Азотная компрессорная станция
NITROGEN COMPRESSOR STATION

Область техники.
Техническое решение относится к области машиностроения, в частности, к компрессорному оборудованию для получения азота. Предшествующий уровень техники.
Известна ПЕРЕДВИЖНАЯ СТАНЦИЯ КОМПРЕССОРНАЯ АЗОТНАЯ (Ворошилов И.В. ПЕРЕДВИЖНАЯ СТАНЦИЯ КОМПРЕССОРНАЯ АЗОТНАЯ - патент на промышленный образец RU 103071, дата подачи заявки: 01.08.2014, опубл. 18.04.2017 Бюл. №5, [1]), содержащая многоступенчатый компрессор, на старших ступенях которого установлены корпусы клапанов, предназначенные для размещения всасывающего и нагнетательного клапанов, штуцера входа газа, штуцера выхода сжатого газа, для подачи масла на зеркало цилиндра. Также корпус клапанов является основной деталью, образующей полость между клапанами поршнем и гильзой, в которой происходит сжатие.
Конструкция примененного в аналоге [1] корпуса клапана раскрыта в патентах Мосейко Д.А., Ворошилов И.В. Корпус клапана - патент на промышленный образец RU 85270, дата подачи заявки 05.05.2012, опубл. 16.05.2013 Бюл. №5, [2]; Ворошилов И.В. Корпус клапана - патент на полезную модель RU 154635, дата подачи заявки 24.06.2014, опубл. 27.08.2015 Бюл. №24, [3]. Корпус клапана имеет форму параллелепипеда с двумя торцевыми и четырьмя боковыми поверхностями. В корпусе клапана выполнены центральное сквозное продольное отверстие, всасывающее и нагнетательное отверстия, соединяющие центральное отверстие с боковыми поверхностями. Центральное отверстие выполнено в виде четырех последовательно расположенных участков с увеличивающимся диаметром:
- первый участок, расположенный у торцевой поверхности, сопрягаемой с цилиндром, выполнен с возможностью центровки корпуса с гильзой цилиндра;
- второй участок, выполненный с возможностью свободного размещения всасывающей части клапана и беспрепятственного прохождения газа через клапан;
- третий участок, выполненный с возможностью центровки внутренней части комбинированного клапана;
- четвертый участок, выполненный с возможностью центровки фонаря клапана и торцевой крышки.
Между первым и вторым участками на внутренней поверхности корпуса расположен кольцевой выступ, выполненный вогнутым со стороны второго участка. Между вторым и третьим участками расположена полость всасывания, выполненная в виде выточки внутренней поверхности корпуса. Между третьим и четвертым участками расположена полость нагнетания, выполненная в виде выточки внутренней поверхности корпуса.
На торцевых поверхностях корпуса выполнены сквозные отверстия для крепления корпуса к цилиндру с помощью шпилек. На одной из торцевых поверхностей выполнены глухие отверстия для крепления крышки клапана.
Недостатком аналога [1] является применение вышеуказанного корпуса клапана, у которого отверстие для размещения комбинированного клапана выполнено центральным, а отверстия для крепления корпуса и крышки выполнено на торцах. Это приводит к увеличению внешнего габарита азотной станции и не позволяет вместить ее в транспортный габарит (или в морской контейнер). Увеличенные размеры клапана комбинированного, являющегося как всасывающим, так и нагнетательным, а также нажимной фонарь и клапанная крышка существенно увеличивают габарит компрессора по оси поршня, что не позволяет разместить его в азотной станции в пределах нормативных габаритов.
Раскрытие заявляемого технического решения.
Технической задачей, на решение которой направлено заявляемое техническое решение, является обеспечение возможности размещения азотной станции полностью в пределах транспортного габарита и морского контейнера.
Техническим результатом, обеспечиваемым заявляемым техническим решением, является уменьшение габаритных размеров многоступенчатого компрессора и, следовательно, азотной станции. Уменьшение габаритного размера компрессора позволяет дополнительно облегчить монтаж и обслуживание компрессора за счет увеличенных зазоров между конструктивными элементами компрессора и боковыми стенками укрытия азотной станции (транспортного средства или морского контейнера).
