09 五月 2026
C. & G. Cooper 公司成立于 1833 年，在其发展历程直至 20 世纪初，共制造了约 15,000 台蒸汽机。该公司曾是大型科利斯蒸汽机的领先制造商，但随着蒸汽轮机似乎注定要取代蒸汽机，Cooper 公司面临着一个十字路口。随着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成功，并且天然气管道压缩技术也展现出巨大的潜力，该公司决定转型生产天然气内燃往复式发动机。
尽管库珀公司曾为斯诺蒸汽泵厂制造过几台大型燃气发动机压缩机，但直到1909年才推出自主设计的卧式整体式燃气发动机压缩机。1911年，库珀公司制造了三台功率为305马力（227千瓦）、转速为125转/分、缸径为21英寸（533毫米）、行程为24英寸（610毫米）的单冲程串联双作用发动机压缩机。在1912年至1915年的四年间，该公司开发了更多卧式结构，并生产了44台。其中最大的两款是功率分别为965马力（720千瓦）、转速107转/分、缸径21.5英寸（546毫米）、行程42英寸（1067毫米）和1300马力（969千瓦）、转速94转/分、缸径24英寸（610毫米）、行程48英寸（1219毫米）的双串联式发动机压缩机。首批缸径分别为19英寸（483毫米）、行程24英寸（610毫米）和21.5英寸（546毫米）、行程36英寸（914毫米）的卧式燃气发动机压缩机于1913年制造，分别是19型和22型发动机压缩机的前身。这两款机型在接下来的三十年中广受欢迎。在1913年之前，库珀发动机压缩机配备的是其他制造商的压缩机气缸。但库珀很快开发出了自己的压缩机气缸系列，该系列产品成为管道应用的标准，甚至被用于竞争对手的燃气发动机。
库珀燃气发动机-压缩机的卧式双作用四冲程动力缸设计，是其在工业应用领域积累的丰富蒸汽机经验的自然延伸。蒸汽机设计中的许多元素，例如主框架、曲轴、飞轮和十字头，几乎原封不动地被应用到卧式燃气发动机中。这种四冲程双作用串联卧式发动机将成为主流。双作用气缸将动力传递到单个气缸内活塞的两侧。通过中间连接件将双作用动力缸首尾相连，每个曲柄行程即可提供四个动力端。外端由尾部导轨支撑。在飞轮的另一侧安装一个镜像对称的双缸单元，总共可提供八个动力端，用于驱动位于框架另一端的两个压缩机气缸。如图 1 所示，这两个侧面通过曲轴连接，曲轴两侧都有曲柄，飞轮支撑在曲轴的中心。
1922 年原装 Cooper Type 22 燃气发动机压缩机，带偏心轮和推杆。当需要较小的动力装置时，用户可以订购一台单联式发动机。这种发动机由安装在同一框架上的两个动力缸、飞轮和曲轴组成，只有一个曲柄。曲轴的外端由一个大型底座轴承支撑。
有时，用户会购买一台单缸串联发动机，然后通过添加另一侧和新的曲轴将其改装成双缸串联发动机。
在蒸汽机制造中，通常的做法是由支撑动力活塞杆外端的尾杆十字头驱动压缩机，一些早期的库珀蒸汽机燃气压缩机就是采用这种设计制造的。然而，对于燃气发动机而言，更常见的做法是将压缩机安装在发动机的曲柄端，如图2所示（图2取自1920年的产品目录）。这需要延长主框架以提供额外的十字头，以及一组拉杆来直接驱动该十字头，进而驱动压缩机活塞杆。虽然这增加了发动机的成本，但却使站房设计更加简洁，因为这样可以将所有燃气吸入和排出管道布置在建筑物的一侧，而将发动机的进气和排气管道布置在另一侧。
与蒸汽机设计相比，该发动机的一大突破在于不仅需要冷却气缸壁，还需要冷却活塞和连杆。为了实现这一点，在活塞杆中心钻出一条贯穿整个长度的通道，并铸造空心活塞以形成内部冷却腔。冷却水通过伸缩接头进入中心十字头，流经每个活塞和连杆，然后从前十字头和后连杆支架处流出，进入铸件上的排水槽。
1919 年，五台库珀卧式燃气发动机压缩机的压缩机生产线末端。显然，早期的42英寸和48英寸（1067毫米和1219毫米）冲程双缸串联式设计在运输和偏远地区的安装方面显得相当笨重，因此1917年后的机型采用了24英寸和36英寸（610毫米和914毫米）的冲程。1917年，库珀公司推出了著名的22型，这是一款36英寸（914毫米）冲程的双缸串联式发动机，最初额定功率为970马力（723千瓦），后来提高到1100马力（820千瓦）。到20世纪20年代初，它已成为大多数天然气管道的首选燃气发动机压缩机。
第一次世界大战后，休伊特·A·格雷斯加入库珀公司担任总工程师，并一直担任该职位至1956年。当时，库珀公司正努力实现大型卧式发动机的盈利，格雷斯着手对22型燃气发动机-压缩机进行彻底的重新设计。早期的库珀燃气发动机借鉴了许多欧洲设计的特点。例如，进气阀和排气阀由贯穿发动机长度的水平副轴驱动。如图3所示（约1922年），最初的发动机采用带有两根推杆的大型偏心轮。后来，这些部件被凸轮轴和滚子凸轮所取代（如图4所示），从而实现了更快的阀门开启和关闭，并将发动机的额定功率从125转/分提升至1000马力（746千瓦）。顺便提一下，图 3 和图 4 中所示的 20 世纪 20 年代早期的 22 型机器在西弗吉尼亚州罗克波特的哥伦比亚天然气公司储气站一直可靠地运行到 2013 年。
1922 年原装 Cooper Type 22 燃气发动机压缩机，带偏心轮和推杆。格雷斯大幅降低了发动机的成本，使得其他任何公司都无法与库珀22型发动机竞争。在随后的几年里，俄亥俄燃料供应公司、联合燃料天然气公司、木兰天然气公司和哥伦比亚天然气电力公司等企业在管道运输服务中青睐22型双串联式发动机压缩机。图1展示了20世纪20年代末，一条天然气管道输送装置上十台22型卧式燃气发动机压缩机组成的生产线，可提供22,000马力（16,412千瓦）的压缩功率。
库珀卧式燃气发动机压缩机的故事将在下一期中完结。
1924 年改进型库珀 22 型燃气发动机压缩机，带凸轮轴和滚子。
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