天然氣汽車加氣站用CNG壓縮機(jī)

1、天然氣汽車加氣站用CNG壓縮機(jī)(續(xù)三第6章CNG壓縮機(jī)機(jī)組結(jié)構(gòu)示例世界面對(duì)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(shí)。我國(guó)正面臨實(shí)施西部大開發(fā)、西氣東輸戰(zhàn)略，大力強(qiáng)化環(huán)境保護(hù)工程，積極開采使用蘊(yùn)藏量豐富的陸海天然氣，進(jìn)口液化天然氣，不遠(yuǎn)的將來還能實(shí)現(xiàn)天然氣(進(jìn)口管路國(guó)際聯(lián)網(wǎng)，蘊(yùn)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(shì)。天然氣汽車具有技術(shù)成熟、清潔、最安全和經(jīng)濟(jì)性好等顯著的環(huán)保技術(shù)經(jīng)濟(jì)綜合優(yōu)勢(shì)。在我國(guó)，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(shí)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年在四川省建成

2、首座國(guó)產(chǎn)裝備天然氣汽車加氣站以來，國(guó)內(nèi)外CNG壓縮機(jī)品種、銷量和技術(shù)進(jìn)展?jié)u趨活躍。時(shí)至今日，CNG壓縮機(jī)已躍升為全球壓縮機(jī)市場(chǎng)的最熱賣點(diǎn)之一，尤以我國(guó)、東南亞和南美洲為最。CNG壓縮機(jī)單機(jī)功率并不很大，然而在近年卻高度富集了當(dāng)代往復(fù)活塞式工藝流程用壓縮機(jī)多項(xiàng)先進(jìn)技術(shù)?？陀^上，CNG壓縮機(jī)幾乎成為全球工藝流程用往復(fù)活塞式壓縮機(jī)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(guó)西氣東輸和后續(xù)工程分期實(shí)施，居民社區(qū)燃?xì)饽茉吹闹鸩狡占?，CNG壓縮機(jī)在國(guó)內(nèi)外必將有更大的發(fā)展。無疑，我國(guó)擁有頗為可觀的CNG壓縮機(jī)市場(chǎng)，而CNG壓縮機(jī)的制造和技術(shù)開發(fā)也正方興未艾!CNG壓

3、縮機(jī)由賣方市場(chǎng)向買方市場(chǎng)的過渡已近完成。這就必然使國(guó)產(chǎn)CNG壓縮機(jī)向品質(zhì)更高、性能更佳、適用性更強(qiáng)等目標(biāo)邁進(jìn)的步伐大為加速。雖然起步甚晚卻直逼世界先進(jìn)水平的國(guó)產(chǎn)CNG壓縮機(jī)，在新世紀(jì)之初奇葩爭(zhēng)艷、異彩紛呈，自不同的角度逐步地將其綜合技術(shù)水準(zhǔn)升華至不亞于舶來品的程度。從而不但為國(guó)內(nèi)NGV加氣站的建設(shè)作出了新貢獻(xiàn)，而且擁有了在我國(guó)加入WTO之后與國(guó)外著名品牌抗衡的不凡實(shí)力，同時(shí)踏入了國(guó)際市場(chǎng)，銷往海外的國(guó)產(chǎn)CNG壓縮機(jī)品牌和臺(tái)數(shù)逐漸增多。在國(guó)內(nèi)外CNG壓縮機(jī)制造與運(yùn)行實(shí)踐的沃土上，本章方得以給出CNG壓縮機(jī)/機(jī)組豐富的結(jié)構(gòu)示例。61橇裝、低噪聲、全風(fēng)冷、2D4系列CNG壓縮機(jī)組中國(guó)石油化工集團(tuán)公司

4、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(tuán)公司重大科技攻關(guān)項(xiàng)目壓縮天然氣汽車加氣站裝備省部級(jí)鑒定，中石化江漢第三機(jī)械廠(以下簡(jiǎn)稱三機(jī)廠研制的2D4系列CNG壓縮機(jī)組，經(jīng)專家會(huì)審鑒定通過。鑒定意見指出：2D4系列壓縮機(jī)的各型排氣量大，單機(jī)供氣量為8000m 3d10500Nm 3d，并能適應(yīng)寬廣的天然氣管網(wǎng)壓力條件。經(jīng)檢測(cè)證實(shí)，其創(chuàng)新點(diǎn)為：(1）首創(chuàng)國(guó)產(chǎn)CNG壓縮機(jī)組全風(fēng)冷整體橇裝結(jié)構(gòu)，無需冷卻水循環(huán)系統(tǒng)，擴(kuò)大了運(yùn)行地域，在水冷式壓縮機(jī)難以應(yīng)對(duì)的缺水、高寒地區(qū)，也能正常運(yùn)行。(2機(jī)組為對(duì)稱平衡型，在國(guó)產(chǎn)CNG壓縮機(jī)中實(shí)現(xiàn)了運(yùn)動(dòng)件慣性力精確平衡、活塞組件精確直線性運(yùn)動(dòng)以及傳動(dòng)件承

5、載面的低比壓值設(shè)計(jì)。比功率指標(biāo)先進(jìn)，易損件壽命長(zhǎng)。(3機(jī)組自動(dòng)化、數(shù)字化程度高，PLC自動(dòng)化監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)了無人值守的加氣站單臺(tái)機(jī)組運(yùn)行，降低了建站及運(yùn)行成本。(4全機(jī)組屏蔽噪聲值符合城市CNG加氣站建站要求。(5機(jī)組本地化率95以上，性能價(jià)格比優(yōu)于進(jìn)口同類機(jī)型，具有良好的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。鑒定委員會(huì)認(rèn)為：該項(xiàng)目全面達(dá)到了開發(fā)合同和設(shè)計(jì)任務(wù)書的要求。2D4系列CNG壓縮機(jī)組的圖樣、資料齊全完整，設(shè)計(jì)先進(jìn)合理，諸樣機(jī)運(yùn)行狀況良好，整體達(dá)到國(guó)內(nèi)領(lǐng)先技術(shù)水平，可以替代進(jìn)口同類機(jī)型，并具備了批量生產(chǎn)和推廣的條件。2D4系列CNG壓縮機(jī)組的代表性機(jī)型：2D4-33-250型，開創(chuàng)了國(guó)產(chǎn)全風(fēng)冷CNG壓縮機(jī)組先河的

6、該機(jī)組，2001年始最先服役于中國(guó)石油化工集團(tuán)公司中原石油勘探局的河南省濮陽(yáng)市中原油田二號(hào)加氣站，后裝機(jī)于成都市公交壓縮天然氣有限公司的石羊場(chǎng)、成仁路加氣站等處，主機(jī)運(yùn)行狀況皆堪稱優(yōu)秀。如成仁路站之2D4機(jī)，自2002年2月8日至2004年5月1日累計(jì)運(yùn)行13349小時(shí)45分鐘，第IIII級(jí)各吸排氣閥(PEEK閥片和第級(jí)吸排氣閥(金屬閥片的閥片、彈簧無一破損，第級(jí)各(金屬活塞環(huán)、(金屬導(dǎo)向環(huán)和第級(jí)(三、六瓣金屬平面填料從未更換。其間，僅因第I級(jí)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(jí)填料、活塞環(huán)。2004年5月8日夜，第級(jí)排氣閥片工作逾13400小時(shí)后破損。再如西安市天然氣總公

