Техническое диагностирование машин и оборудования нефтяных и газовых промыслов на примере компрессора КТ-6

4. В процессе накопления опыта эксплуатации головного и серийного оборудования в конструкцию и технологию производства должны вноситься изменения, направленные на устранение выявленных отказов и неисправностей.

5. Конструкторские решения и  разработанные технологические  процессы должны обеспечивать  стабильность производимых изделий.

6. Следует максимально широко  использовать систему входного  качества контроля для материалов, комплектующих изделий, узлов  и систем.

 

2. Объект диагностирования – компрессор КТ-6

1. Компрессор, его назначение и классификация

 

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

Компрессорная установка — совокупность компрессора, привода и вспомогательного оборудования (газоохладителя, осушителя сжатого воздуха и т. д.).

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  у, 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.

Когда требуется  обеспечить ξ = 1...1,15, применяются вентиляторы (вентиляторы практически не сжимают  газ и поэтому их принцип действия мало отличается от принципа действия насоса). Для получения ξ > 1,15 применяют  компрессоры. Для ξ < 2,5...3 - неохлаждаемые  компрессоры, так называемые нагнетатели, воздуходувки, продувочные насосы.

Энергетические  машины, предназначенные для сжатия воздуха или газа до давления не ниже 0,3 МПа, называются компрессорами. Компрессоры можно разделить  на три группы: центробежные, поршневые  и ротационные.

В центробежных компрессорах сжатие воздуха в пределах рабочего колеса происходит в результате действия центробежной силы.

Поршневые компрессоры  осуществляют сжатие воздуха в цилиндре движущимся поршнем, который совершает  возвратно-поступательное движение.

Ротационные (пластинчатые и винтовые) компрессоры  сжимают воздух вследствие уменьшения рабочих полостей.

 

2. Устройство и принцип действия поршневых компрессоров

 

Из объёмных  компрессоров наибольшее распространение  получили поршневые с возвратно  – поступательным движением поршня (рис. 1).

Поршневые компрессоры имеют вращательный или колебательный привод; в последних вместо асинхронного двигателя и кривошипно-шатунного механизма применяют электромагнит, взаимодействующий с постоянным магнитом. Поршневые компрессоры подразделяются на непрямоточные, у которых всасывающий и нагнетательный клапаны расположены в крышке цилиндра, и прямоточные, всасывающий клапан которых установлен в дне поршня.

Рисунок 1 – Схема поршневого компрессора

Рабочий процесс в поршневом компрессоре  осуществляется за четыре этапа:

- расширение газа во вредном пространстве цилиндра компрессора (в клапанах и околоклапанном пространстве, в зазоре между крышкой цилиндра и плоскостью АА, соответствующей крайнему положению поршня);

- всасывание (расширение и всасывание происходят при движении поршня от плоскости АА до плоскости ВВ на длине хода поршня s; при этом всасывающий клапан открывается не сразу, а лишь после того, как газ, находящийся во вредном пространстве цилиндра, расширится, и его давление станет меньше давления во всасывающей линии, в этот момент откроется клапан 3, и газ начнет поступать в цилиндр компрессора);

- сжатие (происходит при движении поршня от плоскости ВВ до плоскости СС);

- нагнетание (происходит при движении поршня от плоскости СС до плоскости АА; нагнетание газа в трубопровод начинается тогда, когда давление газа в цилиндре превысит давление в нагнетательной линии, в этот момент откроется клапан 4, и газ начнет поступать в трубопровод).

Подачей компрессора называют oбъем или массу газа, проходящего за единицу времени по линии всасывания или линии нагнетания компрессора. Расход газа на нагнетании всегда меньше, чем на всасывании, за счет утечек газа через неплотности.

 

2.3. Классификация поршневых компрессоров

 

На рис. 1 была представлена схема простейшего компрессора с одним цилиндром одинарного действия, (рабочая камера цилиндра находится с одной стороны поршня).

Поршневые компрессоры  имеют следующую классификацию:

по  кратности  действия: одинарного (рис.4, а), в котором  воздух сжимается только с одной  стороны поршня, и двойного действия, в котором сжатие воздуха производится поочерёдно обеими сторонами поршня (рис.4,б).

по количеству ступеней повышения давления: одноступенчатые (рис.4,а,б,г,д,е),  двухступенчатые (рис.4,в) или многоступенчатые;

по направлению  движения воздуха в цилиндре: на прямоточные (рис.4,е), в которых воздух движется в цилиндре в одном направлении, и непрямоточные (рис.4,а,б,в,г,д,), в которых воздух меняет направление движения поршня, следуя в направлении движения поршня;

по расположению цилиндров: горизонтальные, вертикальные и V – образные;

по конструкции  кривошипно – шатунного механизма: крейцкопфные и бескрейцкопфные;

по способу  охлаждения цилиндров компрессора: водяного и воздушного охлаждения.

