Компрессоры

Федеральное государственное  автономное

образовательное учреждение

высшего профессионального  образования

«СИБИРСКИЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ  УНИВЕРСИТЕТ»

 

Институт нефти и газа

институт

 

МОНГП

кафедра

 

 

 

 

 

 

Реферат

по дисциплине «Расчет  и конструирование машин и  оборудования нефтяных и газовых  промыслов»

 

 

 

Компрессоры

тема

 

 

 

 

 

 

       Руководитель  _________                                Д.О Макушкин

                                  подпись, дата          должность, ученая степень        инициалы, фамилия

 

Студент     НГ 09-04                                                          Ботвинкин Ю.М.

                      номер группы         номер зачетной книжки          подпись, дата     инициалы, фамилия

 

 

 

 

 

 

 

                                              Красноярск 2013

Содержание

Введение……………………………………………………………………3

1. Виды компрессоров…………………………………………………….5

2. Центробежный компрессор……………………………………………6

3. Струйные Компрессор…………………………………………………8

4. Поршнево́йкомпре́ссор………………………………………………..9

5. Винтовой компрессор………………………………………………….15

6. Области применения компрессоров в нефтегазовой отрасли………19

Заключение………………………………………………………………..20

Библиографический список………………………………………………21

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

Компрессор (от лат. compressio — сжатие) — устройство для сжатия и подачи газов под давлением (воздуха, паров хладагента и т. д.).

Степень повышения давления в Компрессор более 3. Для подачи воздуха с повышением его давления менее чем в 2–3 раза применяют  воздуходувки, а при напорах до 10 кн/м2 (1000 мм вод. cm.) – вентиляторы. Компрессор впервые стали применяться в середине 19 в., в России строятся с начала 20 в.

Основы теории центробежных машин были заложены Л. Эйлером, теория осевых Компрессор и вентиляторов создавалась благодаря трудам Н.Е. Жуковского, С.А. Чаплыгина и других учёных.

По принципу действия и  основным конструктивным особенностям различают Компрессор поршневые, ротационные, центробежные, осевые и струйные. Компрессор также подразделяют по роду сжимаемого газа (воздушные, кислородные и др.), по создаваемому давлению рн (низкого давления – от 0,3 до 1Мн/м2, среднего – до 10 Мн/м2 и высокого – выше 10 Мн/м2), по производительности, то есть объёму всасываемого Vвс (или сжатого) газа в единицу времени (обычно в м3/мин) и другим признакам. Компрессор также характеризуются частотой оборотов n и потребляемой мощностью N

Компрессоры называются дожимающими, если давление всасываемого газа существенно  превышает атмосферное. Производительность компрессоров обычно выражают в единицах объёма газа, приведённого к нормальным условиям. При этом различают производительность по входу и по выходу. Эти величины практически равны при маленькой  разнице давлений между входом и выходом. При большой разнице, скажем, поршневых компрессоров, выходная производительность может при тех же оборотах падать более чем в два раза по сравнению с входной производительностью, измеренной при нулевом перепаде давления между входом и выходом.

К компрессорам (компрессорным  машинам) относятся собственно компрессоры, вентиляторы и вакуумные компрессоры.

В результате сжатия газа давление на выходе компрессора p2 становится больше давления на входе в него р1. Отношение этих величин представляет собой степень повышения давления компрессором ξ = р2/р1.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Виды компрессоров

Компрессоры различаютпо устройству:

• объёмные (поршневые, ротационные), в которых сжатие газа происходит при уменьшении замкнутого объёма;
• лопаточные (центробежные и осевые) в которых силовое воздействие на газ осуществляется вращающимися лопатками, и струйные, принцип действия которых подобен струйным насосам.

Поршневые компрессоры - одни из самых распространённых видов  компрессоров. Оптимальное решение  для задач, не требующих сверхпроизводительности. Эта технология используется для  сжатия воздуха с начала ХХ века, в силу простоты технической реализации. Поршневые компрессоры, до недавнего  времени, являлись основным типом воздушных  компрессоров.

