2 Компрессорные установки

Для снабжения сжатым воздухом пневмосистем буровой установки применяют компрессорные установки с механическим приводом (контрприводом) от трансмиссий силовых агрегатов или с индивидуальным электроприводом.

Установки с электроприводом называются компрессорными станциями. В компрессорных установках используют двухступенчатые компрессоры типа КС-3М, КС-5М, КСР-5М, КТ-6 с подачей 3-5 м/мин при рабочем давлении 0,8-0,9 МПа. Шифр компрессорной установки соответствует типу компрессора.

В компрессорных установках с механическим приводом приводной шкив соединён с валом компрессора через шинно-пневматическую муфту ШПМ-300. В компрессорных установках с электроприводом вал компрессора соединён с электродвигателем через упругую муфту.

Компрессорные установки работают в авторежиме, включаясь при потере давления в пневмосистеме до 0,7-0,75 МПа и выключаясь при 0,8-0,85 МПа. Работу компрессора в автоматическом режиме обеспечивают разгрузные клапаны, которые при достижении максимального давления в пневмосистеме срабатывают и подают воздух в разгрузочные устройства компрессоров, которые сжимают всасывающие клапаны обеих ступеней сжатия, в результате чего компрессоры при постоянном вращении коленвалов переходят на холостой ход.

Компрессорные установки с механическим приводом допускают работу без автоматики, для чего должна включаться и выключаться шинно-пневматическая муфта с пульта краном управления компрессора.

2.1 Компрессор кт – 6

Компрессор КТ6 трехцилиндровый, вертикальный, двухступенчатый с промежуточным воздушным охлаждением, относится к группе W-образных компрессоров.

Основными узлами компрессора (рисунок 2) являются чугунный литой корпус, два цилиндра низкого давления, один цилиндр высокого давления, холодильник радиаторного типа с предохранительным клапаном, вентилятор с приводом и кожухом, масляный насос. Корпус имеет три привалочных фланца с окнами прямоугольного сечения для крепления цилиндров шестью шпильками и двумя фиксирующими контрольными штифтами. Одно окно фланца служит для монтажа и демонтажа узла шатунов . По бокам в корпусе имеются два люка для доступа к деталям, расположенным внутри корпуса. Оси всех цилиндров находятся в одной вертикальной плоскости. Цилиндры низкого давления, имеющие диаметр 198 мм, расположены под углом 120°, а высокого давления с диаметром 155 мм — вертикально между двумя ц. н. д. Передняя часть корпуса закрыта съемной крышкой, в которой установлен один из подшипников коленчатого вала . Шейка вала уплотнена кожаным разжимным сальником в металлической обойме. Внизу корпуса расположен сетчатый масляный фильтр, укрепленный резьбовым штуцером. Для лучшей теплоотдачи цилиндры имеют ребра, которые у ц.н.д. расположены вдоль оси для придания большей жесткости. Все цилиндры закрыты крышками с клапанными коробками. К коробке ц.н.д. со стороны всасывающей полости прикреплен воздушный всасывающий фильтр со сборником, а со стороны нагнетательной полости — холодильник .

Холодильник состоит из коллектора и радиаторных секций, выполненных из цилиндрических трубок, оребренных пластинами. Для лучшего охлаждения воздуха в холодильнике применен вентилятор . Чтобы предупредить произвольное повышение давления при неисправностях, в камере холодильника установлен предохранительный клапан, отрегулированный на давление 4,5 кГ/см2. При этом предохранительные клапаны главных резервуаров должны быть отрегулированы на давление 10,7 кГ/см2.

1 – коленчатый вал; 2 – шатун; 3 – вентилятор; 4 – цылиндр низкого давления; 5 – сборник; 6 – воздушный всасывающий фильтр; 7 – клапанная коробка ЦНД; 8 – клапанная коробка ЦВД; 9 – холодильник; 10 – предохранительный клапан; 11 - манометр давления масла; 12 – цилиндр высокого давления; 13 – корпус; 14 - масляный фильтр.

