艾里爾天然氣壓縮機(jī)和艾里爾公司

艾里爾天然氣壓縮機(jī)和艾里爾公司劉錫麟原發(fā)表于《天然氣汽車》雜志1999年第3期新浪博客《秋林紅似火》摘要作者依據(jù)在艾里爾公司學(xué)習(xí)考察的體驗(yàn)和艾里爾天然氣壓縮機(jī)的運(yùn)行實(shí)踐，詳細(xì)論述了艾里爾天然氣壓縮機(jī)的先進(jìn)技術(shù)和性能特點(diǎn)，并對(duì)艾里爾公司的工藝技術(shù)和質(zhì)量管理經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行了簡(jiǎn)要介紹，這對(duì)提高我國(guó)天然氣壓縮機(jī)制造業(yè)的技術(shù)水平，促進(jìn)天然氣汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展都是一個(gè)有益的借鑒。關(guān)鍵詞天然氣壓縮機(jī)艾里爾公司（ARIEL）是美國(guó)著名壓縮機(jī)生產(chǎn)商之一，位于俄亥俄州（OHIO）的芒特沃農(nóng)（MountVernon）工業(yè)園區(qū)，距州首府哥倫布（COLUMBUS）大約50分鐘的車程。艾里爾公司成立于1966年，主要生產(chǎn)往復(fù)式氣體壓縮機(jī)，規(guī)格從5匹馬力到6000匹馬力。這些壓縮機(jī)廣泛應(yīng)用于各種領(lǐng)域，如天然氣采集，管道輸送、天然氣儲(chǔ)存、氣動(dòng)開采、渦輪燃?xì)?、制冷系統(tǒng)、海上測(cè)量、氫氣回收等。天然氣壓縮機(jī)僅占很小的比例。近年來(lái)，隨著天然氣汽車和CNG加氣站的飛速發(fā)展，艾里爾公司（ARIEL）已為越來(lái)越多的中國(guó)用戶所熟悉。1998年6月我有幸去美國(guó)艾里爾公司（ARIEL）進(jìn)行了短期的學(xué)習(xí)和考察，使我對(duì)艾里爾壓縮機(jī)和艾里爾公司（ARIEL）有了更進(jìn)一步的認(rèn)識(shí)和了解。一、艾里爾壓縮機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和技術(shù)參數(shù)1?結(jié)構(gòu)特點(diǎn)⑴水平臥式對(duì)稱平衡結(jié)構(gòu)采用這種結(jié)構(gòu)形式，壓縮機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，活塞連桿機(jī)構(gòu)產(chǎn)生的慣性力，可以得到最大程度的平衡，不需設(shè)置平衡慣性力的飛輪（僅有一個(gè)平衡螺母）。因而，壓縮機(jī)振動(dòng)很小，驅(qū)動(dòng)機(jī)的功率脈動(dòng)也小。由于采用水平臥式結(jié)構(gòu)，壓縮機(jī)的占地面積相對(duì)較大。⑵標(biāo)準(zhǔn)化的模塊式部件設(shè)計(jì)壓縮機(jī)整體設(shè)計(jì)采用了標(biāo)準(zhǔn)化的模塊式結(jié)構(gòu)，其主要部件，如曲軸箱、機(jī)架、機(jī)頭、氣缸等，按照系統(tǒng)排量、進(jìn)、排氣壓力、介質(zhì)、驅(qū)動(dòng)機(jī)、冷卻方式等條件，形成了7個(gè)系列、40個(gè)型號(hào)和數(shù)百種規(guī)格?？筛鶕?jù)用戶的不同需要方便地進(jìn)行組合。而且不同機(jī)架所用的同類部件最大程度的標(biāo)準(zhǔn)化，具有很高的互換性，可以大大降低用戶的備件儲(chǔ)存量。（壓縮機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)型號(hào)規(guī)格詳見(jiàn)表1）⑶壓縮機(jī)的空氣冷卻方式壓縮機(jī)氣缸和各級(jí)級(jí)間壓縮天然氣的冷卻，采用了空氣冷卻方式進(jìn)行，簡(jiǎn)化了結(jié)構(gòu)，降低了成本，減少了冷卻系統(tǒng)的維修量。