Компрессорная станция Российский патент 2018 года по МПК F04B41/06 F04C23/00 F04D25/16 

Область техники

Изобретение относится к области машиностроения, предназначено для выработки сжатого воздуха для пневматических систем и может эксплуатироваться внутри отапливаемых помещений или на открытом воздухе под навесом. В сущности, это изобретение может использоваться при производстве работ по освоению и ремонту нефтяных скважин, подачи сжатого газа в качестве источника энергии для технологических процессов, при ремонте и испытании трубопроводов, снабжении сжатым газом пневматического инструмента и других целей в различных отраслях промышленности.

Предшествующий уровень техники

Среди компрессорных станций известна, например, передвижная компрессорная станция (патент РФ №19880, МПК F04B 41/00, 2001), состоящая из компрессорного агрегата, содержащего компрессор и дизель и защищенного от воздействия атмосферных осадков капотом.

Также известна передвижная азотная компрессорная станция (патент РФ №22807, МПК F04B 41/00, F04B 45/00, 2002), состоящая из компрессора, защищенного от воздействия атмосферных осадков капотом коробчатого сечения, дизеля-привода компрессора и блока охлаждения.

Общим недостатком указанных аналогов является высокая теплопроводность капота, выполненного из металлического листа. В летний период года металлический лист перегревается, что приводит к перегреву подкапотного пространства. В зимний период года металлический лист переохлаждается, что приводит соответственно к переохлаждению подкапотного пространства. Таким образом, высокая теплопроводность капота приводит к сужению диапазона температур окружающего воздуха, при котором может эксплуатироваться компрессорная станция. Фактически это означает, что в данных компрессорных станциях нет оптимального теплового режима охлаждения компрессоров.

Известна полезная модель (патент №112956, МПК F04B 41/00, 2012), по которой компрессорная станция содержит раму, капот и размещенное на раме оборудование, включающее по крайней мере один компрессорный агрегат, систему охлаждения компрессора, при этом в кожухе имеются соответствующие входные и выходные отверстия для прохождения воздуха для охлаждения составных частей компрессорной станции. Компоновка такой компрессорной станции обычно строится по общепринятой схеме, предусматривающей размещение на раме, как минимум, двух компрессорных агрегатов параллельно друг другу, и наличие в кожухе выходных вентиляционных отверстий с установленными на них вентиляторами охлаждения. Практически подобная схема компоновки использована фирмой Кайзер (см. ниже приведенную ссылку). Недостаток - низкая эффективность охлаждения компрессорных агрегатов, и как следствие - неблагоприятный тепловой режим функционирования компрессорной станции.

Известна разработка компрессорной станции, представленной на сайте www.kaeser.com и отражающей «Винтовые компрессоры серии HSD/HSD SFC» с признанным во всем мире SIGMA PROFIL (см. Приложение А). Это - два комплектных, независимых друг от друга компрессорных агрегата, расположенных параллельно друг другу на общем основании и накрытых общим кожухом. Оба компрессорных агрегата HSD работают независимо друг от друга. В кожухе имеются соответствующие входные и выходные отверстия для прохождения воздуха при охлаждении составных частей компрессорной станции. Причем, в кожухе в зоне выходных отверстий установлены вентиляторы параллельно друг другу.

Эта известная конструкция компрессорной станции выбирается в качестве прототипа, так как имеет наибольшее число существенных признаков, совпадающих с заявляемым изобретением. Однако прототип имеет существенный недостаток, который заключается в низкой эффективности охлаждения расположенного в нем оборудования и внутреннего объема станции. Это обусловлено тем, что продольные оси компрессорных агрегатов, расположенных на раме, параллельны друг другу. В результате свободное пространство для прохождения воздуха по длине компрессорных агрегатов остается постоянным, что уменьшает возможности охлаждения компрессоров. В итоге компрессорные агрегаты могут оказаться в условиях, не выгодных для нормального теплового режима при их функционировании.

