Нефтепромысловые машины и механизмы

уменьшении объема выпрямляется, принимая первоначальную форму. Электродвигатель помещается в скважине под насосом. В результате этого вода, засасываемая насосом из скважины, двигаясь вдоль двигателя, охлаждает его.

В насосах ЭЦВ для скважин с диаметром обсадной колонны от 4" до 8" рабочие колеса и направляющие аппараты выполняют из пластмассы. Применение пластмасс дает ряд преимуществ: эконо­ мится металл, благодаря гладкой поверхности рабочих каналов повышается к. п. д., исключается коррозия деталей, облегчается разборка, уменьшается стоимость изготовления. Двигатели мощ­ ностью 0,37 и 0,75 квтп — однофазные, рассчитанные на питание от осветительной сети.

Несколько иначе выполнена конструкция электронасосов АПВ и ЭПЛ. Например, детали этих насосов для 6" скважин заключены в общий корпус. Насосы для скважин больших диаметров имеют отдельные чугунные проставки для ступеней. Детали ступеней вы­ полнены из чугунного литья. Подпятники насоса ЭПЛ-6 выполняют с применением лигнофоля. Насосы для 6" скважин не имеют обрат­ ных клапанов. Для этих насосов устанавливают обратные клапаны на устье скважины. Насосы 8АПВМ и 10АПВМ снабжены шаровыми обратными клапанами. Конструкция электродвигателей во многих элементах также отличается от электродвигателей насосов ЭЦВ.

В табл. 24 приведены основные технические данные погружных электронасосов.

К О М П Р Е С С О Р Ы

ПОРШНЕВЫЕ КОМПРЕССОРЫ

§ 65. Общие сведения

Машины для сжатия и перемещения воздуха и газов, называе­ мые в зависимости от создаваемого ими давления вентиляторами, газодувками или компрессорами, нашли самое широкое применение в нефтяной и газовой промышленности. Область их применения не­ прерывно растет, так как сжатый воздух и газы требуются для уско­ рения разработки новых месторождений, для искусственного воздей­ ствия на пласт, для рациональной эксплуатации газоконденсатных месторождений без потерь конденсата в пласте, для осуществления сбора нефти и газа, для транспортировки газа по трубопроводам от месторождения к потребителям, для осуществления циркуляции газа в установках по извлечению пропан-бутана из попутного нефтя­

Разнообразие перечисленных областей применения обусловли­ вает широкую номенклатуру компрессоров, отличающихся друг от друга как по давлению всасывания и нагнетания, так и по производительности и мощности привода и, наконец, по испол­ нению.

Если для индивидуального сбора затрубного газа необходимы давление до 5 am и небольшая производительность, обусловливаю­ щие мощность привода в пределах нескольких лошадиных сил, то для нагнетания газа в пласты с целью интенсификации добычи нефти и разработки газоконденсатных месторождений требуются компрессорные агрегаты, создающие давление до 400 am и потре­ бляющие мощность до 4000 л. с.

Для перекачки газа по магистральным трубопроводам требуются компрессоры производительностью 500—700 м 31мин с давлением на­ гнетания до 60 am и мощностью привода до 4000 кет, в то время как Для внутрипромыслового транспорта нужно давление 3—5 am и мощиость привода 100—300 кет.

Если для перечисленных выше целей требуются стационарные компрессоры, то для испытания строящихся магистральных трубо­ проводов, для бурения скважин с продувкой забоя воздухом или га­ зом, для освоения скважин требуются мощные передвижные компрес­ сорные станции различной производительности и с давлением нагне­ тания от 20 до 80 am, а иногда до 150—200 am.

