天然氣汽車加氣站用CNG壓縮機

1、天然氣汽車加氣站用CNG壓縮機(續(xù)三)第6章CNG壓縮機機組結(jié)構(gòu)示例世界面對著原油僅可開采40余年，而天然氣卻能再采70年以上的現(xiàn)實。我國正面臨實施西部大開發(fā)、西氣東輸戰(zhàn)略，大力強化環(huán)境保護工程，積極開采使用蘊藏量豐富的陸海天然氣，進口液化天然氣，不遠的將來還能實現(xiàn)天然氣(進口)管路國際聯(lián)網(wǎng)，蘊藏量甚豐的煤層氣(油氣田天然氣的后續(xù)天然氣)開發(fā)力度加大的大好形勢。天然氣汽車具有技術(shù)成熟、清潔、最安全和經(jīng)濟性好等顯著的環(huán)保技術(shù)經(jīng)濟綜合優(yōu)勢。在我國，壓縮天然氣汽車及其配套裝置技術(shù)，較液化石油氣汽車更成熟。天然氣汽車時代確已到來!自1931年意大利北部建成世界近代首座天然氣汽車加氣站和1988年在四川

2、省建成首座國產(chǎn)裝備天然氣汽車加氣站以來，國內(nèi)外CNG壓縮機品種、銷量和技術(shù)進展?jié)u趨活躍。時至今日，CNG壓縮機已躍升為全球壓縮機市場的最熱賣點之一，尤以我國、東南亞和南美洲為最。CNG壓縮機單機功率并不很大，然而在近年卻高度富集了當代往復活塞式工藝流程用壓縮機多項先進技術(shù)?？陀^上，CNG壓縮機幾乎成為全球工藝流程用往復活塞式壓縮機中唯一能夠形成批量生產(chǎn)的門類。隨著石油的更加短缺，治理城市汽車尾氣污染的緊迫，以及我國西氣東輸和后續(xù)工程分期實施，居民社區(qū)燃氣能源的逐步普及，CNG壓縮機在國內(nèi)外必將有更大的發(fā)展。無疑，我國擁有頗為可觀的CNG壓縮機市場，而CNG壓縮機的制造和技術(shù)開發(fā)也正方興未艾!C

3、NG壓縮機由賣方市場向買方市場的過渡已近完成。這就必然使國產(chǎn)CNG壓縮機向品質(zhì)更高、性能更佳、適用性更強等目標邁進的步伐大為加速。雖然起步甚晚卻直逼世界先進水平的國產(chǎn)CNG壓縮機，在新世紀之初奇葩爭艷、異彩紛呈，自不同的角度逐步地將其綜合技術(shù)水準升華至不亞于舶來品的程度。從而不但為國內(nèi)NGV加氣站的建設(shè)作出了新貢獻，而且擁有了在我國加入WTO之后與國外著名品牌抗衡的不凡實力，同時踏入了國際市場，銷往海外的國產(chǎn)CNG壓縮機品牌和臺數(shù)逐漸增多。在國內(nèi)外CNG壓縮機制造與運行實踐的沃土上，本章方得以給出CNG壓縮機/機組豐富的結(jié)構(gòu)示例。61橇裝、低噪聲、全風冷、2D4系列CNG壓縮機組中國石油化工集

4、團公司于2001年6月30日在湖北省潛江市江漢石油管理局主持了集團公司重大科技攻關(guān)項目壓縮天然氣汽車加氣站裝備省部級鑒定，中石化江漢第三機械廠(以下簡稱三機廠)研制的2D4系列CNG壓縮機組，經(jīng)專家會審鑒定通過。鑒定意見指出：2D4系列壓縮機的各型排氣量大，單機供氣量為8000m3d10500Nm3d，并能適應(yīng)寬廣的天然氣管網(wǎng)壓力條件。經(jīng)檢測證實，其創(chuàng)新點為：(1）首創(chuàng)國產(chǎn)CNG壓縮機組全風冷整體橇裝結(jié)構(gòu)，無需冷卻水循環(huán)系統(tǒng)，擴大了運行地域，在水冷式壓縮機難以應(yīng)對的缺水、高寒地區(qū)，也能正常運行。(2)機組為對稱平衡型，在國產(chǎn)CNG壓縮機中實現(xiàn)了運動件慣性力精確平衡、活塞組件精確直線性運動以及傳

5、動件承載面的低比壓值設(shè)計。比功率指標先進，易損件壽命長。(3)機組自動化、數(shù)字化程度高，PLC自動化監(jiān)控，實現(xiàn)了無人值守的加氣站單臺機組運行，降低了建站及運行成本。(4)全機組屏蔽噪聲值符合城市CNG加氣站建站要求。(5)機組本地化率95以上，性能價格比優(yōu)于進口同類機型，具有良好的社會經(jīng)濟效益。鑒定委員會認為：該項目全面達到了開發(fā)合同和設(shè)計任務(wù)書的要求。2D4系列CNG壓縮機組的圖樣、資料齊全完整，設(shè)計先進合理，諸樣機運行狀況良好，整體達到國內(nèi)領(lǐng)先技術(shù)水平，可以替代進口同類機型，并具備了批量生產(chǎn)和推廣的條件。2D4系列CNG壓縮機組的代表性機型：2D4-33-250型，開創(chuàng)了國產(chǎn)全風冷CNG壓

6、縮機組先河的該機組，2001年始最先服役于中國石油化工集團公司中原石油勘探局的河南省濮陽市中原油田二號加氣站，后裝機于成都市公交壓縮天然氣有限公司的石羊場、成仁路加氣站等處，主機運行狀況皆堪稱優(yōu)秀。如成仁路站之2D4機，自2002年2月8日至2004年5月1日累計運行13349小時45分鐘，第IIII級各吸排氣閥(PEEK閥片)和第級吸排氣閥(金屬閥片)的閥片、彈簧無一破損，第級各(金屬)活塞環(huán)、(金屬)導向環(huán)和第級(三、六瓣金屬平面)填料從未更換。其間，僅因第I級活塞桿外協(xié)熱處理硬度不夠?qū)е聠芜吥p而更換活塞桿和第I級填料、活塞環(huán)。2004年5月8日夜，第級排氣閥片工作逾13400小時后破損

7、。再如西安市天然氣總公司北二環(huán)路加氣站之2D4機，單機(無備機)運行，自2003年3月至2004年5月12日累計運行8757小時29分鐘，僅8000小時計劃檢修，一直無零件損壞。全國清潔燃料汽車專家組擬待該站氣瓶組儲氣容積達3000Nm3時即將該站列為國家級示范站。三機廠具有自主知識產(chǎn)權(quán)、獲得國家專利證書(外觀專利號ZL013282506，實用新型專利號ZL01239761X)的2D4-33-250型CNG壓縮機組，是針對CNG特定工況實施的全新設(shè)計，系國產(chǎn)首臺橇裝、無基礎(chǔ)、低噪聲、全風冷、對稱平衡型、大排量CNG壓縮機組。此四級壓縮機，吸氣壓力03MPa、排氣壓力25MPa、轉(zhuǎn)速980rmi

