艾里尔天然气压缩机和艾里尔公司

艾里尔天然气压缩机和艾里尔公司刘锡麟原发表于《天然气汽车》杂志1999年第3期新浪博客《秋林红似火》摘要作者依据在艾里尔公司学习考察的体验和艾里尔天然气压缩机的运行实践，详细论述了艾里尔天然气压缩机的先进技术和性能特点，并对艾里尔公司的工艺技术和质量管理经验进行了简要介绍，这对提高我国天然气压缩机制造业的技术水平，促进天然气汽车产业的发展都是一个有益的借鉴。关键词天然气压缩机艾里尔公司（ARIEL）是美国著名压缩机生产商之一，位于俄亥俄州（OHIO）的芒特沃农（MountVernon）工业园区，距州首府哥伦布（COLUMBUS）大约50分钟的车程。艾里尔公司成立于1966年，主要生产往复式气体压缩机，规格从5匹马力到6000匹马力。这些压缩机广泛应用于各种领域，如天然气采集，管道输送、天然气储存、气动开采、涡轮燃气、制冷系统、海上测量、氢气回收等。天然气压缩机仅占很小的比例。近年来，随着天然气汽车和CNG加气站的飞速发展，艾里尔公司（ARIEL）已为越来越多的中国用户所熟悉。1998年6月我有幸去美国艾里尔公司（ARIEL）进行了短期的学习和考察，使我对艾里尔压缩机和艾里尔公司（ARIEL）有了更进一步的认识和了解。一、艾里尔压缩机的结构特点和技术参数1•结构特点⑴水平卧式对称平衡结构采用这种结构形式，压缩机在运转时，活塞连杆机构产生的惯性力，可以得到最大程度的平衡，不需设置平衡惯性力的飞轮（仅有一个平衡螺母）。因而，压缩机振动很小，驱动机的功率脉动也小。由于采用水平卧式结构，压缩机的占地面积相对较大。⑵标准化的模块式部件设计压缩机整体设计采用了标准化的模块式结构，其主要部件，如曲轴箱、机架、机头、气缸等，按照系统排量、进、排气压力、介质、驱动机、冷却方式等条件，形成了7个系列、40个型号和数百种规格。可根据用户的不同需要方便地进行组合。而且不同机架所用的同类部件最大程度的标准化，具有很高的互换性，可以大大降低用户的备件储存量。（压缩机的标准型号规格详见表1）⑶压缩机的空气冷却方式压缩机气缸和各级级间压缩天然气的冷却，采用了空气冷却方式进行，简化了结构，降低了成本，减少了冷却系统的维修量。尤其适用于橇装式加气站。一方面创新的非冷却气缸设计，具有宽大口径的气体通道，去掉了水冷缸套，使气缸结构大大简化。和水冷气缸相比有很多优点，比如，设计的宽气道，使气体通透量更大，气流更稳定。由于降低了压力落差损失，减少了气体的脉动和压降，而且导入的气体又无须预热，使总效率大大提高。另一方面，采用空冷每级压比可以设计得较低，有效地降低了每一级压缩后气体温度的上升幅度，每一级的排温就可以相应较低，减轻了冷却器的热负荷。也不需要在气缸周围设置专门的散热翅片。由于天然气在压缩过程中，每一级压缩后都需要经过冷却和冷凝过滤，所设置的空气冷却器，在冷却天然气的同时，也使压缩机气缸得到冷却。表1艾里尔天然气压缩机系列规格表（部分）统流量50SCFM100SCFM150SCFM200SCFM300SCFM500SCFM1000SCFM1500SCFM进气压力\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为美国的标准状态，温度是15°C;而NiWh则表示中国标准，温度是20°C。⑷直联驱动、高速运行艾里尔天然气压缩机，一般都采用电机或天然气发动机直联驱动的方式高速运行，其中电机驱动一般取同步转速为1500转/分；而天然气发动机驱动一般取1800转/分。这样，在气缸和压缩机整体较小的情况下，可产生较大的气体排量。