КОМПРЕССОРНАЯ СТАНЦИЯ Российский патент 2008 года по МПК F04D25/00 

Настоящее изобретение относится к общему машиностроению, в частности к устройствам для получения воздуха с повышенным давлением, и может быть использовано при добыче и транспорте нефти и газа, в строительстве и многочисленных других отраслях хозяйства.

Компрессорная станция включает в себя собственно компрессор и силовое устройство, приводящее компрессор в работу. Прямая цель применения компрессорной станции - снабжение определенной установки или участка производства сжатым газом, способным, например, привести в действие пневматический инструмент (отбойный молоток, пескоструйный агрегат и т.д.) или создать высокоскоростной воздушный поток для обдува поверхностей, нуждающихся в этом.

Известна самоходная буровая установка, частью которой является компрессорная станция (см. патент RU №2276245 «Способ бурения скважин и самоходная буровая установка для его реализации», опубликован 10.05.2006 г., Бюл. №13). В данном изобретении компрессорная станция производит сжатый воздух, используемый для очистки скважины от бурового шлама. Недостатком собственно компрессорной станции является узкая область ее использования.

Наиболее близкой к предлагаемому изобретению является передвижная установка для приготовления и нагнетания газожидкостной смеси или газа в скважину (см., заявку RU №2004137071 А, «Установка передвижная для приготовления и нагнетания газожидкостной смеси или газа в скважину», МПК F04B 19/06, дата подачи 2004.12.17.). В данной заявке собственно компрессорная станция также содержит компрессор и приводящий его в работу двигатель внутреннего сгорания. Установка служит для приготовления и нагнетания в скважину газожидкостной смеси или газа. При этом недостатком, как и в аналоге, является узость области применения компрессорной станции.

По сути, и в аналоге и в прототипе компрессорная станция используется по прямому назначению, а именно является источником сжатого воздуха.

Задача, решаемая предлагаемым изобретением, состоит в создании новой конструкции компрессорной станции.

Достигаемый технический результат состоит в расширении области использования компрессорной станции и соответственно в придании компрессорной станции многофункциональности.

Для достижения технического результата компрессорная станция, включающая компрессор с трубопроводом для вывода сжатого воздуха и двигатель внутреннего сгорания с выхлопной трубой и глушителем, дополнительно снабжена соединенной с трубопроводом для вывода сжатого воздуха вихревой трубой, имеющей трубопроводы для вывода горячего и холодного воздушного потока, установленным между выхлопной трубой и глушителем и имеющим разделенные теплообменной поверхностью газовый и водяной тракт теплообменником, водяным насосом и промежуточной емкостью для воды, снабженной трубопроводами для подвода сжатого воздуха от компрессора и подвода и вывода воды, причем трубопровод для вывода воды соединен с трубопроводом для вывода горячего воздушного потока вихревой трубы и снабжен отводящей линией, всасывающая линия водяного насоса соединена с внешним источником воды, нагнетающая линия водяного насоса соединена с водяным трактом теплообменника и непосредственно с трубопроводом для подвода воды к промежуточной емкости, с которым в свою очередь связан водяной тракт теплообменника, снабженный дополнительным трубопроводом для отвода пара.

Выхлопная труба двигателя внутреннего сгорания снабжена управляющей заслонкой, установленной с возможностью попеременной подачи выхлопных газов непосредственно в глушитель или в газовый тракт теплообменника. Трубопровод для вывода горячей воды в месте соединения с трубопроводом для вывода горячего воздушного потока из вихревой трубы снабжен распылителем.

Дополнительный трубопровод для отвода пара соединен с трубопроводом для вывода горячего воздушного потока из вихревой трубы.

Сущность настоящего изобретения состоит в следующем.

Если в качестве примера рассмотреть применение компрессорных станций при бурении и эксплуатации нефтяных скважин, то получение только сжатого воздуха не может удовлетворить различные производственные нужды, в то время как усовершенствование конструкции компрессорной станции может решить многие вопросы производства. Процесс очистки поверхностей труб нуждается иногда в сжатом воздухе с высокой температурой. Часто для той же цели необходимо использование горячей воды в распыленном состоянии или пара. Горячий воздух необходим и для решения обычных бытовых задач: высушивание мокрой одежды, быстрый нагрев бытовых помещений и т.д. Указанные задачи и ряд других могут быть решены при расширении возможностей обычных компрессорных станций, имеющих, как правило, в своем составе компрессор и приводящий его в работу двигатель внутреннего сгорания.

Оснащение компрессорной станции вихревой трубой позволяет получить сжатый горячий воздух и холодный воздушный поток. Теплообменник с противотоком выхлопных газов двигателя внутреннего сгорания и воды из внешнего источника позволяет получить горячую воду и при необходимости пар с определенным давлением и температурой. Промежуточная емкость для воды, находящаяся под наддувом сжатого воздуха из компрессора, позволяет получить факел распыленной холодной или горячей воды. Распыленная вода может быть подана на очистку труб буровых установок и находящихся в эксплуатации скважин как таковая или в потоке горячего воздуха из вихревой трубы или пара.