Сущность заявленного технического решения состоит в том, что азотная компрессорная станция содержит многоступенчатый оппозитный компрессор, снабженный на по крайней мере одной старшей ступени корпусом клапанов, содержащим:
- центральное несквозное отверстие с изменяющимся диаметром, выполненное с возможностью установки на гильзу цилиндра поршневого компрессора,
- два клапанных несквозных отверстия с изменяющимся диаметром, выполненных с возможностью размещения в них всасывающих или нагнетательных клапанов.
Центральное отверстие сообщается с клапанными отверстиями. Оси клапанных отверстий расположены под прямым углом к оси центрального отверстия.
Вышеуказанная сущность является совокупностью существенных признаков заявленного технического решения, обеспечивающих достижение заявленного технического результата.
Описанный выше конструктив клапанной коробки многоступенчатого компрессора азотной компрессорной станции позволяет разместить клапанные отверстия не по оси движения поршня в цилиндре компрессора, а перпендикулярно к ней. Это уменьшает габарит компрессора по оси поршня соответствующего цилиндра в сборе. Использование предложенного корпуса клапанов позволяет сократить габаритный размер многоступенчатого компрессора, позволив с достаточным для удобства монтажа зазором разместить его в пределах капота азотной компрессорной станции, имеющей допустимый транспортный габарит или в морском контейнере, представляющем собой корпус азотной станции.
В частных случаях допустимо выполнять техническое решение следующим образом.
Оси клапанных отверстий предпочтительно расположены в одной плоскости. Еще более предпочтительно оси клапанных отверстий расположены на одной прямой, при этом клапанные отверстия находятся по разные стороны от центрального отверстия.
Корпус клапанов желательно представляет собой стальную деталь крестообразной формы, имеющей среднюю часть и две боковые части, средняя часть имеет первую и вторую торцевые поверхности, каждая боковая часть имеет боковую поверхность, при этом центральное отверстие выходит на первую торцевую поверхность, а клапанные отверстия выходят на боковые поверхности, выполненные с возможностью крепления клапанных крышек. На торцевых поверхностях центральной части корпуса клапанов целесообразно выполнять четыре сквозных отверстия, снабженные на второй торцевой поверхности цековкой под гайки.
Отверстия для подключения всасывающего и нагнетательного трубопровода могут быть выполнены на верхних или нижних поверхностях боковых частей корпуса клапанов.
На первой торцевой поверхности желательно выполнять коническую проточку. Предприятием-заявителем технического решения изготовлены образцы этого решения, испытания которых подтвердили достижение технического результата. Краткое описание чертежей.
На фигуре 1 показан пример двухрядного пятиступенчатого компрессора с установленным корпусом клапанов на пятой ступени, на фиг. 2 - внешний вид корпуса клапанов со стороны первой торцевой поверхности; на фиг. 3 - внешний вид корпуса клапанов со стороны второй торцевой поверхности; на фиг. 4 - продольный разрез корпуса клапанов в плоскости центрального и клапанных отверстий; на фиг. 5 - вырез корпуса клапанов в плоскостях каналов смазки и клапанного отверстия, на фиг. 6 - пример четырехрядного компрессора с установленными корпусами клапанов.
Варианты осуществления технического решения.
Азотная компрессорная станция выполнена на единой сварной раме. В зависимости от возможности перемещения/транспортировки предусмотрено несколько исполнений несущей рамы. Исполнение (самоходное) для установки на автомобильное шасси предусматривает в конструкции элементы крепления рамы к лонжеронам шасси, а конструктив нижней части несущего каркаса выполнен с учетом всех элементов автомобиля, что обеспечивает доступ для их обслуживания. Исполнение (носимое) в виде салазок не предусматривает самостоятельного передвижения/транспортировки станции, но проушины по торцам и конструкция полозьев в основании рамы дают возможность перемещать станцию непосредственно по грунту или снегу, что актуально при проведении работ по опрессовке трубопроводов и скважин на месторождениях. Исполнение с морскими фитингами так же не предусматривает самостоятельного передвижения/транспортировки станции, но позволяет осуществлять транспортировку станции на контейнеровозах с универсальным и надежным креплением станции посредством морских фитингов.
