Нефтепромысловые машины и механизмы
..pdfпройти значительного расстояния от верхней ме^тйой точки, ре зультате выделения при сгораний смеси тепла1повышается 'тёМцература газов приблизительно до 2000° С, соответственйо увеличивается их давление в цилиндре. Поршень цод этим давлением с боль
шой силой двигается |
вниз. |
Этот такт |
называется |
рабочим |
‘(рис1. 123, б). |
1 |
1 |
' |
! |
Так как колёнчатый вал 4 |
вследствие инерции механизма про |
|||
должает вращаться, шатун 3 вновь поднимает |
поршень из нижней |
в верхнюю мертвую точку. В это время газораспределительный ме ханизм открывает выхлопной клапан и поршень выталкивает из цилиндра продукты сгорания, подготовляя цилиндр к заполнению новой порцией рабочей смеси. Этот такт называется выхлопом (рис. 123, г). После того как поршень придет в верхнюю мертвую точку, рабочий процесс двигателя повторяется сначала.
Рабочей процесс двухтактного двигателя
Начнем рассмотрение рабочего процесса двухтактного двигателя с рабочего хода* т. е. с того момента, когда поршень под давлением
газа перемещается |
вниз |
от верхней |
мертвой точки. |
|
Как |
видно |
||||||
из рисунка (рис. 124, а), |
рабочий ход будет |
продолжаться |
до |
тех |
||||||||
F 4 |
|
|
|
пор, |
пока |
поршень |
не опу- |
|||||
я |
к |
г ^ |
стится |
настолько, |
что |
от- |
||||||
|
г |
л |
кроет выхлопные |
окна, |
рас |
|||||||
|
|
|
|
положенные в нижней части |
||||||||
|
|
|
|
цилиндра. |
К |
этому |
време |
|||||
|
|
|
|
ни давление в цилиндре упа |
||||||||
|
|
|
|
дет до |
небольшой |
величины. |
||||||
|
|
|
|
Как |
только |
поршень |
от |
|||||
|
|
|
|
кроет выхлопные |
окна, |
про |
||||||
|
|
|
|
дукты |
сгорания, |
|
давление |
|||||
|
|
|
|
которых еще выше атмосфер |
||||||||
|
|
|
|
ного, |
начнут |
выходить |
из |
|||||
|
|
|
|
цилиндра |
(рис. 124, б). Пор |
|||||||
|
|
|
|
шень, продолжая опускаться, |
||||||||
Рдс. 124. Схема работы двухтактного дви |
открывает |
также |
|
продувоч |
||||||||
гателя. |
|
|
ные |
окна |
(рис. 124, в) и |
при |
||||||
|
|
|
|
этом |
воздух, сжатый |
проду |
вочным насосом, поступает в цилиндр, вытесняя из него остатки продуктов сгорания. Выхлопы и продувка продолжаются до тех пор, пока поршень,, возвращаясь из нижней мертвой точки, не за кроет продувочных и выхлопных окон (рис. 124? г). Для того чтобы (продувка была, наиболее полной, цоршню придается специальная форма. Как только поршець закроет окна и начнется сжатие воз духа, в цилиндр под,давдениём через .инжекторцыД кладки подается необходимое количество топливного газа (рис. 124| г). Эта
порция газа смешивается с воздухом, находящимся в цилиндре, в в конце сжатия поджигается запальной свечой.
Рассматривая рабочий цикл двигателя,, мы для простоты изложе ния предполагали, что клапаны открываются и закрываются в тот момент, когда поршень находится в верхней или нижней мертвых точках. В действительности же в современных двигателях клапаны начинают открываться до того, как поршни дойдут до мертвых точек (опережение открытия), а закрываются после того, как поршни прой дут мертвые точки (запаздывание закрытия). Это делается для того, чтобы увеличить такты выхлопа и всасывания и тем самым увели чить мощность и экономичность двигателя.
Отклонение кривошипа относительно его верхнего и нижнего положений в начале открытия или в конце закрытия клапанов неоди наково для различных двигателей и зависит от их быстроходности
иконструктивных особенностей машины. Двигатель имеет следующие основные узлы.
1.Кривошипно-шатунный механизм, включая цилиндр и поршень.
2.Газораспределительный механизм.
3.Систему питания.
4.Систему зажигания.
Вдвухтактном двигателе, кроме обычного газораспределитель ного механизма, должны иметься продувочный насос и инжекторные
клапаны.
Для нормальной работы трущиеся детали должны смазываться, а детали, подвергающиеся сильному нагреву, охлаждаться.
Назначение и устройство кривошипно-шатунного механизма дви гателя в основном не отличаются от кривошипно-шатунного меха низма компрессора.
Газораспределительный механизм служит для своевременного впуска в цилиндр горючей смеси и выпуска из него отработанных газов.
В четырехтактных двигателях он состоит из распределительного
вала с кулачками, |
который вращается от шестеренчатого привода |
с числом оборотов |
вдвое меньшим, чем коленчатый вал двигателя, |
системы толкателей, пружин и рычагов, впускного и выхлопного клапанов. При вращении вала кулачки через систему пружин, тол кателей и рычагов заставляют открываться и закрываться впускные и выхлопные клапаны.
Двухтактные двигатели могут иметь распределительный вал (вра щающийся со скоростью, равной скорости вращения коленчатого кала), а: могут и не иметь егоJ Тогда кулачковые шайбы, управляю щие толкателями, устанавливаются непосредственно на коленчатом валу газомоторного; компрессора. Выхлопных клапанов в двухтакт ном двигателе нет, их заменяют выхлопные окна.
Система питания топливом различна для двухтактных и четырех тактных двигателей: в двухтактных имеется только;впускной ин-
либо «обогащается» (изменяется соотношение между количеством газа и воздуха, поступающих в цилиндр).
Может быть и количественное регулирование. При этом состав смеси во время регулирования не изменяется, а изменяется количе ство смеси, поступающее в цилиндр.
Вследствие более простого устройства и отсутствия стуков в ма шине при малых нагрузках чаще применяют качественное регули рование.
В газомоторных компрессорах регулирование производитель ности обычно применяется в тех случаях, когда нужно добиться постоянного давления в нагнетательной линии после компрессора, либо для того, чтобы ограничить максимальную мощность, потре бляемую компрессором.
Газомоторные компрессоры обычно пускаются в ход при помощи сжатого воздуха с давлением 12—18 am. Воздух до такого давления сжимается специальными двухступенчатыми пусковыми компрессо рами, имеющими производительность 0,2—0,5 м 31мин. Конструкция такого компрессора описана ранее. Компрессор накачивает воздух в пусковой и запасные баллоны, оттуда воздух расходуется по мере надобности. В газомоторных компрессорах предусмотрены специаль ные пусковые устройства, распределяющие сжатый воздух пооче редно по цилиндрам двигателя.
Помимо обычных контрольно-измерительных и предохранитель ных приборов, которыми снабжаются компрессорные установки, на газомоторных компрессорах устанавливается ряд дополнительных приборов, а именно:
а) приборы контроля нагрузки силовых; цилиндров, дающие пред ставление о количестве расходуемого цилиндрами газа, его давлении и температуре;
б) отсекатели, останавливающие газомоторный компрессор при чрезмерном числе оборотов;
в) выключатели, останавливающие машину при падении давления масла в системе смазки и давления воды в системе охлаждения ниже Допустимого;
г) выключатели, останавливающие компрессор при повышении температуры масла, охлаждающей воды и выхлопных газов выше допустимого.
В настоящее время наибольшее распространение получили:
а) угловые компрессоры с вертикальным расположением двух тактных силовых-цилиндров и горизонтальным расположением ком прессорных цилиндров;
б) компрессоры с У-образным расположением четырехтактных силовых цилиндров и с горизонтальным расположением компрессор ных цилиндров.
В машинах с двухтактными силовыми цилиндрами на каждый компрессорный цилиндр обычно предусматривают один силовой.
При четырехтактных силовых цилиндрах на каждый компрессорный цилиндр приходятся, как правило, два силовых.
Газомоторный компрессор (рис. 125,а) относится к угловым ком прессорам с двухтактными силовыми цилиндрами.
Конструктивная схема этого компрессора следующая. На ста нине, являющейся базовой деталью машины, монтируются все осног,- ные механизмы и агрегаты. В станину 20 на четыре коренных под шипника 19 укладывается коленчатый вал 21 с маховиком, имеющий столько же колен, сколько силовых или компрессорных цилиндров имеет газомоторный компрессор. На каждой шейке коленчатого вала по два шатуна. Один шатун 22 соединен с поршнем 4 силового ци линдра, второй 6 через крейцкопф 7 и шток 11 — с поршнем 12 ком прессорного цилиндра 14. На коренных шейках коленчатого вала закреплены эксцентрики, через регулируемую систему штанг и ры чагов управляющие движением топливного клапана 1. Для пуска двигателя предусмотрен пусковой клапан 2. Силовые цилиндры 5 снабжены просторными водяными рубашками 3, препятствующими перегреву двигателя. Они установлены на цилиндровом блоке Д который крепится к станине. Цилиндры компрессора двустороннего действия также имеют водяное охлаждение. Они крепятся не нспосредствено к станине, а к раме 18, в которой предусмотрены направ ляющие крейцкопфа. К крейцкопфу присоединен продувочный поршень 9, скользящий по направляющим крейцкопфа, образую щим продувочный насос 17, снабженный всасывающими 10 и нагне тательными 8 клапанами гребенчатого типа. В крышке цилиндра часто делается регулятор вредного пространства 15, позволяющий снижать производительность компрессора. По периметру цилиндра расположены клапапы 13 и 16.
На конце коленчатого вала расположена винтовая шестерня, передающая вращение на вертикальный валик. Этот валик приводит в действие шестеренчатый масляный насос, насос высокого давления и центробежный регулятор. Шестеренчатый насос обеспечивает смаз ку деталей кривошипно-шатунного механизма. Насос высокого да вления подает моторное масло в силовые цилиндры и компрессор ное масло в компрессорные цилиндры. Центробежный регулятор при изменении числа оборотов через систему тяг и рычагов увели чивает или уменьшает открытие топливного клапана и тем самым обогащает или обедняет рабочую смесь, т. е. осуществляет каче ственное регулирование.
По описанной схеме выполнены компрессоры МК-2, МК-3 завода «Борец» и компрессоры фирмы «Кларк».
Газомоторный компрессор (рис. 125,6) имеет V-образно располо женные четырехтактные силовые цилиндры 3 и горизонтально рас положенные компрессорные цилиндры 12 двустороннего действия. В машине применены подвешенные шатуны 5 силовых ц и л и н д р о в -
.Шатуны при помощи пальцев 6 соединены с шатунами 7 комп рос-
сорных цилиндров. Этим достигается большая компактность агре гата.
Впускные и выхлопные клапаны 11 вынесены из силовых цилинд ров в специальные полости. В головке цилиндра 8 расположены лишь запальная свеча 10 и пусковой клапан 9.
Над коленчатым валом 2, уложенным в станине 7, расположен распределительный валик 4, вращающийся со скоростью, в два
|
раза |
меньшею, чем |
скорость |
|
П |
вращения |
коленчатого вала. |
||
|
Кулачки |
распределительного |
||
|
вала в нужный момент заста |
|||
|
вляют |
подниматься |
соответ |
|
|
ствующий |
клапан, |
пропуская |
|
|
в цилиндр |
рабочую |
смесь или |
Рис. 1256. Газомоторный компрессор с V-образно расположенным четырехтакт ным силовым двигателем.
