Модернизация конструкции клапанов поршневого компресора 4ВУ 5/9-Дипломная работа-Оборудование для добычи и подготовки нефти и газа

В дипломном проекте на базе известных технических, конструктивных и организационных решений был решен комплекс задач по модернизации конструкции клапанов поршневого компресора 4ВУ 5/9.
В проекте была раскрыта конструкция, особенности работы и особенности ремонта узлов компрессора, полностью подобрано и рассчитано основное оборудование компрессора.
В расчетной части было рассчитано и подобрано основные режимы работы компрессора. Рассчитаны количество и вид оборудования.
Разработанные рекомендации по проведении монтажных работ оборудования.
Экономическая часть включает расчет экономического эффекта от внедрения технического предложения.
В процессе работы над темой дипломного проекта разработан технологический процесс крышки.
В разделах "Охрана труда" и "Охрана окружающей среды" разработанный комплекс мероприятий на предотвращение аварий, профессиональных заболеваний и загрязнений окружающей среды.
Компрессор воздушен 4ВУ-5/9 и его модификации предназначены для снабжения сжатым воздухом чрезмерным давлением до 8 кгс/см2 разных промышленных объектов и автоматической поддержки в их системах давления в заданных пределах.
Модификации компрессора без подогревания масла. (климатического, выполнение УХЛ4) рассчитаны для работы в закрытых помещениях при температуре окружающего воздуха в пределах от плюс 1 С к плюс 45 С, модификации компрессора из электро подогреванием масла (климатического выполнения У2) - для работы, под навесом при температуре окружающего воздуха в пределах от минус 40 С к плюс 45 С.
Основной составной частью компрессора является компрессор КМ, приведенный в движение, двигателем через упругую муфту. В компрессоре: происходит сжатие воздуха от атмосферного давления к давлению 10кгс/см2 последовательно в двух ступенях.
Воздух через воздушный фильтр Ф, где очищается от механических примесей, всасывается в цилиндры степени компрессора, сжимается, охлаждается в холодильнике промежуточном, в котором одновременно происходит отделение из воздуха влаги и масла конденсат скапливается в нижних крышках холодильника. Очищенный от конденсата воздух поступает в цилиндры II степени, где дожимается к конечному давлению и через обратный клапан поступает во внешнюю сеть к потребителю.
Обратный клапан препятствует обратному перетеканию сжатого воздуха из сети потребителя в компрессор при его остановке. На нагнетательном патрубке компрессора, перед обратным клапаном установленный клапан перепускной КПП, который в режиме регулирования производительности "перепусканием", по команде клапана электромагнитным поводом перепускает сжатый воздух из второй степени на всасывание первой степени, аналогичная, операция происходит в момент остановки и пуска компрессора.
Охлаждение компрессора и промежуточного холодильника - воздушное с помощью вентилятора В. Защита компрессора и воздушных коммуникаций компрессора от аварийных повышений давлений осуществляется предохранительными клапанами КП1 и КП2.
Удаление конденсата из холодильника (продувка) делается автоматически через клапан с электромагнитным поводом КЭ2 при остановке компрессора или при непрерывном нагнетании через период времени.
Клапаны с электромагнитным поводом КЭ1 и.КЭ2 установлены на стойке холодильника промежуточного.
Масло механизма движения компрессора осуществляется с помощью масляного насоса маслом, которое находится в картере компрессора.
Компрессор состоит из следующих основных узлов: картера, блоков цилиндров I и II ступеней, коленчатого вала, шатунных поршневых групп I и II ступеней, плит клапановых I и II ступеней, вентилятора, крышек цилиндров I и II ступеней.
Оборудование узлов компрессора. Картер. Картер литый чугунный. Для доступа к нижним головкам шатунов на боковых поверхностях есть два люка.
