管道原動(dòng)機(jī)原動(dòng)機(jī)的選擇

選擇原則是:①管道線長(zhǎng)、站多,常年連續(xù)運(yùn)行，要求原動(dòng)機(jī)安全可靠，維修方便，大修間隔長(zhǎng)。②管道運(yùn)行工況經(jīng)常變化，要求原動(dòng)機(jī)易于調(diào)節(jié)負(fù)荷或轉(zhuǎn)速，易于自控和遙控。③考慮到管道通過(guò)地區(qū)的能源供應(yīng)情況，要求原動(dòng)機(jī)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(fèi)用,一條管道的各個(gè)泵站或壓氣站條件各異，可以選擇不同類(lèi)型的機(jī)組。④要求原動(dòng)機(jī)的熱效率高和能量利用效果好。

電動(dòng)機(jī) 　電動(dòng)機(jī)安裝、維修和管理都較方便，能與泵直接連接，容易實(shí)現(xiàn)自控和遙控，效率不受高程影響。鼠籠型異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速不能改變，調(diào)速要通過(guò)調(diào)速型液力偶合器或采用電子逆變技術(shù)通過(guò)變頻來(lái)實(shí)現(xiàn)，調(diào)速會(huì)降低機(jī)組效率。輸油管道如果電源充足，應(yīng)優(yōu)先采用電動(dòng)機(jī)。大型天然氣管道的壓氣機(jī)所需功率很大，電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)，會(huì)增大電網(wǎng)負(fù)荷，引起電壓波動(dòng)，因此，電動(dòng)機(jī)很少用于大型天然氣管道。

往復(fù)式內(nèi)燃機(jī)　往復(fù)式內(nèi)燃機(jī)熱效率可達(dá)30～35%，大修間隔接近 4萬(wàn)小時(shí)，多用于無(wú)電源或電力不足地區(qū)。用于油、氣管道上的內(nèi)燃機(jī)組功率一般都小于5000馬力。用作管道動(dòng)力的內(nèi)燃機(jī)有柴油機(jī)、燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)和雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)三種。柴油機(jī)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(dá)75%。柴油機(jī)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?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)的熱效率可達(dá)40%,燃料可用天然氣,所以適用于天然氣管道。雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)是由柴油機(jī)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(dòng)機(jī)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?xì)廨啓C(jī) 　燃?xì)廨啓C(jī)的主要優(yōu)點(diǎn)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(jī)組有雙重甚至三重保護(hù)系統(tǒng)，運(yùn)行安全可靠；可在滿負(fù)荷轉(zhuǎn)速的70～110%范圍內(nèi)變速,以調(diào)節(jié)輸量。主要缺點(diǎn)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?xì)廨啓C(jī)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?xì)廨啓C(jī)在需要大量動(dòng)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(dòng)機(jī)。

燃?xì)廨啓C(jī)分為工業(yè)型和航空型兩種，前者大修間隔期為50000小時(shí)，后者為20000小時(shí)。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(jī)連接;航空型的轉(zhuǎn)速為 18000～25000轉(zhuǎn)/分，必須通過(guò)減速器與離心泵或壓氣機(jī)連接。工業(yè)型燃?xì)廨啓C(jī)的投資高于航空型，但管理費(fèi)用較低。航空型燃?xì)廨啓C(jī)在航空事業(yè)發(fā)達(dá)的國(guó)家經(jīng)過(guò)改造在管道上應(yīng)用較為普遍。

1880年，美國(guó)開(kāi)始使用蒸汽機(jī)來(lái)驅(qū)動(dòng)輸氣管道上的壓氣機(jī)。20世紀(jì)初,電動(dòng)機(jī)和柴油機(jī)相繼問(wèn)世,并在管道運(yùn)輸上被廣泛使用，逐漸取代了蒸汽機(jī)作為管道運(yùn)輸?shù)脑瓌?dòng)機(jī)。1929年，柴油機(jī)開(kāi)始用于輸油管道。30年代中期，燃?xì)鈾C(jī)進(jìn)入了管道原動(dòng)機(jī)的行列。1948年前后，大功率的燃?xì)廨啓C(jī)開(kāi)始用于管道運(yùn)輸。這些原動(dòng)機(jī)在油、氣管道運(yùn)輸上各有各的適用范圍。50年代燃?xì)鈾C(jī)占輸氣管道全部原動(dòng)機(jī)的90%左右。60年代以后，天然氣管道的規(guī)模越來(lái)越大，需要的輸氣功率日益提高，促使燃?xì)廨啓C(jī)大量地應(yīng)用到輸氣管道上。1960年蘇聯(lián)天然氣管道用的燃?xì)廨啓C(jī)在原動(dòng)機(jī)中占29%，1971年為57%，到1974年為66.2%。

