Усовершенствование центробежного винтового компрессора 7ВКГ-50/7-Дипломная работа-Оборудование для добычи и подготовки нефти и газа

Усовершенствование центробежного винтового компрессора 7ВКГ-50/7-Дипломная работа-Оборудование для добычи и подготовки нефти и газа
В нефтедобывающей и газодобывающей промышленности широко используется машины для сжатия и перемещения воздуха и газов. Машины эти подразделяются на компрессоры, вентиляторы и вакуумные насосы.
Компрессоры предназначены для сжатия воздуха или газа с отношением давления нагнетания к давлению всасывания более 1,1.
Наибольшее распространение получили компрессоры, которые применяются для сжатия и транспортирования газа, для перемещения газа в установках газобензиновых заводах и других случаях.
Центробежный компрессор 7ВКГ-50/7 предназначен для сжатия высокосернистого нефтяного газа. В процессе нормального режима работы компрессора возможны колебания объема газа. Поэтому требуется модернизация схемы компрессирования при нестабильных объемах поступающего газа. Для эффективного управления технологическим процессом сжатия газа и стабильной работы турбокомпрессора, предлагается соединить всасывающую и нагнетательную линии трубопроводом, где установить перепускной клапан с мембранно-пружинным исполнительным механизмом, который срабатывает при понижении давления на всасывании ниже 0,0784 МПа и перепускает газ с нагнетания на всасывание компрессора. Данный метод регулирования давления позволяет решить проблемы в случае колебаний объемов поступающего газа, что предотвращает нестабильную работу компрессора, уменьшает интенсивность износа рабочих элементов агрегата, увеличивает срок службы всей установки.
В результате вышеуказанных преобразований спроектированное усовершенствование выдало следующие преимущества:
- Снизились затраты на ремонт установки
- увеличился межремонтный период
- сократилось время простоя связанное с ремонтом компрессора
- среднегодовой экономический эффект составил 125803 рубля.
Таким образом, данное усовершенствование необходимо внедрять в производство компрессорной установки.