Коленчатый вал. Вал коленчатый стальной (литый ли из высокопрочного чугуна) двухопорный, двухколенчатый с углом смещения кривошипов 180. Шатунные шейки вала подвергнуты поверхностной закалке. Для уравновешивания сил инерции на щеках коленчатого вала крепятся противовесы. В коленчатом валу выполненные каналы для подведения масла к шатунным шейкам. Технологические выходы каналов заглушены пробками.
На торце щеки вала запрессованный штифт 2, что исполняет роль шпонки; что препятствует проворачиванию колеса зубчатого. От осевого смещения коленчатый вал содержится крышкой передней 22 с выдержкой теплового промежутка .8 обеспечиваемого набором прокладок 23. В крышке установленная манжета 25 для предотвращения истока масла из картера.
Шатуны предназначены для превращения вращательного движения коленчатого вала на поворотно-поступательный ход поршней. Верхняя и нижняя головки шатуна соединены трубой что подает масло. Верхняя головка шатуна неразъемна с запрессованной бронзовой втулкой, которая имеет канавку и четыре отверстия для подведения масла в зону трения пары втулка палец поршневой.
Нижняя головка разъемна с баббитовой заливкой, закрепляется на шатунной шейке коленчатого вала двумя болтами с гайками 2 шплинтами, которые законтрили. Набор прокладок 9 служит для регулирования промежутка пари шатун ~ шейка коленчатого вала в процессе эксплуатации.
Поршни - 1 и П ступеней отлили из чугуна. Поршни имеют по два поршневых кольца уплотнителей и по два маслосъёмных поршневых кольца.
Цилиндры I степени и II степени отлили попарно в виде блоков из чугуна серебрением по внешней поверхности. Нижними фланцами блоки крепятся к картеру 1, а на верхние фланцы устанавливаются клапану плиты:
Клапану головки. Клапану головки I и II ступеней состоят из клапановвых плит с собранными на них всасывающими и нагнетательными клапанами.
Вентилятор крепится на кронштейне устанавливаемом на картере и предназначен для интенсификации охлаждения холодильника и цилиндров повод осуществляется от коленчатого вала компрессора к клиноременной передачей. Натяжение ремня делается болтом натяжным.
Нагреватель предназначен для предпускового подогревания масла в картере компрессора. Трубчатый электро нагреватель расположен, внутри картера. Присоединительные концы нагревателя через отверстия в передней стенке картера выведены наружу. Закрепление нагревателя и его герметизация сделано гайками нажимними уплотнителем зажатым кольцами. Присоединительные концы нагревателя закрыты крышкой.
Холодильник промежуточный с оребренными трубами четырехходовой предназначен для охлаждения 1 степени. Создаваемый вентилятором поток воздуха обходит трубы перпендикулярно трубному пучку. К стойкам холодильника крепится диффузор, в раструбе которого размещается рабочее колесо вентилятора. Крепление диффузора к холодильнику позволяет регулировать его положение относительно колеса вентилятора. На верхней левой крышке холодильника установленный штуцер для подсоединения датчика давления 1й степени. К нижним крышкам крепятся трубы системы продувки.
Клапаны предохранительные I и II ступеней имеют одинаковую конструкцию и отличаются только жесткостью пружин. Ручное взрывание клапана предохранительного осуществляется выдавливанием стакана рычагом, установленного на осе в прорези корпуса. Клапан предохранительный I степени служит для аварийного сброса воздуха в атмосферу при повышении давления нагнетания I степени вызванной неисправностью клапанов II степени.
Клапан предохранительный II степени служит для аварийного сброса воздуха в атмосферу при повышении давления нагнетания II степени вызванной неисправностью системы регулирования производительности. Клапаны предохранительные I и II ступеней отрегулированные на давление срабатывания 3±0,1 и ктс/см2 соответственно и опломбированы.
Клапан обратный служит для зашитые компрессора от обратного тока воздуха из внешней сети при остановке компрессора и в режиме регулирования производительности перепусканием, когда давление в компрессоре снижается.