8、n、主電機功率160kW、風冷器用軸流式風扇電機功率75kW。經(jīng)華中科技大學檢測其各項技術(shù)經(jīng)濟指標優(yōu)異：規(guī)定工況下空氣介質(zhì)時供氣量11Nm3min(容積效率高達76)、無基礎(chǔ)機組振動烈度18mms、噪聲聲功率級95dB(A)，比功率1357kW(Nm3min-1)，兩列填料處的總漏氣率僅為供氣量的0.11360.1364，當?shù)谝患壍奈鼩鉁囟葹?634時，各級中最高排氣溫度169(換算為天然氣介質(zhì)時為140)，壓縮機本體質(zhì)量1800Kg、外形尺寸27001200800mm；包括風冷器、主電機、PLC控制系統(tǒng)設(shè)備、隔聲罩在內(nèi)的機組質(zhì)量14.82t(當橇裝內(nèi)澆灌高強度混凝土時)，噪聲聲壓級79dB(

9、A)，1m。全風冷結(jié)構(gòu)和氣缸、傳動機構(gòu)潤滑油電加熱系統(tǒng)，使機組最適合在干旱、高寒地域運行，而配置隔聲罩則便于將機組用在城市。該壓縮機按美國石油學會標準API*618石油、化工和氣體工業(yè)用往復壓縮機實施設(shè)計其慣性力、慣性力矩完全平衡；各級級差式活塞均設(shè)有寬的金屬導向環(huán)和徑向調(diào)心機構(gòu)；傳動件承載面比壓值甚低【如連桿小頭襯套6.8MPa(數(shù)萬臺在役安全運行的L3.5-208型空壓機為9.8MPa，中歐某壓縮機名廠產(chǎn)3D80-2A1D65-1A1D85-1A三種機型為9.39.48.3MPa)，球鐵十字頭滑動面02775MPa(L35機為0.34MPa，1D65-1A1D85-1A二機型為0.3550

10、.384MPa)，十字頭銷座孔5.69MPa,連桿大頭瓦5.51MPa(3D80-2A1D65-1A1D85-1A三種機型為9.229.979.27MPa)】；各級氣閥閥隙、氣缸氣套、吸排氣管處氣流速度甚低；精心選配的奧地利Hoerbiger公司產(chǎn)中低壓PEEK氣閥和高壓全金屬氣閥，其閥片升程均低，在1.6mm0.8mm之間。2D4-33-250型CNG壓縮機與國外同類先進機型比較如表6-1，其傳動件承載面比壓值比較如表6-2，機組圖如圖3-6，工藝氣流程圖如圖3-3，主機剖面圖如圖6-1。作為國產(chǎn)首臺高吸氣壓力(達2.1MPa)的2D4-0.522-250型CNG壓縮機組，平穩(wěn)運行于成都市北

11、郊青白江區(qū)四川博能燃氣CNG加氣站。該機為三級壓縮、對稱平衡型，排氣壓力為25MPa、供氣量為630Nm3h，轉(zhuǎn)速740rmin，軸功率78kW，主電機功率90kW，各級氣體冷卻器和傳動機構(gòu)潤滑油泠卻器皆由風扇吸風冷卻，填料配用進口高新工程塑料元件。冷卻用電機功率7.5kW。2D4-33-250型CNG壓縮機的傳動件承載面的極低比壓值，可以其連桿組件(圖6-2)、十字頭組件(圖6-3)為代表。圖6-1 2D4-3/3-250型橇裝全風冷CNG壓縮機剖面圖(中國石油化工集團公司江漢石油管理局第三機械廠制造)表6-1 2D4-3/3-250型CNG壓縮機與國外同類先進機型比較注：1)供氣量標準狀態(tài)

12、：0.1013MPa(絕對壓力)，0。2)華中科技大學壓縮機實驗室檢測2D4CNG壓縮機3)ZM公司數(shù)據(jù)為2000年書面數(shù)據(jù)4)覆有隔聲罩的機組噪聲聲壓級，2D4與德國C211*CNG壓縮機皆為75dB(A)，1m。圖6-2 2D4系列CNG壓縮機連桿組件圖表6-2壓縮機傳動件承載面比壓值比較 MPa制造廠家壓縮機型號連桿小頭襯套連桿大頭瓦球鐵十字頭滑動面球鐵十字頭銷孔座 中石化三機廠2D4-3/3-2506.85.51 0.2775 5.69 國產(chǎn)(多廠)L3.5-20/89.84.410.34 13.2 瑞士蘇爾壽公司3D80-2A9.39.22 1D65-1A9.4 9.97 0.355

13、 1D85-1A8.3 9.27 0.384 注：1)L3.5-20/8型即4L-20/8，數(shù)萬臺在役安全運行。 2)蘇爾壽公司三個機型皆為迷宮活塞式，有高的運行可靠性聲譽。圖6-3 2D4系列CNG壓縮機十字頭組件圖中石化集團江漢三機廠的CNG壓縮機設(shè)計策劃要點是：(1)確保安全性，嚴格控制各級排氣溫度和填料工作狀態(tài)。(2)全風冷橇裝機組化，全天候運行于各種地域條件。(3)優(yōu)選壓縮機結(jié)構(gòu)型式和結(jié)構(gòu)參數(shù)，合理配用天然氣發(fā)動機。(4)無高壓填料，并確保活塞活塞桿組件運動的精確直線性，使壓縮機供氣量穩(wěn)定、不衰減，填料、活塞環(huán)長壽。(5)傳動件設(shè)計力學處理優(yōu)化，并采用反向潤滑系統(tǒng)，確保運行可靠。(6

14、)承載面比壓值極低的傳動件，其材質(zhì)又經(jīng)優(yōu)選，磨損極小，保證長壽工作。(7)優(yōu)選氣閥，氣路系統(tǒng)又為極低流速設(shè)計，確保加氣站運行節(jié)能。(8)實施慣性力精確平衡，相對兩列往復運動質(zhì)量差控制到10克級，又采取降噪聲、整機起吊、油系統(tǒng)加熱、氣缸極小注油量等人性化設(shè)計，操作者工作條件良好。(9)機組各系統(tǒng)的配置周全、精良，確保壓縮機組性能優(yōu)異，可無備機，智能化自動控制裝備允許無人值守。6.2機身承受內(nèi)氣壓的橇裝風冷CNG壓縮機組自1931年意大利建成近代首座天然氣汽車加氣站以來，作為站的關(guān)鍵動力設(shè)備的CNG壓縮機之外泄漏氣，一直是困擾人們的難題。它不僅造成能源浪費和二次污染、溫室效應(yīng)，某種程度上還是安全隱

15、患。近年，對環(huán)保極為重視的歐洲國家，率先實現(xiàn)了CNG壓縮機的技術(shù)飛躍推出了無泄漏CNG壓縮機。迄今為止，美國和日本尚無此類產(chǎn)品。無泄漏CNG壓縮機皆為機身(曲軸箱)承受吸氣壓力、曲軸的軸伸處配有機械密封者。筆者以為，德國茨維考機械和設(shè)備制造有限公司(ZM)于1997年研發(fā)之C200系列CNG壓縮機，由于汲取了數(shù)百臺用于獨聯(lián)體國家的老產(chǎn)品制造和使用經(jīng)驗而更勝一籌。其2003年6月推出之新系列則更代表了當今國際天然氣汽車加氣站用CNG壓縮機技術(shù)的新進展。ZM公司2003*CNG壓縮機系列(參看表6-3、表6-4及圖3-5)之特色，筆者以為核心是：1將該公司風冷CNG壓縮機的最大氣缸直徑由原來已是全