Заявителем предлагается новая компрессорная станция, содержащая как минимум два комплектных независимых друг от друга компрессорных агрегата, расположенных рядом на общем основании и накрытых общим кожухом, при этом в верхней части кожуха расположены блоки охлаждения с вентиляторами, согласно настоящему изобретению компрессорные агрегаты расположены под углом друг к другу и их продольные оси в зоне компрессоров сходятся, а со стороны приводных электродвигателей - расходятся, при этом в зоне компрессоров между ними образован зазор, развязывающий их вибрационное влияние друг на друга, а в верхней части кожуха расположены блоки охлаждения с вентиляторами, которые размещены на скатах крыши кожуха под углом друг к другу.

Такое новое техническое решение всей своей совокупностью существенных признаков позволяет достичь следующего технического результата - уменьшения потерь производительности нагнетаемого воздуха за счет уменьшения газодинамических потерь и скорости движения воздушных потоков сжатого воздуха при его вхождении в коллектор по сравнению со случаем, при котором оси трубопровода и коллектора располагаются под прямым углом.

Кроме того, расположение блоков охлаждения под углом к вертикальной оси станции предполагает более эффективный отвод нагретого воздуха из центральной части станции, т.к. оси установленных на блоках охлаждения вентиляторов становятся направленными не вниз, как при традиционной компоновке, а внутрь свободного пространства внутри станции, тем самым уменьшая сопротивление на всасывании вентиляторов. В итоге, улучшается режим функционирования компрессоров и всей станции в целом.

Данное техническое решение противоречит сложившейся тенденции компоновки подобных станций, в которых всегда доминировал принцип симметричного расположения относительно друг друга сходных или подобных устройств. В нашем случае этот принцип нарушен. Однонаправленное размещение компрессорных агрегатов стало не равнонаправленным. То есть они размещены под углом друг к другу. Это увеличило эффективность теплообмена всей станции, в которой они размещены, и улучшило тепловой режим их функционирования.

Техническая сущность заявляемого изобретения поясняется чертежами, где:

Фиг. 1 - вариант компрессорной станции с двумя компрессорными агрегатами (вид сверху).

Фиг. 2 - вид сбоку на компрессорную станцию с двумя компрессорными агрегатами.

Фиг. 3 - вариант рабочего модуля компрессорной станции с тремя компрессорами (вид сверху).

Компрессорная станция в общем виде представляет собой совокупность двух или более компрессорных агрегатов, подающих воздух с избыточным давлением и заданной производительностью к потребителю.

Внешний вид (вид сверху) на компрессорную станцию представлен на Фиг. 1. На основании 1 компрессорной станции расположены компрессорные агрегаты 13. Каждый агрегат, в свою очередь, состоит из компрессора 2, приводного электродвигателя 3 и воздушного фильтра 5. Также в состав компрессорной станции входят маслоотделители 7, трубопроводы подсоединения маслоотделителя к компрессору, выходные трубопроводы 8, объединенные коллектором 9, и раздаточная труба 10, из которой нагнетаемый воздух поступает к потребителю.

Компрессорные агрегаты устанавливаются на основании компрессорной станции 1 на виброопорах 14 (Фиг. 2).

Компрессорная станция имеет кожух 15, защищающий расположенное в нем оборудование от внешних воздействий. Кожух формирует закрытый объем, внутри которого происходит всасывание воздуха компрессорными агрегатами, а также их охлаждение.

В конструкции кожуха компрессорной станции имеются отверстия для всасывания воздуха 6, предназначенные для забора воздуха из окружающей среды для его последующего сжатия, а также охлаждения всей компрессорной станции.

На скатах крыши кожуха размещаются блоки охлаждения 11, предназначенные для охлаждения масла при работе компрессорного агрегата, а также для охлаждения нагнетаемого им воздуха.

Воздух из окружающей среды всасывается внутрь кожуха компрессорной станции через отверстия 6. Часть поступающего воздуха через фильтр 5 поступает в компрессор 2, в котором происходит его сжатие, и далее по трубопроводам, проходя через маслоотделитель, воздух поступает в раздаточную трубу 10.

Другая часть поступающего воздуха служит для охлаждения компрессорной станции и нагнетаемого воздуха. После всасывания через отверстия 6 воздух поступает внутрь кожуха 15 и за счет конвективного теплообмена охлаждает нагревающиеся части станции - компрессор 2, электродвигатель 3, а затем через блоки охлаждения 11, охлаждая попутно масло и нагнетаемый компрессорными агрегатами воздух, отводится через имеющиеся в кожухе отверстия 12 в окружающую среду. Направление воздушных потоков в компрессорной станции показано стрелками (Фиг. 1-3).