Клапан обратный прямоточный постоянно г- открытого типа. Установочное положение горизонтальное. Клапан состоит из корпуса 1, основания 2, пластины 4 и пружины 3.
Система масла предназначена для обеспечения масла частей компрессора и отведения, которые трутся, от них тепло. Система масла комбинирована под давлением и разбрызгиванием. Масло механизма движения - циркуляционное под давлением.
В систему масла входят: маслоприемник Ф1, насос со встроенным редукционным клапаном КР, фильтр масляный Ф2.
Маслоприемник состоит из штуцера, каркаса и сетки. Маслоприемник ввинчивается изнутри в переднюю стенку картера. Насос масляный - шестеренчатый, установленный на нижней части корпуса подшипника, который является частью насоса. Корпусного насоса отлил из чугуна. В корпусе размещены: вал - шестерня что вращается в бронзовых втулках одна из которых запрессована а крышку насоса, а другая в корпус подшипника, а также ведомая шестерня превращается в осу запрессованной в крышке насоса одним концом и вставлена в корпус подшипника другим.
В корпусе также размещенный и редукционный клапан, в состав которого входят,: клапан, пружина, пробка. Пробка служит для регулирования давления масла. При вращении пробки по часовой стрелке давление масла н системе увеличивается, против часовой - уменьшается. Излишек масла сливается в картер.
Всасывающая полость насоса соединена системой отверстий в корпусе насоса и корпусе подшипника из маслоприемником. Через отверстие в корпусе, закрытое пробкой открывается доступ к маслоприёмнику для его снятия, профилактики и установки.
Повод насоса осуществляется с помощью колеса зубчатого установленного на валу коленном и колеса зубчатого, установленного на коническом хвостовике, вал - шестерни насоса. Втулка уплотнитель неподвижно установлен на шейке вала коленного и служит для подведения масла от фильтра масляного через крышку переднюю к валу. Масляная полость втулки на валу коленном - уплотнена резиновыми кольцами, а в крышке - лабиринтным уплотнением из поршневых колец, вставленных в канавки втулки. Во время работы втулка вращается вместе с валом, а поршневые кольца неподвижно устанавливаются в крышке передней. Масло, которое просачивается через промежутки лабиринтного уплотнения в полость манжеты, сливается через сверление и крышке передней ст. картер.
Подведение масла к частям компрессора, которые трутся, делается таким образом; масляный насос засасывает масло из картера через маслоприёмник Ф1 и под давлением подает по трубопроводу в фильтр масляный Ф2. Из фильтра масляного Ф2 масло по трубопроводу поступает в крышку переднюю и через втулку уплотнитель в вал коленный. По каналам вала коленного масло привстает к шатунным щепкам и нижним головкам; шатунов. Через сверление и трубу на шатуне масло поступает па мазало втулки верхней головки. Масло, которое выдавливается через промежутки, под действием центробежных сил разбрызгивается и смазывает цилиндры, поршни подшипники. Давление масла контролируется датчиком, установленным на фильтре.
Давление масла в системе масла в пределах 1...5 кгс/см2 регулируется редукционным клапаном КР. Масло в картер заливается через сапун, установленный на картере. Уровень масла контролируется шомполом масломеру. Система автоматического управления и аварийной защиты.

Во избежание слишком больших потерей нагрузки в электрической сети при пуске компрессоров, очень часто применяют специальные пусковые устройства, чтобы уменьшить стартовый ток. Эти пусковые устройства уменьшают стартовый момент двигателя компрессора, в результате чего компрессор разгоняется к предельной скорости с маленькой разницей давлений. Подобные условия существуют при работе с двигателем внутреннего сгорания, где мощность и крутний момент, в момент старта - решающие факторы.
В целом, установление оборудования разгрузки при пуске компрессора нужно. Устройство позволяет, в момент пуска или перед пуском (перед-разгрузка), выравнивать давление между высокой и низкой сторонами давления. Для уменьшения стартового момента как на двигатель компрессора так и на саму компрессорную установку.