Рисунок 2 – Схемы поршневых компрессоров

Кроме того, значительное разнообразие в схемы установок вносит тип привода компрессора. В основном применяются компрессоры с приводом от электродвигателя, через клиноременную передачу, и с приводом от двигателя внутреннего сгорания, встроенного в конструкцию компрессора.

2.4. 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).

2.5. Компрессор КТ-6

 

Компрессор  КТ-6 - двухступенчатый, трехцилиндровый. поршневой с W- образным расположением цилиндров.

  Компрессор КТ-6 состоит из корпуса (картера)13, двух цилиндров 29 низкого давления (ЦНД), имеющих угол развала 120°. одного цилиндра 6 высокого давления (ЦВД) и холодильника 8 радиаторного типа с предохранительным клапаном 10, узла шатунов 7 и поршней 2, 5.

Рисунок 3 – Компрессор КТ-6

Корпус 18 имеет три привалочных фланца для установки цилиндров и два люка для доступа к деталям, находящимся внутри. Сбоку к корпусу прикреплен масляный насос 20 с редукционным клапаном 21, а в нижней части корпуса помещен сетчатый масляный фильтр 25. Передняя часть корпуса (со стороны привода) закрыта съемной крышкой, в которой расположен один из двух шарикоподшипников коленчатого вала 19. Второй шарикоподшипник расположен в корпусе со стороны масляного насоса. Все три цилиндра имеют ребра: ЦВД выполнен с горизонтальным оребрением для лучшей теплоотдачи, а ЦНД имеют вертикальные ребра для придания цилиндрам большей жесткости. В верхней части цилиндров расположены клапанные коробки 1 и 4.

Таблица 1

Технические характеристики компрессора

Наименование параметров	Норма для компрессора
Тип компрессора	W-образный, поршневой двухступенчатый,  однорядный с воздушным охлаждением  оборудован устройством для перевода  на холостой ход.
Производительность по всасыванию, м³/мин		5,3
Давление нагнетания, кгс/см²		9
Частота вращения коленчатого вала, об/мин		850
Мощность потребляемая при частоте вращения, кВт:
850 об/мин		44,1
750 об/мин		39
440 об/мин		22,8
Количество цилиндров		3
Охлаждение компрессора		воздушное
Режим работы при давлении нагнетания ПВ, %:
5 кгс/см²		100
9 кгс/см²		50
Направление вращения коленчатого вала (смотреть со стороны привода) –  по часовой стрелке (КТ7 – против часовой стрелки).
Привод – от электродвигателя или  ДВС через эластичную муфту
Габаритные размеры, мм:	КТ6; КТ7		КТ6Эл
длина	760		760
ширина	1320		1255
высота	1050		1050
Масса (без масла и ЗИП), кг	610		600

2.6. Основные методы диагностирования  компрессоров

 

• органолептические методы диагностирования, которые основаны на использовании органов чувств человека (осмотр, ослушивание);
• вибрационные методы диагностирования, которые основаны на анализе параметров вибраций технических объектов;
• акустические методы диагностирования, основанные на анализе параметров звуковых волн, генерируемых техническими объектами и их составными частями;
• тепловые методы; сюда же относятся методы диагностирования, основанные на использовании тепловизоров;
• специфические методы для каждой из областей техники (например, при диагностировании гидропривода широко применяется статопараметрический метод, основанный на анализе задросселированного потока жидкости;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.7 Метод вибродиагностики поршневых компрессоров

2.7.1 Общие сведения

 

Практически все поршневые машины относятся  к оборудованию возвратно-поступательного  действия. При этом каждый полный цикл работы такого оборудования включает в себя несколько временных фаз (интервалов), физические процессы в  которых существенно отличаются. Например, это впуск рабочей смеси  в цилиндр, ее горение, выпуск отработанных газов в двигателе внутреннего  сгорания. На вибрационную картину  работы поршневого двигателя накладываются  специфические импульсные воздействия  от работы системы газораспределения, а также динамическая неуравновешенность механической системы при перемещении  масс (шатунно-поршневая группа, рабочая  смесь). Не менее сложные вибрационные процессы происходят в поршневых  компрессорах, особенно многоступенчатых. Все это приводит к тому, что  большинство методов проведения измерений и алгоритмы диагностики, применяемые для оборудования непрерывного действия, например, насосов, вентиляторов, мало пригодны для поршневых машин. Необходимы другие подходы, учитывающие специфику возникновения вибрационных процессов в машинах возвратно-поступательного действия.

Средства  вибрационного контроля и диагностики  могут быть эффективно применены  для анализа состояния поршневых  машин возвратно-поступательного  действия, но это возможно только с  использованием специфических приборов и алгоритмов виброконтроля, технические и алгоритмические требования к которым мы попробуем изложить.

2.7.2 Синхронная многоканальная регистрация информации