1 Разработка перепускного клапана всасывающей линии компрессора 7ВКГ-50/7

1.1 Обзор существующих конструкции компрессоров

По давлению все компрессоры делятся на:
- нагнетатели (с избыточным давлением на нагнетании 0,015 ÷0,2 МПа);
- компрессоры низкого давления (до 1 МПа);
- компрессоры среднего давления (до 1 ÷ 10 МПа);
- компрессоры высокого давления (до 10÷ 100 МПа).
Компрессоры могут быть стационарного и передвижного исполнения.
Передвижные компрессоры устанавливаются на автомобилях высокой проходимости и используются для освоения и опробования скважин и для некоторых вспомогательных работ при ремонте и монтаже оборудования и строительстве.
Роторные компрессоры по устройству и действию родственны роторным насосам. Эти компрессоры имеют более высокий к.п.д., нежели центробежные, а в сравнении с поршневыми обладают достоинствами динамических машин: малой массой, компактностью, простатой конструкции и уравновешенностью благодаря отсутствию кривошипно–шатунного механизма, равномерностью подачи газа. Роторные компрессоры удобны в обслуживании, их легко перевести на автоматическое или дистанционное управление. Все эти качества особенно важны для использования роторных компрессоров в передвижных компрессорных станциях (легкое основание, ограниченное пространство, непостоянное обслуживание).
По устройству винтовые компрессоры относятся к двухвальным роторным. Они выполнены в виде винтовой зубчатой передачи с большим углом подъема.
Винтовые компрессоры подразделяются на две группы:
1) сухого сжатия, в рабочее пространство которых не подается ни смазывающая, ни охлаждающая жидкость; охлаждение обдувом корпуса или потоком воды или масла через рубашку корпуса и полые винты, подаваемый газ не содержит масла и продуктов износа деталей.
2) мокрого сжатия с впрыскиванием жидкости в полости компрессора с целью охлаждения и уплотнения, компрессор называется масло заполненным, если вводится значительное количество такой жидкости. В машинах мокрого сжатия после компрессора устанавливают отделители жидкости [1].
Винтовые компрессоры обладают некоторыми характерными свойствами:
- прямо пропорциональная зависимость между теоретической и объемной производительностью и скоростью движения рабочего органа;
- независимое друг от друга изменение основных параметров давления и производительности.
Винтовые компрессоры имеют ряд преимуществ перед другими типами компрессоров.
а) по сравнению с поршневыми компрессорами высокая надежность и долговечность, равномерность подачи, меньшая металлоемкость и габариты установки, полная уравновешенность роторов;
б) по сравнению с центробежными компрессорами отсутствие помпажных зон, возможность сжатия газов с большим содержанием жидкой фазы, надежность работы на полимеризующихся газах;
в) по сравнению с пластинчатыми компрессорами высокая надежность, высокие значения К.П.Д. в широком диапазоне, более широкая область применения по давлению и производительности.
Кроме того, преимуществами винтовых компрессоров является простота конструкции, высокая технологичность и возможность организации централизованного ремонта.
Винтовые компрессоры имеют важное значение для оснащения буровых и нефтепромысловых компрессорных установок.
Существуют унифицированные ряды винтовых машин.
Один ряд компрессоров сухого сжатия включает десять базовых компрессоров. К нему относятся одноступенчатые машины с максимальным давлением 0,4 МПа и двухступенчатые – до 1,15 МПа с объемным расходом воздуха Vн от 0,38 до 96 тыс. м3/ч.
К другому ряду относятся маслозаполненные одноступенчатые, рассчитанные на конечное давление 0,8 МПа, воздушные компрессоры с объемным расхода воздуха Vн от 0,24 до 24 тыс. м3/ч. Кроме воздушных машин на базе этого ряда выпускаются компрессоры, предназначенные для сбора и транспортирования нефтяных газов [4].

1.1.1 Винтовые компрессоры
Винтовой компрессор — машина объемного сжатия, используемая при внутри промысловом транспорте нефтяного газа. Основные детали – роторы, расположенные в корпусе, на средней части которых нарезаны винты специального профиля.
В связи с тем что возвратно-поступательное движение поршней заменено на вращательное движение роторов, винтовой компрессор работает на высоких оборотах и, следовательно, имеет меньшие габариты. По этой же причине в таком компрессоре не наблюдаются пульсации сжимаемого газа. Он полностью уравновешен и не требует специального фундамента. Отсутствие клапанов и поршневых колец обеспечивает ему высокий моторесурс и значительно повышает надежность работы по сравнению с поршневым компрессором, винтовой компрессор прост в обслуживании и может работать в автоматическом режиме без постоянной вахты.
По сравнению с поршневым компрессором в винтовом сжатие происходит в криволинейном цилиндре, в котором газ вытесняется криволинейном поршнем. Роль цилиндров выполняют впадины между зубьями каждого ротора, поршней — сами зубья. Освобождающаяся от зуба часть впадины ротора соединяется через окно (рисунок 1.1), расположенное на всасывающем торце компрессора, с полостью вса¬сывания. Вследствие разрежения в освобождающуюся часть впади¬ны из полости всасывания поступает газ. В определенный момент впадина отсекается от окна всасывания. Затем за счет вхо¬да зуба сопряженного ротора объем впадины уменьшается и проис¬ходит сжатие газа.
При вращении роторов объем впадины уменьшается до расчет¬ного значения с учетом условия получения заданного давления на¬гнетания. В корпусе предусмотрено окно нагнетания 2, через которое газ вытесняется в полость нагнетания. Во избежание обратных пере¬течек газа из полостей сжатия и нагнетания в полость всасывания зубья роторов профилируют таким образом, чтобы между ними об¬разовалась неразрывная линия контакта [1].



