Принцип действия и область применения центробежных компрессоров

1.Принцип  действия и область  применения центробежных  компрессоров. 

   Центробежные компрессоры относятся к динамическим компрессорным машинам, в которых рабочий процесс осуществляется путем динамического воздействия на непрерывный поток сжимаемого газа.

   При вращении рабочего элемента (крыльчатки) компрессора хладагент всасывается через входное отверстие и центробежной силой отжимается к периферии. Величина передаваемой жидкому хладагенту энергии пропорциональна скорости вращения крыльчатки. При высоком удельном объеме хладагента необходимо использовать крыльчатку большого диаметра, способную приводить в движение значительные объемы газа. Центробежные компрессоры могут быть оснащены одной крыльчаткой (в одноступенчатых моделях) или несколькими крыльчатками (многоступенчатые модели). Независимо от того, является ли компрессор одноступенчатым или двухступенчатым, на всасывании всегда устанавливаются подвижные лопатки, функция которых заключается в изменении угла и мощности поступления потока газа на крыльчатку. Эти лопатки, приводящиеся в движение специальным двигателем, позволяют изменять холодильную мощность центробежных компрессоров в зависимости от тепловой нагрузки. Подобная система основывается на принципе придания некоторого «предварительного вращения» поступающему на крыльчатку газу, с изменением скорости его радиального движения.

Особенности функционирования:

   Основной проблемой функционирования центробежного компрессора является невозможность поддержания давления конденсации при определенных условиях частичного выпуска, что приводит к эффекту «подсоса» (surging), проявляющегося в кратковременном изменении направления движения потока с последующим возвратом к нормальному режиму. Появление этого эффекта определяется по характерному звуку («рев слона»). Подсос возникает при отклонении условий функционирования за пределы кривой нормального рабочего режима компрессора, т.н. «кривая подсоса».

    Для кондиционирования воздуха используют полугерметичный центробежный компрессор. Он имеет ряд отличие от других полугерметичных компрессоров:

-между валом двигателя и валом компрессора устанавливается шестеренчатый редуктор, придающий крыльчатке требуемую скорость вращения;

-всасываемый холодильный агент не охлаждает двигатель. Последний охлаждается жидким хладагентом агентом, поступающим от конденсатора и впрыскиваемым на обмотки. Наиболее распространенные модели центробежных компрессоров для кондиционирования воздуха покрывают диапазон мощности от 350 до 4000 кВт, кроме того, эти агрегаты могут развивать мощность до 35000 кВт. Центробежные компрессоры в этом случае используются при стабильных рабочих режимах с постоянным соотношением давлений.

2. Установки подъемные  автомобильные А-50 для капитального  ремонта скважин.  Кинематические схемы,  устройство основных  сборочных единиц.

   Агрегат А-50М. Взамен агрегата А-50У выпускают модернизированный агрегат А-50М с повышенными надежностью и грузоподъемностью.

   Агрегат  A-50M также предназначен для освоения и ремонта нефтяных, газовых и нагнетательных скважин с проведением спускоподъемных операций с насоснокомпрессорными и бурильными трубами, промывки песчаных пробок, глушения скважин, циркуляции промывочного раствора при бурении, фрезеровании и разбуривании цементных стаканов для проведения ловильных и других работ по ликвидации аварий в скважинах. Все механизмы агрегата, кроме промывочного насоса, смонтированы на шасси КрАЗ-250 с подогревателем ПЖД-44-П. Промывочный насос 9МГр смонтирован на двухосном прицепе. В качестве привода навесного оборудования используется ходовой двигатель в агрегате А-50У шасси КрАЗ-257, а в А-50М шасси КрАЗ-250. Мощность от двигателя отбирается через коробку отбора мощности 23, установленную на раздаточной коробке автомобиля. Карданный вал 21 коробки отбора мощности соединен с раздаточным редуктором 20, смонтированным на раме 22.

