28 十一月 2023
《压缩技术的基石》系列文章在160多年的持续发展历程中,重点介绍了众多重要的产品和公司。然而,也有一些优秀的发动机和压缩机设计理念最终以失败告终。从本期开始,本系列文章将简要介绍《压缩技术的基石》的几个著名产品开发失败案例。
Dresser径向燃气发动机-压缩机
尽管高速燃气发动机压缩机的研发领先时代数十年,但其研发的失败却意外地促成了德莱赛-克拉克公司的成立。
1930年,美国几乎所有天然气管道都使用SR Dresser制造公司提供的接头。该公司利润丰厚,正在寻求扩张机会。Dresser公司发现,除了管道之外,压缩机是管道建设中最大的支出。
管道长度大幅增加,需要更强大的压缩机才能将天然气输送得更远。德莱塞尔认为,汽车、飞机和船舶行业的发动机技术进步,尤其是在阀门改进方面,可以借鉴到更经济、更小巧、更轻便、转速更高的压缩机中。
德莱赛公司在压缩机设计方面并无经验,但其管理层和工程师既有雄心壮志,也有雄厚的资金来开展这项事业。霍普天然气公司一位杰出的燃气工程师豪威尔·库珀提出并推广了径向发动机和压缩机的理念。借鉴飞机发动机的设计,气缸将围绕轴呈径向排列,而非水平排列。这种类型的装置应该占用空间更小、重量更轻、成本更低,但动力却更强劲。1931年初,德莱赛公司悄然启动了最初被称为“豪威尔高速压缩机”的项目。之所以没有使用“库珀”这个名字,是因为库珀-贝塞麦公司当时已经是燃气发动机压缩机的最大生产商。
Dresser 八缸径向压缩机设计行程为 8 英寸(203 毫米),最高转速可达 1250 转/分,在 1936 年引入气体压缩行业时,可谓遥遥领先于时代。项目资金已到位,目标是在1932年1月前完成首台样机的“组装和完善”。然而,当这一时间临近时,人们翘首以盼的星型发动机和压缩机却远未完成。随着开支不断攀升,各种意想不到的难题似乎每天都在出现,阻碍着这项雄心勃勃的项目。
尽管大萧条导致公司在1933年首次亏损,德莱赛公司依然坚定不移,他注意到天然气工程师们对径向压缩机的热情空前高涨。技术的有序发展需要一系列中间步骤才能最终达成目标,但这款压缩机却试图跳过这些步骤。它的转速高达1250转/分,而非传统的250转/分,尽管转速提高了五倍,但机器的体积和重量却比现有设备更小。标准压缩机常用的部件无法直接用于径向压缩机。实际上,每个部件都必须从零开始研发。例如,当需要新的火花塞时,德莱赛公司就必须自行研发。为了找到足够耐用的钢材来制造高速阀门,他们进行了大量的实验,而这些实验的耗时也必然比预期要长。
第一台实验型设备终于在1934年初准备就绪,可以进行测试,但其运行并不理想,阀门结构需要进行改进。不过,据预测,在下一个天然气需求高峰期到来之前,德莱赛公司将在当年晚些时候开始接受一些试订单。
但重新设计的机组直到1935年11月才准备好进行实地测试。第一台发动机在德莱赛工厂连接到一台发电机,输出功率超过600马力(447千瓦),运行状况良好。第二台机组已在现场,持续向管道输送天然气。
这台径向压缩机外观“笨拙”,因此公司聘请了一位工业设计师,将其原本“杂乱无章的管道和接头”改造成一个外形流畅、钢制外壳的装置。然而,润滑和振动问题依然存在。潜在客户在目睹了现场装置的问题后,开始失去兴趣,德莱赛公司决定聘请外部机构评估径向发动机和压缩机的可行性。顾问的结论是积极的,但他们指出,德莱赛公司缺乏足够多的压缩机专家工程师,其生产设施也无法满足这项雄心勃勃的任务。收到顾问报告后,董事会批准追加资金建造两到三台新装置,公司开始寻找经验更丰富的工程师团队和更完善的生产设施。他们无需远寻,因为距离约20英里(32公里)处就有一家克拉克兄弟公司。尽管德莱赛的压缩机将与自己的产品构成竞争,但克拉克兄弟公司需要这份工作,因此很高兴能参与这个项目,尽管他们对其实用性持怀疑态度。
这块1937年的铭牌来自德莱赛公司售出的八台径向发动机和压缩机组之一。这些极具创新性的机器由克拉克兄弟公司为德莱赛公司制造,该公司于1937年7月被德莱赛公司收购。1936年结束前,成功似乎近在眼前。哥伦比亚天然气电力公司同意为其糖树林油田购买一台径向机组。一份题为“德莱赛公司推出一项工程成就!”的精美彩色宣传册宣称,这标志着“天然气运输经济性新发展的开端”。这款紧凑型机组由两个独立的部分组成,安装在同一个底座上,并通过全金属柔性联轴器连接。这台八缸、缸径8英寸、行程8英寸(203毫米×293毫米)的水冷式二冲程径向发动机,在1000转/分时可产生500马力(373千瓦)的功率。压缩机则为四缸或八缸、行程8英寸(203毫米)的径向式压缩机。德莱赛公司似乎即将迎来期待已久的技术和市场突破。
德莱赛的其他业务发展良好,尽管它对径向发动机的未来依然保持乐观,但径向发动机的研发项目却带来了一个意想不到的机遇。克拉克兄弟公司以其精良的发动机和压缩机享誉全球,但大萧条严重损害了其财务状况。1937年7月,德莱赛收购克拉克兄弟公司,最终证明这对两家公司来说都是一项意义非凡的举措。
1939 年的某个时候,径向发动机和压缩机项目最终被放弃。该项目耗资超过 50 万美元研发,却在仅售出 8 台后悄然终止。虽然实现了轻量化高功率的目标,但这些机组重量过轻,无法在高转速下连续运行。然而,克拉克兄弟公司 (Clark Bros. Company) 推出的新型 RA 型角式发动机-压缩机却取得了意想不到的成功,这多少缓解了人们的失望。到 1940 年,克拉克兄弟公司拥有了充足的资金用于发展,其销售额超过了德莱赛 (Dresser) 集团所有其他业务的总和。从很多方面来看,径向发动机项目为德莱赛-克拉克公司在未来数年内投入大量研发资源树立了榜样。