管道原動機概述

1880年，美國開始使用蒸汽機來驅(qū)動輸氣管道上的壓氣機。20世紀初,電動機和柴油機相繼問世,并在管道運輸上被廣泛使用，逐漸取代了蒸汽機作為管道運輸?shù)脑瓌訖C。1929年，柴油機開始用于輸油管道。30年代中期，燃氣機進入了管道原動機的行列。1948年前后，大功率的燃氣輪機開始用于管道運輸。這些原動機在油、氣管道運輸上各有各的適用范圍。50年代燃氣機占輸氣管道全部原動機的90%左右。60年代以后，天然氣管道的規(guī)模越來越大，需要的輸氣功率日益提高，促使燃氣輪機大量地應用到輸氣管道上。1960年蘇聯(lián)天然氣管道用的燃氣輪機在原動機中占29%，1971年為57%，到1974年為66.2%。

選擇原則是:①管道線長、站多,常年連續(xù)運行，要求原動機安全可靠，維修方便，大修間隔長。②管道運行工況經(jīng)常變化，要求原動機易于調(diào)節(jié)負荷或轉(zhuǎn)速，易于自控和遙控。③考慮到管道通過地區(qū)的能源供應情況，要求原動機能盡量利用管道本身輸送的油、氣作為燃料;為了減少燃料費用,一條管道的各個泵站或壓氣站條件各異，可以選擇不同類型的機組。④要求原動機的熱效率高和能量利用效果好。

電動機 　電動機安裝、維修和管理都較方便，能與泵直接連接，容易實現(xiàn)自控和遙控，效率不受高程影響。鼠籠型異步電動機的轉(zhuǎn)速不能改變，調(diào)速要通過調(diào)速型液力偶合器或采用電子逆變技術(shù)通過變頻來實現(xiàn)，調(diào)速會降低機組效率。輸油管道如果電源充足，應優(yōu)先采用電動機。大型天然氣管道的壓氣機所需功率很大，電動機啟動時，會增大電網(wǎng)負荷，引起電壓波動，因此，電動機很少用于大型天然氣管道。

往復式內(nèi)燃機　往復式內(nèi)燃機熱效率可達30～35%，大修間隔接近 4萬小時，多用于無電源或電力不足地區(qū)。用于油、氣管道上的內(nèi)燃機組功率一般都小于5000馬力。用作管道動力的內(nèi)燃機有柴油機、燃氣發(fā)動機和雙燃料發(fā)動機三種。柴油機的熱效率為32～35%，如果從循環(huán)冷卻水和排氣中回收余熱，則熱效率可達75%。柴油機可以變速，以調(diào)節(jié)管道輸量，一般適用于中小型輸油管道。燃氣發(fā)動機的熱效率可達40%,燃料可用天然氣,所以適用于天然氣管道。雙燃料發(fā)動機是由柴油機改裝而成的，其熱效率為32～35%，燃料可用天然氣和柴油二者的混合物，比例可隨意調(diào)配。雙燃料發(fā)動機由于可燃用兩種燃料，工作可靠性較高，多在輸氣管道上使用。

燃氣輪機 　燃氣輪機的主要優(yōu)點是：體積小，轉(zhuǎn)速高，能以多種油品和天然氣作燃料；不用水冷卻；便于自控和遙控；機組有雙重甚至三重保護系統(tǒng)，運行安全可靠；可在滿負荷轉(zhuǎn)速的70～110%范圍內(nèi)變速,以調(diào)節(jié)輸量。主要缺點是：燃料消耗大，熱效率偏低，只有20～30%，且受高程和氣溫影響。燃氣輪機大型化和采用全能量系統(tǒng)，以及充分回收和利用余熱后，它的熱效率已可提高到80%。燃氣輪機在需要大量動力的天然氣管道上使用效果良好，已成為天然氣管道的主要原動機。

燃氣輪機分為工業(yè)型和航空型兩種，前者大修間隔期為50000小時，后者為20000小時。工業(yè)型的轉(zhuǎn)速通常為6000轉(zhuǎn)/分，可直接與高速離心泵或壓氣機連接;航空型的轉(zhuǎn)速為 18000～25000轉(zhuǎn)/分，必須通過減速器與離心泵或壓氣機連接。工業(yè)型燃氣輪機的投資高于航空型，但管理費用較低。航空型燃氣輪機在航空事業(yè)發(fā)達的國家經(jīng)過改造在管道上應用較為普遍。