16、球之冠的250mm更增至300mm。2十分注意拓展極低吸氣壓力機型，如吸氣表壓力為0001MPa、002MPa的若干機型。3著力研發(fā)小功率、小供氣量機型，且適應(yīng)廣泛的多種吸氣壓力，主要由行程為85mm的C208系列構(gòu)成。筆者剖析、歸納其結(jié)構(gòu)特色有6(參看圖3-4、圖3-5、圖6-4)：1整機結(jié)構(gòu)保證無CNG外泄。填料處的微量漏氣，被機身貯留、密封并返回第級氣缸吸氣口。機身承受內(nèi)氣壓高達全球之最的24MPa(表壓)，適應(yīng)絕大多數(shù)CNG加氣站進氣管線氣壓條件。球墨鑄鐵制機身設(shè)計壓力4MPa，進行6MPa水壓試驗，還作滲透性極強的氦氣介質(zhì)氣密性試驗。機身與曲軸兩端配合處特設(shè)長壽命的專用機械密封。2活

17、塞活塞桿組件的導向、支承狀態(tài)優(yōu)良，確保其運動的精確直線性和活塞環(huán)、填料的氣密性。圖6-4 ZM公司CNG壓縮機的連桿、十字頭及中壓/高壓活塞組件表6-32003德國茨維考機械和設(shè)備制造有限公司(ZM)C211系列CNG壓縮機參數(shù)注：供氣量標準狀態(tài)：絕對壓力0.1013MPa、溫度0D雙作用表6-42003德國茨維考機械和設(shè)備制造有限公司(ZM)C208系列CNG壓縮機參數(shù)注：供氣量標準狀態(tài)：*絕對壓力0.1013MPa、溫度0 D雙作用組合式的各級活塞體上皆設(shè)置幾何位置恰當、比壓值低的PTFE導向環(huán)(開有對稱斜向卸荷槽)。自潤滑高性能各級PEEKPTFE活塞環(huán)和氣缸極少注油潤滑條件相配合，遂獲

18、優(yōu)良的減磨、密封工作條件。在壓縮機外輸極低含油量高壓CNG的同時，導向環(huán)、活塞壞壽命有保障。3傳動件承載面的低比壓值，尤其是十字頭銷、十字頭滑動面的甚低比壓值之負荷實際和最高潤滑油壓條件相配合，使傳動件工作面溫升低、零件熱膨脹小、磨損率甚低、更換期甚長，還使活塞組件運動直線性的絕對精確度高且其保持性優(yōu)良。4剛性上乘的機身，“反向”的傳動機構(gòu)壓力潤滑系統(tǒng)和單獨制造的強剛性、全圓筒形十字頭滑導，是傳動機構(gòu)可靠運行的重要保證。5傳動機構(gòu)“反向潤滑”使曲軸無需鉆削油孔，遂徹底擺脫了油孔產(chǎn)生的嚴重應(yīng)力集中之陰影，曲軸強度高、剛性好、加工易。和飛輪間采用脹緊套實現(xiàn)傳動，又使曲軸免開鍵槽。在將16枚螺釘對稱

19、、交叉、逐漸、多次旋緊后，楔形斷面的張力環(huán)即完成了曲軸和飛輪間的徑向脹緊聯(lián)接，能有效地實施傳動。脹緊聯(lián)接是由以錐面相互貼合，并擠緊在軸、轂之間的彈性鋼環(huán)組成的聯(lián)接。在軸向壓緊力的作用下，軸、轂孔和錐面脹套相互抵緊，內(nèi)彈性環(huán)的內(nèi)徑減小以箍緊軸，外彈性環(huán)的外徑增大而撐緊轂孔，并在內(nèi)、外彈性環(huán)的接觸面間產(chǎn)生徑向壓力。由徑向壓力產(chǎn)生的摩擦力矩和摩擦力，用以傳遞力矩和軸向力。彈性環(huán)的常用材料有65Mn、55Cr2、60Cr2等鋼。脹套錐面的錐角愈小，配合面的壓力愈大，承載能力愈強。但錐角過小則不便于拆卸，一般取為12517。6結(jié)構(gòu)參數(shù)先進、合理，刮油環(huán)緊鄰填料設(shè)置，主機結(jié)構(gòu)極其緊湊。氣體及潤滑油用風冷器

20、、冷卻風扇頂置于壓縮機主電動機上部的空間，不需單獨占據(jù)安裝面積。故而橇裝CNG壓縮機組的占地面積遠遠小于相同氣量、壓力參數(shù)的其它CNG壓縮機。ZM公司制造之C211316型，系兩列對稱平衡型機，各級冷卻器為風冷式(置于機組隔聲罩之頂部)，由兩臺并聯(lián)的軸流式風扇向上鼓風冷卻，各級氣缸自然冷卻，各級冷卻器設(shè)后分離器。行程110mm，以980rmin或1470rmin的轉(zhuǎn)速運行，活塞平均速為3.953ms或5.39ms。排氣壓力為25MPa，吸氣表壓力范圍為03MPa085MPa，三級壓縮。當吸氣壓力03MPa時，轉(zhuǎn)速980rmin、供氣量5.716Nm3min、軸功率72kW；轉(zhuǎn)速1470rmin

21、、供氣量8.433Nm3min、軸功率109kW。當吸氣壓力085MPa時，轉(zhuǎn)速980rmin、供氣量16.166Nm3min、軸功率152kW；轉(zhuǎn)速1470rmin、供氣量23.75Nm3min、軸功率222kW。級在列中的布置：自飛輪端看，左列為雙作用的第級，缸徑155mm；右列為第級一平衡容積一第級如此之級差式結(jié)構(gòu)，向軸行程的第級缸徑為11Omm，向蓋行程的第級缸徑為45mm。該機以高運行可靠性為謀畫前提，實現(xiàn)了高度緊湊的結(jié)構(gòu)設(shè)計，將機身承受內(nèi)氣壓、杜絕氣體外泄漏和氣缸極少油(壓縮機油DIN*51506)潤滑、改善供氣品質(zhì)，這兩項設(shè)計策劃的核心意圖巧妙地融合為一體。配有專用機械密封的機身

22、，承受內(nèi)氣壓(表壓)可達2.4MPa。這就徹底剔除了機身不承受內(nèi)氣壓的CNG壓縮機固有之瑕疵微量天然氣外泄漏入大氣。C211316型CNG壓縮機填料泄漏氣皆在被機身貯留、密封后，返回第級吸氣口。組合式的各級活塞體上均設(shè)置開有對稱斜向卸荷槽的PTFE導向環(huán)，各級活塞環(huán)材質(zhì)為PTFE或PEEK。高性能自潤滑元件的采用，再輔以極少油潤滑的優(yōu)良減磨、密封工作條件，壓縮機在外輸極低含油量高壓CNG的同時，工程塑料制導向環(huán)或活塞環(huán)的使用壽命當獲保障。鍛鋼曲軸既不鉆潤滑用油孔，也不銑傳動用鍵槽。免鉆油孔，是因其傳動機構(gòu)潤滑油路設(shè)計為“反向潤滑”，壓力油首先注入單鑄之十字頭滑導處，以確保十字頭銷的潤滑條件優(yōu)良

