1

PETROM EPS Mentenanta

“ TEACHER ”

PROGRAM DE

PERFECTIONARE PROFESIONALA

Tema 15: Echipamente mecanice din industria extractiva de petrol si gaze

- Echipamente dinamice II -

2011

2

Echipamente mecanice din industria extractiva de petrol si gaze

- Echipamente dinamice II -

Material pentru perfectionare profesionala Traducere, compilare, redactare:Ing.Paul Popescu

Sef Serviciu Tehnic si Fiabilitate

3

CUPRINS

3. Echipamente pentru comprimarea gazelor in industria extractiva.....4 3.1 Compresoare pentru gaze – generalitati……………………………....4 3.2 Compresoare cu piston……………………………………………….5 3.2.1 Principiul de functionare al compresoarelor cu piston 3.2.2 Descriere si detalii constructive 3.2.3 Tipuri de compresoare cu piston utilizate in industria extractiva 3.2.4 Exploatarea si intretinerea compresoarelor cu piston 3.2.5 Repararea compresoarelor cu piston. 3.3 Compresoare centrifugale.....................................................................14 3.3.1 Constructie si functionare 3.3.2 Avantaje si dezavantaje ale compresoarelor centrifugale 3.3.3 Motoare pentru actionarea compresoarelor centrifugale 3.3.4 Vibratiile compresoarelor centrifugale 3.4 Compresoare rotative............................................................................22 3.4.1 Compresoare elicoidale cu surub 3.4.2 Constructia si functionarea compresoarelor elicoidale cu surub 3.4.3 Treptele de comprimare ale compresoarelor cu surub elicoidal 3.4.4 Avantajele compresoarelor cu surub 3.4.5 Lagarele 3.4.6 Etansările arborelui 3.4.7 Etansările interne 3.4.8 Controlul debitului la compresorul cu surub 3.4.9 Elemente auxiliare ale compresorului cu surub 3.5 Compresorul cu jet(Ejectorul)………………………………………..37

3.5.1 Introducere. Definiţie 3.5.2 Construcţia unui ejector 3.5.3 Funcţionarea ejectorului

4

3. Echipamente pentru comprimarea gazelor in industria extractiva

3.1 Compresoare pentru gaze - generalitati

Compresoarele sunt folosite ori de câte ori este necesar sa transferam un gaz de la o presiune mai joasă la o presiune mai mare. În facilitatile din santierele de petrol, există o serie de conditii care impun de multe ori folosirea compresoarelor.

1.Cea mai obisnuită si des intalnită aplicatie o reprezintă represurizarea gazelor de joasă presiune, pentru a fi introduse în retelele de gaze destinate consumului. Gazul poate să se afle la o presiune joasă pentru unul din următoarele motive:

1.1. Sondele pot cere o presiune de exploatare mică in scopul de a produce debite de titei economice mai ales in faza finala de exploatare.

1.2. Pot fi necesare mai multe trepte de separare pentru stabilizarea titeiului sau alte cerinte ale procesului de extractie. 2. Gazul mai poate avea nevoie de comprimare in vederea înmagazinării

într-o formatie pentru a fi folosit ca depozit subteran de gaze la acoperirea vârfurilor de consum sau de a mentine presiunea într-un zăcământ in vederea exploatării optime.

3. Comprimarea gazului este cel mai des întâlnită în activitatea de transport prin diverse conducte. Multe conducte necesită o comprimare a gazelor, care să crească presiunea la un nivel ce trebuie să depăsească pierderea de presiune datorată frecărilor din conductă.

4. În final, sondele pot necesita o exploatare artificială, care se realizează prin “gaz-lift”. Acesta este un proces în care gazul produs la presiune joasă , este comprimat la o presiune mai mare si recirculat in coloană si tubing, prin intermediul unei supape gaz-lift, plasată la o adâncime predeterminată, în scopul de a “usura” coloana de lichid din tubing prin reducerea densitătii. Pentru astfel de aplicatii este nevoie de o presiune mare, necesitand compresoare cu un debit mare si o ratie de comprimare ridicată. Compresorul este o masina ce ridica energia specifica a gazelor care il parcurg. Constructiv, compresoarele sunt masini similare cu pompele, diferenta constand in faptul ca pompa ridica energia specifica a lichidelor incompresibile, iar compresorul - lucrand cu gaze - modifica presiunea si volumul gazelor. Energia cedata gazului in timpul comprimarii produce atat cresterea energiei calorice si cinetice, cat, mai ales, a energiei potentiale(cresterea presiunii gazelor).

Gradul de compresie este raportul dintre presiunea finala p2 si presiunea initiala p1 si este un criteriu de apreciere a cresterii energiei gazelor.

In industria petroliera se folosesc compresoare cu piston(volumice) cu unul sau mai multi cilindrii, care functioneaza pe principiul maririi spatiului la aspiratie si al micsorarii spatiului la refulare, compresoare centrifuge, care functioneaza pe principiul fortei centrifuge, fiind monoetajate si(mai frecvent) multietajate si compresoare rotative(cu surub). Dupa modul cum sint actionate, se deosebesc compresoare actionate prin curele, cuplare directa sau multiplicator

5

de turatie de catre un motor electric, direct de motoare termice cu gaze, avind comune batiul si arborele cotit.