   От  раздаточного редуктора мощность  отбирается при помощи клиновых  ремней на компрессорную установку  4, питающую пневмоуправление 16 сжатым  воздухом, а также на силовую  передачу 29 через карданные валы 27 и 28. Через силовую передачу  мощность передается на промывочный  насос 26 при помощи карданного  вала. Цепной передачей 30 в кожухе 32 осуществляется привод лебедки  6 и через промежуточный вал  33 привод бурового ротора. Переключение  коробки отбора мощности на  промежуточный вал выполняется  рычагами управления зубчатыми  муфтами 19.

   В  рабочем положении мачта 14 одной  стороной опирается на лебедку,  другой через домкрат 18 — на  грунт. Установку мачты из транспортного  положения в вертикальное —  рабочее и обратно проводят  посредством домкратов 7, цилиндры  которых защищены кожухом. Кронблок  мачты и талевый блок 10 оснащены  талевым канатом 9. На мачте  размещены подвеска ключей 11 и  подвеска бурового рукава 12, который  соединяется с насосом при  помощи манифольда 25. При необходимости  к талевому блоку можно подвесить  вертлюг 13 с квадратной штангой  15. Нагрузка на крюке определяется  при помощи индикатора веса 8, устанавливаемого на «мертвом»  конце талевого каната. В транспортном положении мачта опирается на переднюю опору 1, размещенную на переднем буфере, где также находится балка для крепления силовых оттяжек 24, и на среднюю опору 2, на которой установлена вспомогательная электролебедка 3. Гидросистема 5 обеспечивает питание гидрораскрепителя 31 и гидроротора 17.

   В  состав установки входит также  электрооборудование 34, узел управления  и освещения шасси 36, установка  запасного колеса и площадки  оператора 35. 

       Рис.1 Агрегат А-50М

     Рис. 2 Агрегат А-50М. Вид сверху

1 -передняя  опора; 2 -средняя опора; 3 -электролебедка; 4-компрессорная установка; 5-гидросистема; 6-лебедка; 7-домкрат; 8-индикатор веса; 9-талевый канат; 10-талевый блок; 11-подвеска  ключей; 12-подвеска бурового рукава; 13-вертлюг; 14-мачта; 15

домкратная  штанга; 16-пневмоуправленне; 17-гидроротор; 18-домкрат; 19-зубчатая муфта; 20-редуктор; 21-карданный вал; 22-рама; 23-коробка отбора мощности; 24-силовые оттяжка; 25-маннфольд; 26-промывочный насос; 27, 28-карданные валы; 29-силовая передача; 30-цепная передача; 31-гидрораскрепитель; 32-кожух; 33-промежуточный вал; 34-электрооборудование; 35-площадка оператора; 36-узел управления и освещения шасси;

   Кинематическая схема агрегата А-50М (рис.3) в отличие от схемы А-50У имеет два масляных насоса 2МН-250/100 вместо одного М-20 в агрегате А-50У. Привод навесного оборудования агрегата и насосного блока осуществляется от тягового двигателя автомобиля через коробку скоростей, включенную напрямую, и раздаточную коробку. Шестерни 16 и 17 раздаточной коробки автомобиля находятся в постоянном зацеплении с шестернями 3 и 2 коробки отбора мощности I , свободно сидящими на валу I. При включении зубчатой муфты две скорости передаются валу 1, затем через карданный вал 2 — первичному валу 3 раздаточного редуктора 14 с коническими шестернями 4 и 13. От вала 3 вращение передается через встроенный редуктор масляным насосам 11, питающим гидроротор 10 привода ротора 9 и гидроцилиндры подъема вышки. Масляные насосы включаются в работу посредством зубчатых муфт.