23、。不銑鍵槽，是因為曲軸和飛輪之間由若干枚螺釘通過“彈性環(huán)”實現(xiàn)脹緊傳動。鍛鋼連桿大頭剖分，由栽入連桿桿身的雙頭螺柱和連桿螺母鎖緊連桿大頭蓋。全浮動十字頭銷的大直徑抉擇，有效地降低了比壓值，不僅利于油的可靠潤滑，還控制了小的磨損量?！胺聪驖櫥庇吐吠笾睆饺∈绞诸^銷相得蓋彰，剜除了“病根”，使該機十字頭銷不再是往復活塞式壓縮機傳動部件的最薄弱環(huán)節(jié)。傳統(tǒng)設(shè)計中，十字頭銷直徑值被拘泥于不大的尺寸，故其比壓值較高；而十字頭銷又恰恰是“正向潤滑”油路的終端強弩之末該處油壓值甚低。傳統(tǒng)設(shè)計里這般弱弱結(jié)合，十字頭銷處潤滑不足、襯套“鍍銅”甚至燒研以及磨損量大等不良狀況的屢見不鮮，就不足為怪了。大直徑十字

24、頭外圓柱面掛有巴氏合金減磨并開有十字形油槽。油槽邊緣和十字頭外圓柱面輪廓之間務(wù)須有恰當?shù)木嚯x，以控制自油槽外溢潤滑十字頭的油量，以保證初始注入十字頭滑導的壓力油在油槽內(nèi)有足夠的壓力，滿足油路設(shè)計之需。兩列十字頭滑導的壓力油注入點均為上方，便于將可能存在的粉屑狀污物順油路向下沖刷。大直徑十字頭之比壓值自然趨低，對于十字頭強度和減輕磨損都有利。每一列的十字頭滑導，僅以兩枚斜向螺釘在十字頭法向力鉛垂面內(nèi)透過機身壁鎖定。當然，十字頭滑導和機身之間存在配合圓柱面及定位凸臺。單獨鑄造并可精密機械加工的十字頭滑導，進一步改善了十字頭的潤滑條件，更與各級活塞的導向環(huán)一道，為各級活塞活塞桿組件運動的精確直線性提

25、供了保障。受相對列連桿大頭運動的干涉，十字頭滑導為非整圓筒形，即必須沿鉛垂面局部削去之。可承受內(nèi)氣壓(表壓)達2.4MPa的氣密性機身，剛性甚佳，并擁有大容量的貯油池，還在非動力輸入側(cè)開有兩處裝、拆十字頭銷的圓形孔(十字頭滑導的相應(yīng)部位亦開圓形孔)。與機身配合的兩只主軸承座完全通用。曲軸兩端的專用機械密封處，和十字頭滑導一樣，也是傳動機構(gòu)壓力潤滑油的最先注入點。與機械密封緊鄰的兩只滾動主軸承，不間斷地獲得來自機械密封的壓力油，其潤滑和冷卻，當獲確保?？煞駥⑶S非動力輸入端軸頭封閉在機身盲法蘭之內(nèi)，從而省去一套專用機械密封呢?筆者以為，若如此則得不償失。因為由此節(jié)約了一套專用機械密封，卻無可避免

26、地招致了曲軸和機身承受沿曲軸中心線方向的、達10kN的附加軸向力，而為處理此附加力產(chǎn)生的不良后果必將付出巨大代價。不容忽視的是，由于機身內(nèi)氣壓的存在，向兩副專用機械密封和兩處十字頭滑導同時注油(壓縮機油)的傳動機構(gòu)潤滑油泵工作壓力，必須高于機身內(nèi)氣壓值。亦即油泵屬循環(huán)油泵。第級和第級的鑄造氣缸毛坯通用。第級氣缸鑲有干式氣缸套。第級氣缸的堵頭式氣缸蓋所處位置，在第級氣缸中成為鍛鋼制第級氣缸的插入配合處。級缸亦鑲有干式氣缸套。各級氣閥均為單獨的吸、排氣閥組件，不采用高壓級同心組合氣閥。各級氣閥的安裝、工作位置，和氣缸中氣體流動方向完全一致，即：各級氣缸均為上方吸氣、下方排氣，各級吸氣閥，皆置于氣缸

27、上部，各級排氣閥則皆置于氣缸下部，這也完全符合API*618標準的要求?；钊麠U活塞桿套管組合結(jié)構(gòu)，既用于雙作用的級列，也用于級差式的平級列?；钊M件因之獲結(jié)構(gòu)簡化、尺寸緊湊之益。該壓縮機整體結(jié)構(gòu)極其緊湊，也部分受惠于活塞桿活塞桿套管組合結(jié)構(gòu)。覆有隔聲罩的機組噪聲聲壓級為75db(A)，1m。如有要求，可達65db(A)，1m。C211-316型CNG壓縮機的零部件裝拆，確有欠方便之問題。但不妨注意前已提及的，該機設(shè)計以高運行可靠性為前提。6.3對稱平衡型、氣缸不注油、DW系列橇裝CNG壓縮機組2002年4月24日，江蘇省經(jīng)濟貿(mào)易委員會主持了無錫壓縮機股份有限公司DW系列CNG汽車加氣站壓縮機組

28、評審會，專家委員會對該產(chǎn)品評審意見如下：(1)采用對稱平衡型，結(jié)構(gòu)合理，動力平衡性優(yōu)，振動小，合理的轉(zhuǎn)速與行程匹配，橇裝整體布置占地面積小，安裝、維護方便。采用無油潤滑結(jié)構(gòu)，減少油污染。(2)單機容量大，效率高，適應(yīng)吸氣壓力范圍寬(02MPa0.5MPa)。(3)主機結(jié)構(gòu)設(shè)計的主要特征是傳動件承載面比壓值低、氣缸設(shè)有高精度并經(jīng)氮化處理的氣缸套、活塞桿表面處理技術(shù)及桿內(nèi)深孔通油冷卻等，從而有效地保證使用可靠性，提高了易損件的壽命。氣閥及密封元件的設(shè)計、選材擁有專用技術(shù)。采用的PEEK氣閥及組合式填料技術(shù)，降低了噪聲，提高密封性能。(4)采用了先進、可靠的PCS(工控機+PLC)儀表計算機控制系統(tǒng)

29、。該系統(tǒng)功能除對壓縮機運行全面進行監(jiān)控外，還具有數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)保存、少人操作、遠程傳輸、故障診斷等功能，并具備采集點易擴充、控制多臺、系統(tǒng)運行安全性等特點，且操作、維護簡便，處于國內(nèi)領(lǐng)先水平。(5)機組系統(tǒng)配管及綜合輔助配置實施了優(yōu)化設(shè)計，配置的輔助油站系統(tǒng)具有強制潤滑措施。與會專家及代表一致認為：該樣機的研制及工廠負荷試驗是成功的。產(chǎn)品體現(xiàn)了綠色設(shè)計，主要技術(shù)性能適應(yīng)CNG汽車加氣站用，其技術(shù)水準處于國內(nèi)同類產(chǎn)品領(lǐng)先水平，與國際同類產(chǎn)品水平保持同步。壓縮機基礎(chǔ)件采用對稱平衡型、往復活塞式、整機為二列四級壓縮，氣缸分別為平及平列級差式氣缸，作水平布置，并分布在曲軸兩側(cè)，相對兩列氣缸的曲柄錯角為