Рисунок 2 - Общий вид компрессора КТ-6

Поршни, снабженные двумя уплотнительными и двумя маслосъемными чугунными кольцами, соединены с шатунами при помощи пальцев. С другой стороны шатуны соединены с головкой, насаженной на шатунную шейку коленчатого вала. Головка с шатунами образует узел шатунов (рисунок 3) . Шатун с головкой связан жестко, а два прицепных шатуна — подвижно.

1 – головка; 2, 7 – палец; 3, 5 – шатуны; 4 – штифт; 6 – втулка; 8 – стопорный винт; 9 – каналы для подачи смазки; 10 – шейка коленчатого вала; 11 – крышка.

Рисунок 3 - Узел шатунов

Внутренняя полость клапанной коробки (рисунок 4) разделена перегородкой на две камеры: всасывающую В, в которой расположен всасывающий клапан с разгрузочным устройством и нагнетательную Н, в которой расположен нагнетательный клапан. Нагнетательный клапан прижат к корпусу коробки винтом через упор. Механизм разгрузочного устройства состоит из упора с тремя пальцами, крышки, диафрагмы и стержня с диском. Направляющей для упора служит втулка, запрессованная в крышку.

1 – стержень; 2 – нагнетательный клапан; 3 – корпус; 4 – винт; 5 – крышка; 6 – диафрагма; 7 – поршень; 8, 12 – пружины; 9 – стержень; 10 – седло; 11 – упор; 13, 14 – пластины; 15 – всасывающий клапан; 16 – палец; 17 – коническая ленточная пружина.

Рисунок 4 - Клапанная коробка

Механизм разгрузочного устройства работает следующим образом. Если давление воздуха в главных резервуарах превышает установленное регулятором давления, то воздух поступает от регулятора давления сверху к диафрагмам всасывающих клапанов. Под действием давления воздуха на диафрагму происходит отжатие всасывающих клапанов, в результате чего компрессор начинает работать вхолостую. Когда давление воздуха в главных резервуарах упадет ниже минимального установленного регулятором, полость над диафрагмой сообщится с атмосферой, под действием пружины возврата упора, и упор переместится вверх, отжатие всасывающих клапанов прекратится, и компрессор вновь будет работать под нагрузкой.

К трущимся поверхностям деталей компрессора смазка подается масляным насосом (рисунок 5) с разгрузочным клапаном, регулирующим подачу масла в зависимости от скорости вращения коленчатого вала.

Насос, установленный в картере на цапфах, может перемещаться. В корпусе насоса расположен плунжер с хомутом, насаженным на эксцентрик вала компрессора. Внутри плунжера имеется шариковый клапан. В картере компрессора находится фильтр с обратным клапаном (сапун), выпускающий воздух при повышении давления в картере в случае пропуска воздуха поршневыми кольцами.

Масляный насос состоит из фланца 3, который через прокладку прикреплен к картеру компрессора, корпуса, крышки и приводного валика. Квадратный конец валика сцепляется со втулкой, вставленной в коленчатый вал. Сферическая часть хвостовика валика служит шарниром и одновременно уплотнением валика во втулке коленчатого вала. Валик имеет диск диаметром 48 мм, в пазах которого расположены две лопасти, прижимаемые пружиной к эксцентриковой выточке диаметром 52 мм в корпусе.

При вращении коленчатого вала, а следовательно, и приводного валика по часовой стрелке (если смотреть со стороны квадрата валика), каждая лопасть создает разрежение в полости, изображенной красным цветом. Вследствие этого масло из фильтра картера компрессора через подводящую трубку («вход масла») засасывается в эту (красную) полость и нагнетается в полость зеленую, откуда по каналу через штуцер масло поступает к манометру, а через отверстие в приводном валике — в смазочные каналы коленчатого вала («выход масла») и подшипники. Подвод масла к манометру, поступающего из насоса с целью устранения колебания стрелки манометра, выполнен в виде штуцера, в который ввернут ниппель с калиброванным отверстием 0,5 мм и поставлен резервуар объемом 0,25 л.