Укрытие обеспечивает съемный капот, который может являться как несущей силовой конструкцией, позволяющей выполнять транспортировку и монтаж (поднимать и опускать) через крепление непосредственно к капоту, так и облегченной конструкцией, выполняющей роль укрытия с дверьми и люками для обслуживания и эксплуатации станции.
Под капотом на раме расположены поршневая компрессорная установка, привод которой осуществляется от двигателя внутреннего сгорания, топливный бак, газоразделительный блок, линия подготовки воздуха, блок охлаждения охлаждающей жидкости, насос системы охлаждения и система автоматики (шкафы управления).
3
Источником сжатого воздуха в составе компрессорной станции может являться, например, поршневой оппозитный двухрядный пятиступенчатый компрессор 2ГМ2,5-10/250 (фиг. 1), выполненный на оппозитной базе 2М2,5. В указанном компрессоре, в отличие от предыдущих аналогичных серийных моделей (2ГМ2,5-5/220), применяются легкосплавные материалы поршней, что позволяет эксплуатировать его с повышением частоты вращения коленчатого вала до 1500 об/мин. В совокупности с увеличением диаметров цилиндров это позволяет получить на выходе 10 м/мин азота. Перераспределение значений межступенчатых давлений позволило обеспечить оптимальный режим для газоразделения, при котором мембраны эксплуатируются максимально эффективно. Усиление станины компрессора дополнительными ребрами обеспечило необходимый запас прочности при повышении поршневых сил, что позволило нагружать компрессор до 300 атмосфер.
Пятиступенчатый компрессор 2ГМ2,5-10/250 фактически стал аналогом поршневого шестиступенчатого компрессора 4ГМ2,5-10/251 на четырехрядной оппозитной базе 4М2,5. Обеспечивая аналогичные рабочие параметры, станция с двухрядным компрессором и пятью ступенями сжатия позволяет применять менее мощный и более экономичный дизельный привод. Уменьшение массы привода и самого компрессора привело к уменьшению габаритов и облегчению станции, что позволило устанавливать ее на менее дорогостоящее трехосное автомобильное шасси.
Конструктив цилиндропоршневой группы упомянутого компрессора с клапанной коробкой 5-ой ступени под установку отдельно всасывающего и нагнетательного клапанов позволило изготовить данный пятиступенчатый компрессор на оппозитной базе и содержащую его азотную компрессорную станцию без превышения транспортного габарита, что позволяет передвижение станции по дорогам общего пользования без ограничений.
Клапанная коробка (корпус клапанов) имеет следующую конструкцию.
Корпус 1 клапанов (фиг. 2, 3) представляет собой стальную деталь крестообразной формы. Корпус клапанов для цилиндров высокого давления (до 400 атмосфер) изготавливается из поковки стали 45 с соответствующим методом контроля поковки. Для цилиндров низкого давления изготовление осуществляется из стальных заготовок, необходимость в заготовке в виде поковки отсутствует.
Внутри корпус клапанов снабжен центральным отверстием (2) и двумя сообщающимися с ним клапанными отверстиями (3) (клапанными окнами) (фиг. 4). Центральное и клапанные отверстия выполнены несквозными, с изменяющимся диаметром. Оси клапанных отверстий расположены под прямым углом к оси центрального отверстия. Оси клапанных отверстий расположены в одной плоскости или на небольшом расстоянии друг от друга. Оси клапанных отверстий, предпочтительно, расположены на одной прямой, при этом клапанные отверстия находятся по разные стороны от центрального отверстия. Оси клапанных отверстий могут быть расположены друг к другу и под другим углом (отличным от 180°).
При этом корпус клапанов имеет среднюю часть (4) и две боковые части (5).
Средняя часть (4) имеет первую (6) и вторую (7) торцевые поверхности, верхнюю (8) и нижнюю поверхности.