Таким образом, благодаря оснащению компрессорной станции дополнительными аппаратами с соответствующими связями между ними может быть реализован многофункциональный агрегат с широким спектром областей применения, простой по конструкции и не представляющий ни малейших сложностей при эксплуатации.

Конструктивное исполнение компрессорной станции по настоящему изобретению представлено на чертеже.

Компрессорная станция включает в себя компрессор 1 и приводящий его в работу двигатель внутреннего сгорания 2. Трубопровод 3 для вывода сжатого воздуха из компрессора 1 соединен с вихревой трубой 4, имеющей трубопровод 5 для вывода горячего воздушного потока и трубопровод 6 для вывода холодного воздушного потока. Двигатель внутреннего сгорания 2 имеет выхлопную трубу 7 с глушителем 8. Между выхлопной трубой 7 и глушителем 8 установлен теплообменник 9, имеющий газовый тракт 10 и водяной тракт 11. Тракты 10 и 11 разделены теплообменной поверхностью. Выхлопная труба 7 снабжена управляющей заслонкой 12, установленной с возможностью попеременной подачи выхлопных газов непосредственно в глушитель 8 или в газовый тракт 10. Компрессорная станция оснащена водяным насосом 13. Всасывающая линия 14 водяного насоса 13 соединена с внешним источником воды. Нагнетающая линия 15 водяного насоса 13 связана с водяным трактом 11 теплообменника 9. Компрессорная станция включает в себя промежуточную емкость 16 для воды, имеющую трубопровод 17 для подвода воды, трубопровод 18 для вывода воды и трубопровод 19 для подвода сжатого воздуха. Нагнетающая линия 15 водяного насоса 13 одновременно связана с трубопроводом 17 для подвода воды к промежуточной емкости 16. Водяной тракт 11 теплообменника 9 также соединен с трубопроводом 17 и снабжен дополнительным трубопроводом 20 для отвода пара. Трубопровод 18 для вывода воды из промежуточной емкости 16 в месте соединения с трубопроводом 5 для вывода горячего воздушного потока из вихревой трубы 4 имеет распылитель воды 21. Дополнительный трубопровод 20 для отвода пара из водяного тракта 11 теплообменника 9 также соединен с трубопроводом 5 для вывода горячего воздушного потока из вихревой трубы 4. Трубопровод 3 для вывода сжатого воздуха из компрессора 1 связан с трубопроводом 19 для подвода сжатого воздуха к промежуточной емкости 16. Трубопровод 18 для вывода воды из промежуточной емкости 16 снабжен отводящей линией 22. Естественно, что связывающие между собой аппараты описываемой схемы трубопроводы снабжены запорными органами.

Компрессорная станция по настоящему изобретению работает следующим образом.

Двигатель внутреннего сгорания 2 приводит в работу компрессор 1.

Выхлопные газы двигателя внутреннего сгорания 2 с помощью управляющей заслонки 12 могут быть направлены из выхлопной трубы 7 либо непосредственно в глушитель 8 либо в газовый тракт 10 теплообменника 9. В первом случае теплообменник 9 из работы исключен, и горячая вода или пар при работе компрессорной станции не производятся. При работе компрессора 1 образуется сжатый воздух, который по трубопроводу 3 для вывода сжатого воздуха из компрессора 1 поступает в вихревую трубу 4 или может быть выведен из компрессорной станции для дальнейшего использования для работы пневматических инструментов различного типа.

В вихревой трубе 4 образуются два воздушных потока: поток горячего воздуха, выводимый по трубопроводу 5, и поток холодного воздуха, выводимый по трубопроводу 6. Поток горячего воздуха может быть далее использован как таковой для нагревания бытовых помещений, для обогрева рабочих мест, обдува очищаемых поверхностей и т.д. Поток холодного воздуха может быть выброшен в атмосферу или применен, например, в холодильных камерах.

В том случае, когда выхлопные газы двигателя внутреннего сгорания 2 с помощью управляющей заслонки 12 направляют из выхлопной трубы 7 в газовый тракт 10 теплообменника 9, одновременно в водяной тракт 11 этого же теплообменника 9 направляют воду из внешнего источника, для чего в работу включают насос 13. В насос 13 вода поступает по всасывающей линии 14. Далее воду по нагнетающей линии 15 подают в водяной тракт 11. Газовый 10 и водяной 11 тракты отделены друг от друга теплообменной поверхностью. При обмене теплотой между водой и выхлопными газами в теплообменнике 9 может быть получена горячая вода и при необходимости водяной пар. Горячую воду подают в промежуточную емкость 16 по трубопроводу 17 для подачи воды, который связан с водяным трактом 11. В промежуточную емкость 16 может быть подана и просто холодная вода из нагнетающей линии 15 насоса 13. Целесообразным является периодическое заполнение промежуточной емкости 16 холодной или горячей водой. Далее после заполнения промежуточной емкости 16 до соответствующего уровня емкость 16 ставят под давление благодаря связи трубопровода 3 для вывода сжатого воздуха из компрессора 2 с трубопроводом 19 для подвода сжатого воздуха к емкости 16. Благодаря отводящей линии 22, которой оснащен трубопровод 18 для вывода воды из промежуточной емкости 16, холодная или горячая вода с определенным напором может быть использована как таковая. При соединении трубопровода 18 для вывода воды с трубопроводом 5 для вывода горячего воздушного потока из вихревой трубы 4 и при снабжении трубопровода 18 месте соединения с трубопроводом 5 распылителем 21 в производстве может быть использована газовая струя под давлением, содержащая мелкораспыленную воду.

