ВВЕДЕНИЕ
Современное компрессорное оборудование имеет широкие возможности и применяется во многих сферах человеческой жизнедеятельности. К «обычным» установкам обыватель уже привык, однако мало кто знает, что высокомощные передвижные компрессоры используют в горнодобывающей промышленности.
Компрессор для буровой установки – высоконадёжное оборудование, большой мощности, применяющее в качестве привода дизельный двигатель, способный длительное время поддерживать оптимальное рабочее давление при высокой производительности. Данное оборудование используется в качестве источника сжатого воздуха для многоцелевых буровых установок. Оборудование данного типа нередко используют во время ремонта мостов, строительства туннелей и иных подземных сооружений, но в большей степени потенциал высокомощных компрессоров раскрывается во время бурения.
УСТРОЙСТВО И РАБОТА КОМПРЕССОРНЫХ УСТАНОВОК
Для снабжения сжатым воздухом пневмосистем буровой установки применяют компрессорные установки с механическим приводом (контрприводом) от трансмиссий силовых агрегатов или с индивидуальным электроприводом.
Установки с электроприводом называются компрессорными станциями. В компрессорных установках используют двухступенчатые компрессоры типа КС-3М, КС-5М, КСР-5М, КТ-6 с подачей 3-5 м³/мин при рабочем давлении 0,8-0,9 МПа. Шифр компрессорной установки соответствует типу компрессора.
В компрессорных установках с механическим приводом приводной шкив соединён с валом компрессора через шинно-пневматическую муфту ШПМ-300. В компрессорных установках с электроприводом вал компрессора соединён с электродвигателем через упругую муфту.
Компрессорная установка КТ-6 с механическим приводом состоит из компрессора, опор привода, приводного шкива, смонтированного на раме. Привод с компрессором соединён муфтой ШПМ-300. Наружный воздух засасывается через воздухофильтр в цилиндры первой ступени сжатия, а затем по трубопроводу подаётся через холодильник в цилиндры второй ступени сжатия, откуда сжатый воздух поступает в воздухозаборники.Чуть ниже дана подробная схема компрессора КТ-6.
1 – клапанная коробка цилиндра низкого давления ЦНД (первой ступени); 2 – поршень ЦНД; 3 – сапун; 4 – клапанная коробка цилиндра высокого давления ЦВД (второй ступени); 5 – поршень ЦВД; 6 – цилиндр высокого давления ЦВД; 7 – узел шатунов; 8 – холодильник; 9 – всасывающий воздушный фильтр; 10 – предохранительный клапан; 11 – рым-болт; 12 – кронштейн вентилятора; 13 – болт регулировки натяжения ремня вентилятора; 14 – вентилятор; 15 – тройник для присоединения трубопровода от регулятора давления; 16 – манометр давления масла; 17 – бачок для гашения пульсаций стрелки манометра; 18 – корпус (картер); 19 – коленчатый вал; 20 – масляный насос; 21 – редукционный клапан; 22 – дополнительный балансир; 23 – винт крепления дополнительного балансира; 24 – шплинт; 25 – масляный фильтр; 26 – указатель уровня масла (щуп); 27 – пробка для залива масла; 28 – пробка для слива масла; 29 – цилиндр низкого давления ЦНД; 30 – поршневой палец.
Рисунок 1- Компрессор КТ-6
Компрессорные установки работают в авторежиме, включаясь при потере давления в пневмосистеме до 0,7-0,75 МПа и выключаясь при 0,8-0,85 МПа. Работу компрессора в автоматическом режиме обеспечивают разгрузные клапаны, которые при достижении максимального давления в пневмосистеме срабатывают и подают воздух в разгрузочные устройства компрессоров, которые сжимают всасывающие клапаны обеих ступеней сжатия, в результате чего компрессоры при постоянном вращении коленвалов переходят на холостой ход. При снижении давления в пневмосистеме до нижнего предела разгрузочные клапаны перекрывают доступ воздуха в разгрузочные устройства и соединяют их с атмосферой, в результате чего всасывающие клапаны возвращаются в рабочее положение и компрессоры начинают подавать сжатый воздух в пневмосистему. Компрессорные установки с механическим приводом допускают работу без автоматики, для чего должна включаться и выключаться шинно-пневматическая муфта с пульта краном управления компрессора.
