液压平推式CNG汽车加气子站系统理论建模及性能优化研究

发布时间：2020-11-08 13:53

　　 液压平推式CNG汽车加气子站(简称“液压子站”)具有建站投资少、集成化程度高、占地面积小、土建工程量小且适合在城建区或已经建成的加油站基础上进行加油加气站合建等优势。开展液压子站的研究可以为CNG汽车加气站的建设、设备选型以及行业标准、规范的修订与实施提供相应的技术支持和参考依据,因此,具有重大的研究意义和工程应用价值。本文基于液压子站的工作原理,从液压子站的系统性出发,以高效节能型液压子站系统为研究目标,开展了液压子站系统的基础理论研究,提出了液压子站系统的理论模型和系统结构分析模型,提出了基于优先顺序控制的液压子站级联切换系统加气工艺方法,具体为:一、针对液压子站系统理论模型缺乏问题,基于实际流体(液体和气体)的运动理论,提出了一种基于状态空间的液压子站系统理论模型,为液压子站系统的基础理论研究提供了参考依据;依据理论模型建立了液压子站系统的AMESim/Simulink联合仿真模型,并按照系统实际运行工况进行了仿真分析和实验验证,验证了模型的准确性和可靠性。二、针对液压子站系统缺少优化目标和优化方法问题,基于系统工程相关理论,将液压子站系统划分为液压子站专用长管拖车、液压平推撬体设备、自动化控制系统和CNG加气机四大组成要素,并根据各组成要素之间的相关性和各自的属性特征,提出了基于多属性模糊关联矩阵的液压子站系统系统结构模型。通过对该结构模型的分析,确定了各组成要素在液压子站系统中的重要程度,并提出了液压子站系统整体性能和各组成要素的优化目标。三、针对液压子站系统中专用长管拖车运输经济性低的问题,基于最优化原理,以CNG的运输装载量为目标函数,提出了液压子站专用长管拖车储气瓶管束的最优布局和结构尺寸模型,并根据现有的高压储气钢瓶制造工艺技术水平确定了液压子站专用长管拖车的研发目标,即,设计和研究运输效率和安全系数更高的6管711型液压子站专用长管拖车。通过理论分析和实验研究相互佐证的研究方法,制定了大直径Φ711车载气瓶用无缝钢管的主要生产工艺和大直径Φ711车载气瓶的主要制造工艺参数。最后,运用现代车辆设计方法,对长管拖车的车架和举升机构进行了轻量化设计和研究,制定了大直径Φ711型液压子站专用长管拖车的设计和制造参数。四、针对液压子站系统加气能力小、能耗高的问题,通过对加气过程的理论研究,分析了各主要因素对液压子站性能指标的影响,提出了基于优先顺序控制的级联切换系统加气工艺方法,据此实现了高效节能型液压子站系统的工业化设计和制造。针对液压子站控制系统功能单一、自动化程度低、抗干扰能力差的问题,结合工业自动化的先进理念和控制方法,通过重新设计开发PLC控制系统的硬件系统以保障其运行的稳定性和可靠性,利用组态软件设计了更具交互功能的人机操作界面,通过模块化的功能模块编程,优化设计了 PLC的软件控制系统,实现了该系统的高度自动化。基于AMESim/Simulink的高效节能型液压子站系统仿真验证表明,该系统优势明显,具有更高的可靠性、经济性和先进性。五、根据液压子站的实际运营工况,对现有液压子站系统和本文所述的高效节能型液压子站系统分别设计、构造并组织实施了 12种不同工况下的工程实验,实验结果表明,较现有液压子站系统,高效节能型液压子站系统的运输效率提高了 25%,运输成本降低了 18.6%;加气能力增加了 62.1%,且系统能耗降低了 36.4%。
【学位单位】：北京科技大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2018
【中图分类】：U473.8
【部分图文】：

各国政府充分认识到了天然气汽车的优势，纷纷出台众多政策来引导天然气汽车的发展??与推广。截止到２０１６年底全球天然气汽车保有量己超过２０００多万辆，有超过８０多个??国家和地区使用天然气汽车，如图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??图１．１全球天然气汽车保有量及分布情况统计表（１９９６－２０１６）??Ｆｉｇ．１．１?Ｔｈｅ?ｗｏｒｌｄ?ｔｏｌａｌ?ＮＧＶ?ａｎｄ?ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ?ｓｔａｔｉｓｔｉｃｓ?（１９９６－２０１６）??表１－２各国天然气汽车保有量及加气站统计表（２０１６）??Ｔａｂ．?１－２?Ｎａｔｉｏｎａｌ?ｓｔａｔｉｓｔｉｃｓ?ｏｆ?ｔｈｅ?ＮＧＶ?ａｎｄ?ｇａｓ?ｆｉｌｌｉｎｇ?ｓｔａｔｉｏｎｓ?ｏｗｎｅｒｓｈｉｐ??￣Ｗｚ?ｉｌ?ＮＧＶ保有量（万辆）?加气站数量（座）＾??１?６８９．５?＞７０００??２?

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本文编号：2874874