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压缩机基本概念 压缩机 是一种用来压缩气体借以提高气体压力或输送气体的机器 也有把压缩机称为 压气机 和 气泵 的 天然气管道输送城市煤气管道输送天然气加气站气体装瓶 氧 氮 CO2 乙炔 甲烷等 欠平衡钻井 空气 氮气 油田注气 制冷 空调与热泵 气体增压 输送 石油天然气工业 分类 容积式依赖往复运动部件或旋转部件在工作腔内周期性的运动 使吸入工作腔的等质量气体体积缩小而提高压力 其特点是压缩机具有容积可周期变化的工作腔 速度式则借助于作高速旋转的转子 使气体获得很高速度 然后在扩容器中急剧降速增压 使气体动能转变为压力能 与此同时气体容积也相应减小 其特点是压缩机具有驱使气体获得流动速度的转子 分类 按排气压力高低分 MPa 风机压缩机通风机鼓风机低压中压高压超高压0 0150 2 0 3 1 010100 分类 按压缩机级数分 段 单级 两级 多级按气缸中心线与地面相对位置划分立式 气缸中心线与地面垂直卧式 气缸中心线与地面平行 对称平衡式 对动式 H型 M型角度式 气缸中心线与地面呈一定角度 如V型 W型 L型 分类 按排气量大小分 容积流量m3 min 微型 100 按气缸作用型式分单作用双作用级差式按动力机与压缩机连接型式分整体式分体式 ZTY压缩机二冲程发动机工作原理 压缩冲程 动力冲程 扫气过程 吸气 压缩冲程 当发动机活塞向气缸头端运动 活塞头部封住气缸吸气口并继续向上死点运行时 活塞后部腔体形成瞬时负压 混合阀靠压差打开吸入新鲜空气 或混合燃料气 直至上死点 这个过程叫吸气冲程 当活塞头部封闭排气口并继续向上死点运动时 关闭在气缸内的空气 或混合燃料气 被活塞压缩直至上死点 这个过程叫压缩冲程 作功冲程 在发动机活塞接近上死点时 燃气喷射阀就向气缸内喷入天然气 封在动力活塞头部内的混合气体在接近压缩冲程终点前 由火花塞点燃 混合气体燃烧膨胀作功 迫使活塞向曲轴端运动 这就是作功冲程 扫气 排气过程 当发动机活塞向下死点运动至排气口打开时 燃烧后的废气就由排气口排出 这个过程称为排气冲程 活塞继续运动至进气口打开时 吸入活塞后部扫气室的空气被压缩到一定的压力 在此压力下 新鲜的空气 或混合燃料气 由进气口进入发动机工作腔内 并吹扫残留在发动机工作腔内的废气 有助于废气的排出 这个过程就是扫气冲程 稍后 活塞又向缸头运动 又开始下一循环的吸气 压缩冲程 两冲程发动机的优点每转一圈做功一次设计简单 运动部件少活塞无 侧向负荷 曲轴箱油无污染 AirIntake FuelInjection Exhaust 活塞式压缩机剖面动态图 压缩机级的理论循环 理论循环假设条件 1 被压缩气体全部排出气缸 无余隙容积 2 进排气无阻力 无气流脉动 无热交换3 气缸无泄漏4 气体过程指数为定值循环过程进气压缩排气 外止点 内止点 P V 1 2 3 4 4 1吸气过程1 2压缩过程2 3排气过程 理论循环P V图 活塞式压缩机热力学原理 压缩机级的实际循环 实际循环与理论循环的区别 1 存在气体膨胀过程 余隙容积的影响 2 进气过程线低于名义进气过程线 压力损失的影响 排气过程线高于名义排气过程线3 压缩 膨胀过程指数变化 热交换的影响 循环过程膨胀进气压缩排气 实际循环进气量图 DV1 余隙容积膨胀造成的新鲜气体减少量DV2 压力损失 气流脉动等原因造成的容积损失 Vh 实际循环进气量图 压缩过程 吸气过程 排气过程 余气膨胀过程 余气膨胀容积 余隙容积 吸气容积 实际循环进气量图 最低吸气压力 最高吸气压力 最高吸排压力 最低排气压力 压缩机生产应具备的必要的工艺 