2 РАСЧЁТ ВИНТОВОГО КОМПРЕССОРА
Техническая характеристика винтового компрессора представлена в таблице 1.
Таблица 1 - Техническая характеристика винтового компрессора
Длина, мм | Диаметр, мм | Заходность ротора на статор | Расход бурового раствора, л/с | Частота вращения вала шпинделя Об/мин | Перепад давления, МПа | Момент силы на валу, кН м |
9:10 | 30 - 40 | 100 - 130 | 5,0 – 6,0 | 6,5-8,0 |
1 Расчёт контурного диаметра рабочих органов (диаметр статора по впадинам зубьев):
Dк = D-2×(d м+dр); (1)
Dк = 195 – 2×(15,6+9,75) = 144,3 мм,
где dм и dр- соответственно толщина стенки остова статора и минимальная толщина резиновой обкладки по впадинам зубьев;
D - диаметр двигателя.
dм = (0,07÷0,1)×D; (2)
dм = 0,08 × 195 = 15,6 мм
Исходя из условий заливки резинометаллических деталей типа статоров минимальная толщина резиновой обкладки должна быть не менее:
dр = (0,04÷0,07)×D; (3)
dр = 0,05 × 195 = 9,75 мм;
2 Вычислим эксцентриситет зацепления:
(4)
где С е =1,6÷2,5 - коэффициент формы зуба;
С 0 =1,1÷1,5 - коэффициент внецентроидности;
Z 1 =10 - число зубьев статора.
3 Расчитаем площадь живого сечения рабочих органов:
S = π×e×(Dк - 2е); (5)
S = 3,14 × 5,3×(144,3 – 2×5,3) = 2225 мм 2;
4 Определим шаг винтовой поверхности:
(6)
где Q = 2,4 м 3 /мин - расход жидкости;
n = 130 об/мин – частота вращения вала шпинделя;
Z 2 =9 – число зубьев ротора.
При выборе Т следует учитывать, что его оптимальная величина должна находиться в пределах:
Т = (4,5÷6,5) × Dк; (7)
Т = (4,5÷6,5) × 144,3 = 649,35÷937,95, т.е. 649,35 ≤ 922 ≤ 937,95
5 Вычислим шаг винтовой поверхности ротора:
t = T × Z 2 /Z 1; (8)
t = 922 × 9/10 = 829,8 мм.
6 Определим основные размеры рабочих органов.
Диаметры статора:
- по впадинам
Di = Dк = 144,3 мм;
- по выступам
De = Dк – 4 × e; (9)
De = 144,3 – 4 × 5,3 = 123,1 мм.
Диаметры ротора:
- по впадинам зубьев
di = De – 2×e + d; (10)
di = 123.1 – 2×5,3 + 0,866 = 113,4 мм,
где d – диаметральный натяг
d = (0,005÷0,007)×Dк; (11)
d = 0,006×144.3 = 0,866 мм;
- по выступам зубьев
de = di + 4 × e; (12)
de = 113,4 + 4 × 5,3 = 134,6 мм.
7 Найдём длину рабочей части обкладки статора:
L = T × kL; (13)
L = 922 × 2,5 = 2305 мм,
где k L – число шагов статора
kL = р/[р]; (14)
kL = 6/2 = 3,
где [р] – допустимый перепад давления на один шаг, который при твёрдости резины 75 – 80 усл.ед. может быть принят равным 2 МПа;
р – перепад давления в двигателе.
8 Определим рабочий объём двигателя:
V 0 = S × T × Z2; (15)
V 0 = 2225 × 922 × 9 = 18460000 мм 3.
9 Вычислим осевую гидравлическую нагрузку:
(16)
Н