In industria petroliera se folosesc compresoare de debit mare, care comprima gazele necesare la eruptia artificiala, recuperarea secundara si mentinerea presiunii stratelor, transportul gazelor la distanta si la dezbenzinarea gazelor. Se folosesc si compresoare pentru aer comprimat necesar la exploatarea prin combustie subterana a zacamintelor, la comenzi pneumatice, ventilatie etc.

3.2 Compresoare cu piston 3.2.1 Principiul de functionare al compresoarelor cu piston

Functionarea compresorului cu piston consta in marirea si micsorarea succesiva a volumului de gaze dintr-un cilindru, cu ajutorul unui piston care executa o miscare rectilinie-alternativa.

Ciclul teoretic de functionare a compresorului(Fig. 3.1) cuprinde patru faze, corespunzatoare unei curse duble a pistonului: aspiratia, comprimarea, refularea si destinderea.

Aspiratia incepe in punctul 1, in momentul cand se deschide supapa de aspiratie si dureaza pana in punctul 2. In timpul acestei faze, presiunea din cilindru ramine constanta, egala cu presiunea din colectorul de aspiratie.

Comprimarea are loc la cursa de intoarcere a pistonului si dupa inchiderea supapei de aspiratie, din punctul 2 in punctul 3. In timpul acestei faze, gazul isi micsoreaza volumul si isi mareste presiunea, treptat, pina la valoarea presiunii de refulare. Totodata creste si temperatura gazelor conform legii cunoscute din fizica.

Refularea incepe in punctul 3 cand se deschide supapa de refulare sub actiunea presiunii gazelor din cilindru, care depaseste putin presiunea din colectorul de refulare. In tot timpul acestei faze, presiunea ramane constanta, deoarece cilindrul comunica cu conducta de refulare. Destinderea restului de gaze ramas in cilindru(in spatiul mort) are loc din momentul cand pistonul ajuns la sfarsitul cursei, in punctul 4, incepe miscarea in sens invers si supapa de refulare se inchide. In timpul acestei faze, volumul creste si presiunea scade pina ajunge putin sub presiunea de aspiratie in punctul 1, supapa de aspiratie se deschide si ciclul reincepe.

Compresoarele, de regula, sunt cu dublu efect; ambele fete ale pistonului efectueaza cicluri simetrice de comprimare.

Suprafata 1-2-3-4 din interiorul diagramei reprezinta, la o anumita scara, lucrul mecanic consumat de compresor intr-un ciclu.

Figura 3.1

6

Compresiunea ar fi izotermica daca toata caldura gazelor rezultata prin comprimare s-ar putea transmite, prin peretii cilindrului, la mediul exterior. In acest scop, cilindrul si capacele compresorului se construiesc cu peretii dubli, formand camere de racire cu curent de apa. Dar metalul cilindrului are conductibilitatea mica, iar comprimarea se face repede si nu este timp ca racirea sa se faca complet. Astfel se realizeaza o compresiune politropa. La o exploatare rationala, trebuie sa se faca o racire optima si sa se realizeze o compresiune in trepte, pentru a se reduce incalzirea si sa se realizeze o compresiune cat mai aproape de izoterma.

Gradul de compresie nu poate fi prea mare, deoarece temperatura finala a gazului creste prea mult. S-a stabilit practic ca temperatura finala sa nu depaseasca 2000C, pentru ca uleiul sa nu-si piarda calitatile de ungere. Aceasta temperatura corespunde unui grad de compresie admis de 6,2.

Figura 3.2 Cand trebuie realizate grade de compresie mai mari de 6, se folosesc

compresoare cu mai multi cilindri de diametre descrescatoare. Un cilindru aspira din conducta de alimentare si refuleaza in al doilea cilindru, acesta refuleaza in al treilea etc. astfel ca gradul de compresia al unui cilindru sa nu depaseasca valoarea admisa. In plus, gazele sunt racite la trecerea de la un cilindru la altul. Schema unui compresor cu doi cilindrii, respectiv cu doua trepte de comprimare, este reprezentata in figura 3.2. 3.2.2 Descriere si detalii constructive

Biela este legată de tija pistonului prin intermediul capului de cruce care transmite forta necesară pistonului pentru comprimarea gazelor în cilindru. Etansarea între pistonul în miscare si cilindru se realizează cu ajutorul segmentilor. Etansarea tijei pistonului se face printr-o piesă de constructie

7

specială numită presetupă.Compresoarele cu pistoane sunt masini alternative volumetrice si ciclice. Momentul de rotatie al arborelui motor este transformat într-o miscare alternativă a unui piston într-un cilindru cu ajutorul unui cuplu bielă-manivelă (Fig. 3.3)

Compresoarele cu pistoane opuse si alternative au cilindrii montati prin

intermediul pieselor de distantă pe carter (batiu) si amplasati de o parte si de alta a arborelui cotit, astfel încât, momentul de torsiune care actionează asupra arborelui sa fie mai uniform.

