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燃料电池空气供给系统之空压机
零部件示意图:
2020/12/9
空气供给系统
3.1 离心式空压机
(1) 优点 ①结构紧凑,易损件少,维修量少,运转周期长。 ②转速高,气流速度大,机器尺寸小,重量轻,占地面积小,投资省,运行安全可靠。 ③运行平稳,排气量大,气流平稳,排气均匀无脉冲,振动小,基础受力均匀。 ④机内不需润滑,气体不易被润滑油所污染。密封效果好,泄漏现象少。 ⑤有平坦的性能曲线和较为宽广的平稳运行操作范围。 ⑥能长周期连续运转。 (2) 缺点 ①操作的适应性较差,工作区域窄,气体的性质对操作性能有较大的影响。 ②气流速度大,流道内的零部件表面有较大的摩擦损失; ③有喘振现象,对机器具有极大的危害
2020/12/9
空气供给系统
3.2 螺杆式空压机
原理:通过在螺杆之间形成压缩腔,公母螺杆之间的容腔逐渐缩小,气体家里逐渐升高,称之为“内 压缩”。螺杆压缩机的工作循环可分为吸气过程(包括吸气和封闭过程)压缩过程和排气过程。随着转子 旋转每对相互啮合的齿相继完成相同的工作循环,为简单起见我们只对其中的一对齿进行研究。
1.吸气过程
随着转子的运动,齿的一端逐渐脱离啮合而形成了齿间容积,这个齿间容积的扩大在其内部形成了 一定的真空,而此时该齿间容积仅仅与吸气口连通,因此气体便在压差作用下流入其中。在随后的转子 旋转过程中,阳转子的齿不断地从阴转子的齿槽中脱离出来,此时齿间容积也不断地扩大,并与吸气口 保持连通。随着转子的旋转齿间容积达到了最大值,并在此位置齿间容积与吸气口断开,吸气过程结束。 吸气过程结束的同时阴阳转子的齿峰与机壳密封,齿槽内的气体被转子齿和机壳包围在一个封闭的空间 中,即封闭过程。
2020/12/9
空气供给系统
3.2 螺杆式空压机
2.压缩过程
随着转子的旋转,齿间容积由于转子齿的啮合而不断减少,被密封在齿间容积中的气体所占据的体 积也随之减少,导致气体压力升高,从而实现气体的压缩过程。压缩过程可一直持续到齿间容积即将与 排气口连通之前。
3.排气过程 齿间容积与排气口连通后即开始排气过程,随着齿间容积的不断缩小,具有内压缩终了压力的气体 逐渐通过排气口被排出,这一过程一直持续到齿末端的型线完全啮合为止,此时齿间容积内的气体通过 排气口被完全排出,封闭的齿间容积的体积将变为零。 从上述工作原理可以看出,螺杆压缩机是通过 一对转子在机壳内作回转运动来改变工作容积,使气体体积缩小、密度增加,从而提高气体的压力。
2020/12/9
空气供给系统
3.2 螺杆式空压机
示意图
2020/12/9
空气供给系统
3.2 螺杆式空压机
螺杆压缩机的优点如下: 1)可靠性高。螺杆压缩机零部件少,没有易损件,因而它运转可靠,寿命长,大修间隔期可达4-8万h。 2) 高压缩比,功耗低。 3)动力平衡好。特别适合用作移动式压缩机,体积小、重量轻、占地面积少。 4)适应性强。螺杆压缩机具有强制输气的特点,容积流量几乎不受排气压力的影响,在宽广的范围内能保持较 高的效率,在压缩机结构不作任何改变的情况下,适用于多种工质。 5)多相混输。螺杆压缩机的转子齿面间实际上留有间隙,因而能耐液体冲击,可输送含液气体、含粉尘气体、 易聚合气体等。 螺杆压缩机的主要缺点: 1)造价高。对螺杆形状和轴承精度要求高,采用滚珠轴承,需要加机油润滑。 2)对空气质量要求较高,空气中颗粒会磨损螺杆造成密封问题。 3)不能用于微型场合。螺杆压缩机依靠间隙密封气体,一般只有容积流量大于0.2m3/min时,螺杆压缩机才具 有优越的性能。 4)噪声大,需要针对性设计消音器
2020/12/9
空气供给系统
3.1 离心式空压机
原理:离心式压缩机用于压缩气体的主要部件是高速旋转的叶轮和通流面积逐渐增加的扩压 器。简而言之,离心式压缩机的工作原理是通过叶轮对气体作功,在叶轮和扩压器的流道内, 利用离心升压作用和降速扩压作用,将机械能转换为气体的压力能的。
更通俗地说,气体在流过离心式压缩机的叶轮时,高速运转的叶轮使气体在离心力的作用 下,一方面压力有所提高,另一方面速度也极大增加,即离心式压缩机通过叶轮首先将原动机 的机械能转变为气体的静压能和动能。此后,气体在流经扩压器的通道时,流道截面逐渐增大, 前面的气体分子流速降低,后面的气体分子不断涌流向前,使气体的绝大部分动能又转变为静 压能,也就是进一步起到增压的作用。
空气供给系统
空气供给系统为电堆提供合适流量、温度、压力和湿度的洁净空气,主要包含空气过滤 器、空压机、中冷器、增湿器和节气门等几个核心部件。 空压机:被誉为燃料电池之“肺”。质子交换膜燃料电池用空压机的基本要求为:1) 无油;2) 高效率;3) 小型化;4) 低成本;5) 低噪音;6) 特性范围宽;7) 动态响应快。目前市面上用于 燃料电池的空压机类型有螺杆式、涡旋式、罗茨式和离心式等几种,离心式还分为齿轮增速 式和高速直驱式
2020/12/9
空气供给系统
表征空压机性能的主要参量有流量、排气压力或压强比、转速、功率和效率等。 (1) 流量可以是容积流量,也可以是质量流量,一般运输式空压机多用质量流量,固定式空压机多 用容积流量,并且习惯上用进气状态容积流量表示空压机的流通能力。 (2) 排气压力 在固定式空压机中习惯用排气压强,在一些运输式空压机中习惯用压强比(简称压比) 作为空压机的 性能指标。 (3) 转速 指空压机转子的旋转速度,单位常用转/分(r/min) 表示。 (4) 功率 指驱动空压机所需的轴功率和驱动机的功率等,单位常用kW 表示。
2020/12/9
氢燃料电池发动机系统
空压机篇
氢燃料电池发动机系统简介
释 义 : 氢 燃料电池是一种将氢气和氧气通过电化学反应 直接转化为电能的发电装置 , 而 将 其 应 用 于 汽 车 领 域 代 替传统燃油发动机后,又被成为氢系统构成(如左图所示): • 氢气供给系统(绿色方框) • 空气供给系统(蓝色方框) • 反应电堆(紫色圆框) • 热管理系统(橙色方框) • 电控系统(本次不做介绍) • 数据采集系统(本次不做介绍)