当然这样的转速对压缩机的设计和制造工艺水平提出了较高的要求，否则就会加剧机件的磨损，缩短运动件的使用寿命。⑸气缸采用少油润滑方式少油润滑是指压缩机通过一个专门的润滑油分配机构定时、定量地将润滑油加入气缸壁和密封机构等处，以保证活塞在气缸中运动和密封的需要。另外专门设计的刮油环，可以防止曲轴箱内的润滑油，被活塞杆带入气缸，而增加消耗。与有油润滑相比，这种润滑方式使润滑油的消耗量大大减少；和无油润滑相比，这种方式降低了压缩机在气缸、活塞环的设计、选材及制造工艺等方面的苛刻要求。缺点是在每一级天然气排气管路中，需设计一个高质量的油气冷凝分离器。⑹独特的密封结构和十字头设计专门设计的密封腔用于把气缸和曲轴箱隔开，它收集通过填料密封泄漏来的气体并送入气体回收装置，其中的辅助环有效的积聚了压力，并阻止气体漏入曲轴箱，这样利用持续且纯净的气体可使压缩机获得完全密封的能力。活塞杆上的填料密封用于限制天然气经活塞环间隙向曲轴箱内的泄漏。采用直接全压润滑的十字头导向设计使活塞能保持良好的往复直线运动，有助于降低活塞运动时的侧向力，大大减少气缸和活塞环的磨损，还可以有效地减少双作用活塞运动时压缩天然气的泄漏。⑺先进的链条传动驱动润滑油泵的辅助传动装置采用了链条传动，并处于完全封闭的曲轴箱内，使噪音大大降低。⑻创新的阀门设计按照已有的低阀速标准，选取了为现代速度设计的板阀。活塞速度不超过74.5米/分时，压缩机采用金属阀板，超过274.5米/分时，采用非金属阀板，许多应用中也采用了高效率提升阀。活塞冲程与阀门的精密配合，使阀门速率和寿命最优化。⑼严密的负载计算材料受力和轴承载荷都经过精确计算和反复测试，以便消除应力破坏的任何可能性。2•技术参数这里仅就用于天然气的部分系列压缩机的技术参数作一简要介绍。⑴压缩机机架型号JGM(JGP)JGN(JGQ)JG(JGA)JGWJGRJGJ机头数/1,/2/1,/2/2,/4(/2,/4,/6)/2,/4/2,/4/2,/4/6冲程 （mm）89(76)89(76)89(76)10810889转数（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机头功率（kW）63(63)94(104)188(209)242321462⑵活塞杆、连杆、十字头和曲轴全部载荷 （N）5337980068(88964)106757142343186825拉力 （N）2668940034(44482)533797117293413压力 （N）3113844482(48930)6672388964102309主轴径 （mm）82.5582.55104.78曲轴延性铁锻钢延性铁锻钢連杆延性铁锻钢延性铁锻钢十字头灰铁延性铁灰铁延性铁十字头轴衬无青铜无青铜中心距 （mm）209.55260.35活塞杆直径（mm）28.5838.10中心轴高 （mm）234.95260.35304.80机架相同机架相同机架相同⑶压缩机气缸级 另9操作方式材料孑L 径最大工作压力8 SP串列一单向作用延性铁191,203mm3MPa3-3/4SP串列一单向作用延性铁89,95mm8.7MPa4-3/8SP串列一单向作用延性铁105,111mm6.4MPa3 JGT串列一单向作用球墨铸铁70,76mm15.1MPa3-5/8JGT串列一单向作用球墨铸铁86,92mm9.1Mpa3 