除机组撬装设备外应设有原料气进气阀 排气止回阀 排气阀 机组加载 卸载旁通阀 原料气放空阀 安全阀 机组分离器排污阀 工艺区设有原料气过滤分离器 不能让气田水等进入压缩缸 燃料气 启动气应是净化后的天然气 温度 2 燃料气H2S含量不应超过2 3g Nm3 工艺区一级调压后不超过0 5 1 0MPa 且设有燃料气过滤 计量装置 缸头直接启动气压力为1 8 2 5MPa 压缩缸直径 用 1 2 3表示 机机组额定功率 单位 kW 天然气压缩机编号说明 机组型式 用Z表示整体式 D表示动力机为电动机的分体式 F表示动力机为发动机的分体式 压缩介质 用T表示天然气 压缩机 用Y表示 压力等级 用H表示高压 MH表示中高压 M表示中压 ML表示中低压L表示低压 例如 ZTY265H71 2 4 表示 功率265KW 一级缸缸径为190 5 71 2 二级缸缸径为101 6 4 的高压整体式天然气压缩机 气田常用压缩机 整体式燃气发动机压缩机分体式压缩机车载式压缩机 DPC360机组 ZTY265机组 ZTY630机组 机组的发动机和压缩机共用一个机身 一根曲轴 呈180 对称平衡布置 发动机的动力通过十字头和曲轴连杆机构传递给压缩机做功 曲轴两端分别安装皮带轮和飞轮 皮带轮用于驱动水泵和空冷器风扇 飞轮主要用于储能 以稳定机组转速和减小振动 在飞轮内侧的曲轴轴颈上装有一传动园柱斜齿轮 用以驱动卧轴 通过卧轴上的齿轮驱动调速器 注油器 永磁交流发电机 通过卧轴上的凸轮驱动启动气分配阀 柱塞泵 发动机和压缩机及配套的燃料供给系统 冷却系统 润滑系统 点火系统等安装在机座上 构成一台整体式撬装机组 该系列机组适用于含H2S气田 含盐水 油水气质的天然气的集输 尤其对缺电的边远地区更显示其经济方便之优越性 完全能满足生产工艺的工况 如高压气举15MPa 中压集输8MPa 低压采气2 0MPa的要求 整体式燃气发动机压缩机结构特点及应用 动力部分动力缸组件动力活塞机身部分机身组件曲轴连杆机构中体组件压缩部分压缩缸总成余隙缸机座 整体式燃气压缩机结构 主机 动力部分 动力缸是发动机的核心部分 它需要承受高热应力 同时又要组织好最佳工作过程 所以其结构合理性显得十分重要 燃气机组动力缸采用高级耐蚀铸铁制成 缸体和缸盖均为双层结构 动力缸壁镀铬耐磨 缸体夹层由一横壁分隔成前后两半部 前半部夹层与缸盖夹层相连通 并通入冷却水 冷却水由缸体下部两侧进水法兰入夹套 再由缸盖上侧法兰口出 缸体后半部夹层与动力活塞筒体构成扫气室 由动力活塞杆填料将扫气室与曲轴箱隔开 气缸内壁中部沿内径周边布满进 排气孔口 上部孔口为进气口 直接与扫气室相通 下部孔口为排气口 直通排气法兰 并通过排气管与消音器连通 进 排气孔口的位置 布置形式及角度直接影响动力缸的扫气效果及工作效率 所以设计和制造动力缸及为重要 此外缸体顶侧及两侧各设有一个润滑小孔 由注油器柱塞油泵压力注油润滑气缸与活塞环 ZTY265压缩机机身 机身是连接动力与压缩两大部分的基础件 动力缸侧的中体与曲轴箱是一个整体 压缩缸侧的中体与曲轴箱是分开的 机身部分由机身 包括曲轴箱 发动机十字头滑道与中体 曲轴连杆机构组件 压缩机十字头滑道与中体构成 机身部分两端分别安装动力缸和压缩缸 呈180 对称布置 使得机组的振动减少到最低点 机身及中体 440 470机身 曲轴与飞轮 曲轴组包括曲轴 飞轮 皮带轮 传动园柱齿轮和滚动轴承等 曲轴两端主轴承为双列园锥滚子轴承 其内圈与主轴颈是过盈配合 轴承只承受径向负荷 其两内圈之间有一隔圈 可以通过改变隔圈的厚度来调整轴向游隙 皮带轮的传动是三角皮带 其轮缘上有数道皮带槽 皮带的松紧程度可以通过压轮来调整 Crankshaftoriginallyinthreepieces 