30、180。整個壓縮機與輔助設(shè)備及各工藝管線共同組成橇裝型機組，結(jié)構(gòu)布置緊湊，該壓縮機的慣性力(一階與二階慣性力)可完全平衡，慣性力矩也小接近零，壓縮機的轉(zhuǎn)速可相對提高。主機運行平穩(wěn)，振動小、噪聲低，且安裝、管理和維修方便。由于相對兩列的活塞力方向相反，能相互抵消，改善了主軸頸的受力與磨損。對中、大容量、高壓多級的CNG或其他易燃易爆的介質(zhì)的工藝流程用壓縮機，采用對稱平衡型是理想的結(jié)構(gòu)型式。采用氣缸、填料無油潤滑設(shè)計結(jié)構(gòu)，可最大限度的降低氣體在氣缸內(nèi)的污染，簡化CNG加氣站的工藝操作，降低運行成本，為獲得優(yōu)質(zhì)CNG氣體提供了保障。機身采用臥式箱形、上端開口的匣式結(jié)構(gòu)，與滑道接筒鑄成一體，具有較高的

31、剛性，并鑲有十字頭筒體滑道，可提高滑道加工精度與幾何公差，保證十字頭運動的均衡性。機身兩端的主軸承采用水平剖分的滑動軸承，導熱性能好，承載能力大，噪聲低。曲軸為雙拐整體式，采用優(yōu)質(zhì)碳素鋼鍛制。主軸頸與曲柄銷直徑與機座能承受的最大負載相匹配。過渡圓角處均采用高精度的磨削加工，能保證足夠的強度和剛度。連桿是傳遞活塞推力及將旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)為往復運動的機件，采用優(yōu)質(zhì)碳素鋼鍛制。為降低作用在十字頭滑板的壓力，采用了較合理的連桿比。連桿大頭軸承采用可更換的精密鏜削薄壁軸承，小頭采用磷青銅襯套。結(jié)構(gòu)設(shè)計采用低比壓設(shè)計，可有效保證十字頭或銷工作的可靠性。連桿螺栓為滾制螺紋。十字頭采用鑄鋼鑄造，滑履外圓采用巴氏合金

32、層。十字頭銷采用優(yōu)質(zhì)合金鋼，表面經(jīng)滲碳淬火處理，有優(yōu)良的耐磨性。十字頭與活塞桿采用經(jīng)滾壓的螺紋連接，結(jié)構(gòu)簡單，使用可靠。氣缸部件：一、二級氣缸為軸側(cè)單作用氣缸，并設(shè)有平衡容積腔，采用HT*300高強度灰鑄鐵材質(zhì)鑄造成形。三、四級高壓缸為蓋側(cè)單作用氣缸，采用優(yōu)質(zhì)碳素鋼鍛造經(jīng)車削成形。各級氣缸均設(shè)采用氣體軟氮化的處理，材質(zhì)為高強度球墨鑄鐵材質(zhì)的干式缸套，工作表面有良好的耐磨性。經(jīng)長期運轉(zhuǎn)導致缸套磨損超限后，可更換缸套，不必報廢氣缸。整個氣缸組合具有足夠強度。氣缸采用水冷、無油潤滑設(shè)計，不必注油潤滑。但對三、四級高壓缸仍保留設(shè)有注油接口，以供用戶必要時少油潤滑使用。本機各級氣缸的壓力比分配與缸徑的選

33、擇，除已考慮各列活塞力的均衡性和運動機構(gòu)利用系數(shù)，同時滿足適應(yīng)一定范圍的吸氣壓力區(qū)間，以適應(yīng)壓縮機所在地管網(wǎng)壓力的適量變化。各級排氣溫度設(shè)計在135以內(nèi)。活塞部件：活塞由一、三及二、四級組成級差式活塞，低壓級活塞由HT*250灰鑄鐵鑄成，加工后表面經(jīng)鍍層處理，高壓級活塞由不銹鋼鍛制磨削加工而成。級差活塞連接均采用雙球面調(diào)心結(jié)構(gòu)，可使活塞獲得空間幾何位置的微量補償，達到自如運動并保持直線性要求。同時，各級活塞前后端均設(shè)置采用低比壓值設(shè)計的導向環(huán)，可有效保證無油潤滑條件下活塞部件中活塞環(huán)和填料密封的工作可靠性。各列活塞桿依照API*618標準選材，采用38CrMoAlA或42CrMo材質(zhì)，同時與填

34、料對磨的表面，采用輝光離子氮化或表面金屬噴涂合金(碳化鎢)處理，以提高表面硬度。若氣體介質(zhì)含硫量較高，則活塞桿材料采用17-4PH。填料、活塞環(huán)、導向環(huán)等無油潤滑密封元件的壽命是衡量可靠性的重要方面，除采用特定的結(jié)構(gòu)設(shè)計外，重視了密封元件的材質(zhì)的選用。對其材質(zhì)配方采用了列入部級科研攻關(guān)項目的研制成果，并多年來已成熟使用于高壓差工況下活塞填料密封的填充CRFE(填充碳纖維)材質(zhì)。該材質(zhì)有良好的耐磨性及與對磨件的匹配性。除材質(zhì)保證外，同時制定有嚴格的無油潤滑密封元件坯料內(nèi)控標準和壓制工藝，從配方、成型、加工等各環(huán)節(jié)實行質(zhì)量監(jiān)控。為保證填料工作的冷卻條件，防止對磨溫度升高導致“冷流”使密封失效，除填

35、料夾套外通水冷卻外，采取的主要結(jié)構(gòu)是活塞桿內(nèi)加工有深孔，配有導管，通入冷卻油循環(huán)冷卻，該結(jié)構(gòu)是相當成熟的，能有效保證填料的可靠工作。一、二級氣閥采用網(wǎng)狀雙聯(lián)環(huán)閥，三、四級氣閥采用特寬通道環(huán)狀閥。為適應(yīng)CNG壓縮機在苛刻工況及無油潤滑條件下正常運行，除氣閥閥座、升程限制器材質(zhì)采用不銹鋼外，一、二級閥片均采用Peek(聚醚醚酮)材質(zhì)。Peek氣閥可獲得較合理的閥片升程，低的閥隙流速和低的氣流及撞擊噪聲，有良好的使用壽命和工作可靠性。氣閥彈簧采用17-7PH不銹鋼絲。氣閥除特別注重彈簧的結(jié)構(gòu)設(shè)計和材料的選材外，另一方面重視了缸體氣流通道的形狀設(shè)計和氣閥的配置方式?？傮w結(jié)構(gòu)上，選擇了合理的轉(zhuǎn)速，為力求