JG双动球墨铸铁70,76mm15.2Mpa3-5/8JG双动球墨铸铁86,92mm9.1Mpa4-1/8JG双动灰铁98，105mm8.8Mpa5-1/8JG双动灰铁121，130mm6.0Mpa6-1/2JG双动球墨铸铁156，165mm4.4Mpa7-1/2JG双动灰铁181，191mm4.1Mpa级 别操作方式材料孑L 径最大工作压力8-7/8JG双动灰铁216，225mm2.6Mpa11 JG双动灰铁267，279mm1.0Mpa13-1/2JG双动灰铁330，343mm0.8Mpa注：括号中的JGP、JGQ、JGA仅适用于工频为60Hz的电机二、压缩机的制造工艺技术艾里尔（ARIEL）天然气压缩机不仅在设计上具有独到之处，而且在工艺技术方面更胜一筹。1•树脂砂精密铸造曲轴箱、机架、气缸体等外壳部件都采用树脂砂精密铸造，使这些零件在满足强度要求的条件下体积最小，消耗的材料最少。2•离子氮化处理活塞杆和气缸内表面经离子氮化处理，增加了表面的硬度，提高了表面光洁度，大大减少了密封环和气缸内表面的磨损。强力锻造和精密研磨加工曲轴和连杆都采用合金钢经强力锻造而成，重型曲轴上带整体式平衡锤，表面经淬火变硬，增加耐磨性。配合面又经过精密研磨加工，使表面粗糙度大大降低，提高了配合精度，也延长了零件的使用寿命。活塞和活塞杆加工工艺活塞由耐磨的球墨铸铁或铸钢铸造成型，并经精密加工。活塞杆由合金钢精密研磨加工而成，带一个锁紧十字接头螺母。十字头组合件制造工艺十字头组合件包括十字头导向滑块、十字接头、十字头销、和十字头销衬套等件。导向滑块由灰铁铸造而成，顶部和底部加工有油孔，可得到直接全压润滑使磨损最小；十字接头用球墨铸铁铸成，具有巴氏合金瓦表面、全浮动十字头销、带“贯穿螺栓”及端盖；十字头销由合金钢制成，表面经淬火处理硬化到HRC60；十字头销衬套由青铜加工而成。三、严格的质量控制艾里尔公司（ARIEL）为了使自己的产品保持世界一流水平，不仅在生产过程中对工艺流程进行了严格的控制，而且从产品设计、生产制造、经营销售、到售后服务的全过程都规定了十分苛刻的质量要求。由于他们在质量控制和企业管理方面的杰出成就，被评为美国150个A级MRPII制造厂（MRPII是集库存、调度、规划、生产和制造为一体，并拥有收发货的完整机构）。同时于1995年获得了国际IS09001标准的质量认证。1严格控制工艺流程这种控制不是单靠行政管理，而是依靠整个组织系统。艾里尔（ARIEL）生产过程的基本单元是小组。艾里尔（ARIEL）的小组群就像一个小公司，他们共同负责生产高质量的产品。因此小组能够自由选择自己的工作方式，小组成员可以决定他们自己的工作分工、工作方式、甚至平面布置图。2.操作工编制数控程序为了生产高质量的零部件，艾里尔（ARIEL）注意培养数控机床操作工自己编制加工程序，因为他们最熟悉对机床的精确调整，所编程序更能保证零件的加工质量。3•人人对加工质量负责为了对加工的质量负责，每个零件上都标有加工者的工号。以便进行质量检查，同时也容易发现质量好的加工工人，进行表彰。4严密的组装标准压缩机的组装遵守一整套严格的标准，保证符合艾里尔（ARIEL）公司严厉的质量控制要求。5.—丝不苟的压力试验艾里尔（ARIEL）生产的所有气缸均要接受压力达到最大允许工作压力150%的水压试验，合格后方可进行下道工序。6•十分严格的预调试车艾里尔（ARIEL）在每一台压缩机出厂前，都要使用特种磨合油，为每台机器进行至少四小时的试车，以确保各部件的兼容性，并预调所有润滑系统。试车后，对整台机器进行彻底的内部检验，然后将检查员铭片贴在合格的设备上出厂。7.基础理论研究永不松懈为了保持产品的技术优势，艾里尔（ARIEL）非常重视基础理论研究，不断推出新的