三缸曲轴 Flywheelinstallation Ringfeder 飞轮 飞轮主要用于储能 以稳定机组转速和减小振动 动力压缩连杆 属开式结构的连杆 即连杆大头是剖分式的 装配时再以连杆螺栓紧固 大头被垂直于杆身切成两半 内孔装一付铜背浇铸轴承合金的轴瓦 连杆盖内的瓦有油孔及油槽 盖与瓦用销子定位以防窜动 连杆盖下铡装有两根油匙 油匙为空心的 孔一直通到连杆瓦内径所开的油孔和油槽 从而实现对连杆大头的润滑 连杆盖与连杆体以销子定位 并用优质合金钢制成的连杆螺栓连接 连杆小头为整体式 内孔装锡青铜衬套 衬套是采用温差法压入连杆小头的 衬套内孔也开有油孔及油槽 其润滑油来源于中体滑道和十字头 连杆杆身截面呈工字型 这样既保证连杆具有足够的强度 同时又减轻了连杆重量 使惯性力降低 动力运动组件 十字头与滑道 十字头是连接活塞杆与连杆的零件 它具有导向和动力传递的作用 连杆力 活塞力 侧向力在此交汇 压缩缸中体内设有十字头滑道 两侧开有孔口 以便装拆十字头 填料及活塞等 为直接观察到十字头工作情况 孔口有用有机玻璃盖板盖住 中体上部设一凸台 是安装连接压缩缸进气分离器的地方 从而可使机级布置得紧凑 在上部还设有填料漏气引出接孔 中体与机身连接后 其滑道的一部分伸入机身内 滑道上部开有油槽和油孔接收机身内飞溅并集中起来的润滑油 用以润滑十字头销和滑道 压缩缸中体 压缩部分 压缩缸燃气压缩机组的压缩缸种类很多 一般为双作用结构 每只气缸大多都配置有可调余隙缸 夹层内通冷却水冷却气缸壁 控制润滑油温不致过高结炭 气缸体两端侧面各设置有一至两个吸气阀和一至两个排气阀 两端吸气阀气道同时与缸体的吸气口法兰相通 并连接进气缓冲气 两端的排气阀同时与缸体的排气口法兰相通 并与排气缓冲器相连 气缸体通过缸座与中体连接 缸座内同样设有填料室安装填料 用以密封活塞杆 气缸体顶侧及两侧中央设润滑油孔 通注油器润滑缸壁 缸体盖端下部设气缸支承座支承于基础上 气缸均采用优质抗硫铸铁制成 压缩缸结构示意图 压缩活塞为盘状铸铁活塞 活塞体上装有活塞环和支承环 活塞环和支承环的材料均为聚四氟乙烯 活塞环有直开口和斜开口 在装入气缸时 应使各环开口错开一定角度 支承环为整圈式 活塞杆与活塞体的连接方式以外园和台肩定位 螺母背紧止退 与十字头体采用螺纹连接 压缩活塞 活塞环 直切口 制造简单 泄漏量大斜切口 制造简单 泄漏量其次搭切口 制造复杂 泄漏量小补偿活塞环的磨损和保证活塞环工作时的热膨胀 活塞环 支承环 a支承活塞环和活塞杆重量b起导向定心作用 支承环 压缩缸气阀为自启式环状阀 所谓 自启 是靠阀片两侧气体的压差来实现阀的启闭 它由阀座 升程限制器 阀片 弹簧以及紧固螺栓 螺母和垫圈等组成 阀片为环状结构 不工作时由弹簧压紧贴在阀座密封面上 工作时气流压力克服弹簧力将阀片抬起 阀片抬起高度由升程限制器确定 燃气机组相同尺寸的吸气阀和排气阀的全部零件均可以通用 只消将紧固螺钉的方向掉换即可 注意 安装气阀时 吸气阀是升程限制器朝缸内 而排气阀是阀座朝缸内安装 环状阀 网状阀 蘑菇阀PEEK气阀阻力损失小 寿命长 气阀 余隙缸活塞结构型式与一级压缩缸活塞基本相似 有两道活塞环 但无支承环 活塞体也采用抗硫铸铁制成 活塞环仍采用填充氟塑料 活塞杆为不锈钢材料 一端与活塞体以螺纹连接 并用螺母背紧 另一端由调节架支承并装有大小手轮 大手轮盘动活塞杆 小手轮用来背紧大手轮 杆身的密封填料采用油浸石棉绳或聚四氟乙烯 并用压盖压住 余隙缸 机组启动系统构成与特点 启动阀设置在卧轴箱体上 其阀杆由卧轴上的启动凸轮驱动 从而接通或断开启动气源 凸轮的角度已在厂内调定 恰好是在动力活塞处于上止点稍过的位置 