36、降低因CNG氣體凈化較差而造成的影響，選擇了較低的閥道流速。同時，三、四級高壓級氣閥都采用了單獨的吸、排氣閥配置，而非同目前國內(nèi)外許多CNG壓縮機的高壓級采用的同心組合閥帶來的閥隙流速高、流損大、高溫排氣對吸氣的加熱、導致不利于控制高壓級排氣溫度等弊端。DW系列橇裝CNG壓縮機組之主要技術(shù)參數(shù)見表6-5，主要零件材料見表6-6，典型品種DW2.62(4250)X型之總剖面圖如圖3-8、總布置圖如圖3-7。冷卻系統(tǒng)采用循環(huán)水冷卻，并采用閉式循環(huán)方式。機組內(nèi)冷卻水管線采用了串、并聯(lián)組合，閥類采用鋼閥。一至四級氣體冷卻器均采用管殼式，采用管程走氣，殼程走水，所有換熱管均用高效不銹鋼換熱管。對含有重碳

37、高組份的烴類易液化的天然氣，為防凝析，冷卻水進入氣缸的溫度可控制高于進氣溫度5-8。表6-5DW系列CNG壓縮機組主要技術(shù)參數(shù)表6-6DW系列CNG壓縮機主要零件材料(按API*618標準)6.4緊湊級差式氣缸、曲軸箱承受內(nèi)氣壓的CNG壓縮機本機(圖3-15)具有鮮明的結(jié)構(gòu)特色，壓縮機為風冷、兩列對稱平衡型、曲軸箱承受內(nèi)氣壓(等于吸氣壓力)、4級壓縮者，最高排氣壓力275MPa。由于采取了倒級差級差式活塞、免除了十字頭、不用活塞桿填料密封而僅以活塞環(huán)實施各級壓縮容積的密封，遂使得整機結(jié)構(gòu)極為緊湊，外形尺寸(長寬高)小到1400810598mm，質(zhì)量輕至545kg，主軸承中心線高度僅2794mm

38、，制造成本降低。壓縮機的行程為8255mm轉(zhuǎn)速1475rmin，活塞平均速度達40587ms，壓縮活塞力4413kN、拉伸活塞力39227kN、曲軸箱傳遞功率110kW，由電動機直聯(lián)驅(qū)動。曲軸箱承受內(nèi)氣壓高，當無CNG外泄漏入環(huán)境大氣。包括頂部盲法蘭盤配合孔在內(nèi)，曲軸箱上開的都是受力狀況優(yōu)良的圓形孔。曲軸箱油池容量15L。曲軸曲軸箱間的機械密封，被供以高品質(zhì)的潤滑冷卻油。主軸承是雙列球面滾子軸承。牌號為100703的球墨鑄鐵曲軸，其曲柄銷直徑888mm。兼起十字頭作用的倒級差級差式活塞的碩大支承面長度為行程值的2.5倍?；钊h(huán)處均獲得壓力油潤滑。配用Hoerbiger氣閥。不僅氣缸具有散熱翅片

39、，而且夾在曲軸箱、氣缸之間，支承倒級差級差式活塞的“滑導”定位固結(jié)法蘭亦鑄有散熱翅片。曲軸的非動力輸入端外伸軸頭，驅(qū)動冷卻用軸流式風扇及傳動機構(gòu)循環(huán)潤滑油泵。第級氣缸鑲有干式氣缸套。級在列中的布置狀況是：級差式的左列(高壓列)自蓋側(cè)至軸側(cè)為平，倒級差式的右列(低壓列)自軸側(cè)至蓋側(cè)為。當然，曲軸箱內(nèi)氣壓對兩列活塞在向蓋行程和向軸行程時，均產(chǎn)生作用力。筆者經(jīng)估算后認為：若高壓列的平衡容積聯(lián)通第級吸氣壓力，將使該列內(nèi)、外止點氣體力幾近相等，可獲上佳之運動機構(gòu)利用系數(shù)。但若氣密措施失當，則將導致自第級及第級向平衡容積漏氣過多。壓縮機的級在列中的配置方式，能以活塞力稍小的傳動機構(gòu)提供相同的氣量、壓力參數(shù)

40、；但其功率值難以超過110kW。兩列活塞長的支承面和“滑導”配合部位，不僅承受傳動機構(gòu)的法向側(cè)壓力，同時還因為其間不能不設(shè)有活塞環(huán)而增大了載荷活塞環(huán)的自彈力及由密封氣體壓力產(chǎn)生的張力。因此，“滑導”內(nèi)孔的較快磨損將難以避免。自各壓縮級泄漏入曲軸箱的氣體，雖然因為曲軸箱與第級吸氣管聯(lián)通而不致于進入環(huán)境大氣造成溫室效應(yīng)二次污染和能源浪費，但是從壓縮機設(shè)計角度看，這已經(jīng)是外泄漏了。亦即這降低了壓縮機氣缸工作容積的利用程度?！盎瑢А碧幓钊h(huán)的密封周緣長度，顯然大大超過采用活塞桿填料結(jié)構(gòu)的密封周緣長度，故可斷言其相對泄漏量大。6.5水冷、對稱平衡型CNG壓縮機組本對稱平衡型CNG壓縮機組，采用了循環(huán)水冷

41、卻系統(tǒng)，其各級氣缸、各級冷卻器、傳動機構(gòu)潤滑油冷卻器皆由循環(huán)水冷卻，且氣缸為無油潤滑者，在最末級冷卻器之后還設(shè)置高壓濾油器。壓縮機轉(zhuǎn)速為880rmin(電源頻率60Hz)或980rmin(電頻50Hz)，壓縮級數(shù)為4，吸氣壓力為015MPa，排氣壓力為25MPa，吸氣溫度25，末級冷卻器后氣溫50。干氣組份(mo1)：CH4880，C2H660，C3H840，C4H1020。電動機直聯(lián)驅(qū)動，排氣量調(diào)節(jié)為0、100，適應(yīng)環(huán)境溫度-3040。A型，行程100mm，轉(zhuǎn)速880rmin，活塞平均速度293ms，供氣量416Nm3min，軸功率67kW，電動機功率75kW，機身油池容量17L，機組質(zhì)量1

42、0t、外尺寸45m25m32m，散熱器(空氣一熱水)風扇電動機功率22kW(6極)，隔聲罩排風扇電動機功率05kW(4極)，循環(huán)冷卻水泵電動機功率15kW(2極)。A型壓縮機剖視圖如圖3-12。B型，行程120mm，轉(zhuǎn)速880rmin，活塞平均速度352ms，供氣量833Nm3min，軸功率125kW，電動機功率150kW，機身油池容量30L，機組質(zhì)量13t，外形尺寸52m42m595m，散熱器(空氣熱水)風扇電動機功率37kW(10極)，隔聲罩排風扇電動機功率04kW(4極)，循環(huán)冷卻水泵電動機功率2.2kW（4極）。機組布置如圖3-11，而雙機組布置則如圖3-13。機組噪聲聲壓級75dB（

43、A），1m。A型CNG壓縮機為2列對稱平衡型。動力輸入遠端列，蓋側(cè)為第級、軸側(cè)為第級，平衡容積居中；近端列軸側(cè)為第級、蓋側(cè)為第級，平衡容積居中。機身鑲有單獨鑄制的十字頭滑導，并以中間接筒和兩端的氣缸組件相聯(lián)結(jié)。右側(cè)的平列之十字頭，異于左側(cè)的平列之十字頭，是特意加重以平衡相對兩列的往復慣性力用的。斜剖分的連桿大頭，以兩枚連桿螺釘旋緊入連桿體，聯(lián)接了連桿大頭蓋。斜剖分結(jié)構(gòu)，方便了連桿的裝拆。機身的動力輸入端設(shè)置一套機械密封封油。兩列的級差式活塞，分別以小直徑的鋼制活塞體上的陰螺紋，和低壓、大直徑活塞端部露出的主活塞桿陽螺紋相聯(lián)接，方才完成組裝。各級活塞體皆設(shè)有導向環(huán)。第、級活塞均取一道活塞環(huán)槽內(nèi)共