  От шкива, сидящего на первичном валу 3, вращение клиновыми ремнями передается компрессору 12. От вторичного вала раздаточного редуктора вращение карданным валом IV сообщается валу V, на который посажена звездочка 5 цепной передачи привода лебедки 7. На консоли вала V на подшипниках качения установлен фланец, включаемый зубчатой муфтой; к фланцу прикреплен карданный вал VI привода промывочного насоса 6. Включение промывочного насоса выполняется зубчатой муфтой, посаженной на тот же консольный конец вала раздаточного редуктора. От вала V вращение цепной передачей передается валу VII силовой передачи, который, в свою очередь, соединен цепными передачами с валом VIII подъемного барабана 5. Лебедка 7 имеет две шинно-пневматические муфты. Цепные передачи включаются шинно-пневматическими муфтами и передают валу подъемного барабана две скорости (большую и малую). В сочетании с двумя скоростями вала силовой передачи они обеспечивают четыре скорости вращения подъемного барабана, жестко сидящего на шпонках барабанного вала. При работе на первой скорости коробки отбора мощности посредством шиннопневматических муфт лебедки можно включить первую или третью скорости подъемного барабана, при работе коробки отбора мощности на второй скорости — вторую или четвертую.

     Рис. 3. Кинематическая схема агрегата А-50М.

     1-коробка  отбора мощности; 2, 3-шестерни коробки  отбора мощности; 4, 13-шестерни конические; 5-звездочка цепной передачи; 6-промывочный  насос; 7-лебедка; 8-подъемный барабан; 9-ротор; 10-гидроротор; 11-масляный насос; 12-компрессор; 14-раздаточный редуктор; 15-раздаточная коробка; 16, 17-шестерни  раздаточной коробки; I-ведущий вал; II, IV, VI-карданные валы; III-первичный вал; V-вал цепной передачи;VII-вал силовой передачи; VIII-вал подъемного барабана; 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

3. Блок манифольда. Автоцистерны, их  типы, конструкция,  технические характеристики (для  ГРП).

   Блоки манифольдов предназначены для соединения насосных установок с устьем скважины при цементировании скважин, гидравлическом разрыве пластов, гидропескоструйной перфорации и других технологических операциях на нефтяных и газовых скважинах. Размещается на автомобильном шасси с гидроманипулятором, или на отдельной раме. Эксплуатируются в диапазоне температур окружающей среды от -40° до +40°C.

     2 Технические характеристики и габаритные размеры 

     -М6х105- длина, м 8480; ширина, м 2300; высота, м 2150; масса, кг 2400;

     -М4х105- длина, м 4920; ширина, м 2430; высота, м 2120; масса, кг зависит от комплектации

     -ЦМ6х105- длина, м 4920; ширина, м 2430; высота, м 2120; масса, кг зависит от комплектации

   Максимальное рабочее давление (по выбору заказчика), МПа 21, 35, 70, 105, 137

   Условный проход трубопроводов, мм 50; 76; 100

   Общее количество подключаемых установок от 1 до 6

   Автомобильное шасси с гидроманипулятором ( автомобильное шасси входит в состав в том случае, если «Блок манифольдов» располагается и транспортируется непосредственно на автомобильном шасси и представляет собой единую спецмашину )

   Блок манифольдов смонтированный, к примеру, на раме, доставляется на место проведения работ на автомобильном шасси. Затем снимаются с автомобильного шасси и подготавливается для проведения работ. Автомобиль должен быть оборудован гидроманипулятором и лебедкой, обеспечивающими погрузку и загрузку.

   Стандартное автомобильное шасси MB Model — 3332 (6x6) с откидной кабиной, двигателем мощностью 320 л. с. и спальным местом. По требованию заказчика установка может быть смонтирована на других шасси соответствующей грузоподъемности и длине монтажной базы. На шасси устанавливается гидравлический манипулятор модели PALFINGER PK 23500 с шарнирным механизмом, предназначенный для погрузки и разгрузки. Манипулятор стационарно установлен на автомобильном шасси и оснащен гидравлическими опорными стабилизаторами-домкратами. Приблизительная грузоподъемность крана при выносе стрелы от 2,9 м до 10,4 м - от 23,5 т до 2,27 т. Рама выполнена из прочной конструкционной стали. На раме размещены и закреплены все элементы блока манифольда.