Центральное отверстие (2) выходит на первую торцевую поверхность (6) средней части корпуса клапанов. Центральное отверстие выполнено со ступенчато изменяющимся диаметром и служит для установки и центровки корпуса клапанов на гильзе компрессора через медную прокладку. Центральное отверстие (2) образует также рабочую полость сжатия, в которую происходит вылет поршня для минимального мертвого пространства.
На торцевых поверхностях (6, 7) центральной части клапанной коробки имеются четыре сквозных отверстия (9) с цековкой (10) на второй торцевой поверхности (7) под гайки для крепления корпуса к цилиндру с обеспечением минимального габарита благодаря «утопленным» гайкам. Первая торцевая поверхность (6) при использовании корпуса клапанов контактирует с цилиндром компрессора.
На верхней поверхности (8) средней части корпуса клапанов выполнено резьбовое отверстие (11) (фиг. 5) для установки обратного масляного клапана и вертикальный масляный канал (12), который соединяется с горизонтальным масляным каналом (13), выходящим в торцевую кольцевую проточку (14) на ступени центрального отверстия (2). По масляным каналам (12, 13) и проточке (14) осуществляется подача компрессорного масла в цилиндр для его смазки.
Боковые части (5) расположены справа и слева от средней части (4). Каждая боковая часть имеет боковую поверхность (15), верхнюю поверхность (16) и нижнюю поверхность.
Внутри боковых частей (5) расположены части клапанных отверстий (3), не уместившиеся в средней части (4). На боковую поверхность (15) каждой боковой части выходит одно клапанное отверстие (3). Клапанные отверстия предназначены для установки клапанов (не показаны). В одном отверстии устанавливается всасывающий клапан (это клапанное отверстие в таком случае является всасывающей газовой полостью), в другом - нагнетательный (это клапанное отверстие в таком случае является нагнетательной газовой полостью). В клапанных отверстиях также устанавливают нажимные фонари или «стаканы» (не показаны), прижимающие клапаны к их посадочным местам, по которым происходит уплотнение клапанов через медную прокладку. На каждой боковой поверхности (15) выполнены четыре резьбовых отверстия (17) под шпильки для клапанных крышек (не показаны), обеспечивающих герметичность газовой полости и фиксацию клапанов через нажимной фонарь.
На верхних (16) или нижних поверхностях боковых частей корпуса клапанов выполнены резьбовые отверстия (18) в газовые полости (в клапанные отверстия (3)). В эти отверстия (18) вкручиваются штуцеры для присоединения трубопроводов всасывания и нагнетания. В случае, показанном на фигурах 2-5, отверстие (18) в одной боковой части выполнено на верхней его поверхности (16), а отверстие (18) в другой боковой части - на нижней его поверхности. Это обусловлено удобством трубопроводной обвязки для конкретного компрессора. В других случаях отверстия (18) могут быть на верхних или нижних поверхностях обоих боковых частей.
На второй торцевой поверхности (7) средней части корпуса клапанов выполнена цилиндрическая проточка (19) для облегчения корпуса. На первой торцевой поверхности (6) со стороны цилиндра имеется коническая проточка (20) для максимального смещения корпуса клапанов в сторону цилиндра, что способствует минимально возможному габариту корпуса клапанов по оси поршня в сборе с цилиндром.
Вышеописанных корпус клапанов может также применяться на старших ступенях четырехрядных оппозитных компрессоров, что также позволяет изготовить этот компрессор и содержащую его азотную компрессорную станцию без превышения транспортного габарита. Порядок использования.
Корпус клапанов монтируют через медную прокладку на цилиндре многоступенчатого компрессора азотной компрессорной станции, устанавливая его отверстиями (9) на шпильках цилиндра. Часть гильзы цилиндра размещают при этом в центральном отверстии (2). Закрученные на шпильках гайки размещают в цековках (10). В клапанные отверстия (3) вставляют всасывающий и нагнетательный клапаны. Клапаны в сборке закрепляют соответствующим образом крышкой, удерживаемой резьбовым креплением, устанавливаемым в отверстиях (17).