44、置兩道活塞環(huán)的結(jié)構(gòu)，級為4槽、8環(huán)，級為6槽、12環(huán)。第、級活塞都是組合式的，分別設(shè)有9道和12道活塞環(huán)。各級活塞環(huán)、導向環(huán)均由非金屬自潤滑材料制成。第、級氣缸為鑄制；第、級氣缸為鍛造，并設(shè)有由鋼板兜成之冷卻水套。第級氣缸都鑲有干式氣缸套。十字頭滑導下方的機身底平面與底座相固結(jié)，是支承壓縮機的主要部位。第、級氣缸端部設(shè)有支承于底座的擺動支承?；钊麠U以螺紋與十字頭聯(lián)接。近十字頭處的刮油器之功能得到強化，設(shè)有兩處回油孔。采用了低噪聲的PEEK閥片。第級雖取同心組合氣閥結(jié)構(gòu)，但仍使該級氣缸為上方吸氣、下方排氣，與級氣缸氣流方向完全一致。第級冷卻器被架在壓縮機主電動機的上方、機組隔聲罩之內(nèi)。將循環(huán)水冷

45、卻的散熱器和軸流式風扇，及隔聲罩排風扇皆置于罩之頂部。6.6橇座含高壓儲氣瓶組的對稱平衡型CNG壓縮機組（圖3-9）(1)最主要的結(jié)構(gòu)特色其一，各級冷卻器為風冷式，各級氣缸為自然冷卻。此種冷卻方式無需冷卻水，節(jié)省了寶貴的水資源，既便于壓縮機在無(缺)水地區(qū)、寒冷冰凍地域運行，又無水垢積結(jié)惡化冷卻效果之虞，更使得氣缸結(jié)構(gòu)大為簡化，降低了氣缸造價。當然，冷卻器組件(含冷卻用風扇)之成本比水冷式冷卻器會有所增大。其二，在外止點活塞力較小、內(nèi)止點活塞力較大的列，采用活塞桿活塞桿套管組合結(jié)構(gòu)，從而大大簡化了活塞組件中零件間的聯(lián)結(jié)與定位，活塞組件及相關(guān)組件(如氣缸)制造成本皆得以降低?；钊麠U活塞桿套管組合

46、結(jié)構(gòu)這種新穎設(shè)計，直至近幾年始見于德國、美國個別CNG壓縮機制造公司的產(chǎn)品中。該結(jié)構(gòu)完整適合于雙作用活塞，但當被級差式活塞所用時，其簡化機構(gòu)和減少零件種類與數(shù)量的作用更強勁，制造方經(jīng)濟性更佳，使用方拆裝零件更方便。(2)低壓列新穎的活塞桿活塞桿套管組合結(jié)構(gòu)設(shè)計1.I級壓閥罩螺紋銷柱 2.I級閥銷接頭 3.I級閥轉(zhuǎn)銷 4.I級排氣閥(1只) 5.I級閥座墊圈6.I級缸蓋O型圈 7.I級缸蓋螺栓 8.I級氣缸蓋 9.I級吸氣閥(1只) 10.I級氣缸體 11.I級壓閥罩O形圈 12.I級壓閥罩 13.I級壓閥罩螺栓 14.活塞桿螺母螺栓 15.I級活塞桿螺母 16.I級活塞 17.I級活塞環(huán)(3道

47、) 18.碗形墊圈 19.前部活塞桿套管 20.I-II級活塞桿 21.I-II級氣缸體O形圈 22.氣缸螺栓螺母(4只) 23.I-II級氣缸螺栓(4枚) 24.II級氣缸體 25.II級壓閥罩螺栓 26.II級壓閥罩O形圈 27.II級壓閥罩 28.II級吸氣閥(1只) 29.II級缸蓋定位銷 30.后部活塞桿套管 31.活塞桿平衡塊 32.II級氣缸螺栓 33.氣缸螺栓螺母 34.II級氣缸體O形圈 35.II級氣缸蓋 36.II級缸蓋O形圈 37.II級閥銷接頭 38.II級壓閥罩螺紋銷柱39.II級閥轉(zhuǎn)銷 40.II級排氣閥(1只) 41.II級閥座墊圈 42.II級活塞 43.II

48、級活塞環(huán)(3道) 44.活塞平衡塊 45.螺栓(8枚，活塞平衡塊用)圖6-5CNG壓縮機低壓列(I平II)剖視圖眾所周知，活塞桿允許承受的拉伸應(yīng)力值較高，而允許承受的壓縮應(yīng)力值因顧及其壓桿穩(wěn)定性而取的較低。圖6-5所示之低壓列(第級平衡容積第級)配置了特殊的級差式活塞，向軸行程時級活塞桿承受拉伸應(yīng)力，而、級活塞之間的前部活塞桿套管承受壓縮應(yīng)力；向蓋行程時級活塞桿承受壓縮應(yīng)力，前部活塞桿套管和級活塞、十字頭之間的后部活塞桿套管亦皆同級活塞桿一道，共同承受了壓縮應(yīng)力。顯然，前、后部活塞桿套管均應(yīng)具有與其工作負荷相稱的剛性和硬度。穿過填料和刮油器的后部活塞桿套管，它和填料環(huán)、刮油圈配合工作段的耐磨性

49、要求，自不待言。被前、后部活塞桿套管包容之細長的級活塞桿，亦當具有高強度機械性能。和活塞桿套管的兩端相配合的活塞或十字頭處，均設(shè)置專用碗形承壓墊圈，以承接來自活塞桿套管的極高比壓值。碗形承壓墊圈的內(nèi)圓柱面和活塞桿套管的外圓柱面相配合，還使后者獲得徑向定位?；钊麠U和活塞桿套管之間，遂得以保持不大的隙值。十字頭處的專用碗形承壓墊圈，亦作平衡相對兩列往復運動質(zhì)量之用。低壓列活塞組件中各相關(guān)零件(當然包括前、后部活塞桿套管在內(nèi))的定位和固緊，最終需由旋入第級活塞頂部的活塞桿螺母來完成?；钊麠U與十字頭的螺紋聯(lián)結(jié)處，無專用防松零件，僅有甚小之活塞桿螺紋旋入限位凸臺，活塞桿桿身上也未銑出擰緊螺紋用的扁方。不

50、能忽視對此種結(jié)構(gòu)活塞組件中各零件相關(guān)尺寸、幾何精度和形位公差的嚴格控制。否則，活塞桿和活塞桿套管協(xié)同承擔工作負荷的功能必將欠佳。第級和第級活塞體上均未專設(shè)導向環(huán)。(3)高壓列之簡潔設(shè)計高壓列(第級平衡容積第級)布置在近壓縮機的動力輸入端，如圖6-6所示。一體的鋼制-級活塞體，以陰螺紋和具有陽螺紋及活塞體軸向限位凸臺的-級活塞桿固結(jié)?；钊w在自身的級部位處，銑有擰緊螺紋用之扁方。此列的外止點活塞力較大而內(nèi)止點活塞力很小，若采用活塞桿活塞桿套管結(jié)構(gòu)則很不相宜。更何況，公稱直徑僅635mm的第級氣缸(內(nèi)徑實際控制尺寸636778638048mm)匹配之活塞(外徑實際控制尺寸632968631952m