7、司北二環(huán)路加氣站之2D4機(jī)，單機(jī)(無備機(jī)運(yùn)行，自2003年3月至2004年5月12日累計(jì)運(yùn)行8757小時(shí)29分鐘，僅8000小時(shí)計(jì)劃?rùn)z修，一直無零件損壞。全國(guó)清潔燃料汽車專家組擬待該站氣瓶組儲(chǔ)氣容積達(dá)3000Nm 3時(shí)即將該站列為國(guó)家級(jí)示范站。三機(jī)廠具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)、獲得國(guó)家專利證書(外觀專利號(hào)ZL013282506，實(shí)用新型專利號(hào)ZL01239761X的2D4-33-250型CNG壓縮機(jī)組，是針對(duì)CNG特定工況實(shí)施的全新設(shè)計(jì)，系國(guó)產(chǎn)首臺(tái)橇裝、無基礎(chǔ)、低噪聲、全風(fēng)冷、對(duì)稱平衡型、大排量CNG壓縮機(jī)組。此四級(jí)壓縮機(jī)，吸氣壓力03MPa、排氣壓力25MPa、轉(zhuǎn)速980rmin、主電機(jī)功率160kW

8、、風(fēng)冷器用軸流式風(fēng)扇電機(jī)功率75kW。經(jīng)華中科技大學(xué)檢測(cè)其各項(xiàng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)優(yōu)異：規(guī)定工況下空氣介質(zhì)時(shí)供氣量11Nm 3min(容積效率高達(dá)76、無基礎(chǔ)機(jī)組振動(dòng)烈度18mms、噪聲聲功率級(jí)95dB(A，比功率1357kW(Nm 3min -1 ，兩列填料處的總漏氣率僅為供氣量的0.11360.1364，當(dāng)?shù)谝患?jí)的吸氣溫度為3634時(shí)，各級(jí)中最高排氣溫度169(換算為天然氣介質(zhì)時(shí)為140，壓縮機(jī)本體質(zhì)量1800Kg、外形尺寸27001200800mm；包括風(fēng)冷器、主電機(jī)、PLC控制系統(tǒng)設(shè)備、隔聲罩在內(nèi)的機(jī)組質(zhì)量14.82t(當(dāng)橇裝內(nèi)澆灌高強(qiáng)度混凝土?xí)r，噪聲聲壓級(jí)79dB(A，1m。全風(fēng)冷結(jié)構(gòu)和氣缸

9、、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)潤(rùn)滑油電加熱系統(tǒng)，使機(jī)組最適合在干旱、高寒地域運(yùn)行，而配置隔聲罩則便于將機(jī)組用在城市。該壓縮機(jī)按美國(guó)石油學(xué)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)API*618石油、化工和氣體工業(yè)用往復(fù)壓縮機(jī)實(shí)施設(shè)計(jì)其慣性力、慣性力矩完全平衡；各級(jí)級(jí)差式活塞均設(shè)有寬的金屬導(dǎo)向環(huán)和徑向調(diào)心機(jī)構(gòu)；傳動(dòng)件承載面比壓值甚低【如連桿小頭襯套6.8MPa(數(shù)萬臺(tái)在役安全運(yùn)行的L3.5-208型空壓機(jī)為9.8MPa，中歐某壓縮機(jī)名廠產(chǎn)3D80-2A1D65-1A1D85-1A三種機(jī)型為9.39.48.3MPa，球鐵十字頭滑動(dòng)面02775MPa(L35機(jī)為0.34MPa，1D65-1A1D85-1A二機(jī)型為0.3550.384MPa，十字頭銷座孔5

10、.69MPa,連桿大頭瓦5.51MPa(3D80-2A1D65-1A1D85-1A三種機(jī)型為9.229.979.27MPa】；各級(jí)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(jī)與國(guó)外同類先進(jìn)機(jī)型比較如表6-1，其傳動(dòng)件承載面比壓值比較如表6-2，機(jī)組圖如圖3-6，工藝氣流程圖如圖3-3，主機(jī)剖面圖如圖6-1。作為國(guó)產(chǎn)首臺(tái)高吸氣壓力(達(dá)2.1MPa的2D4-0.522-250型CNG壓縮機(jī)組，平穩(wěn)運(yùn)行于成都市北郊青白江區(qū)四川博能燃?xì)釩NG加氣站。

11、該機(jī)為三級(jí)壓縮、對(duì)稱平衡型，排氣壓力為25MPa、供氣量為630Nm 3h，轉(zhuǎn)速740rmin，軸功率78kW，主電機(jī)功率90kW，各級(jí)氣體冷卻器和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)潤(rùn)滑油泠卻器皆由風(fēng)扇吸風(fēng)冷卻，填料配用進(jìn)口高新工程塑料元件。冷卻用電機(jī)功率7.5kW。2D4-33-250型CNG壓縮機(jī)的傳動(dòng)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(fēng)冷CNG壓縮機(jī)剖面圖(中國(guó)石油化工集團(tuán)公司江漢石油管理局第三機(jī)械廠制造表6-1 2D4-3/3-250型CNG壓縮機(jī)與國(guó)外同類先進(jìn)機(jī)型比較注：1供氣量標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)：0.1013MPa(絕對(duì)壓力，0。2華中

12、科技大學(xué)壓縮機(jī)實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)2D4CNG壓縮機(jī)3ZM公司數(shù)據(jù)為2000年書面數(shù)據(jù)4覆有隔聲罩的機(jī)組噪聲聲壓級(jí)，2D4與德國(guó)C211*CNG壓縮機(jī)皆為75dB(A，1m。圖6-2 2D4系列CNG壓縮機(jī)連桿組件圖表6-2壓縮機(jī)傳動(dòng)件承載面比壓值比較 MPa制造廠家壓縮機(jī)型號(hào)連桿小頭襯套連桿大頭瓦球鐵十字頭滑動(dòng)面球鐵十字頭銷孔座 中石化三機(jī)廠2D4-3/3-2506.85.51 0.2775 5.69 國(guó)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 1D85-1A8.3 9.27 0.384 注：1L

13、3.5-20/8型即4L-20/8，數(shù)萬臺(tái)在役安全運(yùn)行。 2蘇爾壽公司三個(gè)機(jī)型皆為迷宮活塞式，有高的運(yùn)行可靠性聲譽(yù)。圖6-3 2D4系列CNG壓縮機(jī)十字頭組件圖中石化集團(tuán)江漢三機(jī)廠的CNG壓縮機(jī)設(shè)計(jì)策劃要點(diǎn)是：(1確保安全性，嚴(yán)格控制各級(jí)排氣溫度和填料工作狀態(tài)。(2全風(fēng)冷橇裝機(jī)組化，全天候運(yùn)行于各種地域條件。(3優(yōu)選壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)型式和結(jié)構(gòu)參數(shù)，合理配用天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)。(4無高壓填料，并確保活塞活塞桿組件運(yùn)動(dòng)的精確直線性，使壓縮機(jī)供氣量穩(wěn)定、不衰減，填料、活塞環(huán)長(zhǎng)壽。(5傳動(dòng)件設(shè)計(jì)力學(xué)處理優(yōu)化，并采用反向潤(rùn)滑系統(tǒng)，確保運(yùn)行可靠。(6承載面比壓值極低的傳動(dòng)件，其材質(zhì)又經(jīng)優(yōu)選，磨損極小，保證長(zhǎng)壽工作。(