Винтовые компрессоры  являются подтипом роторных компрессоров. Винтовые компрессоры отличаются высокой  надёжностью и малыми габаритами.

Мембранный компрессор по принципу действия скорее можно отнести  к поршневым компрессорам. Сжатие газа в этих компрессорах происходит в процессе уменьшения объема камеры сжатия, вследствие поступательного  движения поршня. В роли поршня выступает  круглая гибкая мембрана, зажатая  по периметру между крышкой и  цилиндром.

Компрессоры могут быть одноступенчатыми и многоступенчатыми. Последние используются для получения больших давлений. Поршневые компрессоры широко используются в установках с двигателями внутреннего сгорания.

Компрессоры строятся стационарными и передвижными; горизонтальными, вертикальными и с наклонным расположением цилиндров; одноступенчатыми и многоступенчатыми; одноцилиндровыми и многоцилиндровыми.

2. Центробежный компрессор

 Турбокомпрессор, в котором сжимаемая среда движется через лопатки колеса и диффузор, главным образом, вдоль направления, перпендикулярного оси вращения. Основными элементами центробежного компрессора являются: корпус, рабочее колесо, диффузор, обратный направляющий аппарат.

В процессе работы центробежного  компрессора парообразный холодильный  агент из всасывающего трубопровода поступает на всасывающую сторону  рабочего колеса, вращающегося с большой  скоростью. Благодаря действию центробежных сил пар отбрасывается к периферии  колеса, давление и скорость пара, а следовательно, и его кинетическая энергия, увеличиваются. С периферии рабочего колеса пар направляется в диффузор, где его скорость уменьшается (за счет увеличения проходного сечения), кинетическая энергия преобразуется в потенциальную и давление возрастает.

Для регулирования мощности компрессора перед первым рабочим  колесом установлены регулирующие поворотные лопатки с приводом от исполнительного механизма.

В многоступенчатых компрессорах поток из предыдущей ступени через  обратный направляющий аппарат подводится к всасывающей стороне следующего колеса. Для уменьшения перетечки пара внутри машины между вращающимися элементами ротора и неподвижными элементами статора предусматриваются лабиринтные уплотнения. Принцип действия их основан на потере напора пара при прохождении через группу последовательно расположенных щелей (сопротивлений). Таким образом, рабочее колесо является единственным элементом ступени, посредством которого к пару подводится энергия

Центробежный Компрессор имеет ротор 4, состоящий обычно из нескольких рядов рабочих лопаток 6. На внутренней стенке корпуса 2 располагаются ряды направляющих лопаток 5. Всасывание газа происходит через канал 3, а нагнетание через канал 1. Одну ступень осевого Компрессор составляет ряд рабочих и ряд направляющих лопаток. При работе осевого Компрессор вращающиеся рабочие лопатки оказывают на находящиеся между ними частицы газа силовое воздействие, заставляя их сжиматься, а также перемещаться параллельно оси Компрессор (откуда его название) и вращаться. Решётка из неподвижных направляющих лопаток обеспечивает главным образом изменение направления скорости частиц газа, необходимое для эффективного действия следующей ступени. В некоторых конструкциях осевых Компрессор между направляющими лопатками происходит и дополнительное повышение давления за счёт уменьшения скорости газа. Степень повышения давления для одной ступени осевого Компрессор обычно равна 1,2–1,3, т.е. значительно ниже, чем у центробежных Компрессор, но кпд у них достигнут самый высокий из всех разновидностей Компрессор

 

Рис. 3. Центробежный компрессор: 1 – вал; 2, 6, 8, 9, 10 и 11 – рабочие колёса; 3 и 7 – кольцевые диффузоры; 4 – обратный направляющий канал; 5 – направляющий аппарат; 12 и 13 – каналы для подвода газа из холодильников; 14 – канал для всасывания газа.

Зависимость давления, потребляемой мощности и кпд от производительности для нескольких постоянных частот вращения ротора при одинаковой температуре  всасываемого газа представляют в виде рабочих характеристик. Регулирование осевых Компрессор осуществляется так же, как и центробежных. Осевые Компрессор применяют в составе газотурбинных установок.