51、m)與直徑已達3175mm的活塞桿直接以螺紋聯(lián)結(jié)，又何其簡便、得當!-級活塞桿與十字頭螺紋連結(jié)處并緊螺母的設(shè)計，在軸向高度上刻意增高以兼作為平衡重，增大本列往復運動質(zhì)量到接近低壓列往復運動質(zhì)量的程度。聯(lián)結(jié)螺紋長度并未加長的并緊螺母，其長母線圓柱形內(nèi)孔兜往活塞桿，以求自身往復運動時的平穩(wěn)性。第-級活塞體上，亦未專設(shè)導向環(huán)。1.(氣缸潤滑油用)分流器2.7.O形圈 8.高壓接口襯環(huán) 9.10.O形圈 11.有頭螺栓(2枚，-級缸體聯(lián)接用) 12.級壓閥罩 13.級氣缸蓋 14.級缸蓋定位銷 15.級組合氣閥 16.帶熱電偶接口的級氣缸蓋 17.-級活塞 18.級活塞環(huán)(8道) 19.級氣缸套 20

52、.級氣缸體 21.-級活塞桿 22.級壓閥罩螺栓 23.直法蘭(共2只) 24.有頭螺栓(2枚，-級缸體聯(lián)接用) 25.O形圈 26.級缸蓋有頭螺栓(4枚) 27.六角螺栓(1枚，拆級缸蓋用) 28.有頭螺栓(共8枚，2只直法蘭用) 29.級閥銷接頭 30.級壓閥罩螺紋銷 31.級閥轉(zhuǎn)銷 32.級吸氣閥(1只) 33.級排氣閥(1只) 34.級閥座墊閥 35.O形圈 36.并緊十字頭平衡螺母 37.級活塞環(huán)(4道) 38.級氣缸體 39.-級氣缸有頭螺栓用六角螺母(共4枚)圖6-6CNG壓縮機高壓列(平)剖視圖(4)主要性能與結(jié)構(gòu)參數(shù)該CNG壓縮機是兩列、對稱平衡型，氣缸注油潤滑，由電動機(可

53、改用天然氣發(fā)動機)以較新穎的膜片聯(lián)軸器(全金屬彈性元件撓性聯(lián)軸器，圖6-7)和飛輪直聯(lián)驅(qū)動(飛輪和曲軸間為半月鍵聯(lián)接)。轉(zhuǎn)速1475rmin，行程762mm，活塞平均速度37465ms，電動機功率75kW，四級壓縮，各級氣缸直徑203210166353175mm，吸氣壓力01378MPa，排氣壓力31MPa，供氣量491Nm3min。第級活塞排量為3645m3min。與填料環(huán)內(nèi)孔配合的活塞桿公稱直徑(活塞套管公稱外徑)3175mm，主軸頸直徑761492761365mm，曲柄銷直徑741299741172mm，十字頭滑導內(nèi)徑1111251111504mm。低壓列平衡容積聯(lián)通第級吸氣壓力，高壓列

54、平衡容積聯(lián)通第級吸氣壓力。圖6-7CNG壓縮機用膜片聯(lián)軸器(上：配電動機；下：配天然氣發(fā)動機)(5)主要優(yōu)缺點評說商榷筆者經(jīng)推算得知：壓縮機最大活塞力為2454kN，低壓列外止點氣體力-1954kN、內(nèi)止點氣體力+2187kN，高壓列外止點氣體力-2454kN、內(nèi)止點氣體力+758kN?？梢姡旱蛪毫袃?nèi)外止點活塞力均勻性良好，而高壓列內(nèi)外止點活塞力均勻性很差：壓縮機的外止點活塞力較均勻，內(nèi)止點活塞力卻很不均勻。按氣體力計之列的運動機構(gòu)利用系數(shù)(理論最優(yōu)值10、最劣值05)，低壓列甚佳高達0947，高壓列則頗差僅為0655。由此推斷，該CNG壓縮機的連桿大頭瓦、滑動主軸承(整圓形襯套式滑動軸承，內(nèi)

55、孔直徑762762508mm)、十字頭銷、曲柄銷和主軸頸之磨蝕皆難以均勻。相對余隙容積高達32的第級氣缸配以同心組合氣閥，這就從三個方面造成了不利于控制其排氣溫度的局面：第一方面是組合氣閥的高溫排氣使閥體對該級吸入常溫氣體加熱；第二方面是相對值甚高的余隙容積內(nèi)存留的相對質(zhì)量較大的高壓、高溫氣體膨脹對該級吸入氣體加熱；第三方面是組合氣閥的排氣通道布置在不便于散熱的內(nèi)環(huán)。同時存在、但居第二位的對控制第級排氣溫度不利的另兩項因素是：第級氣缸體、氣缸蓋都是自然冷卻條件最差的厚壁鍛鋼件；在各級壓力比分配方面，第級壓力比又對于排溫不利。第級壓力比32459僅低于第級壓力比42714，卻略高于第級壓力比32

56、139和第級壓力比29637。該CNG壓縮機主體結(jié)構(gòu)的簡化程度，可謂盡顯于圖6-5及圖6-6之中。除了前已提及的結(jié)構(gòu)簡化狀況，還可與其低壓列結(jié)構(gòu)作比較的是，美國德萊賽蘭公司對稱平衡型HOS系列三級天然氣壓縮機的左列。具有補充余隙容積的缸徑較大的第級位于該列的最前端，平衡容積居中，近軸側(cè)為缸徑較小的第級。顯而易見，本壓縮機活塞、氣缸結(jié)構(gòu)簡單的多。當然，其缸徑較小，工作壓力較低，也不無關(guān)系。然而該機零件尺寸的小巧，卻有利和弊兩說。弊乃因多處承載部位比壓值偏高而可能帶來某些不足，如可能影響到易損件的更換期趨短。利則是原材料費節(jié)省、加工費減少，制造與維修均稱方便。斜剖分的連桿大頭，以連桿螺釘擰入鍛鋼制連桿體實施連接；機身和氣缸之間的中間接筒上的窗口，不但可拆裝十字頭銷，還能拆裝連桿和小尺寸的十字頭。這些設(shè)計都方便了裝配與檢修。機身上鑲的整圓筒形十字頭滑導和無滑履的十字頭配合工作(參看圖6-8)，其潤滑條件因滑導可獲精細加工而改善，同時方便了它們在磨損超限后的更替。第級的小尺寸吸氣閥、排氣閥組件，通過閥銷接頭、閥轉(zhuǎn)銷、壓閥罩螺紋銷(有螺紋的聯(lián)接桿件)和壓閥罩(與閥蓋鑄為一體，壓住閥座周緣)聯(lián)接，既方便地實現(xiàn)了氣閥組件和壓閥罩的一體裝拆，又省卻了以中心螺栓頂緊壓閥罩的紛繁結(jié)構(gòu)，還杜絕了中心螺栓和閥蓋間固緊或密封不當所招致的氣體外