14、7優(yōu)選氣閥，氣路系統(tǒng)又為極低流速設(shè)計(jì)，確保加氣站運(yùn)行節(jié)能。(8實(shí)施慣性力精確平衡，相對(duì)兩列往復(fù)運(yùn)動(dòng)質(zhì)量差控制到10克級(jí)，又采取降噪聲、整機(jī)起吊、油系統(tǒng)加熱、氣缸極小注油量等人性化設(shè)計(jì)，操作者工作條件良好。(9機(jī)組各系統(tǒng)的配置周全、精良，確保壓縮機(jī)組性能優(yōu)異，可無備機(jī)，智能化自動(dòng)控制裝備允許無人值守。6.2機(jī)身承受內(nèi)氣壓的橇裝風(fēng)冷CNG壓縮機(jī)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(dòng)力設(shè)備的CNG壓縮機(jī)之外泄漏氣，一直是困擾人們的難題。它不僅造成能源浪費(fèi)和二次污染、溫室效應(yīng)，某種程度上還是安全隱患。近年，對(duì)環(huán)保極為重視的歐洲國(guó)家，率先實(shí)現(xiàn)了CNG壓縮機(jī)的技術(shù)飛躍推出了無

15、泄漏CNG壓縮機(jī)。迄今為止，美國(guó)和日本尚無此類產(chǎn)品。無泄漏CNG壓縮機(jī)皆為機(jī)身(曲軸箱承受吸氣壓力、曲軸的軸伸處配有機(jī)械密封者。筆者以為，德國(guó)茨維考機(jī)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(jī)，由于汲取了數(shù)百臺(tái)用于獨(dú)聯(lián)體國(guó)家的老產(chǎn)品制造和使用經(jīng)驗(yàn)而更勝一籌。其2003年6月推出之新系列則更代表了當(dāng)今國(guó)際天然氣汽車加氣站用CNG壓縮機(jī)技術(shù)的新進(jìn)展。ZM公司2003*CNG壓縮機(jī)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(fēng)冷CNG壓縮機(jī)的最大氣缸直徑由原來已是全球之冠的250mm更增至300mm。2十分注意拓展極低吸氣壓力機(jī)型，如吸氣表壓力為

16、0001MPa、002MPa的若干機(jī)型。3著力研發(fā)小功率、小供氣量機(jī)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(jī)結(jié)構(gòu)保證無CNG外泄。填料處的微量漏氣，被機(jī)身貯留、密封并返回第級(jí)氣缸吸氣口。機(jī)身承受內(nèi)氣壓高達(dá)全球之最的24MPa(表壓，適應(yīng)絕大多數(shù)CNG加氣站進(jìn)氣管線氣壓條件。球墨鑄鐵制機(jī)身設(shè)計(jì)壓力4MPa，進(jìn)行6MPa水壓試驗(yàn)，還作滲透性極強(qiáng)的氦氣介質(zhì)氣密性試驗(yàn)。機(jī)身與曲軸兩端配合處特設(shè)長(zhǎng)壽命的專用機(jī)械密封。2活塞活塞桿組件的導(dǎo)向、支承狀態(tài)優(yōu)良，確保其運(yùn)動(dòng)的精確直線性和活塞環(huán)、填料的氣密性。圖6-

17、4 ZM公司CNG壓縮機(jī)的連桿、十字頭及中壓/高壓活塞組件表6-32003德國(guó)茨維考機(jī)械和設(shè)備制造有限公司(ZMC211系列CNG壓縮機(jī)參數(shù)注：供氣量標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)：絕對(duì)壓力0.1013MPa、溫度0D雙作用表6-42003德國(guó)茨維考機(jī)械和設(shè)備制造有限公司(ZMC208系列CNG壓縮機(jī)參數(shù)注：供氣量標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)：*絕對(duì)壓力0.1013MPa、溫度0 D雙作用組合式的各級(jí)活塞體上皆設(shè)置幾何位置恰當(dāng)、比壓值低的PTFE導(dǎo)向環(huán)(開有對(duì)稱斜向卸荷槽。自潤(rùn)滑高性能各級(jí)PEEKPTFE活塞環(huán)和氣缸極少注油潤(rùn)滑條件相配合，遂獲優(yōu)良的減磨、密封工作條件。在壓縮機(jī)外輸極低含油量高壓CNG的同時(shí)，導(dǎo)向環(huán)、活塞壞壽命有保障。

18、3傳動(dòng)件承載面的低比壓值，尤其是十字頭銷、十字頭滑動(dòng)面的甚低比壓值之負(fù)荷實(shí)際和最高潤(rùn)滑油壓條件相配合，使傳動(dòng)件工作面溫升低、零件熱膨脹小、磨損率甚低、更換期甚長(zhǎng)，還使活塞組件運(yùn)動(dòng)直線性的絕對(duì)精確度高且其保持性優(yōu)良。4剛性上乘的機(jī)身，“反向”的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)壓力潤(rùn)滑系統(tǒng)和單獨(dú)制造的強(qiáng)剛性、全圓筒形十字頭滑導(dǎo)，是傳動(dòng)機(jī)構(gòu)可靠運(yùn)行的重要保證。5傳動(dòng)機(jī)構(gòu)“反向潤(rùn)滑”使曲軸無需鉆削油孔，遂徹底擺脫了油孔產(chǎn)生的嚴(yán)重應(yīng)力集中之陰影，曲軸強(qiáng)度高、剛性好、加工易。和飛輪間采用脹緊套實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)，又使曲軸免開鍵槽。在將16枚螺釘對(duì)稱、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(shí)施傳

19、動(dòng)。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(qiáng)。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(jìn)、合理，刮油環(huán)緊鄰填料設(shè)置，主機(jī)結(jié)構(gòu)極其緊湊。氣體及潤(rùn)滑油用風(fēng)冷器、冷卻風(fēng)扇頂置于壓縮機(jī)主電動(dòng)機(jī)上部的空間，不需單獨(dú)占據(jù)安裝面積。故而橇裝CNG壓縮機(jī)組的占地

20、面積遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于相同氣量、壓力參數(shù)的其它CNG壓縮機(jī)。ZM公司制造之C211316型，系兩列對(duì)稱平衡型機(jī)，各級(jí)冷卻器為風(fēng)冷式(置于機(jī)組隔聲罩之頂部，由兩臺(tái)并聯(lián)的軸流式風(fēng)扇向上鼓風(fēng)冷卻，各級(jí)氣缸自然冷卻，各級(jí)冷卻器設(shè)后分離器。行程110mm，以980rmin或1470rmin的轉(zhuǎn)速運(yùn)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(jí)壓縮。當(dāng)吸氣壓力03MPa時(shí)，轉(zhuǎn)速980rmin、供氣量5.716Nm 3min、軸功率72kW；轉(zhuǎn)速1470rmin、供氣量8.433Nm 3min、軸功率109kW。當(dāng)吸氣壓力085MPa時(shí)，轉(zhuǎn)速980rm