Техническое совершенство осевых, а также ротационных, центробежных и поршневых Компрессор оценивают  по их механическому кпд и некоторым  относительным параметрам, показывающим, в какой мере действительный процесс  сжатия газа приближается к теоретически наивыгоднейшему в данных условиях.

3. Струйные Компрессор

 По устройству и принципу действия аналогичны струйным насосам. К ним относят струйные аппараты для отсасывания или нагнетания газа или парогазовой смеси. Струйные Компрессор обеспечивают более высокую степень сжатия, чем струйные насосы. В качестве рабочей среды часто используют водяной пар.

 

Рис. 4. Струйные Компрессор: 1 – канал для подачи сжатого газа; 2 – корпус; 3 – канал для всасывания газа; 4 – ротор; 5 – направляющие лопатки; 6 – рабочие лопатки

 

 

 

 

4. Поршнево́йкомпре́ссор

 

 Энергетическая машина для сжатия и подачи воздуха или жидкостей (масла, хладагента и др.) под давлением. Компрессоры данного типа широко применяются в машиностроении, текстильном производстве, в химической, холодильной промышленности и криогенной технике. Многообразны по конструктивному выполнению, схемам и компоновкам.

Поршневые компрессоры различают  по устройству кривошипно-шатунного механизма, устройству и расположению цилиндров, числу ступеней сжатия.

Поршневые компрессоры могут  быть: крейцкопфные — с двухсторонним всасыванием и бескрейцкопфные — одностороннего всасывания (мощностью до 100 кВт).

Поршневой Компрессор в основном состоит из рабочего цилиндра и поршня; имеет всасывающий и нагнетательный клапаны, расположенные обычно в  крышке цилиндра. Для сообщения поршню возвратно-поступательного движения в большинстве поршневых Компрессор имеется кривошипно-шатунный механизм с коленчатым валом. Поршневые Компрессор бывают однои многоцилиндровые, с вертикальным, горизонтальным, Vили W-oбразным и другим расположением цилиндров, одинарного и двойного действия (когда поршень работает обеими сторонами), а также одноступенчатого или многоступенчатого сжатия. Действие одноступенчатого воздушного поршневого Компрессор заключается в следующем. При вращении коленчатого вала 1 соединённый с ним шатун 2 сообщает поршню 3 возвратные движения. При этом в рабочем цилиндре 4 из-за, увеличения объёма, заключённого между днищем поршня и крышкой цилиндра 5, возникает разрежение и атмосферный воздух, преодолев своим давлением сопротивление пружины, удерживающей всасывающий клапан 9, открывает его и через воздухозаборник (с фильтром) 8 поступает в рабочий цилиндр. При обратном ходе поршня воздух будет сжиматься, а затем, когда его давление станет больше давления в нагнетательном патрубке на величину, способную преодолеть сопротивление пружины, прижимающей к седлу нагнетательный клапан 7, воздух открывает последний и поступает в трубопровод 6. При сжатии газа в Компрессор его температура значительно повышается. Для предотвращения самовозгорания смазки Компрессор оборудуются водянымили воздушным охлаждением. При этом процесс сжатия воздуха будет приближаться к изотермическому (с постоянной температурой), который является теоретически наивыгоднейшим.

По расположению цилиндров компрессоры подразделяются на вертикальные, горизонтальные и угловые.

К вертикальным относятся машины с цилиндрами, расположенными вертикально. При горизонтальном расположении цилиндры могут быть размещены по одну сторону коленчатого вала, такие компрессоры называются горизонтальными с односторонним расположением цилиндров; либо по обе стороны вала — с горизонтальными или двухсторонним расположением цилиндров.

К угловым компрессорам относятся машины с цилиндрами, расположенными в одних рядах вертикально, в других — горизонтально. Такие компрессоры называются прямоугольными. К угловым компрессорам относятся машины с наклонными цилиндрами, установленными V-образно и W-образно (компрессоры называются соответственно V- и W-образными).

