2025年液壓泵行業趨勢分析：液壓泵行業在能源回收領域應用愈發廣泛

  中國報告大廳網訊，2025年，液壓泵行業在能源回收領域的應用愈發廣泛，尤其是在天然氣調壓站余壓回收場景中，高效、穩定的液壓泵設備成為行業關注焦點。當前，天然氣調壓站存在大量余壓資源，傳統回收方式多依賴膨脹機，但受限於天然氣兩相流、壓力與流量波動大等問題，適用的膨脹機類型有限且部分造價高昂，因此，探索新型液壓泵在該領域的應用可行性，對推動行業能源回收效率提升具有重要意義。以下是2025年液壓泵行業趨勢分析。

  一、氣動液壓泵余壓回收系統設計：結構、原理與系統構成

  1.1 氣動液壓泵結構與工作原理

  《2025-2030年中國液壓泵行業發展趨勢及競爭策略研究報告》指出，氣動液壓泵作為一種利用氣體壓力輸送流體的機械設備，採用高壓氣體作為動力源驅動流體在管道內流動，其最顯著的特點是能夠不依賴換向閥實現活塞作往復直線運動，進而實現連續進氣排氣。該液壓泵的核心部件包括氣動馬達和液壓油輸送腔，當高壓天然氣進入氣動液壓泵時，壓力能轉化為機械能，驅動氣動馬達往復運動;往復運動過程中會產生周期性負壓區域，從而吸入液壓油;隨後馬達反向運動時，流體會被壓縮並推送到出口，完成一次輸送循環。

  1.2 氣動液壓泵余壓回收系統工作原理

  氣動液壓泵余壓回收系統的工作原理與膨脹機余壓回收系統相似，僅將膨脹機替換為氣動液壓泵。該系統並聯於天然氣管道幹線，在氣動液壓泵前後各安裝一個穩壓罐，作用是減少余壓回收系統對幹線天然氣流量和壓力造成的影響，同時避免大流量導致余壓回收系統超負荷運行。天然氣經高壓穩壓罐進入氣動液壓泵，在氣動液壓泵中實現降壓，之後經加熱器升溫進入低壓穩壓罐，最終進入下游天然氣幹線。

  二、氣動液壓泵熱力學與能量轉換：模型構建與公式推導

  為方便對氣動液壓泵能量轉換過程進行分析，做出如下假設：一是氣動液壓泵穩定運行;二是忽略氣動液壓泵內部產生的節流損失;三是高壓天然氣在氣動液壓泵內部膨脹降壓過程近似看作等熵膨脹;四是忽略高壓氣體的動能和位能變化量。

  2.1 氣動液壓泵熱力學分析

  㶲是研究熱力學的關鍵指標，指在給定條件下，某種能量中可轉化為有用功的最高份額，通過㶲分析，能夠定量評估能量的傳遞、轉換和損失情況。

  2.2 氣動液壓泵能量轉換

  氣動液壓泵所轉換的物理㶲一部分轉換為有用機械功，一部分因摩擦等原因損失。

  三、氣動液壓泵性能仿真分析：指標、模型與參數影響

  3.1 氣動液壓泵性能指標

  氣動液壓泵的輸出功率Pout能夠反映其能量轉換速率，總效率η能夠反映其能量轉換能力，因此選擇Pout與η作為氣動液壓泵的性能指標，以此反映不同工況下的能量利用情況，為後續性能分析提供關鍵數據。

  3.2 氣動液壓泵仿真模型構建與參數設置

  依據氣動液壓泵余壓回收系統工作原理，基於 AMESim 搭建仿真模型。仿真模型的主要參數設置如下：工質 CH₄體積分數為 100%;左氣動活塞有效工作面積為 990mm²;右氣動活塞有效工作面積為 1669mm²;一維運動質量塊質量為 1kg;氣動密封摩擦最大靜摩擦力為 20N;液壓柱塞有效工作面積為 707mm²;液壓密封摩擦最大靜摩擦力為 40N。調壓站天然氣進站壓力一般小於 6MPa，進站溫度為 10~20℃(即 283~293K)。採用單一因素法分析進氣壓力與進氣溫度對氣動液壓泵性能的影響。

  3.2.1 進氣壓力對氣動液壓泵性能的影響

  當進氣溫度為 288K、排氣背壓為 0.1MPa 時，進行變進氣壓力仿真。結果顯示，排氣壓力與質量流量均隨進氣壓力增大而增大。這是因為氣動液壓泵內氣腔的容積決定了高壓天然氣膨脹後的壓力，在相同容積下，進氣壓力增大時排氣壓力隨之增大;而質量流量增大是由於恆定溫度下壓力增大使氣體密度增加。

  在液壓功率、效率與膨脹率方面，液壓功率隨進氣壓力增大而增大，當進氣壓力從 2MPa 升高到 6MPa 時，輸出功率從 0.35kW 增大到 0.75kW;效率隨著進氣壓力增大從 18.8% 逐漸增大，當壓力增大到 3MPa 時效率達到最大值，之後在 27%~30% 內小幅波動;膨脹率隨進氣壓力增大而減小。對於液壓功率，進氣壓力增大提高了液壓系統工作的壓力差，同時質量流量提高意味著氣腔中能量密度增大，有更多能量可轉換為液壓能輸出，這也是膨脹率降低而液壓功率升高的原因。對於效率，天然氣壓力較低時做功能力較差，液壓系統負載相對於氣動活塞推動力更顯著;當壓力從 2MPa 增大到 3MPa 時，效率明顯提高，之後基本在 27%~30% 之間波動，因此為保持較高輸出效率和良好運行工況，進氣壓力應高於 3MPa。