Еще более разнообразны требования к компрессорам, если рас­ сматривать не только нефтяную промышленность, а все народное хозяйство. Несмотря на это разнообразие, все машины, служащие для сжатия и перемещения воздуха и газа, можно разделить на сле­

группы:

а) вакуум-насосы, откачивающие газ из пространства, где да­ вление ниже атмосферного, и нагнетающие его в пространство с ат­ мосферным давлением; когда нагнетание происходит в пространство с давлением выше атмосферного, такие машины иногда называют вакуум-компрессорами;

б) вентиляторы — машины, сжимающие газ или воздух до

1500 мм вод. cm. (0,15 кГ1см2);

в) газодувки (воздуходувки), предназначенные для сжатия рабо­ чего агента от 1,5 до 20 м вод. cm. (0,15—2 кГ1см2)\

г) компрессоры низкого давления, рассчитанные на создание да вления 2—10 кГ!смг\

д) компрессоры среднего давления, [рассчитанные на 10 -- 100 кГ/см*;

е) компрессоры высокого давления — на 100—1000 кГ!смг и выше. Компрессоры среднего и высокого давления иногда предназна­ чены для сжатия газа или воздуха, начальное давление к о т о р ы х в несколько раз превышает атмосферное. Такие компрессоры назы­

ваются дожимающими.

К разновидностям компрессоров относят также циркуляцион­ ные насосы, которые осуществляют циркуляцию газа, немного при этом его сжимая.

Объемные и центробежные машины отличаются друг от друга по

периодически изменяется. К этой категории машин относятся поршневые, ротационные, диафрагменные и винтовые компрессоры.

В центробежных машинах сжатие производится путем н е п р ер ы в ­ ного сообщения газу большой скорости, которая затем п р е о б р а зу е т с я в давление. К этой группе машин относят и осевые компрессоры-

в которых в отличие от центробежных перемещение газа и сообще­ ние ему скорости происходят вдоль оси вала машины.

Стационарные и передвижные компрессоры принципиально друг от друга не отличаются. Однако последние для уменьшения габари­ тов и веса делаются более быстроходными, имеют автономную систему охлаждения и обычно приводятся в действие от двигателя внутреннего сгорания.

§ 66. Превращение энергии в поршневом компрессоре

Рассмотрим работу компрессора, предположив, что:

а) отсутствует сопротивление проходу газа во всасывающих и нагнетательных клапанах компрессора;

б) давление во всасывающем и нагнетательном патрубках по­ стоянно;

в) температура газа во время его всасывания и нагнетания не­

дить сжатие газа. На диаграмме этот процесс изображен линией сжатия Ъс. Процесс сжатия может протекать различно: если при сжатии полностью отсутствует теплообмен между газом и внешней средой, то будет происходить адиабатическое сжатие (линия Ъс")\ если же при сжатии будет полностью отводиться все выделяющееся тепло, то процесс будет происходить при постоянной температуре. На диаграмме pV это изображено изотермой be' В действительности мы имеем политропическое сжатие с показателем политропы т, ве­ личина которого больше единицы и меньше к (1 < т < к).

Когда давление в цилиндре достигнет величины давления в на­ гнетательном патрубке б, процесс сжатия прекратится и через на­ гнетательный клапан 4 начнется выталкивание сжатого газа из

цилиндра (нагнетание), изображенное на диаграмме горизонтальной линией нагнетания cd. При изменении направления движения поршня давление в цилиндре мгновенно упадет до давления всасы­ вания (линия расширения da) и процесс начнет повторяться.

Как видно из сказанного, несмотря на то, что схема поршневого компрессора не отличается от схемы поршневого насоса, рабочие процессы в этих двух машинах различны. Из-за сжимаемости газа рабочие процессы в цилиндре компрессора более сложны, так как здесь, помимо всасывания и нагнетания, происходит еще сжатие или расширение газа и связанное с этим изменение его температуры.

Изменение параметров идеального газа связано уравнением Клайперона

pV = RT.

При политропическом процессе объем и давление связаны урав­ нением

pVm = const.

При т = /с|имеем адиабатический процесс, если т = 1 — изо­ термический.

Если газу сообщать тепло Q, то следствием его подвода может быть увеличение внутренней энергии газа и и производство внеш­ ней работы pV .

В дифференциальной форме это выразится так:

dQ = d U + A p -d V .

где А = V427 — тепловой эквивалент работы.

Перечисленные уравнения — основные при тепловом расчете поршневого компрессора.