蒸汽原動機又稱為蒸汽機，是將蒸汽能轉(zhuǎn)換為功的機器。泵、火車頭和現(xiàn)代輪船曾使用蒸汽原動機驅(qū)動。蒸汽原動機在工業(yè)革命中起了基本的作用。

蒸汽原動機需要一個使水沸騰產(chǎn)生高壓蒸汽的鍋爐，這個鍋爐可以使用木頭、煤、石油或天然氣甚至可燃垃圾作為熱源。蒸汽膨脹推動活塞做功。

1807年羅伯特·富爾頓第一個成功地用蒸汽機來驅(qū)動輪船。瓦特并不是蒸汽機的發(fā)明者，在他之前就出現(xiàn)了蒸汽機，即紐科門蒸汽機，但它的耗煤量大、效率低。瓦特運用科學理論，逐漸發(fā)現(xiàn)了這種蒸汽機的毛病所在。從1765年到1790年，他進行了一系列發(fā)明，比如分離式冷凝器、汽缸外設置絕熱層、用油潤滑活塞、行星式齒輪、平行運動連桿機構(gòu)、離心式調(diào)速器、節(jié)氣閥、壓力計等等，使蒸汽機的效率提高到原來紐科門機的3倍多，最終發(fā)明出了現(xiàn)代意義上的蒸汽機。

圖1展示了活塞式蒸汽原動機的主要部件。這是用在蒸汽機車中的典型蒸汽原動機。從圖中可以看到廢蒸汽被簡單地排放到了空氣中。這就解釋了關(guān)于蒸汽機車的兩件事：

1、它解釋了為什么蒸汽機車需要在車站加水——隨著蒸汽的消耗，水不斷地在損失。

2、它解釋了火車“呼哧”聲的來源。當閥門打開汽缸釋放廢蒸汽時，蒸汽以很大的壓力沖出來而產(chǎn)生“哧”的聲音。當火車剛啟動的時候，活塞移動得很慢，而后火車開始變快，活塞運動也在加快。這就產(chǎn)生了我們在火車啟動時常常聽到的效果：“呼…哧…呼哧…哧哧哧”。

蒸汽原動機的重要組成部分是一個汽缸，汽缸運動到右側(cè)末端時，打開右側(cè)進氣閥向汽缸右側(cè)沖高壓水蒸汽，打開左側(cè)排氣閥，高壓水蒸汽推動活塞向左運動，運動最左端時，打開左側(cè)進氣閥關(guān)閉右側(cè)排氣閥，向汽缸左側(cè)沖高壓水蒸汽，使汽缸活塞向右運動。將汽缸活塞的往復運動通過聯(lián)桿滑塊曲軸轉(zhuǎn)化為旋轉(zhuǎn)運動。各閥門的開關(guān)也是通過聯(lián)桿滑塊帶動滑閥進行的。

蒸汽原動機主要由汽缸、底座、活塞、曲柄連桿機構(gòu)、滑閥配汽機構(gòu)、調(diào)速機構(gòu)和飛輪等部分組成。汽缸和底座是靜止部分。

在蒸汽鍋爐中，通過燃燒過程水沸騰為蒸汽。通過管道蒸汽被送到汽缸。閥門控制蒸汽到達汽缸的時間，經(jīng)主汽閥和節(jié)流閥進入滑閥室，受滑閥控制交替地進入汽缸的左側(cè)或右側(cè)，推動活塞運動。蒸汽在汽缸內(nèi)推動活塞做功，冷卻的蒸汽通過管道被引入冷凝器重新凝結(jié)為水。這個過程在蒸汽機運動時不斷重復。

一般的蒸汽原動機有三個汽缸組成一個組。蒸汽原動機直接將活塞的上下運動轉(zhuǎn)化為船軸的旋轉(zhuǎn)運動。新造的蒸汽原動機中還包含了一個小的渦輪機，從汽缸中出來的蒸汽還可以利用它的余熱在推動這個渦輪機來提高整個驅(qū)動裝置的效率。這個渦輪機也與船的螺旋漿軸相連。