Исполнительные устройства подразделяются на оборудование непрерывного и дискретного действия. К первым относятся те из них, в которых используются способы плавного (практически ли плавного) изменения производительности компрессора, причем мера ее изменения пропорциональна командному сигналу, который привстает к исполнительному устройству. К вторым - устройства, которые используют способы ступенчатого изменения производительности, - дискретно от нуля к поминального значению или степенями установленной величины.
Сделав анализ способов и путей решения поставленной задачи нами было принято решение применить принцип механического отжимания пластин клапанов компрессора, который обеспечивает открытие клапана на части поступь или части ходов сжатия. Если принудительно открыть всасывающие или нагнетательные клапаны степени компрессора, то ее производительность станет ровной нулю. Дежуря роботу машины в режимах номинальной нагрузки и разгрузки, можно осуществить двухпозиционное регулирование. На рисунку 4.1 показанная конструкция устройства для отжимания всасывающих клапанов на всем ходе сжатия. При вступлении сжатого воздуха от устройства, которое управляет, или регулятора через штуцер 6 в полость над поршнем 5 создается усилие, которое передается штоком 4 на пружину 1, под действием усилия которой перемещается траверсов 1 с пальцами, которые отжимают пластины всасывающего клапана.
При сбросе давления сжатого воздуха из полости над поршнем усилием поворотной пружины 7 подвижная система возвращается в начальное состояние.
Способ изменения производительности компрессора отжиманием клапанов на части поступь сжатия, которое называется иногда динамическим отжиманием пластин клапана, заключается в следующем. Потеря давления в искусственно открытому всасывающему клапану, когда через него возвращается газ из цилиндра компрессора, зависит от скорости движения поршня, а также от изменения объема газа и условий истекания его через проходной перерез и щели и седле клапана. Величина потери давления в зависимости от хода поршня изменяется от нуля в начале хода сжатия к максимальному значению.
Пропорционально величине потери давления изменяется усилие, которое действует на искусственно удерживаемые в открытом состоянии пластины всасывающих клапанов и направлено в сторону закрытия ими проходного перереза в седле клапана. Если удерживать пластины клапана в открытом состоянии с силой, меньшей максимальной, то на протяжении каждого хода сжатия воздуха из цилиндра компрессора будет возвращаться на сторону всасывания до тех пор; пока усилие, которое создается потоком газа, не превысит усилия, которым исполнительное устройство отжимает пластины.
Максимум усилие, которое создается в результате потери давления, достигается в средней части хода сжатия. Практически удается стойко снизить производительность полости цилиндра с 100 до 10-15% номинальной, а иногда и ниже, что в свою очередь позволяет привести стартовый момент электродвигателя компрессора приемлемой величины.
В данном дипломном проекте усовершенствована конструкция компрессора. В работе обоснована целесообразность изменения конструкции всасывающей линии компрессора, который подтверждается большей надежностью работы в зимний период за счет уменьшения количества ремонтов и увеличения наработки на отказ, уменьшению нагрузки на приводной двигатель в момент пуска компрессора.
Подается обзор существующего оборудования пневматической системы УКПГ. В частности, описаны основные узлы управления регулирования и контроля за ее работой. Также подается описание компрессора 4ВУ-5/9 который был взят за основу.
В расчетной части подается расчет основных узлов компрессора и расчет предложенного конструктивного решения.
В разделе "Охрана труда" приведены потенциальные опасности при работе буровой установки и пневматической системы, поданный заземление электропривода компрессора.
В экологической части приведены примеры борьбы с основными источниками загрязнения окружающей среды.
В экономической части проведен расчет годового экономического эффекта, который будет получен после использования компрессора усовершенствованной конструкции.
В результате можно прийти к заключению, что тема, которая раскрыта в дипломном проекте является актуальной, а ее внедрение в производство позволит получить значительный экономический эффект и облегчение в роботе обслуживающего персонала УКПГ.