基石:库珀水平梁占据主导地位
19 五月 2026
《压缩技术的基石》系列丛书重点介绍了160多年来持续发展过程中众多具有里程碑意义的产品。本期是三期系列丛书的最后一期,追溯了20世纪初大型卧式燃气发动机压缩机的出现,以及C & G Cooper公司(后更名为Cooper-Bessemer公司)如何崛起,并在之后的四十年里成为这些巨型机器的主要制造商。
在生产出第一台大型卧式燃气发动机压缩机后短短十余年,该公司便主导了天然气管道压缩市场。如图1所示,串联式压缩机组的压缩机端只是这台庞大机器的一小部分,整机以多个部件运输,需要在压缩机站安装时进行重新组装和精确对准。
发动机的地基以及对发动机两部分进行调平与校准的过程至关重要。事实上,地基是双联发动机两部分保持对齐的唯一保障。因此,这类发动机需要极其坚固的地基,以确保即使发生沉降,也能使发动机整体沉降,而不会导致两部分错位。
由于这些发动机两侧的长度较大,从冷启动到正常工作温度时,其长度变化相当大。为了解决这个问题,设计人员只将主框架牢固地用螺栓固定在底座上,而将中心气缸支撑件(隔件)和尾导轨放置在带有加工导轨的底座上,这样它们就可以因温度变化而自由伸缩。图 2 展示了 Cooper 22 型尾导轨的这种结构。
这些发动机的另一个特点是,由于连杆和活塞在两端和中间都得到充分支撑,它们的重量不会作用于气缸壁。因此,气缸上唯一的磨损力来自活塞密封环。这也是这些发动机寿命极长的原因之一。这些发动机最初采用低压接通断点火系统,每个气缸使用两个点火器。随着技术的进步,点火系统在发动机的使用寿命期间也进行了升级。
尽管库珀公司生产的卧式发动机功率范围从 50 马力(37 千瓦)到 1600 马力(1193 千瓦),但最常见的是其冲程为 36 英寸(毫米)的 22 型发动机及其排量更大的 24 型和 26 型发动机。22 型双缸发动机采用最初的偏心凸轮设计时额定功率为 970 马力(723 千瓦),而采用下一代凸轮设计时则为 1000 马力(746 千瓦)。两款发动机的额定转速均为 125 转/分。双缸发动机-压缩机的尺寸为长 52.5 英尺(16.0 米)、宽 21.7 英尺(6.6 米)。该双缸发动机使用的直径为 14 英尺(4.27 米)的飞轮重达 30,000 磅(13,605 公斤)。整台22型发动机的运输重量为260,000磅(117,914公斤),重量比高达260磅/马力(158公斤/千瓦)。当然,为了便于运输,这些发动机被拆解成许多部件,以便吊装到铁路货车、重型货车或雪橇上,运往偏远地区。
哥伦比亚天然气输送公司位于西弗吉尼亚州罗克波特的压缩站是最后仍在运行的22型发动机之一。该站的三台库珀22型卧式发动机一直用于地下储气库的天然气注入和抽取,直至2013年退役。一个由六人组成的维护团队,加上一名站长,负责保持站内设备一尘不染,并确保按需运行。他们还负责所有维护工作,包括每运行2万至3万小时后拆卸发动机进行检查和维修。这些大型发动机于1954年安装在罗克波特,但它们是从一座建于1916年的早期压缩站搬迁过来的。因此,这些最古老的发动机在两个不同的压缩站运行了近一个世纪。
小型机型也相继问世,1926年是库珀卧式发动机压缩机产量最高的一年,共生产了269台。从1909年到1929年与贝塞麦公司合并,库珀公司共生产了1618台卧式燃气发动机压缩机,总功率达379,400马力(282,923千瓦)。贝塞麦公司的大型工厂为产量的增长提供了支持,而随着早期州际管道的建设,产量也随之增长。合并一年后,更大的24型和26型卧式压缩机问世。图3展示了位于堪萨斯州东部狭长地带管道站的三台串联式24型压缩机。
大多数卧式机型的生产一直持续到20世纪40年代。库珀-贝塞麦卧式燃气发动机-压缩机的生产最终于1952年结束,距离第一台机组交付已有43年,距离更紧凑的整体式V型角发动机-压缩机首次进入市场也有16年。设计保守且坚固耐用的卧式机组极其可靠,但最终,其高昂的成本和复杂的安装方式使其被更轻便、成本更低的整体式V型角发动机-压缩机所取代。表1总结了1909年至1952年间库珀和库珀-贝塞麦四冲程卧式燃气发动机-压缩机的生产情况,总计生产了2802台,总功率约为1,362,100马力(1,015,735千瓦)。
一个有趣的脚注是,在 1955…
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