Прогрессивным в развитии поршневых компрессоров явился переход  на оппозитное исполнение компрессоров крупной и средней производительности. Оппозитные компрессоры, представляющие собой горизонтальные машины с встречным движением поршней и расположением цилиндров по обе стороны вала, отличаются высокой динамической уравновешенностью, меньшим габаритами и массой. Благодаря своим преимуществам оппозитные компрессоры практически полностью вытеснили традиционный тип крупного горизонтального компрессора.

Для машин малой и средней  производительности основным является прямоугольный тип компрессора  и компрессора с У-образным расположением  цилиндров.

По числу ступеней сжатия компрессоры различаются одно-, двух- и многоступенчатые. Многоступенчатое сжатие вызывается необходимостью ограничить температуру сжимаемого газа. В воздушных компрессорах возникает опасность воспламенения и взрыва масляного нагара, накапливающегося в трубопроводах, на крышках компрессоров и поверхностях клапанов, поэтому температура нагнетаемого воздуха не должна превышать 453К

Режим работы поршневого компрессора

 

Действие одноступенчатого воздушного поршневого Компрессор заключается в следующем. При вращении коленчатого вала 1 соединённый с ним шатун 2 сообщает поршню 3 возвратные движения. При этом в рабочем цилиндре 4 из-за, увеличения объёма, заключённого между днищем поршня и крышкой цилиндра 5, возникает разрежение и атмосферный воздух, преодолев своим давлением сопротивление пружины, удерживающей всасывающий клапан 9, открывает его и через воздухозаборник (с фильтром) 8 поступает в рабочий цилиндр. При обратном ходе поршня воздух будет сжиматься, а затем, когда его давление станет больше давления в нагнетательном патрубке на величину, способную преодолеть сопротивление пружины, прижимающей к седлу нагнетательный клапан 7, воздух открывает последний и поступает в трубопровод 6. При сжатии газа в Компрессор его температура значительно повышается. Для предотвращения самовозгорания смазки Компрессор оборудуются водяным (труба 10 для подвода воды) или воздушным охлаждением. При этом процесс сжатия воздуха будет приближаться к изотермическому (с постоянной температурой), который является теоретически наивыгоднейшим (см. Термодинамика). Одноступенчатый Компрессор, исходя из условий безопасности и экономичности его работы, целесообразно применять со степенью повышения давления при сжатии до b = 7–8. При больших сжатиях применяются многоступенчатые Компрессор, в которых, чередуя сжатие с промежуточным охлаждением, можно получать газ очень высоких давлений – выше 10Мн/м2. В поршневых Компрессор обычно предусматривается автоматическое регулирование производительности в зависимости от расхода сжатого газа для обеспечения постоянного давления в нагнетательном трубопроводе. Существует несколько способов регулирования. Простейший из них – регулирование изменением частоты вращения вала.

Ротационные Компрессор имеют  один или несколько роторов, которые  бывают различных конструкций. Значительное распространение получили ротационные  пластинчатые Компрессор, имеющие ротор 2 с пазами, в которые свободно входят пластины 3. Ротор расположен в цилиндре корпуса 4 эксцентрично. При его вращении по часовой стрелке  пространства, ограниченные пластинами, а также поверхностями ротора и цилиндра корпуса, в левой части  Компрессор будут возрастать, что  обеспечит всасывание газа через  отверстие 1. В правой части Компрессор объёмы этих пространств уменьшаются, находящийся в них газ сжимается  и затем подаётся из Компрессор в холодильник 5 или непосредственно в нагнетательный трубопровод. Корпус ротационного Компрессор охлаждается водой, для подвода и отвода которой предусмотрены трубы 6 и 7. Степень повышения давления в одной ступени пластинчатого ротационного Компрессор обычно бывает от 3 до 6. Двухступенчатые пластинчатые ротационного Компрессор с промежуточным охлаждением газа обеспечивают давление до 1,5Мн/м2.