1 – крышка; 2 – корпус; 3 – фланец; 4 – приводной валик; 5 – пружина; 6 – лопасти; 7, 8 – штуцеры; 9 – шарик; 10 – пружина; 11 – корпус редукционного клапана; 12 – регулировочный винт; 13 – штифт; 14 – шпилька.

Рисунок 5 - Масляный насос

Индикаторные диаграммы (рисунок 6) работы компрессора показаны для ЦНД вверху и ЦВД внизу. На участке 1 – 2 (верхняя диаграмма) происходит всасывание воздуха в ЦНД, а на участке 2 – 3 – сжатие. Искривление в точке 1 объясняется сопротивлением всасывающего клапана при открывании. При движении поршня вверх на участке 2 – 3 воздух сжимается в цилиндре при закрытых клапанах. В точке 3 открывается нагнетательный клапан и на участке 3 – 4 воздух из ЦНД нагнетается в холодильник.

Вид диаграммы для ЦВД такой же, только давление будет более высоким.

Рисунок 6 – Индикаторные диаграммы работы компрессора

1, 13 – всасывающий клапан; 2, 12 – нагнетательный клапан; 3, 11 – трубопровод; 4 – верхний коллектор; 5, 6 – ребристая труба; 7 – камера; 8 – крышка; 9, 10 – клапаны.

Рисунок 7 – Схема работы компрессора

Схема работы компрессора (рисунок 7) делится на три цикла: всасывание, первая ступень сжатия и вторая ступень сжатия. В правом ЦНД происходит всасывание (желтый цвет) через фильтр и клапан 13 (нагнетательный клапан 12 закрыт), а в левом ЦНД – первая ступень сжатия (зеленый цвет) и нагнетание через клапан 2 (всасывающий клапан 1 закрыт) в холодильник.

Воздух по трубе 3 поступает в верхний коллектор 4, оттуда по ребристым трубам 5 в нижний коллектор, затем по второму ряду ребристых труб 6 в камеру 7, сообщенную с полостью крышки 8 ЦВД. Такой же процесс происходит и во втором ЦНД.

При движении вниз поршень ЦВД через клапаны 9 засасывает сжатый воздух из холодильника, при обратном ходе сжимает его и нагнетает через клапан 10 (синий цвет) в главные резервуары.

Если давление в главных резервуарах повышается сверх установленного регулятором давления, то по трубопроводу 11 воздух из этого регулятора поступает к разгрузочным устройствам ЦНД и ЦВД (красный цвет), отжимает пластины всасывающих клапанов и ком-прессор работает вхолостую.

Режим работы компрессора состоит их двух периодов: рабочего (подача воздуха, или ПВ) и холостого (работа на холостом ходу или остановка). При оптимальном режиме работы значение ПВ составляет 15 – 25%, при максимальном – 50%.

Номинальная производительность компрессоров КТ6 равна 5,7 м3/мин при час-тоте вращения вала 850 об/мин, компрессора КТ6Эл – 2,75 м3/мин при 440 об/мин.

3 РАСЧЕТ ДВУХСТУПЕЧАТОГО КОМПРЕССОРАневмоуправление буровая установка

3.1 Исходные данные

Рассмотрим пример теплового расчета стационарного компрессора по следующим исходным данным:

• Рвс = 0,1 МПа;

• Рн = 0,9 МПа ;

• температура всасываемого газа Твс = 298 °К ( 25°С);

• температура охлаждающей воды Тохл. = 293 °К (20 °С);

• производительность компрессора Vе = 6 м3 / мин ( 100 л / с);

• допустимые отклонения производительности не более ± 5 %.

Определить:

• диаметр цилиндра D;

• полный ход поршня Sп;

• частоту вращения коленчатого вала nо ;

• производительность компрессора Vе с учётом округления основных размеров цилиндров;

• определить индикаторную и эффективную мощность привода компрессора Nинд.к, Nе;

• коэффициент полезного действия компрессора η.

• температуры нагнетания Т;

• выбор клапанов по пропускной способности.