艾里爾天然氣壓縮機和艾里爾公司

艾里爾天然氣壓縮機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)考察的體驗和艾里爾天然氣壓縮機的運行實踐，詳細(xì)論述了艾里爾天然氣壓縮機的先進技術(shù)和性能特點，并對艾里爾公司的工藝技術(shù)和質(zhì)量管理經(jīng)驗進行了簡要介紹，這對提高我國天然氣壓縮機制造業(yè)的技術(shù)水平，促進天然氣汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展都是一個有益的借鑒。關(guān)鍵詞天然氣壓縮機艾里爾公司（ARIEL）是美國著名壓縮機生產(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，規(guī)格從5匹馬力到6000匹馬力。這些壓縮機廣泛應(yīng)用于各種領(lǐng)域，如天然氣采集，管道輸送、天然氣儲存、氣動開采、渦輪燃?xì)?、制冷系統(tǒng)、海上測量、氫氣回收等。天然氣壓縮機僅占很小的比例。近年來，隨著天然氣汽車和CNG加氣站的飛速發(fā)展，艾里爾公司（ARIEL）已為越來越多的中國用戶所熟悉。1998年6月我有幸去美國艾里爾公司（ARIEL）進行了短期的學(xué)習(xí)和考察，使我對艾里爾壓縮機和艾里爾公司（ARIEL）有了更進一步的認(rèn)識和了解。一、艾里爾壓縮機的結(jié)構(gòu)特點和技術(shù)參數(shù)1?結(jié)構(gòu)特點⑴水平臥式對稱平衡結(jié)構(gòu)采用這種結(jié)構(gòu)形式，壓縮機在運轉(zhuǎn)時，活塞連桿機構(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（僅有一個平衡螺母）。因而，壓縮機振動很小，驅(qū)動機的功率脈動也小。由于采用水平臥式結(jié)構(gòu)，壓縮機的占地面積相對較大。⑵標(biāo)準(zhǔn)化的模塊式部件設(shè)計壓縮機整體設(shè)計采用了標(biāo)準(zhǔn)化的模塊式結(jié)構(gòu)，其主要部件，如曲軸箱、機架、機頭、氣缸等，按照系統(tǒng)排量、進、排氣壓力、介質(zhì)、驅(qū)動機、冷卻方式等條件，形成了7個系列、40個型號和數(shù)百種規(guī)格?？筛鶕?jù)用戶的不同需要方便地進行組合。而且不同機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存量。（壓縮機的標(biāo)準(zhǔn)型號規(guī)格詳見表1）⑶壓縮機的空氣冷卻方式壓縮機氣缸和各級級間壓縮天然氣的冷卻，采用了空氣冷卻方式進行，簡化了結(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，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)大大簡化。和水冷氣缸相比有很多優(yōu)點，比如，設(shè)計的寬氣道，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，減少了氣體的脈動和壓降，而且導(dǎo)入的氣體又無須預(yù)熱，使總效率大大提高。另一方面，采用空冷每級壓比可以設(shè)計得較低，有效地降低了每一級壓縮后氣體溫度的上升幅度，每一級的排溫就可以相應(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程中，每一級壓縮后都需要經(jīng)過冷卻和冷凝過濾，所設(shè)置的空氣冷卻器，在冷卻天然氣的同時，也使壓縮機氣缸得到冷卻。表1艾里爾天然氣壓縮機系列規(guī)格表（部分）統(tǒng)流量50SCFM100SCFM150SCFM200SCFM300SCFM500SCFM1000SCFM1500SCFM進氣壓力\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為美國的標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)，溫度是15°C;而NiWh則表示中國標(biāo)準(zhǔn)，溫度是20°C。⑷直聯(lián)驅(qū)動、高速運行艾里爾天然氣壓縮機，一般都采用電機或天然氣發(fā)動機直聯(lián)驅(qū)動的方式高速運行，其中電機驅(qū)動一般取同步轉(zhuǎn)速為1500轉(zhuǎn)/分；而天然氣發(fā)動機驅(qū)動一般取1800轉(zhuǎn)/分。這樣，在氣缸和壓縮機整體較小的情況下，可產(chǎn)生較大的氣體排量。當(dāng)然這樣的轉(zhuǎn)速對壓縮機的設(shè)計和制造工藝水平提出了較高的要求，否則就會加劇機件的磨損，縮短運動件的使用壽命。⑸氣缸采用少油潤滑方式少油潤滑是指壓縮機通過一個專門的潤滑油分配機構(gòu)定時、定量地將潤滑油加入氣缸壁和密封機構(gòu)等處，以保證活塞在氣缸中運動和密封的需要。另外專門設(shè)計的刮油環(huán)，可以防止曲軸箱內(nèi)的潤滑油，被活塞桿帶入氣缸，而增加消耗。與有油潤滑相比，這種潤滑方式使?jié)櫥偷南牧看蟠鬁p少；和無油潤滑相比，這種方式降低了壓縮機在氣缸、活塞環(huán)的設(shè)計、選材及制造工藝等方面的苛刻要求。缺點是在每一級天然氣排氣管路中，需設(shè)計一個高質(zhì)量的油氣冷凝分離器。