   Манифольд низкого давления:

На основании  рамы устанавливается манифольд, представляющий собой сварную конструкцию, изготовленную, в основном из стальных труб диаметра 254 мм (10”). На манифольде имеются входные  точки, соединяемые с блендерами при помощи рукавов. На вертикальных стойках размещены выходные соединения диаметром 100 мм (4") на сторону всасывания насосных агрегатов высокого давления через рукава. Все входные соединения манифольда низкого давления оснащены БРС 100 мм (4") и двустворчатыми клапанами 100 мм (4"). Каждое выходное соединение оснащено БРС 152,4 мм (6") и шаровыми кранами высокого давления.

   Манифольд высокого давления:

Манифольд высокого давления собран из двух раздельных линий диаметром 76,2 мм (3”), рассчитанных на давление 1034 атм (15 000 PSI). Подсоединение  к насосным установкам происходит через  переходники 76,2 мм (3”), соединенными патрубками 76,2 мм (3") соответствующей длины  с использованием БРС. Манифольды высокого и низкого давления представляет собой единую структуру.

Нефтепромысловые  автоцистерны АЦН-11-257, АЦН-7,5-5334, Цр-7АП и Цр-7АПС предназначены для  транспортирования жидких сред (кроме  кислот, щелочей и других агрессивных  сред) температурой до +80°С и подачи их к передвижным насосным и смесительным установкам при гидравлическом разрыве  пласта, цементировании скважин и  других промывочно-продавочных работах. Автоцистерны АЦН-11-257, АЦН-7,5-5334 и Цр-7АП можно использовать в районах с умеренным климатом, а автоцистерну Цр-7АПС - в районах с умеренным и холодным климатом.

Рис. 1. Нефтепромысловая автоцистерна АЦН-11-257: 1 - цистерна; 2 - установка искрогасителя; 3 - установка фары и тахометра; 4 - автошасси КрАЗ-257131А; 5 - огнетушитель ОУ-2; 6 - насосный блок; 7 — система самовсасывания; 8 — манифольд. 

Рис. 2. Нефтепромысловая автоцистерна АЦН-7,5-5334: 1 - цистерна; 2 - установка искрогасителя; 3 - установка фары и тахометра; 4 - автошасси МАЗ-5334; 5 - система самовсасывания; 6 - насосный блок; 7 - манифольд; 8 - огнетушитель ОУ-2

Каждая автоцистерна включает в себя цистерну, насосный блок с системой самовсасывания, манифольд, трансмиссию и другое оборудование, смонтированное на автошасси. Цистерна - сварная, с сечением овальной формы; оборудована волногасителями. В верхней части цистерны расположен люк-лаз с дыхательными клапанами на крышке и площадка с ограждением. Цистерна оснащена указателем уровня поплавкового типа. Подогрев жидкости в автоцистернах АЦН-11-257, АЦН-7,5-5334 и Цр-7АП - от постороннего источника тепла через трубопровод в цистерне; в автоцистерне Цр-7АПС - подогревателем ПЖД-44Б через жаровые трубы. Привод насосного блока - от тягового двигателя автомобиля через коробку отбора мощности и редуктор.

Рис. 3. Нефтепромысловые автоцистерны ЦР-7АП и ЦР-7АПС: 1 - автошасси КрАЗ-255Б; 2 - всасывающее устройство; 3 - цистерна; 4 - манифольд; 5 - центробежный насос 4НКЭ-5Х1 в блоке с редуктором-ускорителем; 6 – редуктор. 
 
 
 

4. Агрегаты ПАРС, их  назначение. Комплектовка  оборудования.