К всасывающему и нагнетательному отверстиям (18) присоединяют трубопроводы соответственно подачи и отвода газа.
В цикле всасывания газ проходит по всасывающему отверстию (18) и через внутреннюю часть всасывающего клапана, размещенного в одном клапанном отверстии (3), и через центральное отверстие (2) проходит в рабочую полость цилиндра. В цикле нагнетания газ из цилиндра проходит через центральное отверстие (2) и внутреннюю часть нагнетательного клапана, размещенного в другом клапанном отверстии (3), к нагнетательному отверстию (18) и далее в трубопровод.
Промышленная применимость.
Заявляемое техническое решение реализовано с использованием промышленно выпускаемых устройств и материалов, может быть изготовлено на любом машиностроительном предприятии и найдет широкое применение в области компрессоростроения.
Список используемой литературы:
1. Ворошилов И.В. ПЕРЕДВИЖНАЯ СТАНЦИЯ КОМПРЕССОРНАЯ АЗОТНАЯ - патент на промышленный образец RU 103071 от 01.08.2014, опубл. 18.04.2017 Бюл. №5.
2. Мосейко Д.А., Ворошилов И.В. Корпус клапана - патент на промышленный образец RU 85270 от 05.05.2012, опубл. 16.05.2013 Бюл. №5.
3. Ворошилов И.В. Корпус клапана - патент на полезную модель RU 154635 от 24.06.2014, опубл. 27.08.2015 Бюл. №24.
4. Ворошилов И.В. Компрессор поршневой оппозитный двухрядный - патент на полезную модель RU 111208 U1 от 22.03.2011, опубл. 10.12.2011, Бюл. 34.
5. Ворошилов И.В. Компрессорная станция - патент на полезную модель RU 112956 U1 от 31.08.2011, опубл. 27.01.2012, Бюл. 3.
6. Ворошилов И.В. Компрессор поршневой оппозитный двухрядный четырехступенчатый - патент на полезную модель RU 125269 U1 от 26.09.2012, опубл. 27.02.2013, Бюл. 6.
7. Ворошилов И. В. Компрессор поршневой оппозитный четырехрядный двухступенчатый - патент на полезную модель RU 126382 U1 от 16.10.2012, опубл. 27.03.2013, Бюл. 9.
8. Сторожик C.O., Ворошилов И.В. Компрессор поршневой оппозитный четырехрядный (варианты) - патент на полезную модель RU 121874 U1 от 04.06.2012, опубл. 10.11.2012, Бюл. 31.
9. Ворошилов И.В. Компрессор поршневой оппозитный двухрядный двухступенчатый - патент на полезную модель RU 135013 U1 от 25.02.2013, опубл. 27.11.2013, Бюл. 33.
10. Ворошилов И.В. Компрессор поршневой оппозитный четырехрядный двухступенчатый - патент на полезную модель RU 138732 U1 от 13.03.2013, опубл. 20.03.2014, Бюл. 8.
11. Ворошилов И.В. Передвижная азотная компрессорная станция - патент на полезную модель RU 114490 U1 от 26.10.2011, опубл. 27.03.2012, Бюл. №9.
12. Ворошилов И.В. Компрессор поршневой оппозитный двухрядный двухступенчатый - патент на полезную модель RU 124743 U1 от 05.09.2012, опубл. 10.02.2013, Бюл. 4.
13. Ворошилов И.В. Компрессор поршневой оппозитный двухрядный пятиступенчатый - патент на полезную модель RU 125268 U1 от 26.09.2012, опубл. 27.02.2013, Бюл. 6.
14. Ворошилов И.В. Компрессор поршневой оппозитный двухрядный шестиступенчатый - патент на полезную модель RU 127134 U1 от 08.10.2012, опубл. 20.04.2013, Бюл. 11.
15. Ворошилов И.В. Компрессор поршневой оппозитный двухрядный одноступенчатый - патент на полезную модель RU 127414 U1 от 29.10.2012, опубл. 27.04.2013, Бюл. 12.