1 – окно всасывания; 2 – окно нагнетания

Рисунок 1.1 - Схема действия винтового компрессора

Характеристики винтового компрессора типичны для машин объ-емного сжатия.
Подача компрессора функция только частоты вращения и тео¬ретически не зависит от давления нагнетания (степени повышения давления). С повышением давления подача компрессора все же не¬сколько уменьшается. Это объясняется возрастанием утечек сжимае¬мого газа на всасывание через зазоры между роторами. Соответствен¬но с повышением давления нагнетания падает коэффициент подачи [6].
1.1.2 Типы и конструкции компрессоров
Винтовые компрессоры, применяемые для сжатия атмосферного воздуха и газов, различают двух типов: сухого сжатия и маслозаполненные.
Компрессор сухого сжатия включает в себя два ротора: ведущий, имеющий выпуклые зубья и соединенный непосредственно или через зубчатую передачу с двигателем; и ведомый с зубьями вогнутого профиля.
Сжатие газа происходит без подачи масла или другой жидкости в рабочие полости компрессора. Так как касание зубьев роторов при отсутствии масла недопустимо, между ними оставляют минимальный зазор, обеспечивающий безопасную работу компрессора. Для синхронного вращения роторов без их взаимного контакта предусмотрены шестерни связи — зубчатая пара с передаточным числом, равному отношению чисел зубьев ведомого и ведущего роторов. Отличительная черта шестерен связи — незначительный боковой зазор между их зубьями, равный половине допустимого зазора между зубьями роторов. Это гарантирует отсутствие касания зубьев винтовой роторов во время работы компрессора.
Роторы устанавливают в корпусе на подшипниках. Так как компрессор работает на высоких окружных скоростях (100 м/с на наружной
окружности ротора), в нем применены подшипники скольжения, на стороне всасывания смонтированы опорные подшипники, на стороне нагнетания — опорно-упорные. Между подшипниковыми поверхностями и полостями сжатия устанавливают узлы уплотнений, препятствующие, с одной стороны, попаданию масла из подшипниковых полостей
в полости сжатия, а с другой — утечкам сжимаемого газа из
компрессора.
Маслозаполненные компрессоры облада¬ют рядом существенных преимуществ перед компрессорами сухого сжатия, что делает их весьма востребованными.
Процесс компрессирования газа происходит с впрыскиванием в рабочую полость масла, которое охлаждает газ в процессе сжатия и герметизирует зазоры, снижая обратные переточки газа и повышая тем самым его к. п. д. Впрыск масла позволяет повысить допустимую степень повышения давления в одной ступени до π=8...12. Посколь¬ку масло охлаждает сжимаемый газ, его температура при таких высоких степенях повышения давления не превышает 100°С. В компрессоре сухого сжатия степень повышения давления не превышает 4. При этом температура газа на линии нагнетания возрастает до 160—180°С.
Таким образом, впрыск масла позволяет выполнить одноступен¬чатую машину без промежуточного охлаждения вместо двух- и трех¬ступенчатых. Кроме того, значительно упрощается конструкция ком¬прессора. При наличии масла в полости сжатия роторы могут контак¬тировать друг с другом, вследствие чего отпадает необходимость в шестернях связи. Окружные скорости такого компрессора в 2,5 раза ниже, чем в компрессорах сухого сжатия. Поэтому его роторы вра¬щаются в подшипниках качения. Обычно на стороне всасывающей линии устанавливают роликовые подшипники, воспринимающие ра¬диальную нагрузку. На стороне нагнетания монтируют блок подшип¬ников, который состоит из роликовых и шариковых подшипников. Роликовые воспринимают радиальные, а шариковые — осевые нагрузки, действующие на ротор.
Установка с винтовым маслозаполненным компрессором надежна в работе и может быть смонтирована на открытых площадках в не-посредственной близости от сепарационных установок на облегченных фундаментах. При этом не требуется вода для охлаждения. Бла¬годаря таким качествам винтовой маслозаполненный компрессор име¬ет преимущества перед другими типами компрессоров [5].
Для сравнения в таблице 1.1 приведены данные винтового газового 7ВКГ-50/7 и поршневого ГМ8-600/1-9 компрессоров.