Агрегат 2ПАРС (рис.1) на базе трактора Т-130МГ-1 выполняет  работы по планировке площадок для  установки агрегатов ремонта  нефтяных, нагнетательных и газовых  скважин, по нарезанию щелей под  якоря оттяжек, демонтажу и монтажу  устьевого оборудования, фонтанной  арматуры, расчистке подъездных путей  к скважинам и другим промысловым  объектам.

Рис.1. Агрегат 2ПАРС: 1 - трактор Т-130МГ-1; 2 - механизм управления; 3 - гидравлический кран; 4 - механизм подъема  режущего органа; 5 - режущий орган; 6 - редуктор; 7 - прицепное устройство; 8 - бульдозерный отвал.

Агрегат имеет бульдозерный отвал 8, гидравлический кран 3, механизм для разработки грунта, состоящий  из редуктора 6, режущего органа 5 с механизмом его подъема 4, прицепного устройства 7, предохранительного клапана и  механизма управления 2. Редуктор односкоростной трехступенчатый смонтирован на стенке заднего моста трактора, и  состоит из шестерни, зубчатой муфты, роликоподшипников, двойной шестерни, вала-шестерни, зубчатой полумуфты, звездочки  бара. Редуктор крепят шпильками через  корректировочную плиту к задней стенке боковых фрикционов трактора. Гидрокран 4030П устанавливают на специальной плите, приваренной  к задней стенке боковых фрикционов трактора с правой стороны. Стрелу гидрокрана в транспортном положении закрепляют с помощью опоры и кронштейна на балке механизма подъема бара. Крюк гидрокрана оснащен предохранительным  устройством, предотвращающим самопроизвольное выпадение захватных приспособлений. Бульдозерный отвал представляет собой  сварную конструкцию, состоящую  из отвала, толкающих брусьев с  опорами и винтовых раскосов. Механизм управления расположен в кабине трактора и состоит из рычага и тяги. Тяга непосредственно соединяется с  рычагом и вилкой муфты включения  бара. Механизм подъема режущего органа состоит из гидроцилиндра двойного действия, приводной звездочки, тяговой  цепи с натяжным устройством режущего органа, балки и предназначен для  разработки грунта, для нарезания щелей под якоря оттяжек, разработки мерзлого грунта при планировке площадок. Режущий орган представляет собой бар, уравновешенный беспланочной режущей цепью.

   Натяжение  режущей цепи регулируют вращением  винта, который, перемещаясь относительно  гайки, передает усилие головке  бара, натягивая или ослабляя  цепь. Направляющий режущей цепи  ручей образован брусьями, плитами  и прикрепленными к плите накладками. В нижней части рамы бара  имеются продольный прямоугольный  паз фиксации бара и шесть  отверстий под болты для крепления  режущего органа к седлу редуктора  установки. Режущий орган заимствован  от врубовой машины «Урал-33».  Привод режущего органа осуществляется  через редуктор, быстроходный вал  которого соединен с валом  отбора мощности трактора шлицевой  муфтой. Режущий орган фиксируют  в транспортном положении запорным  валиком, который находится в  корпусе редуктора и включается  при совпадении отверстия седла  с валиком.

   Прицепное  устройство, состоящее из серьги  и удлинителя, крепят к кронштейну  механизма подъема бара и к  фундаменту гидрокрана. Если прицепное  устройство не используется, то  удлинитель серьги отводят в  сторону и фиксируют запорной  планкой или снимают. Для обеспечения  номинальной подачи рабочей жидкости  к цилиндрам гидрокрана и цилиндру  бара вместо масляного насоса  гидросистему трактора оборудуют  насосом НШ-32УЛ. Все узлы гидравлической  системы соединены между собой  трубопроводами.