尤其適用于橇裝式加氣站。一方面創(chuàng)新的非冷卻氣缸設(shè)計(jì)，具有寬大口徑的氣體通道，去掉了水冷缸套，使氣缸結(jié)構(gòu)大大簡(jiǎn)化。和水冷氣缸相比有很多優(yōu)點(diǎn)，比如，設(shè)計(jì)的寬氣道，使氣體通透量更大，氣流更穩(wěn)定。由于降低了壓力落差損失，減少了氣體的脈動(dòng)和壓降，而且導(dǎo)入的氣體又無(wú)須預(yù)熱，使總效率大大提高。另一方面，采用空冷每級(jí)壓比可以設(shè)計(jì)得較低，有效地降低了每一級(jí)壓縮后氣體溫度的上升幅度，每一級(jí)的排溫就可以相應(yīng)較低，減輕了冷卻器的熱負(fù)荷。也不需要在氣缸周圍設(shè)置專門的散熱翅片。由于天然氣在壓縮過(guò)程中，每一級(jí)壓縮后都需要經(jīng)過(guò)冷卻和冷凝過(guò)濾，所設(shè)置的空氣冷卻器，在冷卻天然氣的同時(shí)，也使壓縮機(jī)氣缸得到冷卻。表1艾里爾天然氣壓縮機(jī)系列規(guī)格表（部分）統(tǒng)流量50SCFM100SCFM150SCFM200SCFM300SCFM500SCFM1000SCFM1500SCFM進(jìn)氣壓力\87Nm3/h173Nms/h260Nms/h346Nms/h520Nms/h870Nms/h1730Nms/h2600Nms/h5PSIG0.03MPaJGP/2-4JPG/2-5JGA/4-4JGA/4-4JGA/4-4JGA/4-5JGJ/4-5JGH/4-531BHP58BHP86BHP112BHP155BHP264BHP515BHP771BHP23.1kW43.3kW64.1kW83.5kW115.6kW196.9kW384.0kW574.9kW20PSIG0.14MPaJGP/2-4JGP/2-4JGA/4-4JGA/4-4JGA/4-4JGA/4-4JGR/4-4JGH/4-427BHP50BHP77BHP99BHP144BHP229BHP457BHP669BHP20.1kW37.3kW57.4kW73.8kW107.4kW170.8kW340.8kW498.9kW40PSIGJGP/2-4JGP/2-4JGP/2-4JGP/2-4JGA/2-4JGW/2-4JGR/4-4JGJ/4-40.28MPa22BHP45BHP65BHP85BHP123BHP210BHP399BHP624BHP16.4kW33.6kW48.5kW63.4kW91.7kW156.6kW297.5kW465.3kW50PSIG0.34MPaJGP/2-4JGP/2-3JGP/2-3JGP/2-4JGA/2-4JGA/2-4JGW/4-4JGJ/4-422BHP43BHP61BHP81BHP117BHP203BHP380BHP581BHP16.4kW32.1kW45.5kW60.4kW87.2kW151.4kW283.4kW433.3kW150PSIG1.03MPaJGP/2-3JGP/2-3JGP/2-3JGM/2-3JGP/2-3JGA/2-3JGA/4-3JGR/4-318BHP34BHP48BHP57BHP86BHP148BHP295BHP431BHP13.4kW25.4kW35.8kW42.5kW64.1kW110.4kW220.0kW321.4kW300PSIGJGI/1-2JGM/1-2JGP/2-3JGP/2-3JGM/2-3JGA/4-3JGW/4-32.07MPa25BHP33BHP51BHP70BHP109BHP235BHP346BHP18.6kW24.6kW38.0kW52.2kW81.3kW175.2kW258.0kW400PSIG2.76MPaJGI/1-2JGI/1-2JGM/1-2JGP/2-3JGP/2-3JGA/4-3JGA/4-320BHP31BHP39BHP66BHP100BHP207BHP300BHP14.9kW23.1kW29.1kW49.2kW74.6kW154.4kW223.7kW注：表中SCFM為美國(guó)的標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)，溫度是15°C;而NiWh則表示中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)，溫度是20°C。