  在壓力㶲與溫度㶲方面，氣動液壓泵轉換的溫度㶲均為負值，但隨著進氣壓力增大，溫度㶲所做的負功逐漸減少。這是因為就溫度而言，天然氣的能量品質低於環境，無法自發將能量轉換為有用功，而質量流量增大提高了天然氣的做功能力，使得溫度㶲負功有所改善。氣動液壓泵轉換的壓力㶲隨著進氣壓力的增大而減小，因為天然氣壓力越低，能量密度越低，做功能力越差，低壓時單位質量天然氣有更多壓力能被轉換為有用功，這表明氣動液壓泵在天然氣壓力較低時能回收的壓力能更多，但進氣壓力降低會使氣動液壓泵的輸出功率和效率下降。

  3.2.2 進氣溫度對氣動液壓泵性能的影響

  當進氣壓力為 2MPa、排氣背壓為 0.1MPa 時，進行變進氣溫度仿真。結果顯示，排氣溫度隨進氣溫度的增大而增大，而質量流量基本不變;氣動液壓泵的液壓功率、效率與天然氣的膨脹率基本不隨進氣溫度變化。這是因為氣動液壓泵主要依賴壓力㶲做功，其輸出特性由壓力主導，質量流量也由壓力主導，因此進氣壓力不變時，氣動液壓泵工作在恆定熱力循環中，進排氣溫差、質量流量、液壓功率、效率與膨脹率都基本不變。

  在壓力㶲與溫度㶲方面，溫度㶲隨進氣溫度升高而增大，並且當進氣溫度高於 303K 時，溫度㶲開始做正功，這是由於天然氣溫度上升提高了其對外做功的能力。結合進氣壓力對壓力㶲與溫度㶲的影響可知，氣動液壓泵轉換的壓力㶲遠大於溫度㶲，可見氣動液壓泵主要依賴天然氣的壓差做功，天然氣溫度對輸出功率的貢獻十分有限。此外，在排氣口處，由於高壓低溫的共同作用，極易形成天然氣水合物，造成管道結冰堵塞，所以進氣溫度較低時應採取相應措施預防冰堵發生。

  3.3 氣動液壓泵性能實驗驗證：實驗台搭建與結果對比

  依據氣動液壓泵余壓回收系統工作原理搭建實驗台，實驗台包含空氣壓縮機、進氣閥、氣動泵、溫度傳感器、排氣閥、消音器、壓力傳感器、液壓站、單向閥、液壓馬達、流量傳感器等部件。以高壓空氣代替高壓天然氣作為氣動液壓泵的驅動氣體進行初步實驗，實驗數據由系統中的傳感器獲得。

  由於氣動液壓泵輸出流量和壓力周期變化，仿真分析中氣動液壓泵的液壓功率與效率為周期平均值;實驗中無法測得周期內流量與壓力變化的所有數據，因此以最大值作為指標驗證仿真結果的正確性。將實驗工況作為仿真初始條件，對比仿真與實驗輸出功率和效率可知，兩者變化趨勢基本吻合，但最大輸出功率和效率的差值較大。造成誤差的主要原因是仿真模型結果基於理想化假設得出，而實驗過程無法滿足這些假設，且實驗系統比仿真模型更複雜，氣體的節流損失以及液壓傳動中的能量損失在仿真模型中均未被考慮。實驗結果表明仿真模型的理論基礎正確，能夠反映余壓回收系統在不同條件下的動態變化，但仍需通過大量實驗數據改進模型，以縮小仿真與實驗結果之間的差異。

  四、全篇總結

  在2025年液壓泵行業聚焦能源回收的趨勢下，針對天然氣調壓站余壓回收需求，對氣動液壓泵展開深入研究。通過系統設計，明確了氣動液壓泵不依賴換向閥實現活塞往復運動的結構特點及余壓回收系統的工作流程;構建熱力學與能量轉換模型，推導相關公式，清晰闡述了氣動液壓泵能量轉換的內在機制;結合 AMESim 仿真與實驗驗證，得出關鍵結論：一是氣動液壓泵能適應天然氣調壓站工況，將高壓天然氣內能轉換為液壓能輸出，其輸出功率隨進氣壓力從 2MPa 升高到 6MPa 而從 0.35kW 增大到 0.75kW，效率從 18.8% 增至 3MPa 時的最大值後在 27%~30% 波動，且輸出功率與效率對進氣溫度不敏感;二是氣動液壓泵轉換的物理㶲中，壓力㶲是做功主要部分，溫度㶲隨進氣溫度升高增大，高於 303K 時由負轉正，進氣壓力提高可緩解溫度㶲負功情況;三是實驗驗證了氣動液壓泵回收余壓能量的有效性，且實驗與仿真結果趨勢一致，證明了仿真模型的正確性與有效性。這些研究成果為氣動液壓泵在天然氣壓力能回收領域的進一步應用與優化提供了重要支撐。

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