⑹獨特的密封結(jié)構(gòu)和十字頭設(shè)計專門設(shè)計的密封腔用于把氣缸和曲軸箱隔開，它收集通過填料密封泄漏來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。采用直接全壓潤滑的十字頭導(dǎo)向設(shè)計使活塞能保持良好的往復(fù)直線運動，有助于降低活塞運動時的側(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動時壓縮天然氣的泄漏。⑺先進的鏈條傳動驅(qū)動潤滑油泵的輔助傳動裝置采用了鏈條傳動，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)計按照已有的低閥速標(biāo)準(zhǔn)，選取了為現(xiàn)代速度設(shè)計的板閥?；钊俣炔怀^74.5米/分時，壓縮機采用金屬閥板，超過274.5米/分時，采用非金屬閥板，許多應(yīng)用中也采用了高效率提升閥?；钊麤_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)載計算材料受力和軸承載荷都經(jīng)過精確計算和反復(fù)測試，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的技術(shù)參數(shù)作一簡要介紹。⑴壓縮機機架型號JGM(JGP)JGN(JGQ)JG(JGA)JGWJGRJGJ機頭數(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青銅無青銅中心距 （mm）209.55260.35活塞桿直徑（mm）28.5838.10中心軸高 （mm）234.95260.35304.80機架相同機架相同機架相同⑶壓縮機氣缸級 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雙動球墨鑄鐵70,76mm15.2Mpa3-5/8JG雙動球墨鑄鐵86,92mm9.1Mpa4-1/8JG雙動灰鐵98，105mm8.8Mpa5-1/8JG雙動灰鐵121，130mm6.0Mpa6-1/2JG雙動球墨鑄鐵156，165mm4.4Mpa7-1/2JG雙動灰鐵181，191mm4.1Mpa級 別操作方式材料孑L 徑最大工作壓力8-7/8JG雙動灰鐵216，225mm2.6Mpa11 JG雙動灰鐵267，279mm1.0Mpa13-1/2JG雙動灰鐵330，343mm0.8Mpa注：括號中的JGP、JGQ、JGA僅適用于工頻為60Hz的電機二、壓縮機的制造工藝技術(shù)艾里爾（ARIEL）天然氣壓縮機不僅在設(shè)計上具有獨到之處，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。強力鍛造和精密研磨加工曲軸和連桿都采用合金鋼經(jīng)強力鍛造而成，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，也延長了零件的使用壽命?；钊突钊麠U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，可得到直接全壓潤滑使磨損最??；十字接頭用球墨鑄鐵鑄成，具有巴氏合金瓦表面、全浮動十字頭銷、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)過程中對工藝流程進行了嚴(yán)格的控制，而且從產(chǎn)品設(shè)計、生產(chǎn)制造、經(jīng)營銷售、到售后服務(wù)的全過程都規(guī)定了十分苛刻的質(zhì)量要求。由于他們在質(zhì)量控制和企業(yè)管理方面的杰出成就，被評為美國150個A級MRPII制造廠（MRPII是集庫存、調(diào)度、規(guī)劃、生產(chǎn)和制造為一體，并擁有收發(fā)貨的完整機構(gòu)）。同時于1995年獲得了國際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，而是依靠整個組織系統(tǒng)。艾里爾（ARIEL）生產(chǎn)過程的基本單元是小組。艾里爾（ARIEL）的小組群就像一個小公司，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)控程序為了生產(chǎn)高質(zhì)量的零部件，艾里爾（ARIEL）注意培養(yǎng)數(shù)控機床操作工自己編制加工程序，因為他們最熟悉對機床的精確調(diào)整，所編程序更能保證零件的加工質(zhì)量。3?人人對加工質(zhì)量負(fù)責(zé)為了對加工的質(zhì)量負(fù)責(zé)，每個零件上都標(biāo)有加工者的工號。以便進行質(zhì)量檢查，同時也容易發(fā)現(xiàn)質(zhì)量好的加工工人，進行表彰。4嚴(yán)密的組裝標(biāo)準(zhǔn)壓縮機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.—絲不茍的壓力試驗艾里爾（ARIEL）生產(chǎn)的所有氣缸均要接受壓力達到最大允許工作壓力150%的水壓試驗，合格后方可進行下道工序。6?十分嚴(yán)格的預(yù)調(diào)試車艾里爾（ARIEL）在每一臺壓縮機出廠前，都要使用特種磨合油，為每臺機器進行至少四小時的試車，以確保各部件的兼容性，并預(yù)調(diào)所有潤滑系統(tǒng)。試車后，對整臺機器進行徹底的內(nèi)部檢驗，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，艾里爾（ARIEL）非常重視基礎(chǔ)理論研究，不斷推出新的