   Шестеренчатый  насос подсоединяют к редуктору  привода насоса переходной шлицевой  втулкой. Насос, получая вращение  от коленчатого вала двигателя  через редуктор, забирает рабочую  жидкость из бака и нагнетает  ее в распределитель трактора, откуда две пары трубопроводов  подводят жидкость к цистернам  бульдозерного отвала и цилиндру  механизма подъема бара. Для создания  оптимальных условий подачи бара  при разработке грунтов различных  категорий на линии заглубления  бара установлен предохранительный  клапан с переливным золотником  и манометром. 
 
 
 
 
 
 
 
 

Задача 3,4.

      По  исходным данным произвести выбор оборудования для спускоподъёмных операций при  текущем и капитальном ремонте  скважин, произвести расчет нагрузок на ось кронблока и талевого блока, расчет на прочность талевого канала:

1.Выбираем оборудование  для СПО по максимальной нагрузке  на крюке.

Таблица 1

Определяем натяжение  подвижной (ходовой) ветви талевого каната по формуле.

=(  (кН)

Где - нагрузка на крюке; ;    - вес подвижной части талевой системы;

 m=   - коэф-т, зависящий от оснастки талевой системы:

При оснастке 2х3      число рабочих струн – 4            m=0,262 

Где      - вес крюка;       - вес талевого каната;          - вес талевого блока.

Где  - вес 1п.м каната, соответствующего диаметра;    - высота вышки;

U - число рабочих струн.

;                 ; 

  - коэф-т сопротивления шкива, величина обратная КПД шкива       

Где     - КПД шкива, значение коэф. зависит от числа роликов.

Число роликов-3;          

Натяжение в отдельных  струнах кронблока

S₁=           S₂=

S₃=           S₄=     S=

Нагрузка на ось  кронблока:

Силы  действующие  на канатные шкивы при подъёме  бурового инструмента: 
 
 

Суммарная нагрузка: 

Натяжение в отдельных  струнах талевого блока:

Число роликов – 2         

S₁

S₂

S₃

S₄

Силы  действующие  на канатные шкивы талевого блока  при подъёме инструмента:

Р₁=S₁+S₂=195,01+183,97=378,98кН

Р₂=S₃+S₄=173,56+163,74=337,3кН

Суммарная нагрузка, действующая на талевый блок:

Р_тб=378,98+337,3=716,28кН

Разрывное усилие действующее  на ходовой конец каната:

Р_р=Р_х*n

Где n- коэф-т запаса прочности (2,5-4,0);    n=3

Р_р=206,71*3=620,13кН

По разрывному усилию определяем диаметр каната:  d_к=25мм;

 F_сеч==490,6мм²;  удельная масса – 3,34 кг;

Временное сопротивление  проволоки  ξ_в=1766МПа; 

Диаметр проволок внешнего стоя 1,6 мм;

Натяжение от растяжения   ξ_р= ;   ξ_р=

Натяжение изгиба в  проволоке:     ξ_изг=**

Где Е= 2,1*10⁵МПа - модуль упругости материала проволок

D – диаметр шкива талевого каната     D=20dk=20*25=500мм

ξ_сум=ξ_р+ξ_изг=421,3+252=673,3МПа

Фактический запас  прочности каната при работе:

n=

Где   ξ_в - предел прочности проволоки на растяжение.

Вывод : при максимальной нагрузке на канате, равной 780 кН нагрузка на ось кронблока 1010,71 кН, нагрузка на ось талевого блока равна 716,28кН, диаметр каната =25 мм, выбранный по разрывному усилию, равному 620,13 кН. Проверив данный канат на прочность, прихожу к выводу, что диаметр каната выбран верно т.к. соблюдается условие

5 
 
 

Используемая  литература:

1. Бухаленко Е.И  «Справочник по нефтепромысловому  оборудованию» 1990г.

2.Беззубов А.В., Бухаленко  Е.И. «компрессоры для добычи»  1987г.

3. Зайцев Ю.В. и  др. теория и практика газлифта. 1987г.