21、in、供氣量16.166Nm 3min、軸功率152kW；轉(zhuǎn)速1470rmin、供氣量23.75Nm 3min、軸功率222kW。級(jí)在列中的布置：自飛輪端看，左列為雙作用的第級(jí)，缸徑155mm；右列為第級(jí)一平衡容積一第級(jí)如此之級(jí)差式結(jié)構(gòu)，向軸行程的第級(jí)缸徑為11Omm，向蓋行程的第級(jí)缸徑為45mm。該機(jī)以高運(yùn)行可靠性為謀畫前提，實(shí)現(xiàn)了高度緊湊的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，將機(jī)身承受內(nèi)氣壓、杜絕氣體外泄漏和氣缸極少油(壓縮機(jī)油DIN*51506潤(rùn)滑、改善供氣品質(zhì)，這兩項(xiàng)設(shè)計(jì)策劃的核心意圖巧妙地融合為一體。配有專用機(jī)械密封的機(jī)身，承受內(nèi)氣壓(表壓可達(dá)2.4MPa。這就徹底剔除了機(jī)身不承受內(nèi)氣壓的CNG壓縮機(jī)固有之瑕

22、疵微量天然氣外泄漏入大氣。C211316型CNG壓縮機(jī)填料泄漏氣皆在被機(jī)身貯留、密封后，返回第級(jí)吸氣口。組合式的各級(jí)活塞體上均設(shè)置開有對(duì)稱斜向卸荷槽的PTFE導(dǎo)向環(huán)，各級(jí)活塞環(huán)材質(zhì)為PTFE或PEEK。高性能自潤(rùn)滑元件的采用，再輔以極少油潤(rùn)滑的優(yōu)良減磨、密封工作條件，壓縮機(jī)在外輸極低含油量高壓CNG的同時(shí)，工程塑料制導(dǎo)向環(huán)或活塞環(huán)的使用壽命當(dāng)獲保障。鍛鋼曲軸既不鉆潤(rùn)滑用油孔，也不銑傳動(dòng)用鍵槽。免鉆油孔，是因其傳動(dòng)機(jī)構(gòu)潤(rùn)滑油路設(shè)計(jì)為“反向潤(rùn)滑”，壓力油首先注入單鑄之十字頭滑導(dǎo)處，以確保十字頭銷的潤(rùn)滑條件優(yōu)良。不銑鍵槽，是因?yàn)榍S和飛輪之間由若干枚螺釘通過“彈性環(huán)”實(shí)現(xiàn)脹緊傳動(dòng)。鍛鋼連桿大頭剖分，

23、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(dòng)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(rùn)滑，還控制了小的磨損量。“反向潤(rùn)滑”油路同大直徑全浮式十字頭銷相得蓋彰，剜除了“病根”，使該機(jī)十字頭銷不再是往復(fù)活塞式壓縮機(jī)傳動(dòng)部件的最薄弱環(huán)節(jié)。傳統(tǒng)設(shè)計(jì)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(rùn)滑”油路的終端強(qiáng)弩之末該處油壓值甚低。傳統(tǒng)設(shè)計(jì)里這般弱弱結(jié)合，十字頭銷處潤(rùn)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(dāng)?shù)木?/p>

24、離，以控制自油槽外溢潤(rùn)滑十字頭的油量，以保證初始注入十字頭滑導(dǎo)的壓力油在油槽內(nèi)有足夠的壓力，滿足油路設(shè)計(jì)之需。兩列十字頭滑導(dǎo)的壓力油注入點(diǎn)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(duì)于十字頭強(qiáng)度和減輕磨損都有利。每一列的十字頭滑導(dǎo)，僅以兩枚斜向螺釘在十字頭法向力鉛垂面內(nèi)透過機(jī)身壁鎖定。當(dāng)然，十字頭滑導(dǎo)和機(jī)身之間存在配合圓柱面及定位凸臺(tái)。單獨(dú)鑄造并可精密機(jī)械加工的十字頭滑導(dǎo)，進(jìn)一步改善了十字頭的潤(rùn)滑條件，更與各級(jí)活塞的導(dǎo)向環(huán)一道，為各級(jí)活塞活塞桿組件運(yùn)動(dòng)的精確直線性提供了保障。受相對(duì)列連桿大頭運(yùn)動(dòng)的干涉，十字頭滑導(dǎo)為非整圓筒形，即必須沿鉛垂面局部削去之。可

25、承受內(nèi)氣壓(表壓達(dá)2.4MPa的氣密性機(jī)身，剛性甚佳，并擁有大容量的貯油池，還在非動(dòng)力輸入側(cè)開有兩處裝、拆十字頭銷的圓形孔(十字頭滑導(dǎo)的相應(yīng)部位亦開圓形孔。與機(jī)身配合的兩只主軸承座完全通用。曲軸兩端的專用機(jī)械密封處，和十字頭滑導(dǎo)一樣，也是傳動(dòng)機(jī)構(gòu)壓力潤(rùn)滑油的最先注入點(diǎn)。與機(jī)械密封緊鄰的兩只滾動(dòng)主軸承，不間斷地獲得來自機(jī)械密封的壓力油，其潤(rùn)滑和冷卻，當(dāng)獲確保?？煞駥⑶S非動(dòng)力輸入端軸頭封閉在機(jī)身盲法蘭之內(nèi)，從而省去一套專用機(jī)械密封呢?筆者以為，若如此則得不償失。因?yàn)橛纱斯?jié)約了一套專用機(jī)械密封，卻無可避免地招致了曲軸和機(jī)身承受沿曲軸中心線方向的、達(dá)10kN的附加軸向力，而為處理此附加力產(chǎn)生的不良后

26、果必將付出巨大代價(jià)。不容忽視的是，由于機(jī)身內(nèi)氣壓的存在，向兩副專用機(jī)械密封和兩處十字頭滑導(dǎo)同時(shí)注油(壓縮機(jī)油的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)潤(rùn)滑油泵工作壓力，必須高于機(jī)身內(nèi)氣壓值。亦即油泵屬循環(huán)油泵。第級(jí)和第級(jí)的鑄造氣缸毛坯通用。第級(jí)氣缸鑲有干式氣缸套。第級(jí)氣缸的堵頭式氣缸蓋所處位置，在第級(jí)氣缸中成為鍛鋼制第級(jí)氣缸的插入配合處。級(jí)缸亦鑲有干式氣缸套。各級(jí)氣閥均為單獨(dú)的吸、排氣閥組件，不采用高壓級(jí)同心組合氣閥。各級(jí)氣閥的安裝、工作位置，和氣缸中氣體流動(dòng)方向完全一致，即：各級(jí)氣缸均為上方吸氣、下方排氣，各級(jí)吸氣閥，皆置于氣缸上部，各級(jí)排氣閥則皆置于氣缸下部，這也完全符合API*618標(biāo)準(zhǔn)的要求?；钊麠U活塞桿套管組合結(jié)構(gòu)