Для более эффективного охлаждения электродвигателя 3 на нем установлен вентилятор (крыльчатка) 4, интенсифицирующий теплосъем с нагревающихся частей электродвигателя.

Описываемая схема размещения компрессорных агрегатов внутри компрессорной станции предполагает их установку под некоторым углом α относительно оси симметрии всей компрессорной станции (Фиг. 1, 3). Данный прием позволяет улучшить охлаждение компрессорных агрегатов за счет большего объема свободно циркулирующего воздуха, находящегося вблизи каждого агрегата. Перемешиваемый вентилятором каждого электродвигателя 4 воздух, за счет разнесения компрессорных агрегатов на указанный угол, оказывает меньшее влияние по тепловому нагреву на соседний агрегат, и за счет увеличенного общего свободного объема быстрее и эффективнее отводится от компрессорных агрегатов.

При установке агрегатов под углом α к оси симметрии компрессорной станции между компрессорными блоками должен оставаться минимальный зазор Δ, необходимый для исключения влияния вибрации одного компрессорного агрегата на расположенный рядом компрессорный агрегат, обеспечения удобства эксплуатации станции, а также для создания условного канала воздуха достаточной для охлаждения оборудования площади.

При установке более двух компрессорных агрегатов принцип размещения аналогичен (Фиг. 3).

Размещение выходных трубопроводов под некоторым углом β (Фиг 1, 3) позволяет уменьшить потери производительности нагнетаемого воздуха за счет уменьшения газодинамических потерь и скорости движения воздушных потоков сжатого воздуха при его вхождении в коллектор 9 по сравнению со случаем, при котором оси трубопровода 8 и коллектора 9 располагаются под прямым углом.

Расположение блоков охлаждения 11 (Фиг. 2) под углом γ к вертикальной оси станции предполагает более эффективный отвод нагретого воздуха из кожуха компрессорной станции, т.к. оси установленных на блоках охлаждения вентиляторов занесены на угол γ, тем самым уменьшая сопротивление охлаждающему воздуху на выходе из блоков охлаждения.

В существующих конструкциях компрессорных станций, состоящих из двух и более компрессорных агрегатов, применяются компоновки с параллельным расположением компрессорных агрегатов и блоков охлаждения.

Угловая компоновка компрессорных агрегатов и блоков охлаждения позволяет осуществить более эффективное охлаждение за счет разнесения потоков охлаждающего воздуха на входе и значительного снижения сопротивления воздушному потоку.

Для данной компоновочной схемы требуется заметно меньшая мощность на охлаждение при сохранении минимальных габаритов компрессорной станции.

Изобретение относится к области машиностроения. Компрессорная станция имеет как минимум два комплектных независимых друг от друга компрессорных агрегата, расположенных рядом на общем основании 1 и накрытых общим кожухом, выполненных с возможностью работать независимо друг от друга. Продольные оси компрессорных агрегатов расположены под углом друг к другу, и их продольные оси в зоне компрессоров 2 сходятся, а со стороны приводных электродвигателей 3 – расходятся. В зоне компрессоров 2 между ними образован зазор, развязывающий их вибрационное влияние друг на друга. В верхней части кожуха расположены блоки охлаждения с вентиляторами, которые размещены на скатах крыши кожуха под углом друг к другу. Изобретение направлено на улучшение условий охлаждения компрессорных агрегатов. 3 ил.

Компрессорная станция, содержащая как минимум два комплектных независимых друг от друга компрессорных агрегата, расположенных рядом на общем основании и накрытых общим кожухом, при этом в верхней части кожуха расположены блоки охлаждения с вентиляторами, отличающаяся тем, что компрессорные агрегаты расположены под углом друг к другу и их продольные оси в зоне компрессоров сходятся, а со стороны приводных электродвигателей - расходятся, при этом в зоне компрессоров между ними образован зазор, развязывающий их вибрационное влияние друг на друга, а в верхней части кожуха расположены блоки охлаждения, которые размещены на скатах крыши кожуха под углом друг к другу.