Aspiratia gazelor din tubulatură (claviatură sau manifold) în cilindrii compresorului, se face prin intermediul supapelor de aspiratie, iar refularea gazelor comprimate din cilindri se realizează cu ajutorul supapelor de refulare. La aspiratia si refularea gazelor în si din cilindri, se montează cât mai aproape de acestia, buteliile antipulsatoare cu rolul de a diminua efectul pulsatoriu generat de miscarea alternativă si neuniformă a pistoanelor. Ungerea pieselor în miscare se realizează cu ulei prin intermediul unui circuit intern de joasă presiune si a unei pompe antrenată de arborele compresorului sau antrenata de un motor extern. Ungerea segmentilor, dacă este cazul se face prin intermediul circuitului de ulei de înaltă presiune cu ajutorul unor pompe exterioare actionate electric sau de către arborele compresorului. Antrenarea compresoarelor alternative cu pistoane se face cu motoare electrice, termice cu pistoane sau rotative (turbine pe gaze).

Un motocompresor cu piston are o constructie monobloc din cilindrii-compresor si cilindrii-motor, asamblati pe acelasi batiu, cu acelasi cartier si arbore cotit. Cele mai multe piese ale motocompresorului sint de constructie similara cu piesele unui cilindru de motor, respectiv cilindru de pompa.

Astfel, batiul si carterul se fixeaza pe fundatii de beton si sustin cilindrii, formeaza baia de ulei si au ferestre de vizitare.

Arborele cotit are un numar de coturi egal cu numarul de cilindrii-compresor asezati in linie sau cu jumatate din numarul cilindrilor asezati in V. Arborele are fusuri, prin care se sprijina in lagarele principale (paliere), montate pe peretii despartitori in batiu. Fiecare cot are un fus (maneton) pe care este montat lagarul bielei.

Figura 3.3

8

Biela face legatura intre manetonul arborelui cotit si capul de cruce, transformind miscarea de rotatie in miscare rectilinie-alternativa. Constructia bielei difera dupa tipul compresorului. La compresoarele cu transmisie se folosesc biele de tip inchis, cu lagare prevazute cu cuzineti formati din doua jumatati, cu joc reglabil. La motocompresoare cu cilindrii in V se monteaza biele triple(fig. 3.4) care unesc biela compresorului(biela-mama) cu cele doua biele de motor(bielete). Biela compresorului face legatura intre manetoul arborelui cotit si boltul capului de cruce. La urechile capului bielei-mama se leaga bieletele, care se articuleaza la celalalt capat cu bolturile pistoanelor de la motor. Capul bielei-mama este de tip deschis, avind un capac fixat in suruburi. Jocul cuzinetilor se regleaza cu ajutorul adaosurilor de tabla si al suruburilor de reglare, montate in capac.

Boltul se monteaza prin presare in lagarul din piciorul bielei articuland cu capul de cruce sau pistonul motorului.

Capul de cruce (Fig. 3.5) face legatura dintre biela si tija pistonului. Se compune din corpul de otel si doua patine de fonta, captusite cu aliaj antifrictiune. Piciorul bielei oscileaza in jurul boltului. Tija pistonului se fixeaza in capul de cruce, fie printr-o pana transversala, fie prin insurubare, asigurandu-se cu contrapiulita.

Cilindrul de compresor (Fig. 3.6) se executa din fonta sau otel, prin turnare. Este format dintr-un

cilindru si doua capace de inchidere la capete. In interiorul cilindrului - camera de comprimare - lucreaza pistonul. Peretii cilindrului sunt dubli, formind o camera de racire care inconjoara camera de comprimare si prin care circula apa de racire. Cilindrii sunt prevazuti cu camera de aspiratie si camera de refulare, avand racord de aspiratie si racord de refulare. In camerale de aspiratie si refulare se gasesc supapele de aspiratie si cele de refulare. La unele compresoare, capacul cuprinde si un dispozitiv (cilindru auxiliar) pentru reglarea spatiului mort. Capacul din spate, racit si el cu apa, este prevazut cu un orificiu prin care trece etans tija pistonului. Etanseitatea este asigurata cu o presgarnitura prevazuta cu garnituri metalice, unse sub presiune.

Etansarea dintre piston si cilindru se face prin segmenti de fonta, bronz sau teflon, montati in canale pe exteriorul pistonului.

Figura 3.4

Figura 3.5

9

Supapele(Fig.3.7) sunt organele care comanda automat aspiratia si

refularea gazelor la cilindrul compresor; se deschid datorita diferentei de presiune dintre cele doua fete ale supapei si se inchid prin apasarea unor arcuri.

Figura 3.7 Scaunul supapei se executa in forma de taler cu fata de lucru perfect

neteda. Talerul este prevazut cu deschideri concentrice si cu un guler de fixare in locasul corespunzator din cilindrul compresorului. Pe taler se asaza discul de etansare, din tabla subtire(2…3 mm) din otel inoxidabil, slefuit pe ambele fete, avand, de asemenea, deschideri concentrice, ca si scaunul. Placa de ghidare, avand deschideri concentrice(ca si scaunul), e prevazuta pe fata interioara cu locasuri pentru arcurile elicoidale care preseaza discul pe scaun. De asemenea, mai este prevazut in corp un ghidaj pentru a evita rasucirea discului in timpul functionarii. Asamblarea placii de ghidare cu scaunul supapei este realizata cu ajutorul surubului central, prevazut cu piulita asigurata cu splint sau cu autoblocare.

Figura 3.6

10

Cand discul este asezat pe scaun, el inchide, cu plinurile sale, orificiile din taler. Cind discul este ridicat de diferenta de presiune de pe cele doua fete, gazele trec liber prin orificiile scaunului, ale discului si ale placii de ghidare.

Supapele de aspiratie si cele de refulare se compun din piese identice; schimbarea destinatiei supapei se face doar prin simpla schimbare a pozitiei surubului de legatura. (La supapa de aspiratie – Fig.3.7, partea filetata a surubului, cu piulita, iese prin scaun, iar la supapa de refulare iese prin placa de ghidare).

Cilindrul auxiliar, de pe capacul din fata, are in interior un piston a carei tija filetata, prevazuta cu roata de manevra, poate deplasa pistonul, variind spatiul mort al cilindrului compresor, respectiv debitul compresorului (in anumite limite).

Organele partii motor ale motocompresoarelor sunt construite ca la un motor termic, cu simplu efect, cu gaze. Cilindrii-motor sunt montati separat pe carter. Admisia amestecului carburant si evacuarea gazelor arse din cilindru se fac prin supape comandate de un arbore cu came, antrenat prin roti dintate sau prin transmisie cu lant de la arborele cotit. Magnetoul produce curentul, iar bujia produce scanteia pentru aprinderea amestecului carburant din cilindru. Regulatorul centrifugal actioneaza direct asupra supapei de alimentare cu combustibil si mentine turatia constanta cand variaza sarcina compresorului.

Ungerea motocompresorului se face prin barbotaj sau sub presiune. In cilindrii-compresor ungerea se face si prin injectarea uleiului, cu o pompa speciala, in gazele din conducta de aspiratie sau in interiorul cilindrului.

Racirea intre cilindri se face cu ajutorul unor racitoare intermediare, cu fascicul tubular, teava in teava sau cu placi. Apa calda din circuitul de racire este racita cu ajutorul turnurilor de racire si tratata pentru a se evita depunerea sarurilor. 3.2.3 Tipuri de compresoare cu piston utilizate in industria extractiva

In santierele petroliere se folosesc diferite tipuri de compresoare cu piston. Compresoarele cu transmisie sunt antrenate, de regula cu motoare electrice.

Compresoarele XOB sunt cu doi cilindrii orizontali interschimbabili. Compresoarele Boxer sunt cu doi, patru sau mai multi cilindrii orizontali asezati opus pentru o echilibrare mai buna. Motocompresoarele 8GK au trei sau patru cilindrii de compresor interschimbabili si numar dublu de cilindrii motor, in doi timpi, asezati in V, cite doi, fata in fata. Se pot realiza diferite trepte de comprimare. Motocompresoarele 10GK sint de constructie similara cu 8GK dar functioneaza intr-o singura treapta sau in doua, avand trei, patru sau cinci cilindrii compresor, legati in paralel sau in serie. Motocompresoarele XVG si XOG sint construite similar cu 8GK. Tipul XOG se deosebeste prin asezarea cilindrilor, in L, avind cilindrii-motor verticali, cite unul pentru fiecare cilindru compresor. Ambele tipuri pot realiza una sau doua trepte de comprimare.

11

3.2.4 Exploatarea si intretinerea compresoarelor cu piston Pornirea compresorului cu transmisie se face intotdeauna numai in gol,

dupa ce s-au luat o serie de masuri pregatitoare, ca: reglarea debitului apei de racire, controlul si, eventual, completarea nivelului de ulei din baie, verificarea umplerii cu ulei si a bunei functionari a tevilor de ungere, lubricatoarelor etc. Se inchid robinetele de la aspiratie si refulare, se deschide robinetul de pe conducta de evacuare(sau ocolire) si se porneste motorul de antrenare. In acest mod, compresorul aspira si refuleaza numai gazele din conducta de aspiratie. Pentru trecerea in sarcina a compresorului se inchide, mai intai, robinetul de pe conducta de ocolire; apoi, se deschid, pe rand, robinetul de pe conducta de refulare si cel de pe conducta de aspiratie. Nu este permis ca un compresor sa functioneze nici pentru scurt timp cu robinetul de aspiratie inchis, cand robinetele de refulare si cel de evacuare sunt deschise, deoarece poate patrunde aerul in compresor si se poate forma un amestec exploziv. Pentru a inlatura aceasta eventualitate(patrunderea aerului in compresor) se deschide intai, putin, robinetul de aspiratie si se inchide, dupa un timp cat mai scurt, trecand imediat compresorul in sarcina si controland presiunea de refulare. La compresoarele prevazute cu cilindrii auxiliari, intrarea lenta in sarcina se realizeaza prin marirea la maximum a spatiului mort, urmand ca, treptat, acest spatiu sa fie redus la volumul sau normal. Oprirea compresoarelor cu transmisie se face deschizand robinetul de evacuare si inchizand robinetele de aspiratie si refulare. Se scurg gazele la cos. Pornirea motocompresoarelor. Inainte de pornirea motorului se fac operatii pregatitoare ca: reglarea magnetoului in pozitia de aprindere; reglarea amestecului de gaze-aer; asezarea regulatorului de turatie in pozitia de pornire; controlul sistemului de ungere si racire; scurgerea apei din buteliile de aer comprimat; punerea motorului in pozitia de pornire prin rotirea volantului pina la semn, scoaterea compresorului din sarcina etc. Pornirea motorului se face cu aer comprimat: se deschide robinetul principal de la buteliile de aer; se deschide robinetul de aer de pornire de langa motor; se deschide robinetul de gaze imediat dupa primele rotatii ale volanului; dupa aprindere, se inchide robinetul de aer de la motor si de la butelii si se deschide robinetul de scurgere a presiunii aerului de pe conducta; se regleaza avansul la magnetou; se pune regulatorul in pozitia de functionare; se lasa motorul sa mearga in gol 15 min, controlindu-se racirea, ungerea si turatia; se trece apoi compresorul in sarcina(ca si la cele cu transmisie). Oprirea motocompresoarelor. Se scoate compresorul din sarcina(ca si la cele cu transmisie); se lasa motorul sa mearga in gol circa 15min; se opreste functionarea motorului prin inchiderea robinetului de gaze; se lasa apa de racire sa circule inca 20 min si apoi se inchid robinetele; iarna se scurge apa, din toate organele masinii, imediat dupa oprire. Supravegherea zilnica a compresoarelor are ca scop mentinerea lor in functiune, cu regim normal de lucru, un timp cat mai indelungat. Aceasta se

12

realizeaza prin urmarirea atenta a functionarii normale, urmarirea atenta a indicatiilor aparatelor de masurat si control, a ungerii si racirii corecte. Regimul normal de lucru se mentine controland: - presiunea gazelor la aspiratie, refulare si la etajele intermediare - presiunea uleiului si a apei de racire. Scaderea presiunii arata ruperea sau slabirea conductelor; cresterea presiunii arata infundarea filtrului de ulei sau a conductelor - starea de curatenie a filtrului de ulei (se controleaza cel putin o data pe schimb) - nivelul uleiului din baie si lubricator - temperatura uleiului inainte si dupa racire - temperatura apei la intrare si la iesire - temperatura gazelor la aspiratie si refulare - etanseitatea supapelor, sa nu fie supraincalzite, sa nu functioneze cu batai. - zgomotele anormale ivite in timpul functionarii - starea supapelor de siguranta (acestea trebuie verificate in fiecare schimb) - fixarea volantului pe arbore - strangerea si asigurarea tuturor suruburilor si piulitelor, etc.

Manometrele colectoarelor se monteaza pe un tablou vizibil. Se va evita: supraancarcarea compresorului care este daunatoare si functionarea cu debit redus care este neeconomica( o turatie redusa micsoreaza debitul, iar o turatie ridicata provoaca o uzura excesiva a organelor compresorului). Un debit normal al compresorului se asigura si prin mentinerea presiunii indicate la racitorul intermediar. Cand presiunea la racitorul intermediar creste, atunci supapele de refulare si aspiratie de la cilindrul de inalta presiune sunt defecte; cand presiunea scade, sunt defecte supapele de aspiratie ale cilindrului de joasa presiune. Supapele defecte trebuie inlocuite. Scurgerea lichidului din racitorul intermediar se va face la timp si deschizand foarte putin robinetul. Pentru exploatarea rationala a compresoarelor trebuie urmarite consumurile specifice de combustibil, ulei, apa de racire, energie, piese de schimb etc. indicate de intreprinderea constructoare. Orice marire a consumurilor specifice este cauzata de o defectiune a masinii, care trebuie depistata neintarziat si inlaturata. De exemplu: marirea sau micsorarea consumului specific de ulei la compresor este cauzata de dereglarea pompei de ulei sau infundarea conductelor de ungere, iar la motor, de uzarea anormala a cilindrilor, a pistoanelor sau segmentilor. Reparatiile, ungerile si curatirile se vor face doar cu compresorul oprit.

13

3.2.5 Repararea compresoarelor cu piston.

Deranjamentele uzuale pot fi foarte variate. Ele trebuie remediate imediat ce se produc. Bataile la lagare sunt produse de cuzineti uzati, cu joc prea mare. Se inlatura prin reglarea jocului sau inlocuirea cuzinetilor. Bataile la capul de cruce pot fi produse de boltul uzat sau slab fixat, de patine uzate cu joc prea mare sau de suruburi de fixare slabite. Se remediaza prin stringerea suruburilor si reglarea patinelor sau inlocuirea lor. Bataile la cilindrul compresor pot fi produse de : - lovituri directe ale pistonului in capac. Se regleaza spatiul mort al pistonului in cilindru - slabirea capacului de apasare pe supape. Se localizeaza supapa defecta prin ascultare, se demonteaza supapa si se schimba garnitura - depunerea murdariei pe scaunul supapei, ruperea arcurilor sau slabirea surubului de legatura Bataile la corpul compresorului pot fi produse de slabirea suruburilor sau uzura cuzinetilor de la lagarele principale sau a celor de la biele. Se regleaza jocul cuzinetilor de la lagare. Incalzirile anormale ale cilindrilor-compresor, sau ale tijelor si ale presgarniturilor pot fi produse de scaderea cantitatii de apa pentru racire, de ungere insuficienta sau de infundarea circuitelor de apa cu piatra\namol. Se remediaza prin controlul pompei de apa si al celei de ulei si reglarea debitului de apa, ulei; se spala circuitul de apa si se curata crusta de piatra. Incalzirea anormala a lagarelor se produce cand pompa de ulei este defecta, tevile de ungere sunt murdare sau lagarele nu sunt reglate corespunzator. Se verifica daca pompa functioneaza corect si daca este etansa si se curata orificiile si conductele de ungere. Se regleaza jocul lagarelor.

Scaderea debitului compresorului poate fi cauzata de defectarea supapelor, a segmentilor sau cilindrilor si de scaderea turatiei. Piesele uzate se inlocuiesc si se verifica functionarea regulatorului de turatie. Cand presiunea de refulare in colectorul principal creste, inseamna ca un robinet de pe conducta de refulare este inghetata sau astupata cu un dop de lichid. Se controleaza si se remediaza. Cand presiunea la aspiratie devine anormala, se regleaza controland regulatorul de presiune. Cand se produc scapari de gaze de ardere pe la garnitura chiulasei, se controleaza garnitura si stringerea suruburilor.

14

3.3 Compresoare centrifugale 3.3.1 Constructie si functionare

Compresoarele centrifuge sunt masini rotative care transformă energia

mecanică în energie cinetică a gazelor comprimate prin intermediul organelor mobile numite rotoare, ce asigură comprimarea gazelor de la presiunea de aspiratie la presiunea de refulare. Rotorul compresorului centrifug se roteste în interiorul statorului prin intermediul unui arbore actionat de o turbină de gaze sau un motor electric, direct sau prin intermediul multiplicatoarelor de turatie. Acest agregat se prezintă în exterior sub forma unei carcase metalice închise în interiorul căreia se roteste rotorul cu două legături: la tubulatura de aspiratie si la tubulatura de refulare.

Un compresor centrifugal multietajat este prezentat în figura 3.8.

Figura 3.8

Principalele elemente care compun un compresor centrifug (Figura 3.9) sunt :

- conducta de aspiratie care face legătura cu manifoldul statiei de comprimare (tubulatura de admisie sau conducta de admisie); acest tub de aspiratie conduce gazele spre centrul rotorului si este usor convergent pentru a reduce dimensiunile rotorului. Datorită convergentei viteza absolută creste si se produce o depresiune la intrarea gazelor în rotor; - ansamblul rotor cu unul sau mai multe discuri fretate pe arbore(rotoare). Pe fata laterală a discului se află paletele care sunt legate printr-o placă de închidere (discul de acoperire) sau bandaj. Prin învârtirea rotorului, canalele rotorice imprimă fluidului o miscare de vârtej care măreste viteza absolută ceea ce constituie efectul dinamic(înaltimea dinamică). În acelasi timp gazul este centrifugat si astfel se măreste presiunea respectiv entalpia gazelor cu scăderea vitezei relative ceea ce constitue efectul static(înăltimea statică).

15

Înăltimea totală transmisă gazelor se obtine prin însumarea celor două înăltimi: statică si dinamică. Canalele rotorului, în cazul comprimării în mai multe trepte asigură intrarea gazelor în discul următor; - lagărele si labirintii de etansare; - statorul cu canale directionale de intrare(aparatul director, care poate lipsi); - difuzorul care poate fi paletat sau nepaletat; - voluta de iesire; - conducta de refulare care evacuează gazele comprimate în manifoldul statiei.

Figura 3.9 Ansamblul format din canalizatia de admisie, aparat director(care poate

lipsi), rotor si difuzor constituie o treaptă de comprimare. Energia mecanică furnizată de arborele compresorului este transmisă gazelor de către rotor prin accelerarea particulelor de gaze. Energia cinetică a gazelor este transformată în presiune în canalul de lucru(canalul rotorului) care se roteste odată cu arborele, în difuzorul care evacuează gazele din disc si în voluta de iesire.

La compresoarele centrifuge, partea de energie cinetică convertită în presiune în difuzorul de iesire poate să fie de 50 până la 70%.

Acest proces de ridicare a presiunii prin accelerarea particulelor de gaze atrage după sine o viteză foarte mare a paletei si implicit a rotorului compresorului, astfel se ajunge la masinile rotative de mare turatie capabile să comprime debite mari de gaze la înăltimi de refulare medii si mari. Desi randamentul lor este mai mic comparativ cu alte tipuri de compresoare, ele sunt preferate datorită constructiei simple, a gabaritului redus, a volumului mare de gaze comprimate, a fiabilitătii ridicate, a lipsei de vibratii si a posibilitătilor de functionare în regim automat.

16

Se constata ca debitul maxim Qmax se obtine cand compresorul refuleaza in

atmosfera. Regimul de lucru optim, cu debit QM corespunde pentru randamentul maxim. Presiunea maxima pk se obtine pentru un debit Qk.. Aceste valori pk si Qk se numesc valori critice deoarece pentru valori mai mici decit Qk, functionarea devine instabila si debitul scade rapid la zero - (fenomenul se numeste pompaj). Instabilitatea consta in intreruperea periodica a debitului. Regimul de pompaj antrenează o dezechilibrare a fortei axiale care se traduce prin aparitia unor forte alternante importante care actionează asupra paletelor discului si poate provoca intrarea în vibratie a arborelui cu consecinta aparitiei unor eforturi anormale asupra lagărelor (palierelor) si, uneori, chiar deteriorări datorate contactului dintre piesele mobile si cele fixe. Daca turatia variaza in limite de circa 20%, se poate considera ca randamentul maxim ramane constant. Astfel, debitul variaza proportional cu turatia, presiunile cu patratul turatiilor, iar puterile cu cubul turatiilor:

Q2/Q1=n2/n1; Hef2/Hef1=n22/n1

2; Nef2/Nef1=n23/n1

3

3.3.2 Avantaje si dezavantaje ale compresoarelor centrifugale

Avantaje 1. Compresoarele centrifuge sunt folosite de cele mai multe ori când una

din cele trei situatii importante sunt întâlnite: a) raportul ridicat al energiei absorbite pe unitatea de greutate, b) nevoia (necesitatea) de a comprima volume foarte mari de gaze, sau c) procesul de comprimare invoca necesitatea unei puteri foarte mari. Compresoarele centrifuge cu motoare diferite de actionare până la 40000 kW

au fost fabricate, instalate si operate cu succes deplin. 2. Unitătile centrifuge au un cost initial mai mic si un cost de întretinere

relativ mai scăzut în comparatie cu compresoarele alternative. De asemenea, acestea au tendinta să poată fi procurate din fabricatie curentă. În plus, ele pot fi montate mai usor pe skiduri în unităti independente si se pretează pentru operare (supraveghere) de la distantă sau operare automată fără supraveghere, unde nu este necesara prezenta operatorului.

3. În final, dacă aplicatia luată în considerare este destinată platformelor marine, nivelul redus sau inexistent de vibratie al turbinei si un raport ridicat de energie pe unitatea de greutate fac unitătile centrifuge foarte atractive.

Dezavantaje 1. Compresoarele centrifuge au o flexibilitate mai mică decât compresoarele

cu deplasament pozitiv. Datorită pasajelor strânse si complicate prin palete si difuzoare, este în mod normal dificil si costisitor să se modifice un compresor centrifug în santier(unde functionează). Astfel, conditiile de operare (raportul dintre presiunea de refulare si aspiratie, debitul nominal etc.) pot să fie modificate (definite) si controlate în limite relativ restrânse – aproximativ ± 20%

17

ratia de comprimare, ± 40% asupra debitului nominal; (limitele reale depind de caracteristicile specifice compresorului.

2. Compresoarele centrifuge operează la randamente mai scăzute decât cele ale unitătilor echivalente de compresoare alternative. În plus, randamentul descreste în mod dramatic când compresorul nu functionează la conditiile proiectate. Astfel, compresoarele centrifuge necesită putere(energie specifica) mai mare pe unitatea de debit decât compresoarele alternative.

3. Compresoarele centrifuge sunt actionate de cele mai multe ori cu turbine de gaze, care folosesc drept combustibil gazele naturale ce se comprima si au consum de combustibil specific mai mare decât cel aferent motoarelor cu piston de aceeasi putere si caracteristici. Motoarele de actionare de turatie ridicata( 800-1500 rpm) folosite în mod normal pentru actionarea compresoarelor alternative necesită 3,14 până la 3,93 kW de combustibil pe kW de energie produsă; motoarele (masinile) integrate de turatie mică ( 250-600 rpm) folosesc 2,67 la 3,34 kW/kW iar, turbinele de gaze folosesc 3,54 la 4,71 kW/kW la turatii mai mari de 10000 rpm. In majoritatea cazurilor de compresoare actionate cu turbine pe gaze o parte din energie este recuperata prin folosirea căldurii in scopuri adecvate (cogenerare sau alte metode) .

4. În final, când sunt folosite unităti centrifuge mari, cu motoare de actionare mari, o potentială întrerupere(stagnare), are un efect puternic asupra capacitătilor de procesare sau asupra magistralelor pentru transportul gazelor.

18

19

Compresoarele centrifuge sunt fabricate intr un domeniu larg in ceea ce priveste numărul de discuri rotoare (sau trepte interne), variind de la una până la zece trepte interne într-o singură carcasă. Un compresor multietajat este prezentat în Fig. 3.8

În general, fiecare disc rotor reprezintă o treaptă interna, desi în unele cazuri, o treaptă poate consta în două sau mai multe discuri rotoare care împart în mod egal un difuzor comun, dar au intrări individuale. Gazul refulat din treptele interioare este imediat transmis în treapta interna următoare fără o perioadă de asteptare, răcire, separare/decantare sau butelii de volum între treptele interne.

Treptele interne ale compresorului centrifug nu trebuie confundate cu “treptele” de comprimare necesare, unde există un raport de comprimare (refularea în raport cu aspiratia). Dacă ratia de comprimare (raportul) totală este mare, poate să apară necesitatea ca gazul să fie directionat din carterul compresorului în răcitoare si separatoare înainte să fie reintrodus în acelasi sau în alt carter, pentru continuarea comprimării. Lantul de proces compus din separator/răcitor/compresor este denumit si considerat o treaptă de comprimare.

Datorită conceptului radial echilibrat care sta la baza executiei compresorului si vitezei de rotatie constante precum si directiei de rotire a rotoarelor si axului compresoarelor, compresoarele centrifuge sunt aproape lipsite de vibratii. Acest lucru permite compresoarelor centrifuge să opereze la viteze de rotatie mari (15000 – 40 000 r.p.m.).