Таблица 1.1 – Характеристика компрессоров
Наименование 7ВКГ-50/7 ГМ8-600/1-9
Подача, м3/мин 52 60
Масса, кг 8504 23 300
Удельная металлоемкость, кг/(м3/мин) 163,5 391,7
Площадь, м3 5.16 29,5
Удельная площадь, м2/(м3/мин)  0,1 0,49
Необходимость здания Нет Да
Фундамент Облегченный, свайный Массивный монолит
Охлаждение Воздушное Водяное
Срок ввода газокомпрессорной станции в эксплуатацию 6-8 мес. 2-2,5 года

Корпус компрессора состоит из трех основных частей: блока ци-линдров, камер всасывания и нагнетания. Корпуса имеют две расточки под ведущий и ведомый роторы, выполняемые параллельны¬ми. Чтобы параллельность не была нарушена при разборке компрес¬сора, взаимное положение корпусом фиксируется штифтами. Герме¬тичность разъемов достигается прокладками. Со стороны камеры на¬гнетания устанавливают глухую крышку. Подвод и отвод газа осу¬ществляется с помощью патрубков всасывания и нагнетания. Роторы вращаются в корпусе на подшипниках качения.





1 - полумуфта; 2 — корпус уплотнения; 3, 10 — роликоподшипники;
4 — ка¬мера всасывания; 5, 6 — соответственно ведомый и ведущий роторы; 7 — блок цилиндров; 8 —запорная втулка; 9 —камера нагнетания; 10,16 — регулиро¬вочные кольца; 12 —крышка; 13, 19 — шарикоподшипники; 14, 15 — кольца; 17 — разгрузочный поршень; 18 — корпус

Рисунок 1.2 - Винтовой компрессор 7ВКГ-50/7 (7ВКГ-30/7)


Компрессоры (рисунок 1.2) установок 7ВКГ-30/7 и 7ВКГ-50/7 уни-фицированы. Различная подача их получается за счет неодинаковых длин винтовой части роторов и средней части корпуса (блока цилин¬дров).

1.1.3 Фильтры для очистки масла
Компрессорная установка снабжена двумя блоками фильтров - грубой и тонкой очистки. Блоки фильтров установлены последовательно на маслопроводной линии, между блоком охлаждения масла и агрегатом компрессора. Замена фильтрующих элементов производится регулярно, согласно инструкции, либо раньше, по мере необходимости.
Через фильтр грубой очистки (рисунок 1.3) проходит все масло. Тон-кость фильтрации - 120 мкм. Блок фильтра состоит из стального сварного корпуса 1, в который вставлены восемь фильтрующих эле¬ментов 2 (фильтр пластинчатый 0Д2Г41-24), изготовленных специализированным предприятием согласно ГОСТ 21329-75. Пропуск¬ная способность фильтра - 24 м3/ч при вязкости смазывающей жидкости (70...80) х10-6 м2/с.
Корпус фильтра имеет две полости: полость неочищенного масла и полость отфильтрованного масла. Обе полости в нижней части име¬ют сливные отверстия.
Фильтр тонкой очистки масла устанавливается на линии масла на смазку подшипников, в полость разгрузки и уплотнения. Тонкость фильтрации – 70 мкм. Пропускная способность фильтра – 3,84 м3/ч. при вязкости масла 70...80 х10-6 м2/с. Фильтр масла состоит из корпуса и фильтрующего пакета. Фильтрующий пакет представляет собой перфорированный барабан с намотанной на него сеткой, стянутой хомутами. Конструкция фильтра тонкой очистки (рисунок 1.4) аналогична вышеописанной.
В корпусе фильтра I устанавливаются два фильтрующих элемента 2" 0, 08Г41-24, ГОСТ 21329-75*.