⑷直聯(lián)驅(qū)動(dòng)、高速運(yùn)行艾里爾天然氣壓縮機(jī)，一般都采用電機(jī)或天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)直聯(lián)驅(qū)動(dòng)的方式高速運(yùn)行，其中電機(jī)驅(qū)動(dòng)一般取同步轉(zhuǎn)速為1500轉(zhuǎn)/分；而天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)一般取1800轉(zhuǎn)/分。這樣，在氣缸和壓縮機(jī)整體較小的情況下，可產(chǎn)生較大的氣體排量。當(dāng)然這樣的轉(zhuǎn)速對(duì)壓縮機(jī)的設(shè)計(jì)和制造工藝水平提出了較高的要求，否則就會(huì)加劇機(jī)件的磨損，縮短運(yùn)動(dòng)件的使用壽命。⑸氣缸采用少油潤(rùn)滑方式少油潤(rùn)滑是指壓縮機(jī)通過(guò)一個(gè)專門的潤(rùn)滑油分配機(jī)構(gòu)定時(shí)、定量地將潤(rùn)滑油加入氣缸壁和密封機(jī)構(gòu)等處，以保證活塞在氣缸中運(yùn)動(dòng)和密封的需要。另外專門設(shè)計(jì)的刮油環(huán)，可以防止曲軸箱內(nèi)的潤(rùn)滑油，被活塞桿帶入氣缸，而增加消耗。與有油潤(rùn)滑相比，這種潤(rùn)滑方式使?jié)櫥偷南牧看蟠鬁p少；和無(wú)油潤(rùn)滑相比，這種方式降低了壓縮機(jī)在氣缸、活塞環(huán)的設(shè)計(jì)、選材及制造工藝等方面的苛刻要求。缺點(diǎn)是在每一級(jí)天然氣排氣管路中，需設(shè)計(jì)一個(gè)高質(zhì)量的油氣冷凝分離器。⑹獨(dú)特的密封結(jié)構(gòu)和十字頭設(shè)計(jì)專門設(shè)計(jì)的密封腔用于把氣缸和曲軸箱隔開，它收集通過(guò)填料密封泄漏來(lái)的氣體并送入氣體回收裝置，其中的輔助環(huán)有效的積聚了壓力，并阻止氣體漏入曲軸箱，這樣利用持續(xù)且純凈的氣體可使壓縮機(jī)獲得完全密封的能力?；钊麠U上的填料密封用于限制天然氣經(jīng)活塞環(huán)間隙向曲軸箱內(nèi)的泄漏。采用直接全壓潤(rùn)滑的十字頭導(dǎo)向設(shè)計(jì)使活塞能保持良好的往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)，有助于降低活塞運(yùn)動(dòng)時(shí)的側(cè)向力，大大減少氣缸和活塞環(huán)的磨損，還可以有效地減少雙作用活塞運(yùn)動(dòng)時(shí)壓縮天然氣的泄漏。⑺先進(jìn)的鏈條傳動(dòng)驅(qū)動(dòng)潤(rùn)滑油泵的輔助傳動(dòng)裝置采用了鏈條傳動(dòng)，并處于完全封閉的曲軸箱內(nèi)，使噪音大大降低。⑻創(chuàng)新的閥門設(shè)計(jì)按照已有的低閥速標(biāo)準(zhǔn)，選取了為現(xiàn)代速度設(shè)計(jì)的板閥。活塞速度不超過(guò)74.5米/分時(shí)，壓縮機(jī)采用金屬閥板，超過(guò)274.5米/分時(shí)，采用非金屬閥板，許多應(yīng)用中也采用了高效率提升閥。