Как известно из термодинамики, плоШЗДь диаграммы abcda изо­ бражает в масштабе работу, затрачиваемую на получение сжатого газа. Эта работа будет различной в зависимости от того, какой процесс сжатия происходит: изотермический, политропический или адиабатический. Наименьшей будет работа при изотермическом сжатии.

Диаграмму цикла сжатия идеального поршневого компрессора, изображенную на рис. ИЗ, мы в дальнейшем будем называть теоре­ тической ипдикаторной диаграммой одноступенчатого компрессора. Площадь abcda этой диаграммы можно рассматривать как геометри­ ческую сумму трех площадей: площадь odceo + площадь ecbfe -f + площадь oabfo.

Площадь odceo, которая изображает [работу 'нагнетания газа, обозначим через Ьг. Площадь ecbfe, изображающую работу соб­ ственно сжатия, обозначим через Ь2 и через Ь3 обозначим площадь oabfo, изображающую работу впуска газа.

Обычно считают, что работа, затраченная на сжатие газа, нахо­ дящегося во вредном пространстве, возвращается им при расшире­ нии, т. е.

Lem. вр — ■t'pacni. вр*

Тогда имеем

L = Lem* под

и, следовательно, можем при подсчетах работы, затраченной на сжа­ тие воздуха,, пользоваться выведенными ранее зависимостями, не учитывая наличия в цилиндре компрессора вредного пространства.

работа сжатия.

Теплообмен газа со стенками цилиндра и поршня, изменение давления за цилиндром в периоды всасывания и нагнетания также вносят изменения в индикаторную диаграмму, отражаясь на харак­ тере линий сжатия, нагнетания, расширения и всасывания. В ре­ зультате действительная индикаторная диаграмма компрессора при­ обретает вид, показанный на рис. 115.

§ 68. Производительность и подача компрессора

Производительностью компрессора называется количество куби­ ческих метров подаваемого им газа за единицу времени (например, в минуту), пересчитанное на состояние газа при входе в компрессор.

Производительность компрессора — геометрическая характери­ стика компрессора, не зависящая от состояния всасываемого газа (давления, температуры, влажности).

Она определяется выражением

где X — коэффициент подачи; п — число оборотов коленчатого вала компрессора в минуту; ^д — рабочий объем цилиндра, зависящий от диаметра D и хода поршня S, в м 3. Он равен:

Исходя из изложенного выше, определяем значение объемного

коэффициента:

1

щих клапанов проходу газа, вследствие чего газ, попадающий в ци­ линдр, имеет давление меньшее, чем давление газа перед всасываю­ щими клапанами, т. е. занимает больший удельный объем. Обычно значение колеблется в пределах 0,95—0,98 в зависимости от кон­ структивных особенностей клапанов.

Коэффициент герметичности Хг учитывает утечки во всасываю­ щих клапанах, поршневых кольцах и сальниках компрессора. Ко­ эффициент герметичности зависит от быстроходности, степени сжа­ тия и конструктивных особенностей компрессора. Его значение равно 0,95-0,98.

Коэффициент подогрева Хт учитывает повышение темпера­ туры газа, попавшего в цилиндр компрессора, вследствие соприкос­ новения его с горячими стенками цилиндра и поршня. Хтбудет тем меньше, чем больше отношение давления нагнетания к давлению вса­ сывания, т. е. чем выше температура конца сжатия. Величину коэф­ фициента подогрева можно определить по следующей формуле:

А,т = 1 — 0,025 (х — 1), (IV. 9)

где т = — -----степень сжатия.

При тщательном охлаждении цилиндров повышается коэффи­ циент подогрева и, следовательно, увеличивается производитель­ ность компрессора.

Потребителей сжатого газа обычно интересует не производитель­ ность компрессора, а его подача, т. е. количество газа, которое по­ требитель получает после сжатия до необходимого давления и при определенной температуре. Подача компрессора зависит от внеш­ них, совершенно не связанных с работой компрессора условий — от барометрического давления и температуры окружающего воздуха, его влажности — и не является величиной постоянной. Поэтому заводы-изготовители гарантируют не подачу, а производительность компрессора.

Величину подачи относят к нормальным параметрам р0 и *0, например к 760 мм pm. cm. и 0° С или к 1 ата и 15° С.