大型卧式燃气发动机压缩机的出现

在天然气工业的早期，天然气利用井口的自然压力，通过短管道输送到附近的城镇和用户。不久之后，这种天然的“岩层”压力开始下降，因此必须使用压缩机将天然气压力提升到足以克服管道损耗并输送到用户的水平。最初，这些压缩机体积相对较小，由蒸汽驱动。第一台天然气压缩机于1883年问世，由一台580马力（433千瓦）的蒸汽机驱动，可提供6磅/平方英寸（0.4巴）的排气压力。诸如螺纹连接和德莱赛接头等技术突破使得压力更高的管道得以逐步建成。最早的压缩站使用一台往复式蒸汽机和一台独立的往复式压缩机，两者通过扁平皮带或绳索连接。这些压缩机是由兰德-沃林钻机和压缩机公司、英格索尔-萨金特岩石钻机公司、西屋机械公司和莱德洛-邓恩-戈登公司等企业生产的空气压缩机改装而成。这些压缩机是经过改造的空气压缩机，由兰德-沃林钻机压缩机公司、英格索尔-萨金特岩石钻机公司、西屋机械公司和莱德洛-邓恩-戈登公司等企业生产。当时，直驱式发动机和压缩机组尚未发明。

典型的蒸汽机驱动气体压缩机，约 1904 年。

一些卧式整体式蒸汽机燃气压缩机在19世纪80年代末期就开始投入使用。图1所示为一台伯里（Bury）卧式蒸汽机燃气压缩机，与1900年前后使用的许多其他压缩机类似。随着在远离市场的偏远地区发现新的气田，对更大功率的直驱式蒸汽机压缩机的需求日益增长。这些大型压缩机的制造商包括艾利斯-查尔默斯（Allis-Chalmers）、伯里（Bury）、C. & G. 库珀（C. & G. Cooper）、莱德洛-邓恩-戈登（Laidlaw-Dunn-Gordon）和西屋（Westinghouse）。但蒸汽机需要锅炉，通常以煤或木材为燃料，需要持续维护，并且消耗水资源，所有这些都增加了成本，并给偏远地区的运营带来了后勤方面的挑战。

到了19世纪末，许多公司开始生产小型天然气发动机。这些发动机在油井口很常见，有些甚至取代了蒸汽机，成为皮带驱动式压缩机的动力源。

为母公司标准石油公司生产大部分泵设备的美国国家运输公司（National Transit Company）制造了第一台大型卧式燃气发动机压缩机。这台巨型机器如图2所示，于1899年安装在宾夕法尼亚州朱厄特山附近。这台双串联发动机在曲轴一侧设有四个直径25英寸（635毫米）、行程48英寸（1219毫米）的单作用动力缸。曲轴另一侧则分别设有一个直径31英寸（787毫米）、行程24英寸（610毫米）的低压压缩机缸和一个直径15.25英寸（388毫米）、行程24英寸（610毫米）的高压压缩机缸。美国国家运输公司将这台发动机的额定功率标为1000马力（746千瓦），但人们怀疑这四个二冲程气缸是否真的能产生如此大的功率。美国国家运输公司位于宾夕法尼亚州石油城的工厂只生产了两台这样的发动机。

早期库珀·科利斯卧式蒸汽机。

位于纽约州布法罗的斯诺蒸汽泵厂于1901年利用国家运输公司的图纸和模型制造了第一台燃气发动机压缩机。到1902年，斯诺公司已研发出自己的四冲程卧式整体式燃气发动机压缩机。该公司为霍普天然气公司位于西弗吉尼亚州的黑斯廷斯站建造了两台缸径38英寸、行程60英寸（965 x 1524毫米）、功率4000马力（2983千瓦）的巨型机器。几年后，这两台庞然大物被拆解并组装成四台独立的机组。1904年，斯诺公司为位于俄亥俄州霍默的俄亥俄燃料天然气压缩站建造了三台大型卧式发动机压缩机。有趣的是，这些机器是由位于附近俄亥俄州弗农山的C. & G. Cooper公司为斯诺公司制造的。

其他几家公司也凭借大型卧式燃气发动机压缩机进入了天然气管道市场。其中一家早期取得成功的公司是西屋公司，该公司于1905年推出了首款用于天然气压缩的卧式整体燃气发动机压缩机。位于威斯康星州密尔沃基的阿利斯-查尔默斯公司也生产了一些用于管道的压缩机。斯诺公司一直是大型卧式燃气发动机压缩机的早期供应商，并于1916年发展成为沃辛顿泵业机械公司的一部分。

C. & G. Cooper 公司成立于 1833 年，是大型科利斯蒸汽机的领先制造商。该公司曾制造过大型立式和卧式蒸汽机，例如图 3 所示的型号。到 20 世纪初，该公司还为工业应用制造了多台卧式蒸汽机燃气压缩机。然而，库珀公司面临着一个十字路口。在其发展历程中，该公司已制造了约 15,000 台蒸汽机，市场对科利斯蒸汽机的需求依然强劲。但是，蒸汽轮机的尺寸和效率都在迅速提升，似乎注定要取代大型科利斯往复式蒸汽机。与此同时，以天然气为燃料的大型发动机在蓬勃发展的钢铁行业中取得了成功，并有望用于管道天然气的压缩。公司决定转型生产天然气内燃往复式发动机。由于公司内部无人熟悉燃气发动机，库珀公司开展了一项广泛的调研，并决定在其设计中融合多种发动机的最佳工程特性，打造一款全新的发动机。德国工程师马丁·A·蒂尔受聘领导这项工作。

National Transit卧式燃气发动机压缩机，1899年。

库珀公司于1909年推出了首台卧式整体式燃气发动机压缩机。这台功率为730马力（544千瓦）、转速为90转/分的机器，配备一个单冲程串联双作用卧式动力缸，缸径为20英寸（508毫米），行程为42英寸（1067毫米），以及一个相同缸径和行程的对置双作用威尔逊-斯奈德压缩机缸。该机器安装在西弗吉尼亚州，用于为惠灵天然气公司压缩天然气。由于其结构复杂，一位销售员曾用“活塞今天运转，明天就停止运转”来形容它的低速运转。尽管如此，它仍然提供了长期可靠的服务，并开启了库珀公司进军天然气管道输送行业的征程。在20世纪的大部分时间里，库珀公司都将在该行业占据主导地位。库珀早期的一些燃气发动机经验很可能“继承”自纽约州布法罗的斯诺发动机厂，因为记录显示，到 1910 年，库珀已经制造了四台斯诺设计的 920 马力（686 千瓦）、缸径 22 英寸（559 毫米）、行程 48 英寸（1219 毫米）的双联双作用燃气发动机压缩机。同年，库珀还制造了一台 455 马力（339 千瓦）、转速 150 转/分、缸径 21 英寸（533 毫米）、行程 30 英寸（762 毫米）的单冲程双作用燃气发动机，用于驱动直流发电机。