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首款完成500小时型式试验的国产90MPa氢气隔膜压缩机揭秘

日期:2023-11-20    来源:势银能链

国际氢能网

2023
11/20
14:24
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关键词: 氢气隔膜压缩机 加氢站 氢能产业

90MPa隔膜压缩机,作为未来加氢站核心压缩设备,在历经十余年的研发与突破,已实现100%国产化,且已具备商业化条件。

但根据隔膜压缩机国标规定,由于90MPa压力相对较高,氢腐蚀反应等加剧,如果不经过严谨细致的试验就推出市场,将会给客户应用埋下隐患,因此90MPa隔膜压缩机在投入使用前必须完成500小时型式试验,这是对于产品实际质量的一项“大考”。

据势银能链了解,目前所下线的90MPa隔膜压缩机中,仅佛燃天高于今年6月通过合肥通用机电产品检测院500小时连续无故障型式试验,并取得了相应的认证。

而早在2021年,佛燃天高90MPa氢气隔膜压缩机就已通过合肥通用机电产品检测院性能参数试验,获得了相应的检验报告。

此外,90MPa氢气隔膜压缩机研发是“十三五国家科技重大专项加氢项目”的课题,该型式试验的完成也标志着课题的顺利结题,而天高也成为一家连续3届承接并顺利结题国家“863”课题的隔膜压缩机企业。

厚积薄发,做站用氢气隔膜压缩机的“启明星”

从技术研发实力来看,佛燃天高是由黄津鹄、陈如意与广东佛燃科技有限公司共同出资组建,其完全继承天高的团队、技术、业务及宝贵的研发积累和生产经验。在完成转型升级后,佛燃天高持续加大在90MPa氢气压缩机研发上,对于原有90MPa氢气隔膜压缩机进行了更进一步的优化与升级,可实现产品零部件100%国产化。

佛燃天高90MPa氢气隔膜压缩机的突破并不是一蹴而就,由于国内起步较晚并无相关的完整理念,因此在隔膜压缩机发展最初期,基本沿用国外现成技术,无法彻底有效理解其工作原理。

直到“十一五”期间,国家“863”计划的提出,开创了国产站用氢气隔膜压缩机研发先河,由天高自主研发的隔膜式氢气压缩机设备成功地安装在了中国第一个为燃料电池汽车加氢的国产加氢站——北京飞驰绿能制氢加氢站,国产站用隔膜式氢气压缩机正式打破原有空白局面。而“十二五”国家“863”计划则是更进一步为国内90MPa级站用压缩机研发提出了要求。

广东佛燃天高流体机械设备有限公司联合创始人兼副总经理陈如意表示:“刚开始的时候,虽然国内可以做出压缩机,但在增加排气压力、提高寿命、提升性能方面非常薄弱,且由于专业人才的缺乏,隔膜压缩机维修养护也没有相应的技术。”

在90MPa氢气隔膜压缩机研发过程中,天高依据其“十一五”期间的技术研发经验及项目积累,与清华大学、同济大学等多家高校共同探讨,并针对加氢站的氢气增压问题,通过研究压缩机结构类型、工艺参数和压缩机运动机构等对压缩机性能的影响,以及对缸体和膜片等关键运动构件和自动控制系统的研究,解决了70MPa加氢站的氢气增压难题。

无配油盘设计:减少密封面和泄漏面,在有效控制膜片应力同时提高排气效率,整体提高机器效率;

随动阀:可实现油压随气压的变化而自适应地调整,轴功率也随之变化,有效地降低了设备的能耗。不仅可减少约20%的能耗,还能延长膜片使用寿命;

压力补油与压力润滑:该技术是油压系统的稳定运行的重要保证;

复合缸盖:涉氢部位采用经过脱氢处理的抗氢脆材料,外部采用高强度钢材降低成本的同时也保持了结构强度。

最终,在不断试错下,天高完成90MPa氢气隔膜压缩机的自主开发并成功应用于中国首座利用风光互补发电制氢的70MPa加氢站(大连新源动力加氢站)。该款隔膜压缩机的问世,突破了当时国产压缩机排量上限,开启隔膜压缩机高压力的新时代,也为国内70MPa加氢站核心装备制造提供了极为宝贵的自主研发经验。

优于更优,助力90MPa氢气隔膜压缩机商业化

如果说,“十二五”“863”计划是90MPa站用氢气压缩机从无到有的一个过程,那么“十三五”国家重大科技专项那便是其走向商业化的大道。

在此期间,天高通过与同济大学、中科院等多学科联合,对产品的关键部件进行一系列的理论研究,并结合一定的实验来获取数据形成理论依据,从而在研发时减少基建上和材料上的浪费,提升良品率。

多场耦合动力学建模和瞬态热动力特性研究,主要针对氢压机的缸盖外表面温度、缸盖应力分布、缸盖变形分布;

关键部件精确设计及结构优化,注重缸盖的精确设计和螺栓预紧力分析,通过建模和数据分析优化和调整结构;

气流脉动和管道振动分析,研究最大脉动节点的峰值、激振力频谱,管系压力和温度分布;

材料基础性能数据库与膜片疲劳寿命模型建立;

开发临氢材料,解决高压下的材料氢脆问题,提升临氢膜片的寿命。

同时,天高在设备研发过程中通过不断分析与调整对冷却器套管结构、缸体无配油盘结构、缸盖组合材料结构、缸头紧固超级螺栓等零部件得出精确的设计和结构优化,其中缸体缸盖中膜型的设计及油孔的布置为后续实验奠定了基础;螺栓的控制、大小和强度则为后续设计提供了思路。

陈如意透露:“在膜片的研究上,课题组对市场上所有材料均做了测试并建立了测试模型进行分析比对,再进行创新,研发出符合抗氢脆、寿命长、高强度使用要求的新膜片材料。而在结构设计上,天高依据研究课题时所作的理论分析对缸体、缸盖、冷却器结构进行了优化,温度、压缩效率、维修时长在后续的应用中上都有不错的效果。”

值得一提的是,天高90MPa隔膜压缩机经检测,排量达到350Nm?/h ,远超课题排量要求。而如今佛燃天高90MPa氢气隔膜压缩机成功通过500小时型式试验,并且通过了氢介质运行测试,也将为90MPa隔膜压缩机国产化提供更为宝贵的经验,为其最终商业化起到了领头作用。

如今,佛燃天高90MPa氢气压缩机整机集成了包括进气压力低保护、排气压力高保护、润滑油压力低保护等一系列的安全保障控制系统,并应用云平台实时动态监测各项指标,在大幅提升了安全性的同时降低了人力消耗。

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