Согласно описанию водяной тракт 11 теплообменника 9 также снабжен дополнительным трубопроводом 20 для отвода пара. Дополнительный трубопровод 20 для отвода пара из водяного тракта 11 теплообменника 9 также соединен с трубопроводом 5 для вывода горячего воздушного потока из вихревой трубы. Таким образом, полученный при работе компрессорной станции пар может быть использован в производстве как таковой или в смеси с горячим воздушным потоком.

Компрессорная станция в новом конструктивном исполнении приобретает свойство многофункциональности с расширением области применения. Сжатый атмосферный воздух, горячий воздушный поток, холодный воздушный поток, холодная и горячая вода под давлением, смесь распыленной горячей или холодной воды и горячего газового потока, водяной пар и смесь водяного пара с горячим газовым потоком - все указанное выше может быть применено в самых различных производственных целях и придает компрессорной станции предлагаемой конструкции универсальный характер.

Целесообразно привести некоторые физические параметры потоков компрессорной станции предлагаемой конструкции (при применении стандартной компрессорной станции типа КВ-20/16, имеющей двигатель внутреннего сгорания ЯМ3-238Д, мощностью 243 кВт):

Сжатый воздух после компрессора -V₁=20 м³/мин, T₁=80°С, p₁=16 ата;Горячий воздух после вихревой трубы -V₂=8 м³/мин, t₂=220°С, р₂=3 ата;Холодный воздух после вихревой трубы -V₃=12 м³/мин t₃=0°С, р₃=˜1,5ата;Пар-G_p=600 кг/час, t_p=130°C, р_р=˜3 ата;Горячая вода -G_w=2000 кг/час, t_w=60°С, p_w=˜3 ата.

Изобретение направлено на создание новой конструкции компрессорной станции с расширением области ее использования за счет придания ей свойства многофункциональности. Указанный технический результат достигают за счет того, что компрессорная станция, включающая компрессор с трубопроводом для вывода сжатого воздуха и двигатель внутреннего сгорания с выхлопной трубой и глушителем, дополнительно снабжена соединенной с трубопроводом для вывода сжатого воздуха вихревой трубой, имеющей трубопроводы для вывода горячего и холодного воздушного потока, установленным между выхлопной трубой и глушителем и имеющим разделенные теплообменной поверхностью газовый и водяной тракт теплообменником, водяным насосом и промежуточной емкостью для воды, снабженной трубопроводами для подвода сжатого воздуха от компрессора и подвода и вывода воды, причем трубопровод для вывода воды соединен с трубопроводом для вывода горячего воздушного потока вихревой трубы и снабжен отводящей линией, всасывающая линия водяного насоса соединена с внешним источником воды, нагнетающая линия водяного насоса соединена с водяным трактом теплообменника и непосредственно с трубопроводом для подвода воды к промежуточной емкости, с которым в свою очередь связан водяной тракт теплообменника, снабженный дополнительным трубопроводом для отвода пара. 3 з.п.ф-лы, 1 ил.

1. Компрессорная станция, включающая компрессор с трубопроводом для вывода сжатого воздуха и двигатель внутреннего сгорания с выхлопной трубой и глушителем, отличающаяся тем, что компрессорная станция дополнительно снабжена соединенной с трубопроводом для вывода сжатого воздуха вихревой трубой, имеющей трубопроводы для вывода горячего и холодного воздушного потока, теплообменником, установленным между выхлопной трубой и глушителем и имеющим разделенные теплообменной поверхностью газовый и водяной тракт, водяным насосом и промежуточной емкостью для воды, снабженной трубопроводами для подвода сжатого воздуха от компрессора и подвода и вывода воды, причем трубопровод для вывода воды соединен с трубопроводом для вывода горячего воздушного потока вихревой трубы и снабжен отводящей линией, всасывающая линия водяного насоса соединена с внешним источником воды, нагнетающая линия водяного насоса соединена с водяным трактом теплообменника и непосредственно с трубопроводом для подвода воды к промежуточной емкости, с которым в свою очередь связан водяной тракт теплообменника, снабженный дополнительным трубопроводом для отвода пара.2. Компрессорная станция по п.1, отличающаяся тем, что выхлопная труба двигателя внутреннего сгорания снабжена управляющей заслонкой, установленной с возможностью попеременной подачи выхлопных газов непосредственно в глушитель или в газовый тракт теплообменника.3. Компрессорная станция по п.1, отличающаяся тем, что трубопровод для вывода горячей воды в месте соединения с трубопроводом для вывода горячего воздушного потока из вихревой трубы снабжен распылителем.4. Компрессорная станция по п.1, отличающаяся тем, что дополнительный трубопровод для отвода пара соединен с трубопроводом для вывода горячего воздушного потока из вихревой трубы.