27、，既用于雙作用的級(jí)列，也用于級(jí)差式的平級(jí)列?；钊M件因之獲結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化、尺寸緊湊之益。該壓縮機(jī)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(jī)組噪聲聲壓級(jí)為75db(A，1m。如有要求，可達(dá)65db(A，1m。C211-316型CNG壓縮機(jī)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(jī)設(shè)計(jì)以高運(yùn)行可靠性為前提。6.3對(duì)稱平衡型、氣缸不注油、DW系列橇裝CNG壓縮機(jī)組2002年4月24日，江蘇省經(jīng)濟(jì)貿(mào)易委員會(huì)主持了無錫壓縮機(jī)股份有限公司DW系列CNG汽車加氣站壓縮機(jī)組評(píng)審會(huì)，專家委員會(huì)對(duì)該產(chǎn)品評(píng)審意見如下：(1采用對(duì)稱平衡型，結(jié)構(gòu)合理，動(dòng)力平衡性優(yōu)，振動(dòng)小，合理的轉(zhuǎn)

28、速與行程匹配，橇裝整體布置占地面積小，安裝、維護(hù)方便。采用無油潤(rùn)滑結(jié)構(gòu)，減少油污染。(2單機(jī)容量大，效率高，適應(yīng)吸氣壓力范圍寬(02MPa0.5MPa。(3主機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要特征是傳動(dòng)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(jì)、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(jìn)、可靠的PCS(工控機(jī)+PLC儀表計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)功能除對(duì)壓縮機(jī)運(yùn)行全面進(jìn)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(yuǎn)程傳輸、故障診斷等功能，并具備采

29、集點(diǎn)易擴(kuò)充、控制多臺(tái)、系統(tǒng)運(yùn)行安全性等特點(diǎn)，且操作、維護(hù)簡(jiǎn)便，處于國(guó)內(nèi)領(lǐng)先水平。(5機(jī)組系統(tǒng)配管及綜合輔助配置實(shí)施了優(yōu)化設(shè)計(jì)，配置的輔助油站系統(tǒng)具有強(qiáng)制潤(rùn)滑措施。與會(huì)專家及代表一致認(rèn)為：該樣機(jī)的研制及工廠負(fù)荷試驗(yàn)是成功的。產(chǎn)品體現(xiàn)了綠色設(shè)計(jì)，主要技術(shù)性能適應(yīng)CNG汽車加氣站用，其技術(shù)水準(zhǔn)處于國(guó)內(nèi)同類產(chǎn)品領(lǐng)先水平，與國(guó)際同類產(chǎn)品水平保持同步。壓縮機(jī)基礎(chǔ)件采用對(duì)稱平衡型、往復(fù)活塞式、整機(jī)為二列四級(jí)壓縮，氣缸分別為平及平列級(jí)差式氣缸，作水平布置，并分布在曲軸兩側(cè)，相對(duì)兩列氣缸的曲柄錯(cuò)角為180。整個(gè)壓縮機(jī)與輔助設(shè)備及各工藝管線共同組成橇裝型機(jī)組，結(jié)構(gòu)布置緊湊，該壓縮機(jī)的慣性力(一階與二階慣性力可完全

30、平衡，慣性力矩也小接近零，壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速可相對(duì)提高。主機(jī)運(yùn)行平穩(wěn)，振動(dòng)小、噪聲低，且安裝、管理和維修方便。由于相對(duì)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(duì)中、大容量、高壓多級(jí)的CNG或其他易燃易爆的介質(zhì)的工藝流程用壓縮機(jī)，采用對(duì)稱平衡型是理想的結(jié)構(gòu)型式。采用氣缸、填料無油潤(rùn)滑設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，可最大限度的降低氣體在氣缸內(nèi)的污染，簡(jiǎn)化CNG加氣站的工藝操作，降低運(yùn)行成本，為獲得優(yōu)質(zhì)CNG氣體提供了保障。機(jī)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(yùn)動(dòng)的均衡性。機(jī)身兩端的主軸承采用水平剖分的滑動(dòng)

31、軸承，導(dǎo)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(jī)座能承受的最大負(fù)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(qiáng)度和剛度。連桿是傳遞活塞推力及將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)為往復(fù)運(yùn)動(dòng)的機(jī)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(jì)采用低比壓設(shè)計(jì)，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(jiǎn)單，使用可

32、靠。氣缸部件：一、二級(jí)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(qiáng)度灰鑄鐵材質(zhì)鑄造成形。三、四級(jí)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(jí)氣缸均設(shè)采用氣體軟氮化的處理，材質(zhì)為高強(qiáng)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(zhǎng)期運(yùn)轉(zhuǎn)導(dǎo)致缸套磨損超限后，可更換缸套，不必報(bào)廢氣缸。整個(gè)氣缸組合具有足夠強(qiáng)度。氣缸采用水冷、無油潤(rùn)滑設(shè)計(jì)，不必注油潤(rùn)滑。但對(duì)三、四級(jí)高壓缸仍保留設(shè)有注油接口，以供用戶必要時(shí)少油潤(rùn)滑使用。本機(jī)各級(jí)氣缸的壓力比分配與缸徑的選擇，除已考慮各列活塞力的均衡性和運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)利用系數(shù)，同時(shí)滿足適應(yīng)一定范圍的吸氣壓力區(qū)間，以適應(yīng)壓縮機(jī)所在地管網(wǎng)壓力的適

33、量變化。各級(jí)排氣溫度設(shè)計(jì)在135以內(nèi)?；钊考夯钊梢?、三及二、四級(jí)組成級(jí)差式活塞，低壓級(jí)活塞由HT*250灰鑄鐵鑄成，加工后表面經(jīng)鍍層處理，高壓級(jí)活塞由不銹鋼鍛制磨削加工而成。級(jí)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(bǔ)償，達(dá)到自如運(yùn)動(dòng)并保持直線性要求。同時(shí)，各級(jí)活塞前后端均設(shè)置采用低比壓值設(shè)計(jì)的導(dǎo)向環(huán)，可有效保證無油潤(rùn)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(biāo)準(zhǔn)選材，采用38CrMoAlA或42CrMo材質(zhì)，同時(shí)與填料對(duì)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

34、17-4PH。填料、活塞環(huán)、導(dǎo)向環(huán)等無油潤(rùn)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(jì)外，重視了密封元件的材質(zhì)的選用。對(duì)其材質(zhì)配方采用了列入部級(jí)科研攻關(guān)項(xiàng)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(duì)磨件的匹配性。除材質(zhì)保證外，同時(shí)制定有嚴(yán)格的無油潤(rùn)滑密封元件坯料內(nèi)控標(biāo)準(zhǔn)和壓制工藝，從配方、成型、加工等各環(huán)節(jié)實(shí)行質(zhì)量監(jiān)控。為保證填料工作的冷卻條件，防止對(duì)磨溫度升高導(dǎo)致“冷流”使密封失效，除填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(dǎo)管，通入冷卻油循環(huán)冷卻，該結(jié)構(gòu)是相當(dāng)成熟的，能有效保證填料

