。
③在步驟②的基礎(chǔ)上,連接回氣軟管,打開回氣電控閥(截止閥),刷肥皂水檢測增壓回氣接頭末端是否有氣流?,F(xiàn)象:增壓回氣接頭有氣流。結(jié)論:回氣電控閥回路暢通。
④在進(jìn)行步驟②、③的基礎(chǔ)上,刷肥皂水檢測閥體進(jìn)、出液口是否有氣流。現(xiàn)象:接頭處無氣流。結(jié)論:閥體內(nèi)部管路無串聯(lián)。
(3)出液管路。打開氣瓶上出液截止閥、組合閥塊上出液截止閥和出液電控閥/截止閥,關(guān)閉其余閥門,觀察閥塊出液接頭、增壓回氣和回氣接頭是否有氣流?,F(xiàn)象:出液接頭末端有液體流出,其余接頭無氣流。結(jié)論:說明閥體出液回路暢通、管路無串聯(lián)。
(4)主安全閥。
①僅保留系統(tǒng)中閥塊上的主安全閥,其余全部更換為副安全閥,驗(yàn)證閥塊上的主安全閥。打開氣瓶放空截止閥、組合閥塊上的增壓回氣和回氣截止閥,關(guān)閉其余閥門,從閥塊進(jìn)液口對氣瓶打壓至1.9 MPa 左右,觀察主安全閥是否起跳。現(xiàn)象:主安全閥正常起跳,起跳后壓力降至1.8 MPa 左右。結(jié)論:閥體內(nèi)部主安全閥回路暢通。
②氣瓶的單向進(jìn)液閥閥芯拆除,打開氣瓶上的出液截止閥、組合閥塊上的出液截止閥和出液電控閥/截止閥,關(guān)閉其余閥門。使閥體結(jié)冰,主安全閥冰堵,觀察主安全閥是否起跳?,F(xiàn)象:氣瓶壓力為1.9 MPa 左右時,主安全閥未起跳。使用工具敲除冰塊后,主安全閥正常起跳。氣瓶壓力降至1.8 MPa 左右。結(jié)論:主安全閥排氣口在冰堵的情況下不能正常排氣,因此必須增加安全閥引出管,保證管路末端可正常通氣。
(5)經(jīng)濟(jì)回路。在氣瓶閥體結(jié)霜的情況下,氣瓶壓力為1.8 MPa左右時,打開組合閥塊上的增壓回氣和回氣截止閥、氣瓶上的放空截止閥、組合閥塊上的出液截止閥和出液電控閥/截止閥,關(guān)閉其余閥門,使氣瓶壓力緩慢下降,高出的氣體可從閥塊的出液接頭排放?,F(xiàn)象:壓力下降過程中,閥塊上的出液接頭處有氣流,待壓力降低至1.1 MPa 以下時,出液接頭無氣流。結(jié)論:經(jīng)濟(jì)調(diào)節(jié)閥正常工作,閥體經(jīng)濟(jì)回路暢通。
3.2.2 冷態(tài)時閥塊是否能夠密封
閥塊密封性:連接閥塊和分配器后,進(jìn)行氣密檢測。對連接處通過刷肥皂水,檢測是否有氣流。現(xiàn)象:連接處無氣流。結(jié)論:密封可靠。
3.2.3 控制裝置能否滿足供氣系統(tǒng)的正常使用
控制策略檢測項(xiàng)目如表1 所示。
表1 控制策略檢測項(xiàng)目
供氣系統(tǒng)試驗(yàn)示意圖如圖2 所示。
圖2 供氣系統(tǒng)試驗(yàn)示意圖
組合電控閥為車載LNG 供氣系統(tǒng)提供了管路布置的新思路,也提高了產(chǎn)品的智能化。將閥門進(jìn)行組合后,可通過網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的查詢跟蹤,更換氣瓶時可下載原有氣瓶信息,形成過程記錄,降低售后難度,同時組合電控閥為車載LNG 供氣系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)全面自動化提供了依據(jù)。