凸轮开始将启动阀的顶杆顶起 启动气体通过止回阀 进入动力缸头上的放泄阀并打开放泄阀向缸内充气 直接推动活塞运动 放泄阀上设置有一个放散阀 启动机组时 应将放散阀关闭 启动完毕后 应打开放散阀 将止回阀至缸头管路内的气体排除 此操作方式方面可靠 在几秒钟内即可顺利启动机组 启动转速在100rpm左右 启动气体压力及启动气耗量各机型略有不同 气马达启动 燃料进气系统构成与特点 1 组成由燃气分离器 压力调节阀 燃气电磁切断阀进气管及球阀等 2 流程燃料气由进气管线依次进入过滤分离器 压力调节阀 燃料电磁阀 进气球阀 最后进入储气罐 并由管路与动力缸上的燃料喷射阀进气口相连接 球阀设置在喷射阀进气口前的管路上 用以开关进入动力缸的燃料气源 燃料喷射系统 1 组成料喷射系统主要由柱塞泵 油罐 压力油管路 燃气进气转阀及喷射阀等 2 流程卧轴上的凸轮作旋转运动 每当转至上部时 凸轮便将柱塞顶起 使柱塞压缩液压油 在液压油的压力作用下 喷射阀的阀体被顶开 这时燃料气即由侧面的进气口通过喷射口进入动力缸内 凸轮转过顶峰 柱塞下移 这时油路中的液压油压力降低 喷射阀关闭 液压油又由回油口经管路回到油罐内 开始下一个循环 油罐及管路内充有20号数控液压油 此油要求其粘度及稳定性不随温度而变化 以保证燃料喷射系统的正常工作 油罐内油面顶部通入燃料气以平衡管路正常油压 发动机空气进气总成 空气进入总管由支架支承在撬座上 一端安装空气滤清器 一端与混合阀相连 空气滤清器的作用是除去空气中的杂物 固体物 现场机组所用空气滤清器有湿式滤清器 干式滤清器 空气从湿式空气滤清器的空气管中进入油盆被油洗涤后 再进入不锈钢丝网 空气滤清器油盆的油位超高 空气的通过能力将降低或减少 发动机运转中 不能检查空气滤清器油盆中的油位是否正常 若燃气发动机空气滤清器堵塞时 不但会使发动机排气温度高 排气管还要冒黑烟 会造成动力缸工作不平衡 安装在机身上 每个动力缸有一个 混合阀是一种自动单向阀 阀片两则气体压力差开启 靠弹簧复位关闭 阀体由铸铁制成 上部法兰口与空气进气总管连接 阀体上装有数道条型阀片 通过固定在阀体上的限制器及弹簧将阀片压贴在阀体的密封面上 当活塞向上止点运动时阀片打开 新鲜空气被吸入扫气室 当活塞向下止点运动时 阀片关闭 使扫气室与大气隔开 并可使扫气压力升至80 9mmHg 1 1米水柱 表压 而进入动力缸内 空气与燃气直接在缸内混合 混合阀 发动机排气管及消声器 二冲程发动机 其排气系统的设计及正确安装对保证发动机具有良好性能是甚为关键的 每个动力缸配有一根排气管 排气管为圆形截面 两端焊有两个弯管 弯管头均有法兰 分别与动力缸的排气口和消声器进气法兰相连 靠近动力缸端的弯管处 有一锥螺纹接头 用以安装热电偶 可直接测得动力缸排温 并观察两缸工作是否平衡 排气管应保持良好散热 消声器则竖立在排气管末端 接口为双进口法兰 出口为单出口 由两边支架支撑 且出口向上安装 天然气压缩机组燃气发动机的排气出口是排气管 或消声器 每台DPC机组只有一个消声器 要求排气管要直 尽量少弯头 以造成小的背压 故对排气管尺寸有一定要求 排气管如需使用弯头其曲率半径应大于2倍排气管直径 调速器及操纵机构 机组在运行中 由于压缩缸的进气压力和排气量的变化而导致功率变化 为保证机组在负荷变化时转速保持稳定 就必须用调速器及操纵机构来完成此调节过程 机械调速器由卧轴齿轮驱动 调速器摇臂通过关节轴承 拉杆与燃气转阀摇臂相连 当转速发生变化时 则通过卧轴齿轮使调速器转速也发生变化 而调速器通过操纵机构调节转阀的开度 以控制燃气进气量 达到控制转速的目的 现场中也可选用液压调速器或液压 气动调速器 压缩机冷却系统 1 系统组成水泵 使冷却水产生一定的压力 