35、的可靠工作。一、二級(jí)氣閥采用網(wǎng)狀雙聯(lián)環(huán)閥，三、四級(jí)氣閥采用特寬通道環(huán)狀閥。為適應(yīng)CNG壓縮機(jī)在苛刻工況及無油潤(rùn)滑條件下正常運(yùn)行，除氣閥閥座、升程限制器材質(zhì)采用不銹鋼外，一、二級(jí)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(jì)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(jì)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(shí)，三、四級(jí)高壓級(jí)氣閥都采用了單獨(dú)的吸、排氣閥配置，而非同目

36、前國(guó)內(nèi)外許多CNG壓縮機(jī)的高壓級(jí)采用的同心組合閥帶來的閥隙流速高、流損大、高溫排氣對(duì)吸氣的加熱、導(dǎo)致不利于控制高壓級(jí)排氣溫度等弊端。DW系列橇裝CNG壓縮機(jī)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(4250X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(jī)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(jí)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(duì)含有重碳高組份的烴類易液化的天然氣，為防凝析，冷卻水進(jìn)入氣缸的溫度可控制高于進(jìn)氣溫度5-8。表6-5DW系列CNG壓縮機(jī)組主要技術(shù)參

37、數(shù)表6-6DW系列CNG壓縮機(jī)主要零件材料(按API*618標(biāo)準(zhǔn)6.4緊湊級(jí)差式氣缸、曲軸箱承受內(nèi)氣壓的CNG壓縮機(jī)本機(jī)(圖3-15具有鮮明的結(jié)構(gòu)特色，壓縮機(jī)為風(fēng)冷、兩列對(duì)稱平衡型、曲軸箱承受內(nèi)氣壓(等于吸氣壓力、4級(jí)壓縮者，最高排氣壓力275MPa。由于采取了倒級(jí)差級(jí)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(shí)施各級(jí)壓縮容積的密封，遂使得整機(jī)結(jié)構(gòu)極為緊湊，外形尺寸(長(zhǎng)寬高小到1400810598mm，質(zhì)量輕至545kg，主軸承中心線高度僅2794mm，制造成本降低。壓縮機(jī)的行程為8255mm轉(zhuǎn)速1475rmin，活塞平均速度達(dá)40587ms，壓縮活塞力4413kN、拉伸活塞力39

38、227kN、曲軸箱傳遞功率110kW，由電動(dòng)機(jī)直聯(lián)驅(qū)動(dòng)。曲軸箱承受內(nèi)氣壓高，當(dāng)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(jī)械密封，被供以高品質(zhì)的潤(rùn)滑冷卻油。主軸承是雙列球面滾子軸承。牌號(hào)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(jí)差級(jí)差式活塞的碩大支承面長(zhǎng)度為行程值的2.5倍?；钊h(huán)處均獲得壓力油潤(rùn)滑。配用Hoerbiger氣閥。不僅氣缸具有散熱翅片，而且夾在曲軸箱、氣缸之間，支承倒級(jí)差級(jí)差式活塞的“滑導(dǎo)”定位固結(jié)法蘭亦鑄有散熱翅片。曲軸的非動(dòng)力輸入端外伸軸頭，驅(qū)動(dòng)冷卻用軸流式風(fēng)

39、扇及傳動(dòng)機(jī)構(gòu)循環(huán)潤(rùn)滑油泵。第級(jí)氣缸鑲有干式氣缸套。級(jí)在列中的布置狀況是：級(jí)差式的左列(高壓列自蓋側(cè)至軸側(cè)為平，倒級(jí)差式的右列(低壓列自軸側(cè)至蓋側(cè)為。當(dāng)然，曲軸箱內(nèi)氣壓對(duì)兩列活塞在向蓋行程和向軸行程時(shí)，均產(chǎn)生作用力。筆者經(jīng)估算后認(rèn)為：若高壓列的平衡容積聯(lián)通第級(jí)吸氣壓力，將使該列內(nèi)、外止點(diǎn)氣體力幾近相等，可獲上佳之運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)利用系數(shù)。但若氣密措施失當(dāng)，則將導(dǎo)致自第級(jí)及第級(jí)向平衡容積漏氣過多。壓縮機(jī)的級(jí)在列中的配置方式，能以活塞力稍小的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)提供相同的氣量、壓力參數(shù)；但其功率值難以超過110kW。兩列活塞長(zhǎng)的支承面和“滑導(dǎo)”配合部位，不僅承受傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的法向側(cè)壓力，同時(shí)還因?yàn)槠溟g不能不設(shè)有活塞環(huán)而增大

40、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(dǎo)”內(nèi)孔的較快磨損將難以避免。自各壓縮級(jí)泄漏入曲軸箱的氣體，雖然因?yàn)榍S箱與第級(jí)吸氣管聯(lián)通而不致于進(jìn)入環(huán)境大氣造成溫室效應(yīng)二次污染和能源浪費(fèi)，但是從壓縮機(jī)設(shè)計(jì)角度看，這已經(jīng)是外泄漏了。亦即這降低了壓縮機(jī)氣缸工作容積的利用程度?！盎瑢?dǎo)”處活塞環(huán)的密封周緣長(zhǎng)度，顯然大大超過采用活塞桿填料結(jié)構(gòu)的密封周緣長(zhǎng)度，故可斷言其相對(duì)泄漏量大。6.5水冷、對(duì)稱平衡型CNG壓縮機(jī)組本對(duì)稱平衡型CNG壓縮機(jī)組，采用了循環(huán)水冷卻系統(tǒng)，其各級(jí)氣缸、各級(jí)冷卻器、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)潤(rùn)滑油冷卻器皆由循環(huán)水冷卻，且氣缸為無油潤(rùn)滑者，在最末級(jí)冷卻器之后還設(shè)置高壓濾油器。壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速為

41、880rmin(電源頻率60Hz或980rmin(電頻50Hz，壓縮級(jí)數(shù)為4，吸氣壓力為015MPa，排氣壓力為25MPa，吸氣溫度25，末級(jí)冷卻器后氣溫50。干氣組份(mo1：CH 4880，C 2H 660，C 3H 840，C 4H 10 20。電動(dòng)機(jī)直聯(lián)驅(qū)動(dòng)，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416Nm 3min，軸功率67kW，電動(dòng)機(jī)功率75kW，機(jī)身油池容量17L，機(jī)組質(zhì)量10t、外尺寸45m25m32m，散熱器(空氣一熱水風(fēng)扇電動(dòng)機(jī)功率22kW(6極，隔聲罩排風(fēng)扇電動(dòng)機(jī)功率05kW(4極，循環(huán)冷

42、卻水泵電動(dòng)機(jī)功率15kW(2極。A型壓縮機(jī)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833Nm 3min，軸功率125kW，電動(dòng)機(jī)功率150kW，機(jī)身油池容量30L，機(jī)組質(zhì)量13t，外形尺寸52m42m595m，散熱器(空氣熱水風(fēng)扇電動(dòng)機(jī)功率37kW(10極，隔聲罩排風(fēng)扇電動(dòng)機(jī)功率04kW(4極，循環(huán)冷卻水泵電動(dòng)機(jī)功率2.2kW（4極）。機(jī)組布置如圖3-11，而雙機(jī)組布置則如圖3-13。機(jī)組噪聲聲壓級(jí)75dB（A），1m。A型CNG壓縮機(jī)為2列對(duì)稱平衡型。動(dòng)力輸入遠(yuǎn)端列，蓋側(cè)為第級(jí)、軸側(cè)為第級(jí)，平衡容積居中；近端列軸側(cè)為第級(jí)、蓋側(cè)為第級(jí)，平衡容