活塞沖程與閥門的精密配合，使閥門速率和壽命最優(yōu)化。⑼嚴(yán)密的負(fù)載計(jì)算材料受力和軸承載荷都經(jīng)過(guò)精確計(jì)算和反復(fù)測(cè)試，以便消除應(yīng)力破壞的任何可能性。2?技術(shù)參數(shù)這里僅就用于天然氣的部分系列壓縮機(jī)的技術(shù)參數(shù)作一簡(jiǎn)要介紹。⑴壓縮機(jī)機(jī)架型號(hào)JGM(JGP)JGN(JGQ)JG(JGA)JGWJGRJGJ機(jī)頭數(shù)/1,/2/1,/2/2,/4(/2,/4,/6)/2,/4/2,/4/2,/4/6沖程 （mm）89(76)89(76)89(76)10810889轉(zhuǎn)數(shù)（RPM）1500(1800)1500(1800)1500(1800)120012001800活塞速度（m/s）4.45(4.57)4.45(4.57)4.45(4.57)4.324.325.33機(jī)頭功率（kW）63(63)94(104)188(209)242321462⑵活塞桿、連桿、十字頭和曲軸全部載荷 （N）5337980068(88964)106757142343186825拉力 （N）2668940034(44482)533797117293413壓力 （N）3113844482(48930)6672388964102309主軸徑 （mm）82.5582.55104.78曲軸延性鐵鍛鋼延性鐵鍛鋼連桿延性鐵鍛鋼延性鐵鍛鋼十字頭灰鐵延性鐵灰鐵延性鐵十字頭軸襯無(wú)青銅無(wú)青銅中心距 （mm）209.55260.35活塞桿直徑（mm）28.5838.10中心軸高 （mm）234.95260.35304.80機(jī)架相同機(jī)架相同機(jī)架相同⑶壓縮機(jī)氣缸級(jí) 另9操作方式材料孑L 徑最大工作壓力8 SP串列一單向作用延性鐵191,203mm3MPa3-3/4SP串列一單向作用延性鐵89,95mm8.7MPa4-3/8SP串列一單向作用延性鐵105,111mm6.4MPa3 JGT串列一單向作用球墨鑄鐵70,76mm15.1MPa3-5/8JGT串列一單向作用球墨鑄鐵86,92mm9.1Mpa3 JG雙動(dòng)球墨鑄鐵70,76mm15.2Mpa3-5/8JG雙動(dòng)球墨鑄鐵86,92mm9.1Mpa4-1/8JG雙動(dòng)灰鐵98，105mm8.8Mpa5-1/8JG雙動(dòng)灰鐵121，130mm6.0Mpa6-1/2JG雙動(dòng)球墨鑄鐵156，165mm4.4Mpa7-1/2JG雙動(dòng)灰鐵181，191mm4.1Mpa級(jí) 別操作方式材料孑L 徑最大工作壓力8-7/8JG雙動(dòng)灰鐵216，225mm2.6Mpa11 JG雙動(dòng)灰鐵267，279mm1.0Mpa13-1/2JG雙動(dòng)灰鐵330，343mm0.8Mpa注：括號(hào)中的JGP、JGQ、JGA僅適用于工頻為60Hz的電機(jī)二、壓縮機(jī)的制造工藝技術(shù)艾里爾（ARIEL）天然氣壓縮機(jī)不僅在設(shè)計(jì)上具有獨(dú)到之處，而且在工藝技術(shù)方面更勝一籌。1?樹脂砂精密鑄造曲軸箱、機(jī)架、氣缸體等外殼部件都采用樹脂砂精密鑄造，使這些零件在滿足強(qiáng)度要求的條件下體積最小，消耗的材料最少。2?離子氮化處理活塞桿和氣缸內(nèi)表面經(jīng)離子氮化處理，增加了表面的硬度，提高了表面光潔度，大大減少了密封環(huán)和氣缸內(nèi)表面的磨損。強(qiáng)力鍛造和精密研磨加工曲軸和連桿都采用合金鋼經(jīng)強(qiáng)力鍛造而成，重型曲軸上帶整體式平衡錘，表面經(jīng)淬火變硬，增加耐磨性。配合面又經(jīng)過(guò)精密研磨加工，使表面粗糙度大大降低，提高了配合精度，也延長(zhǎng)了零件的使用壽命。