压入压缩机冷却部位 保证压缩机工作过程中冷却水能不断循环 主要采用离心式水泵风扇 作用是增加通过散热水箱的风速和风量 提高散热器的散热能力 节温装置 冷却管系 中间冷却器等 2 作用保证机组自身的持续安全运行 降低压缩介质的温度 提高压缩机效率 降低压缩机工作温度 提高使用寿命 压缩机组润滑系统 压缩机中的主要摩擦副往复滑动摩擦副 钢 铁 F4气缸与活塞环 气缸与活塞支撑环 活塞杆与填料密封环 钢 铁 巴氏合金十字头与滑道旋转摩擦副 钢 铁 巴氏合金或铜合金连杆大头与曲轴 连杆小头与十字头销 曲轴轴颈与轴瓦 主要润滑方式飞溅润滑 机身内部的曲轴 主轴承 十字头 十字头销 曲轴齿轮 卧轴齿轮及卧轴轴承采用飞溅润滑油浴式润滑 注油器和调速器采用油浴式润滑压力润滑 动力缸 压缩缸及填料由注油器进行压力润滑人工润滑 风扇轴承 燃料喷射阀 压缩机组润滑系统 点对点式压力润滑 润滑设备 注油器 管线系统 注油接头系统特点 由多个柱塞油泵组成 每个柱塞泵对应于一个润滑点 通过调节柱塞行程来控制注油量 集中分配式压力润滑 润滑设备 注油器 管线系统 分配器 数字无油流开关 DNFT 或极性开关 注油接头系统特点 能把注油器供给的油按比例定量分配给各润滑点 预润滑系统 1 单作用 是指在压缩机一个工作循环中 只有缸头端或曲柄端参与对压缩介质 天然气 增压作功的工作方式 2 双作用 是指在压缩机一个工作循环中曲柄端和缸头端都参与对压缩介质 天然气 增压作功的工作方式 机组工况问题 并联是指压缩一 二缸进气相通且排气又相汇合 这种两缸首首相连通 层层相会的连接方式 也就是指压缩一 二缸同时进气分别增压后以同时排气的工作方式 此种工况适合用压比小于3 5的气体压缩 串联二级进气与一级排气相连通 即两压缩缸首尾相连的形式 也就是指一缸对气体压缩后气体再经过压缩二缸压缩而排气的工作方式 调节工况的主要方式 A 直接调节转速 此种方法只适合小范围内地调整 B 通过改变余隙容积的大小来改变压缩机组的排气量 C 改变压缩级数 此种方法改变机组的工况比较大 D 拆 装气阀实现压缩缸单 双作用互改 天然气压缩机工艺流程图 天然气压缩机工艺流程图 点火系统构成与特点 主要包括 磁电机 电子盒 触发线圈 磁极 点火线圈 火花塞及高压线等 作用 定时点火和为仪表提供电源 点火系统的工作原理 磁电机由卧轴驱动 并将产生的电能储存在电子盒中的电容器内 当发动机转动时 嵌在飞轮上的磁极掠过一个靠近飞轮内表面附近的触发线圈 从而触发线圈感应出一个电压 此电压足以使电子盒内的可控硅导通 电容器内的能量向装在动力缸上的点火线圈释放 点火线圈将此能量变为高压 并通过高压电缆送至火花塞 在火花塞电极间产生火花将缸内混合气体点燃 每个动力缸设置有两个火花塞 每个火花塞配用一个点火线圈 每缸对应一个触发线圈 各缸的点火时间由装在飞轮上的磁极和触发线圈的位置确定 磁极已在出厂前装好 发动机缸排气温度高 压缩机进气压力低 压缩机进气压力高 压缩机排气压力高 压缩机排气温度高 发动机冷却水温高 压缩机冷却水温高 分离器液位高 注油器油位低 发动机注油无油流 压缩机注油无油流 机身润滑油位低 冷却水位低 机组振动 冷却器振动 机组超速 24VDC电源失常 遥控停车 冷却器风扇电动机停转 仪表主要监控报警点 4 20mA模拟量信号远传 压力 温度 转速 振动 24V 1A干接点开关量信号远传 油位 液位 压缩机组实时状态图 PLC RTU监控系统能够在3 2s内实现机组燃料气的切断的放空 ESD系统在4 2s内完全可以切断和放空工艺区至机组段的燃料气 点火系统在0 1s内切断 停车控制分级响应 机组安全规范操作维护要领 使用符合要求的油 水 气 这是