 

Рис. 1. Поршневой компрессор: 1 – коленчатый вал; 2 – шатун; 3 – поршень; 4 – рабочий цилиндр; 5 – крышка цилиндра; 6 – нагнетательный трубопровод; 7 – нагнетательный клапан; 9 – воздухозаборник; 9 – всасывающий клапан; 10 – труба для подвода охлаждающей воды.

Принципы действия ротационного и поршневого Компрессор в основном аналогичны и отличаются лишь тем, что  в поршневом все процессы происходят в одном и том же месте (рабочем  цилиндре), но в разное время (из-за чего и потребовалось предусмотреть  клапаны), а в ротационном Компрессор всасывание и нагнетание осуществляются одновременно, но в различных местах, разделенных пластинами ротора. Известны другие конструкции ротационного Компрессор, в том числе винтовые, с двумя роторами в виде винтов. Для удаления воздуха с целью создания разрежения в каком-либо пространстве применяют роторные водокольцевые вакуум-насосы. Регулирование производительности ротационного Компрессор осуществляется обычно изменением частоты вращения их ротора.

 

Рис. 2. Ротационный пластинчатый компрессор: 1 – отверстие для всасывания воздуха; 2 – ротор; 3 – пластина; 4 – корпус; 5 – холодильник; 6 и 7 – трубы для отвода и подвода охлаждающей воды.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5. Винтовой компрессор.

Рис. 1. Винтовой компрессор

 

Конструкция винтового компрессора  запатентована в 1934 году. Надежность в работе, малая металлоемкость и  габаритные размеры предопределили их широкое распространение. Винтовые компрессоры успешно конкурируют  с другими типами объемных компрессорных  машин, практически полностью вытеснив их в передвижных компрессорных  станциях, судовых холодильных установках. Типовая конструкция компрессора  сухого сжатия работает без подачи масла в рабочую полость. Компрессор имеет два винтовых ротора. Ведущий  ротор с выпуклой нарезкой соединен непосредственно или через зубчатую передачу с двигателем.

На ведомом роторе нарезка  с вогнутыми впадинами. Роторы расположены  в разъёмном корпусе, имеющем  один или несколько разъемов. В  корпусе выполнены расточки под  винты, подшипники и уплотнения, а  также камеры всасывания и нагнетания.

Высокие частоты вращения винтовых компрессоров определяют применение в них опорных и упорных  подшипников скольжения.

Между подшипниковыми камерами и винтовой частью роторов, в которых  сжимается газ, расположены узлы уплотнений, состоящие из набора графитовых и баббитовых колец. В камеры между  группами колец подается запирающий газ, препятствующий попаданию масла  из подшипниковых узлов в сжимаемый газ, а также газа в подшипниковые камеры.

Касание винтов роторов при  отсутствии смазки недопустимо, поэтому  между ними оставляют минимальный  зазор, обеспечивающий безопасную работу компрессора, а синхронная частота  вращения ведущего и ведомого роторов  обеспечивается наружными синхронизирующими  шестернями. Винтовые поверхности роторов  и стенок корпуса образуют рабочие  камеры. При вращении роторов объём  камер увеличивается, когда выступы  роторов удаляются от впадин и происходит процесс всасывания. Когда объём камер достигает максимума, процесс всасывания заканчивается и камеры оказываются изолированными стенками корпуса и крышками от всасывающего и нагнетательного патрубков.

При дальнейшем вращении во впадину ведомого ротора начинает внедряться сопряженный выступ ведущего ротора. Внедрение начинается у переднего  торца и постепенно распространяется к нагнетательному окну. С некоторого момента времени обе винтовые поверхности объединяются в общую  полость, объем которой непрерывно уменьшается благодаря поступательному  перемещению линии контакта сопряженных  элементов в направлении к нагнетательному окну. Дальнейшее вращение роторов приводит к вытеснению газа из полости в нагнетательный патрубок. Из-за того, что частота вращения роторов значительна и одновременно существует несколько камер, компрессор создает равномерный поток газа.

Отсутствие клапанов и  неуравновешенных механических сил  обеспечивают винтовым компрессорам высокие  рабочие частоты вращения, т.е. получать большую производительность при  сравнительно небольших внешних  габаритах.

