Классификация и общее устройство компрессоров

Глава 4. Оборудование компрессорных установок

В процессе освоения скважины в основном используется компрессорный способ, который заключается в нагнетании сжатого воздуха в межтрубное пространство для вытеснения жидкости через насосно-компрессорные трубы и аэрации столба жидкости с целью уменьшения ее плотности и снижения гидростатического давления на забой. В таких случаях применяют передвижные компрессорные установки поршневого типа с дизельным приводом.

Классификация и общее устройство компрессоров

Машины, предназначенные для сжатия воздуха или газа, называют компрессорами. Все компрессорные машины в нефтяном производстве по принципу действия можно разделить на три основные группы: поршневые, ротационные и центробежные.

Поршневые компрессоры сжимают воздух в цилиндре движущимся поршнем, который совершает возвратно-поступательное движение. Поршневые компрессоры бывают одноступенчатыми и многоступенчатыми на давление сжатия от 0,2 до 500 МПа. В поршневом компрессоре сжатие воздуха происходит вследствие уменьшения рабочей полости при осевом движении поршня.

Ротационные компрессоры, как и поршневые, сжимают воздух, уменьшая объем рабочих полостей, но не перемещением поршня, а уменьшением объема рабочих полостей, заключенных между пластинами вращающегося ротора и корпусом компрессора. Ротационные (пластинчатые) компрессоры строят одноступенчатыми (с давлением до 0,4 МПа) и двухступенчатыми (с давлением до 0,8¸14 МПа).

Центробежные компрессоры сжимают воздух под давлением центробежной силой, развивающейся при вращении рабочих колес. Чем выше частота вращения рабочих колес, тем большее давление они способны создать. В зависимости от создаваемого давления центробежные компрессоры разделяются на:

- вентиляторы, способные создать разность давления воздуха до всасывания и после выброса, не превышающее 0,01 МПа;

- турбовоздуходувки, которые могут развивать давление от 0,01 до 0,3 МПа, и не имеют охлаждения сжимаемого воздуха;

- турбокомпрессоры, развивающие давление от 0,3 до 1 МПа, имеющие охлаждение сжимаемого воздуха.

Поршневые компрессоры, кроме одно- и многоступенчатого сжатия, различаются на машины простого и двойного действия.

Рассмотрим процессы сжатия воздуха в поршневых компрессорах различных типов. На рис. 4.1. изображена схема двухступенчатого поршневого компрессора простого действия. Атмосферный воздух при движении поршня 2 вниз поступает через всасывающий клапан 3 в цилиндр 1 первой ступени сжатия (цилиндр низкого давления). При обратном движении поршня вверх воздух сжимается до давления 0,2-0,25 МПа и выталкивается через нагнетательный клапан 4 в промежуточный холодильник 5, в котором воздух охлаждается и при движении поршня 9 вниз через всасывающий клапан 6 поступает в цилиндр 8 второй ступени сжатия (цилиндр высокого давления). Здесь воздух сжимается до конечного давления (~0,7 МПа). Через нагнетательный клапан 7 сжатый воздух выталкивается в воздухосборник. Таким образом, в двухступенчатом компрессоре одно и то же количество воздуха последовательно проходит через два цилиндра.

Трущиеся части компрессора (поршни, цилиндры, клапаны и т.д.) для уменьшения износа необходимо смазывать маслом, которое при высоких температурах сжатого воздуха разлагается, образуя пары масла и твердые частицы. Выделяющиеся при разложении масла пары, смешиваясь с воздухом, образуют взрывчатую смесь, иногда являющуюся причиной взрывов в воздухосборниках, поэтому при давлениях сжатия свыше 0,7 МПа применяют многоступенчатое сжатие с промежуточным охлаждением воздуха.

На рис.4.2 изображена схема свободнопоршневого дизель-компрессора безбуферного исполнения. Конструктивно дизель-компрессор со свободно движущимися поршнями (СПДК) значительно сложнее, чем представлен на схеме, однако, несмотря на сложность, машина для сжатия воздуха является более прогрессивной, чем машина с кривошипно-шатунным механизмом. В СПДК тепловая энергия топлива преобразуется в энергию сжатого воздуха без вращательного движения механизмов, путем непосредственной передачи мощности от поршней двигателя к поршням компрессора, двигающимся прямолинейно. Работа СПДК протекает следующим образом: перед пуском поршневые группы 4 и 5 разводят к наружным мертвым точкам, в этом положении (см. рис.4.2) они удерживаются специальным механизмом и через клапан 2 заполняются полости компрессора 3 сжатым воздухом, получаемым из пускового баллона или от специального пускового компрессора. При достижении пускового давления, механизм, удерживающий поршни, освобождает их. Под давлением воздуха поршни движутся навстречу друг другу, перекрывают впускные 10 и выпускные 14 окна в дизельном цилиндре 12, сжимая заключенный в нем воздух. Одновременно поршни компрессора и продувочного насоса 4 нагнетают воздух через выпускной клапан 8 в сборник 9, создавая в нем необходимое давление для продувки цилиндра во время следующего хода поршней к наружной мертвой точке. При подходе поршней к внутренней мертвой точке через форсунку 11 в дизельный цилиндр впрыскивается топливо, которое воспламеняется и сгорает вследствие высокой температуры сжатого воздуха. Под давлением продуктов сгорания в дизельном цилиндре 12 поршни начинают двигаться к наружной мертвой точке, при этом компрессорные поршни 4 нагнетают воздух через выпускной клапан компрессора 1 в воздухосборную трубку 17, откуда через патрубок 16 в ресивер и одновременно засасывают воздух из атмосферы через впускной клапан 7 в полость продувочного насоса 6.

Рис.4.2. Схема свободнопоршневого дизель-компрессора

безбуферного исполнения

1,8-нагнетательные клапаны; 2,7-всасывающие клапаны; 3-нагнетательная полость компрессора; 4,5-поршневая группа; 6-полость продувочного насоса; 9-воздухозаборник; 10-впускные окна; 11-форсунка; 12-цилиндр дизеля; 13-выпускной коллектор; 14-выпускные окна; 15-клапан; 16-патрубок; 17-воздухозаборная труба

Во время движения поршней к наружной мертвой точке вначале один из них открывает выпускные окна 14, прорезанные в стенках дизельного цилиндра, и выпускает отработавшие газы через трубопровод 13 в атмосферу. Затем другой поршень открывает впускные окна двигателя 10, через которые в дизельный цилиндр из сборника 9 устремляется сжатый воздух. Он вытесняет оставшиеся продукты сгорания и заполняет цилиндр двигателя 12, происходит продувка и зарядка цилиндра. После того как поршни приходят к наружной мертвой точке, оставшийся в мертвых пространствах полости 3 сжатый воздух снова толкает поршни навстречу друг другу, и рабочий процесс повторяется.

В СПДК осуществлено полное динамическое равновесие газовых сил и сил инерции движущихся поршневых групп, посредством уравновешивания левого и правого комплекта движущихся частей.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: