5 Компресори

5.1 Область застосування і типи компресорних машин

Компресор – енергетична машина для підвищення тиску і переміщення повітря, газу або їх сумішей.

При бурінні свердловин компресори застосовуються в системах пневмокерування буровими установами; для наповнення стисненим повітрям пневмокомпенсаторів бурових насосів; для виносу вибуреної породи при бурінні свердловин з продувкою вибою повітрям тощо.

При видобутку пластового флюїду компресорні установки широко застосовуються для освоєння свердловин; експлуатації нафтових свердловин ер-газліфтом; закачування газу в пласт з метою підтримання пластового тиску; збору попутного газу і транспортування його на газопереробні заводи; транспортування газу по магістральних газопроводах тощо.

За принципом дії компресорні машини, як і всі проточні машини, поділяються на два класи: динамічні (до яких відносяться лопатеві компресори і вентилятори, а також струминні компресори); об’ємні (до яких відносяться поршневі, поршне-мембранні, мембранні та різні типи роторних компресорів).

Лопатеві компресори і вентилятори бувають: відцентрові, осьові та діагональні.

За розміщенням циліндрів компресори об’ємної дії бувають: горизонтальні, вертикальні, прямокутні (кутові), опозитні, V-подібні, ш-подібні, зіркоподібні.

За кінцевим тиском компресори поділяються на:

1) низького тиску (до 1,5 МПа);

2) середнього тиску (від 1,5 до 10 МПа);

3) високого тиску (від 10 до 100 МПа);

4) надвисокого тиску (більше 100 МПа).

За видом перекачуваного середовища – повітряні, кисневі, аміачні, для природного газу тощо.

За умовами експлуатації: стаціонарні (з масивним фундаментом і постійним обслуговуванням) ; пересувні (що переміщаються при експлуатації, іноді без постійного обслуговування); автономні (з власними допоміжними системами, що включені в склад агрегату ).

За системою охолодження:

1) без штучного охолодження;

2) з повітряним охолодженням;

3) з внутрішнім водяним охолодженням;

4) із зовнішнім охолодженням в проміжних холодильниках;

5) охолоджувані вприскуванням рідин.

5.2 Поршневі компресори. Принцип дії, будова, класифікація

Принцип дії поршневих компресорів аналогічний принципу дії поршневих насосів: при зворотно-поступальному русі поршнів відбувається циклічне наповнення робочих камер і виштовхування з неї порцій перекачуваного середовища. Але характер робочого процесу в компресорі суттєво інакший, ніж в насосі. За будовою ці машини також значно відрізняються. За системою охолодження циліндрів і їх мащення поршневі компресори близькі поршневим двигунам внутрішнього згоряння (ДВЗ). Деякі деталі цих машин аналогічні.

За способом передачі руху робочим органам поршневі компресори поділяються на дві групи:

1) з механізмом руху (найчастіше кривошипно-шатунним);

2) вільно-поршневі.

Кривошипні компресори бувають приводні і моноблочні.

З метою здешевлення виробництва компресорів, їх випускають з уніфікованими базами, які представляють сукупність нормалізованих елементів руху, систем їх мащення, а для моноблочних машин – також і приводу. Модифікація компресорів з однією базою, розраховані на різні тиски і продуктивності, що мають однакову потужність і довжину ходу поршнів, відрізняються розмірами циліндрів і числом ступеней стиснення. Уніфікація вигідна і для експлуатації машин, тому що спрощується їх обслуговування і ремонт. Крім цього можна модифікувати компресор в процесі його експлуатації.

На рис.5.1 зображений двоступеневий компресор з уніфікованою базою, яка складається із станини, колінчастого вала з корінними підшипниками, шатунів, крейцкопфів, проміжного холодильника, а також системи мащення і деяких інших частин машини. Циліндр першої ступені більшого діаметра розташований вертикально, а циліндр другої ступені – горизонтально, причому вихідна лінія направлена вниз, а не вгору, як у поршневих насосах (це необхідно для виносу із циліндрів конденсату). Циліндри і кришки циліндрів мають порожнини для циркуляції в них охолоджувальної рідини.

В поршневих компресорах використовують різні способи регулювання продуктивності. Один із способів – штучне збільшення “шкідливого” простору в циліндрі. На рис.5.1 видно, що в кришці циліндра першої ступені розміщена додаткова порожнина, яка приєднується до основної за допомогою клапана пневматичної дії.

1 – станина; 2 – колінчастий вал; 3 – противаги колінчастого вала; 4 – шатун; 5 – крейцкопф; 6 – направляючі крейцкопфа; 7 – циліндр першої ступені; 8 – поршень першої ступені; 9 – циліндр другої ступені; 10 – поршень другої ступені; 11 – клапан вхідний; 13 – ущільнення штока; 14 – проміжний холодильник; 15 – додаткова порожнина (для регулювання продуктивності компресора); 16 – клапан; 17 – маховик

Рисунок 5.1 – Поршневий компресор

Мащення циліндрів мінеральним мастилом часто небажане або недопустиме із-за різних причин (якщо мастило забруднює перекачуваний газ або вступає з ним в реакцію (кисень, хлор тощо), або якщо газ розчиняється в мастилі і погіршує його властивості, чи створює конденсат, який змиває мастило із стінок циліндра). При високих температурах компресорне мастило розкладається і викликає небезпеку вибуху. Тому створені компресори, що не потребують мащення циліндрів, і ущільнень штоків. Існує три різновиди таких машин: з ущільнюючими елементами поршня і штока, що не потребують мастила; з лабіринтним ущільненням; мембранні компресори.

Компресори однакового типу розрізняються числом рядів циліндрів, розміщенням циліндрів і ступеней, конструкцією кривошипно-шатунного механізму, який може бути крейцкопфним і безкрейцкопфним. Це – ознаки схеми компресора, яка обумовлює конструкцію машини, її масу, габарити, вартість, а також економічність в експлуатації, надійність, зручність обслуговування і ремонту.

Схеми поршневих компресорів приведені на рис.5.2. Безкрейцкоп-

І, II, III, IV, V – ступені стиснення

Рисунок 5.2 – Схеми поршневих компресорів

фні компресори (а-д) прості за конструкцією і компактні, а тому їх використовують у пересувних установках. В потужних компресорах відчуваються недоліки цієї схеми: понижений ККД, велика втрата газу через поршневі кільця, підвищений виніс мастила із картера і насичення ним транспортованого газу, неефективне використання об’єму циліндра (поршні односторонньої дії). Вказані недоліки ліквідовані в схемах з крейцкопфом (е-к).

В схемі и (опозитний компресор) повністю зрівноважені сили інерції поступальних мас, сили тиску газу на поршні протилежні за напрямком, внаслідок чого корінні підшипники розвантажені. Цим самим зменшується робота сил тертя, а значить і зношування підшипників і корінних шийок вала.

Опозитні компресори, володіючи доброю динамічною зрівноваженістю, розвивають більш високу частоту обертів вала. Це дозволяє знизити масу на (50 ... 60)% і габарити порівняно з неопозитними горизонтальними компресорами.

На рис.5.2, к зображена схема так званого диференційного блоку поршнів, яка застосовується в багатоступеневих компресорах. Це дозволяє зменшити число ущільнень і довжину ряду циліндрів. Камеру з високим тиском для зниження втрат газу через ущільнення поршня найменшого діаметра, як правило, розміщують у торці блока.

На нафтових і газових промислах потужні і складні газоперекачувальні агрегати (ГПА) використовують, як в стаціонарних, так і в пересувних компресорних станціях. Основні параметри баз газомотокомпресорів (ГМК) приведені в табл.5.1, а їх схеми на рис.5.3.

Таблиця 5.1 – Основні параметри газомотокомпресорів

1.1Параметри	ГМ-8 (а)	10 ГКН (в)	МК-8 (б)	ДР-12 (г)
Номінальна потужність, МВт	0,4	1,1	2,06	5,5
Частота обертання вала, с-1	10,0	5,0	5,0	5,5
Хід поршня, мм	225	356	485	508
Число циліндрів двигуна	8	10	8	12
Число компресорних циліндрів	4	5	4	6
Штокове зусилля, МН	0,11	0,15	0,39	0,80
Маса бази (без компресорних циліндрів), т	15	50	87	153

За кордоном найбільш розповсюджені ГМК американських фірм Купер-Бессемер, Дрессер-Кларк, Інтерсолл-Ренд Вортингтон. За ліцензіями цих фірм випускають компресори в інших країнах (Франція, Італія). ГМК власної конструкції виготовляє голландська фірма Томассен (з філією в Японії) і італійська Нуово-Піньоне. Потужність цих ГМК від 1,35 МВт до 10 МВт при частоті вала 5,5 с^-1.