43、積居中。機(jī)身鑲有單獨(dú)鑄制的十字頭滑導(dǎo)，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(duì)兩列的往復(fù)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(jī)身的動(dòng)力輸入端設(shè)置一套機(jī)械密封封油。兩列的級(jí)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(yáng)螺紋相聯(lián)接，方才完成組裝。各級(jí)活塞體皆設(shè)有導(dǎo)向環(huán)。第、級(jí)活塞均取一道活塞環(huán)槽內(nèi)共置兩道活塞環(huán)的結(jié)構(gòu)，級(jí)為4槽、8環(huán)，級(jí)為6槽、12環(huán)。第、級(jí)活塞都是組合式的，分別設(shè)有9道和12道活塞環(huán)。各級(jí)活塞環(huán)、導(dǎo)向環(huán)均由非金屬自

44、潤(rùn)滑材料制成。第、級(jí)氣缸為鑄制；第、級(jí)氣缸為鍛造，并設(shè)有由鋼板兜成之冷卻水套。第級(jí)氣缸都鑲有干式氣缸套。十字頭滑導(dǎo)下方的機(jī)身底平面與底座相固結(jié)，是支承壓縮機(jī)的主要部位。第、級(jí)氣缸端部設(shè)有支承于底座的擺動(dòng)支承。活塞桿以螺紋與十字頭聯(lián)接。近十字頭處的刮油器之功能得到強(qiáng)化，設(shè)有兩處回油孔。采用了低噪聲的PEEK閥片。第級(jí)雖取同心組合氣閥結(jié)構(gòu)，但仍使該級(jí)氣缸為上方吸氣、下方排氣，與級(jí)氣缸氣流方向完全一致。第級(jí)冷卻器被架在壓縮機(jī)主電動(dòng)機(jī)的上方、機(jī)組隔聲罩之內(nèi)。將循環(huán)水冷卻的散熱器和軸流式風(fēng)扇，及隔聲罩排風(fēng)扇皆置于罩之頂部。6.6橇座含高壓儲(chǔ)氣瓶組的對(duì)稱平衡型CNG壓縮機(jī)組（圖3-9）(1最主要的結(jié)構(gòu)特色

45、其一，各級(jí)冷卻器為風(fēng)冷式，各級(jí)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(jī)在無(缺水地區(qū)、寒冷冰凍地域運(yùn)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(jiǎn)化，降低了氣缸造價(jià)。當(dāng)然，冷卻器組件(含冷卻用風(fēng)扇之成本比水冷式冷卻器會(huì)有所增大。其二，在外止點(diǎn)活塞力較小、內(nèi)止點(diǎn)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(jiǎn)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。活塞桿活塞桿套管組合結(jié)構(gòu)這種新穎設(shè)計(jì)，直至近幾年始見于德國(guó)、美國(guó)個(gè)別CNG壓縮機(jī)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(dāng)被級(jí)差式活塞所用時(shí)，其簡(jiǎn)化機(jī)構(gòu)和減

46、少零件種類與數(shù)量的作用更強(qiáng)勁，制造方經(jīng)濟(jì)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(jì)體 25.II級(jí)壓閥罩螺栓 26.II級(jí)壓閥罩O形圈 27.II級(jí)壓閥罩 28.II級(jí)吸氣閥(1只 29.II級(jí)缸蓋定位銷 30.后部活塞桿套管 31.活塞桿平衡塊 32.II級(jí)氣缸螺栓 33.氣缸螺栓螺母 34.II級(jí)氣缸體O形圈 35.II級(jí)氣缸蓋 36.II級(jí)缸蓋O形圈 37.II級(jí)閥銷接頭 38.II級(jí)壓閥罩螺紋銷柱39.II級(jí)閥轉(zhuǎn)銷 40.II級(jí)排氣閥(1只 41.II級(jí)閥座墊圈 42.II級(jí)活塞 43.II級(jí)活塞環(huán)(3道 44.活塞平衡塊 45.螺栓(8枚，活塞平衡塊用

47、圖6-5CNG壓縮機(jī)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(jí)平衡容積第級(jí)配置了特殊的級(jí)差式活塞，向軸行程時(shí)級(jí)活塞桿承受拉伸應(yīng)力，而、級(jí)活塞之間的前部活塞桿套管承受壓縮應(yīng)力；向蓋行程時(shí)級(jí)活塞桿承受壓縮應(yīng)力，前部活塞桿套管和級(jí)活塞、十字頭之間的后部活塞桿套管亦皆同級(jí)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(fù)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要求，自不待言。被前、后部活塞桿套管包容之細(xì)長(zhǎng)的級(jí)活塞桿，亦當(dāng)具有高強(qiáng)度

48、機(jī)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(duì)兩列往復(fù)運(yùn)動(dòng)質(zhì)量之用。低壓列活塞組件中各相關(guān)零件(當(dāng)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(jí)活塞頂部的活塞桿螺母來完成。活塞桿與十字頭的螺紋聯(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(tái)，活塞桿桿身上也未銑出擰緊螺紋用的扁方。不能忽視對(duì)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(yán)格控制。否

49、則，活塞桿和活塞桿套管協(xié)同承擔(dān)工作負(fù)荷的功能必將欠佳。第級(jí)和第級(jí)活塞體上均未專設(shè)導(dǎo)向環(huán)。(3高壓列之簡(jiǎn)潔設(shè)計(jì)高壓列(第級(jí)平衡容積第級(jí)布置在近壓縮機(jī)的動(dòng)力輸入端，如圖6-6所示。一體的鋼制-級(jí)活塞體，以陰螺紋和具有陽(yáng)螺紋及活塞體軸向限位凸臺(tái)的-級(jí)活塞桿固結(jié)?；钊w在自身的級(jí)部位處，銑有擰緊螺紋用之扁方。此列的外止點(diǎn)活塞力較大而內(nèi)止點(diǎn)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(jí)氣缸(內(nèi)徑實(shí)際控制尺寸636778638048mm匹配之活塞(外徑實(shí)際控制尺寸632968631952mm與直徑已達(dá)3175mm的活塞桿直接以螺紋聯(lián)結(jié)，又何其簡(jiǎn)便、得當(dāng)!-級(jí)活塞桿與十

50、字頭螺紋連結(jié)處并緊螺母的設(shè)計(jì)，在軸向高度上刻意增高以兼作為平衡重，增大本列往復(fù)運(yùn)動(dòng)質(zhì)量到接近低壓列往復(fù)運(yùn)動(dòng)質(zhì)量的程度。聯(lián)結(jié)螺紋長(zhǎng)度并未加長(zhǎng)的并緊螺母，其長(zhǎng)母線圓柱形內(nèi)孔兜往活塞桿，以求自身往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)的平穩(wěn)性。第-級(jí)活塞體上，亦未專設(shè)導(dǎo)向環(huán)。1.(氣缸潤(rùn)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(jí)缸體聯(lián)接用 12.級(jí)壓閥罩 13.級(jí)氣缸蓋 14.級(jí)缸蓋定位銷 15.級(jí)組合氣閥 16.帶熱電偶接口的級(jí)氣缸蓋 17.-級(jí)活塞 18.級(jí)活塞環(huán)(8道 19.級(jí)氣缸套 20.級(jí)氣缸體 21.-級(jí)活塞桿 22.級(jí)壓閥罩螺栓 23.直法蘭(共2只 24.有頭螺栓(