蒸汽原動(dòng)機(jī)又稱(chēng)為蒸汽機(jī)，是將蒸汽能轉(zhuǎn)換為功的機(jī)器。泵、火車(chē)頭和現(xiàn)代輪船曾使用蒸汽原動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。蒸汽原動(dòng)機(jī)在工業(yè)革命中起了基本的作用。

蒸汽原動(dòng)機(jī)需要一個(gè)使水沸騰產(chǎn)生高壓蒸汽的鍋爐，這個(gè)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(dòng)活塞做功。

1807年羅伯特·富爾頓第一個(gè)成功地用蒸汽機(jī)來(lái)驅(qū)動(dòng)輪船。瓦特并不是蒸汽機(jī)的發(fā)明者，在他之前就出現(xiàn)了蒸汽機(jī)，即紐科門(mén)蒸汽機(jī)，但它的耗煤量大、效率低。瓦特運(yùn)用科學(xué)理論，逐漸發(fā)現(xiàn)了這種蒸汽機(jī)的毛病所在。從1765年到1790年，他進(jìn)行了一系列發(fā)明，比如分離式冷凝器、汽缸外設(shè)置絕熱層、用油潤(rùn)滑活塞、行星式齒輪、平行運(yùn)動(dòng)連桿機(jī)構(gòu)、離心式調(diào)速器、節(jié)氣閥、壓力計(jì)等等，使蒸汽機(jī)的效率提高到原來(lái)紐科門(mén)機(jī)的3倍多，最終發(fā)明出了現(xiàn)代意義上的蒸汽機(jī)。

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

1、它解釋了為什么蒸汽機(jī)車(chē)需要在車(chē)站加水——隨著蒸汽的消耗，水不斷地在損失。

2、它解釋了火車(chē)“呼哧”聲的來(lái)源。當(dāng)閥門(mén)打開(kāi)汽缸釋放廢蒸汽時(shí)，蒸汽以很大的壓力沖出來(lái)而產(chǎn)生“哧”的聲音。當(dāng)火車(chē)剛啟動(dòng)的時(shí)候，活塞移動(dòng)得很慢，而后火車(chē)開(kāi)始變快，活塞運(yùn)動(dòng)也在加快。這就產(chǎn)生了我們?cè)诨疖?chē)啟動(dòng)時(shí)常常聽(tīng)到的效果：“呼…哧…呼哧…哧哧哧”。

蒸汽原動(dòng)機(jī)的重要組成部分是一個(gè)汽缸，汽缸運(yùn)動(dòng)到右側(cè)末端時(shí)，打開(kāi)右側(cè)進(jìn)氣閥向汽缸右側(cè)沖高壓水蒸汽，打開(kāi)左側(cè)排氣閥，高壓水蒸汽推動(dòng)活塞向左運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)最左端時(shí)，打開(kāi)左側(cè)進(jìn)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(yùn)動(dòng)。將汽缸活塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)通過(guò)聯(lián)桿滑塊曲軸轉(zhuǎn)化為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。各閥門(mén)的開(kāi)關(guān)也是通過(guò)聯(lián)桿滑塊帶動(dòng)滑閥進(jìn)行的。

蒸汽原動(dòng)機(jī)主要由汽缸、底座、活塞、曲柄連桿機(jī)構(gòu)、滑閥配汽機(jī)構(gòu)、調(diào)速機(jī)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(guò)燃燒過(guò)程水沸騰為蒸汽。通過(guò)管道蒸汽被送到汽缸。閥門(mén)控制蒸汽到達(dá)汽缸的時(shí)間，經(jīng)主汽閥和節(jié)流閥進(jìn)入滑閥室，受滑閥控制交替地進(jìn)入汽缸的左側(cè)或右側(cè)，推動(dòng)活塞運(yùn)動(dòng)。蒸汽在汽缸內(nèi)推動(dòng)活塞做功，冷卻的蒸汽通過(guò)管道被引入冷凝器重新凝結(jié)為水。這個(gè)過(guò)程在蒸汽機(jī)運(yùn)動(dòng)時(shí)不斷重復(fù)。

一般的蒸汽原動(dòng)機(jī)有三個(gè)汽缸組成一個(gè)組。蒸汽原動(dòng)機(jī)直接將活塞的上下運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為船軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。新造的蒸汽原動(dòng)機(jī)中還包含了一個(gè)小的渦輪機(jī)，從汽缸中出來(lái)的蒸汽還可以利用它的余熱在推動(dòng)這個(gè)渦輪機(jī)來(lái)提高整個(gè)驅(qū)動(dòng)裝置的效率。這個(gè)渦輪機(jī)也與船的螺旋漿軸相連。