Маслозаполненные компрессоры допускают меньшие скорости вращения, чем компрессоры «сухого сжатия». Масло в рабочую полость винтового компрессора подается с целью уменьшения перетечек через внутренние зазоры, смазки винтового зацепления роторов и охлаждения сжимаемого газа.

Преимущества  винтового компрессора:

• высокий коэффициент полезного действия (до 99%); работа в непрерывном интенсивном режиме; низкий уровень шума и вибрации; возможность установки непосредственно вблизи потребителя; снижение энергозатрат на производство сжатого воздуха; безопасность и высокая надежность; длительный период работы между техническими обслуживаниями.

 

Рис. 2. Общий вид винтовых компрессоров

Особенностью ротационных компрессоров по сравнению споршневыми является отсутствие кривошипно-шатунного механизма  и возвратно-поступательно движущегося  поршня. Поэтому ротационные компрессоры  имеют хорошую уравновешенность, сравнительно малую массу на единицу  холодопроизводительности, меньшее  количество движущихся частей, подвергающихся износу, отсутствие всасывающих, а в  некоторых конструкциях и нагнетательных клапанов. Они проще в обслуживании и более надежны в работе. К  недостаткам ротационных компрессоров можно отнести сложность их изготовления и ремонта, большой износ движущихся частей.

Все многообразие конструкций  ротационных компрессоров можно  свести к двум основным типам - компрессоры  с вращающимся ротором, ось которого фиксируется относительно оси цилиндра (пластинчатые ротационные компрессоры), и компрессоры с катящимся  ротором, ось которого вращается вокруг оси цилиндра, и ротор при этом обкатывает цилиндр. Ротационные (пластинчатые и винтовые) компрессоры сжимают воздух вследствие уменьшения рабочих полостей.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6. Области применения компрессоров в нефтегазовой отрасли

Компрессоры в нефтегазовой отрасли могут применяться для:

• подъем пластовой жидкости на поверхность при компрессорном способе добычи нефти;
• закачка газа в нефтяные пласты с целью поддержания и восстановления пластового давления;
• закачка газа в подземные хранилища;
• освоение скважин после бурения и ремонта;
• подача воздуха в пневматические системы буровых установок;
• подача окислителя (воздуха) в нефтяные пласты при эксплуатации месторождений с применением внутрипластового движущегося очага горения;
• сбор газа при эксплуатации нефтяных и газовых месторождений и подача его на головную компрессорную станцию;
• сжатие нефтяного газа в сепарационных установках;
• транспортирование газа по магистральным трубопроводам;
• подача воздуха в пневматические системы различных грузоподъемных, транспортных и других машин, приборов, инструментов и приспособлений, применяемых в нефте - и газодобыче;
• опрессовка трубопроводов, емкостей и т. п. в процессе испытания их на прочность и плотность;
• перемещение газа в установках заводов по переработке нефти и газа;
• удаление газа с целью создания в какой-либо полости вакуума;
• вентиляция с целью охлаждения оборудования и циркуляции воздуха в помещениях;
• теплопередача (в охлаждающих рубашках машин, подогревателях, холодильных установках).

 

 

Заключение

Компрессоры довольно широко распространены в любых отраслях и в наше время. Любой тип как компрессора, имеет свою область применения, свои уникальные характеристики, что позволяет им оставаться востребованными и по сей день. Но прогресс не стоит на месте и необходимо разрабатывать все новые и более усовершенствованные установки.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Библиографический список

1. Абдурашитов С. А. Насосы и компрессоры. — М.: Недра, 1974.

 

2. Михайлов А. К., Ворошилов В. П. Компрессорные машины. — М.:

 

 

3. Энергоатомиздат, 1989. — 288 с. — ISBN 5-283-00090-7.

 

4. Воронецкий А. В. Современные центробежные компрессоры. — М.:Премиум Инжиниринг, 2007. — 140 с.

 

 

5. Шерстюк А. Н., Компрессоры, М.—Л., 1959