51、2枚，-級(jí)缸體聯(lián)接用 25.O形圈 26.級(jí)缸蓋有頭螺栓(4枚 27.六角螺栓(1枚，拆級(jí)缸蓋用 28.有頭螺栓(共8枚，2只直法蘭用 29.級(jí)閥銷接頭 30.級(jí)壓閥罩螺紋銷 31.級(jí)閥轉(zhuǎn)銷 32.級(jí)吸氣閥(1只 33.級(jí)排氣閥(1只 34.級(jí)閥座墊閥 35.O形圈 36.并緊十字頭平衡螺母 37.級(jí)活塞環(huán)(4道 38.級(jí)氣缸體 39.-級(jí)氣缸有頭螺栓用六角螺母(共4枚圖6-6CNG壓縮機(jī)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(jī)是兩列、對(duì)稱平衡型，氣缸注油潤(rùn)滑，由電動(dòng)機(jī)(可改用天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)以較新穎的膜片聯(lián)軸器(全金屬?gòu)椥栽闲月?lián)軸器，圖6-7和飛輪直聯(lián)驅(qū)動(dòng)(飛輪和曲軸間為半月鍵聯(lián)

52、接。轉(zhuǎn)速1475rmin，行程762mm，活塞平均速度37465ms，電動(dòng)機(jī)功率75kW，四級(jí)壓縮，各級(jí)氣缸直徑203210166353175mm，吸氣壓力01378MPa，排氣壓力31MPa，供氣量491Nm 3min。第級(jí)活塞排量為3645m 3min。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(dǎo)內(nèi)徑1111251111504mm。低壓列平衡容積聯(lián)通第級(jí)吸氣壓力，高壓列平衡容積聯(lián)通第級(jí)吸氣壓力。圖6-7CNG壓縮機(jī)用膜片聯(lián)軸器(上：配電動(dòng)機(jī)；下：配天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)(5主要優(yōu)缺點(diǎn)評(píng)說商榷

53、筆者經(jīng)推算得知：壓縮機(jī)最大活塞力為2454kN，低壓列外止點(diǎn)氣體力-1954kN、內(nèi)止點(diǎn)氣體力+2187kN，高壓列外止點(diǎn)氣體力-2454kN、內(nèi)止點(diǎn)氣體力+758kN?？梢姡旱蛪毫袃?nèi)外止點(diǎn)活塞力均勻性良好，而高壓列內(nèi)外止點(diǎn)活塞力均勻性很差：壓縮機(jī)的外止點(diǎn)活塞力較均勻，內(nèi)止點(diǎn)活塞力卻很不均勻。按氣體力計(jì)之列的運(yùn)動(dòng)機(jī)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(dá)0947，高壓列則頗差僅為0655。由此推斷，該CNG壓縮機(jī)的連桿大頭瓦、滑動(dòng)主軸承(整圓形襯套式滑動(dòng)軸承，內(nèi)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(duì)余隙容積高達(dá)32的第級(jí)氣缸配以同心組合氣閥，

54、這就從三個(gè)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(duì)該級(jí)吸入常溫氣體加熱；第二方面是相對(duì)值甚高的余隙容積內(nèi)存留的相對(duì)質(zhì)量較大的高壓、高溫氣體膨脹對(duì)該級(jí)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(shí)存在、但居第二位的對(duì)控制第級(jí)排氣溫度不利的另兩項(xiàng)因素是：第級(jí)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(jí)壓力比分配方面，第級(jí)壓力比又對(duì)于排溫不利。第級(jí)壓力比32459僅低于第級(jí)壓力比42714，卻略高于第級(jí)壓力比32139和第級(jí)壓力比29637。該CNG壓縮機(jī)主體結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)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(jiǎn)化狀

55、況，還可與其低壓列結(jié)構(gòu)作比較的是，美國(guó)德萊賽蘭公司對(duì)稱平衡型HOS系列三級(jí)天然氣壓縮機(jī)的左列。具有補(bǔ)充余隙容積的缸徑較大的第級(jí)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(jí)。顯而易見，本壓縮機(jī)活塞、氣缸結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的多。當(dāng)然，其缸徑較小，工作壓力較低，也不無關(guān)系。然而該機(jī)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(fèi)節(jié)省、加工費(fèi)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(shí)施連接；機(jī)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(jì)都方便了裝配與

56、檢修。機(jī)身上鑲的整圓筒形十字頭滑導(dǎo)和無滑履的十字頭配合工作(參看圖6-8，其潤(rùn)滑條件因滑導(dǎo)可獲精細(xì)加工而改善，同時(shí)方便了它們?cè)谀p超限后的更替。第級(jí)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(shí)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(dāng)所招致的氣體外泄漏。連桿小頭配有滾針軸承。鍛鋼制雙曲拐曲軸的二外側(cè)曲柄處均有一體鍛成的平衡重，以謀求相對(duì)兩列的往復(fù)慣性力矩平衡。小尺寸的曲軸和連桿，仍然都鉆有潤(rùn)滑用油孔。(6曲軸非動(dòng)力輸入端機(jī)構(gòu)曲軸的非動(dòng)力輸

57、入端傳動(dòng)輔助組件的機(jī)構(gòu)，雖甚復(fù)雜卻不失為緊湊。壓縮機(jī)的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)潤(rùn)滑用齒輪油泵和氣缸潤(rùn)滑用注油器，都由它帶動(dòng)。油泵還將部分油量泵送至注油器油池。注油器輸出的高壓力油經(jīng)分配器注入氣缸、填料。曲軸非動(dòng)力輸入端還驅(qū)動(dòng)同軸安裝、和曲軸同轉(zhuǎn)速工作的軸流式冷卻風(fēng)扇，為風(fēng)冷式各級(jí)冷卻器鼓風(fēng)冷卻。外徑約800mm的扇葉，其翼尖圓周速度約62ms。曲軸非動(dòng)力輸入端之如此負(fù)荷，如若僅以二主軸頸處之滑動(dòng)主軸承(整圓筒形襯套來懸臂支承，顯然欠妥。事實(shí)上，該CNG壓縮機(jī)在曲軸非動(dòng)力輸入之外伸端，特增設(shè)一只與主軸承中心線同心的外伸滾動(dòng)軸承。此軸承鑲在與機(jī)身配合的前蓋上。前蓋和機(jī)身之間的封閉空間，容納了潤(rùn)滑油系統(tǒng)的傳動(dòng)和供油機(jī)構(gòu)。受惠于風(fēng)扇，機(jī)身下部油底殼內(nèi)所貯存之潤(rùn)滑油，可收最先吸納冷風(fēng)冷卻之良效。風(fēng)