活塞和活塞桿加工工藝活塞由耐磨的球墨鑄鐵或鑄鋼鑄造成型，并經(jīng)精密加工?；钊麠U由合金鋼精密研磨加工而成，帶一個(gè)鎖緊十字接頭螺母。十字頭組合件制造工藝十字頭組合件包括十字頭導(dǎo)向滑塊、十字接頭、十字頭銷、和十字頭銷襯套等件。導(dǎo)向滑塊由灰鐵鑄造而成，頂部和底部加工有油孔，可得到直接全壓潤(rùn)滑使磨損最小；十字接頭用球墨鑄鐵鑄成，具有巴氏合金瓦表面、全浮動(dòng)十字頭銷、帶“貫穿螺栓”及端蓋；十字頭銷由合金鋼制成，表面經(jīng)淬火處理硬化到HRC60；十字頭銷襯套由青銅加工而成。三、嚴(yán)格的質(zhì)量控制艾里爾公司（ARIEL）為了使自己的產(chǎn)品保持世界一流水平，不僅在生產(chǎn)過(guò)程中對(duì)工藝流程進(jìn)行了嚴(yán)格的控制，而且從產(chǎn)品設(shè)計(jì)、生產(chǎn)制造、經(jīng)營(yíng)銷售、到售后服務(wù)的全過(guò)程都規(guī)定了十分苛刻的質(zhì)量要求。由于他們?cè)谫|(zhì)量控制和企業(yè)管理方面的杰出成就，被評(píng)為美國(guó)150個(gè)A級(jí)MRPII制造廠（MRPII是集庫(kù)存、調(diào)度、規(guī)劃、生產(chǎn)和制造為一體，并擁有收發(fā)貨的完整機(jī)構(gòu)）。同時(shí)于1995年獲得了國(guó)際IS09001標(biāo)準(zhǔn)的質(zhì)量認(rèn)證。1嚴(yán)格控制工藝流程這種控制不是單靠行政管理，而是依靠整個(gè)組織系統(tǒng)。艾里爾（ARIEL）生產(chǎn)過(guò)程的基本單元是小組。艾里爾（ARIEL）的小組群就像一個(gè)小公司，他們共同負(fù)責(zé)生產(chǎn)高質(zhì)量的產(chǎn)品。因此小組能夠自由選擇自己的工作方式，小組成員可以決定他們自己的工作分工、工作方式、甚至平面布置圖。2.操作工編制數(shù)控程序?yàn)榱松a(chǎn)高質(zhì)量的零部件，艾里爾（ARIEL）注意培養(yǎng)數(shù)控機(jī)床操作工自己編制加工程序，因?yàn)樗麄冏钍煜?duì)機(jī)床的精確調(diào)整，所編程序更能保證零件的加工質(zhì)量。3?人人對(duì)加工質(zhì)量負(fù)責(zé)為了對(duì)加工的質(zhì)量負(fù)責(zé)，每個(gè)零件上都標(biāo)有加工者的工號(hào)。以便進(jìn)行質(zhì)量檢查，同時(shí)也容易發(fā)現(xiàn)質(zhì)量好的加工工人，進(jìn)行表彰。4嚴(yán)密的組裝標(biāo)準(zhǔn)壓縮機(jī)的組裝遵守一整套嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)，保證符合艾里爾（ARIEL）公司嚴(yán)厲的質(zhì)量控制要求。5.—絲不茍的壓力試驗(yàn)艾里爾（ARIEL）生產(chǎn)的所有氣缸均要接受壓力達(dá)到最大允許工作壓力150%的水壓試驗(yàn)，合格后方可進(jìn)行下道工序。6?十分嚴(yán)格的預(yù)調(diào)試車艾里爾（ARIEL）在每一臺(tái)壓縮機(jī)出廠前，都要使用特種磨合油，為每臺(tái)機(jī)器進(jìn)行至少四小時(shí)的試車，以確保各部件的兼容性，并預(yù)調(diào)所有潤(rùn)滑系統(tǒng)。試車后，對(duì)整臺(tái)機(jī)器進(jìn)行徹底的內(nèi)部檢驗(yàn)，然后將檢查員銘片貼在合格的設(shè)備上出廠。7.基礎(chǔ)理論研究永不松懈為了保持產(chǎn)品的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，艾里爾（ARIEL）非常重視基礎(chǔ)理論研究，不斷推出新的