выпуская выхлопные газы. Подготовка рабочей смеси производится системой питания при помощи чувствительного регулятора давле ния, емкости для газа, смесительного клапана, центробежного ре гулятора числа оборотов. Смесительный клапан автоматически при помощи центробежного регулятора осуществляет количественное регулирование смеси. Качественное регулирование осуществляется вручную.
Смазка механизма, движения осуществляется при помощи ше стеренчатого насоса. Насос высокого давления (лубрикатор) по дает смазку в цилиндры и сальники компрессора. Цилиндры двига теля, подшипники распределительного вала и направляющие крейц копфов смазываются маслом, разбрызгиваемым коленчатым валом при работе компрессора. Компрессоры такого типа строит завод «Двигатель революции», а также фирмы «Ингерсол-Ранд» и «КуперБессемер».
Основное преимущество двухтактных двигателей — их большая мощность при одном числе оборотов и одинаковых размерах. Она на 65—75% выше мощности четырехтактных цилиндров. Благодаря этому при одной мощности двухтактные двигатели имеют меньший размер и вес. У двухтактных двигателей более простая система рас пределения и более простая конструкция головки, но зато им тре буется продувочный насос.
Четырехтактные двигатели более экономичны (меньший расход топлива и смазки) и имеют менее напряженный тепловой режим.
Наличие преимуществ у каждого из этих двигателей приводит к тому, что они успешно конкурируют друг с другом. И те и другие двигатели могут быть переведены с газообразного топлива на
жидкое.
В табл. 28 приведены технические характеристики наиболее распространенных газомоторных компрессоров.
Таблица 28
Техническая характеристика газомоторных компрессоров завода «Двигатель революции»
Условное
обозначение
компрессора
Н оминаль |
Абсолютное |
П роизво |
|
|
|
|
давление, к Г 1см2 |
дитель |
|
|
|
||
ная мощ |
|
|
ность, от |
Ч исло |
Общее |
Вес, |
ность на |
|
|
несенная |
|||
валу ком |
всасыва |
нагнета |
к нормаль |
ступеней |
число |
кг |
прессора, |
ным усло |
сжатия |
цилиндров |
|
||
л. с. |
ния |
ния |
виям, |
|
|
|
|
|
|
JH3 / м и н |
|
|
|
8ГКЗ |
300 |
1 |
51 |
21 |
3 |
3 |
18 000 |
8ГК2/1-14 |
300 |
1 |
14 |
37 |
2 |
4 |
22 000 |
8ГК2/1-26 |
300 |
1 |
26 |
22 |
2 |
4 |
21 000 |
8ГК2/2-17 |
300 |
2 |
17 |
34 |
2 |
4 |
20 000 |
8ГК2/3-15 |
300 |
3 |
15 |
52 |
2 |
4 |
20 000 |
8ГК1/16-30 |
300 |
16 |
30 |
135 |
1 |
3 |
18 300 |
8ГК1/1-4 |
300 |
1 |
4 |
56 |
1 |
4 |
22 400 |
10ГК1 |
1000 |
25 |
50 |
370 |
1 |
3 |
62 200 |
10ГК1-4 |
1000 |
23 |
42 |
450 |
1 |
4 |
63 600 |
10ГК1-5 |
1000 |
И |
26 |
250 |
1 |
5 |
64 900 |
10ГК1/3.5-14 |
1000 |
3,5 |
14 |
i l l |
1 |
4 |
67 700 |
§ 76. Передвижные компрессоры
Передвижная компрессорная установка УКП80 (рис. 126) пред ставляет собой автономный компрессорный агрегат, рассчитанный на применение в условиях, где стационарные компрессорные станции отсутствуют или использование их нецелесообразно. Их применяют, например, для подачи сжатого воздуха в нефтяные скважины при испытании их или в течение короткого периода эксплуатации.
Каждая компрессорная установка состоит из поршневого трех линейного вертикального компрессора с устройствами для охлажде-