3.3.3 Motoare pentru actionarea compresoarelor centrifugale

Cele mai comune motoare pentru actionarea compresoarelor centrifuge sunt:

- turbinele cu combustie de gaze si - motoarele electrice. Turbinele cu aburi si turbinele cu destindere a gazelor ( turboexpanderele)

sunt de asemenea folosite dar nu atât de răspândite. Un factor care limitează alegerea unui motor este capacitatea motorului de a întruni cerintele de putere si viteză, mari pentru compresoarele centrifuge. Motoare cu puteri mai mari de 370 kW (500 CP) si mai mici de 30000 kw (40000 CP) au fost fabricate si folosite corespunzător pentru actionarea compresoarelor centrifuge.

Motoarele sunt împărtite în două categorii: - motoare cu viteză variabilă si - motoare cu viteză constantă. Motoarele cu viteză variabilă, cum ar fi turbinele cu combustie de gaze,

sunt folosite acolo unde conditiile de operare (adică debitul de gaz, ratia de comprimare) se asteaptă să varieze considerabil în timp. Motoarele cu viteză de rotatie (turatie) constantă, cum ar fi motoarele electrice, sunt folosite pentru actionarea compresoarelor de aer sau în alte procese unde se asteaptă conditii de exploatare constante. Aceste motoare sunt folosite de asemenea acolo unde

20

emisiile de noxe trebuie să fie reduse la minimum. O temperatura de cca 1800 oC in camera de ardere a turbinelor conduce la emiterea minima de noxe.

Fiecare compresor centrifug are un domeniu de viteză de rotatie ,optim care va produce si asigura cel mai mare randament posibil pentru o anumită configuratie (o situatie dată). Acest domeniu de viteză este o functie a proiectului intern specific si a tolerantelor de fabricatie. În scopul de a armoniza domeniul de viteză optimă a compresorului cu turatia motorului, este necesar de multe ori să se încorporeze un angrenaj (cutie de viteze), care să crească (multiplicator) sau să reducă ( reductor) viteza între motor si compresor. Motoarele electrice de actionare necesită în mod normal un angrenaj multiplicator (cutie de viteze) care să mărească turatia, în timp ce turbinele mici de mare viteză care actionează compresoare cu diametru mare necesită în mod frecvent un reductor de turatie.

Desi cutia de viteze ( multiplicatorul sau reductorul de turatie) poate fi o necesitate, aceasta introduce o altă componentă mecanică rotativă în trenul (linia, ansamblul) de actionare. Cutiile de viteze sunt în mod traditional elemente sigure si cu functionare normală , dar ele necesită o anumită întretinere a lagărelor, etansărilor si cuplajelor. În plus, cutiile de viteze adaugă un alt punct de dezechilibru pentru o posibilă lipsă de coaxialitate a axului si în consecintă introduce probleme de vibratie.

3.3.4 Vibratiile compresoarelor centrifugale

În afară de cazul când vibratiile nu sunt transmise compresorului de la cuplajul motorului, sursa acestora poate fi găsită în unul din următoarele cazuri:

1. Viteza critică. Viteza critica se realizează atunci când frecventa rotorului corespunde cu frecventa de rezonantă a sistemului rotor – suport de lagăr-tubulatura ;

2. Functionarea în apropierea zonei de instabilitate; 3. Rotor neechilibrat, abaterea de la coaxialitate sau curbarea axului; 4. Cuplaj ales gresit sau cuplaje deteriorate între motor si compresor; 5. Lubrifiere insuficientă a cuplajului dacă este folosit un tip de lubrifiere

continuu; 7. Tolerantă excesivă la lagăre; 8. Depuneri cu asperităti depozitate pe discurile rotoare; 9. Părti asamblate necorespunzător. Dacă se constată că vibratiile sunt cauzate de viteza critică, atunci viteza

rotorului trebuie să fie modificată astfel ca aceasta să nu coincidă cu frecventa de rezonantă a sistemului rotor – suport lagăre-tubulatura. Dacă în timpul punerii în functiune a compresorului (pornirii) viteza compresorului trebuie să traverseze zona vitezei critice, se recomandă ca această zona să fie traversată cât mai rapid posibil, altfel vibratiile excesive vor determina deteriorări severe ale ansamblului.

Majoritatea unitătilor de comprimare sunt furnizate cu monitoare de vibratii cu senzori plasati în punctele importante unde apar vibratii cum ar fi

21

zonele lagărelor compresorului si cutiei de viteze . De multe ori, se amplaseaza senzori si în alte puncte cheie pe axul compresorului. Aceste aparate vor determina oprirea unitătii de comprimare la depăsirea unor limite predeterminate ale deplasarilor, în intervalul 75 ÷ 130 µm (3 la 5 miimi). Aceste sisteme de monitorizare sunt extrem de sensibile si calibrarea lor este foarte importantă. Fiecare fabricant de compresor trebuie să fie consultat pentru recomandări specifice cu privire la monitorizarea vibratiilor. 3.4 Compresoare rotative

Termenul rotativ descrie o clasă de compresoare care operează pe principiul deplasării pozitive si foloseste miscarea rotativa pentru a transfera energia mecanica transmisa de motorul de antrenare la gazele comprimate.

O mare diversitate de tipuri si stiluri de constructie au fost dezvoltate in cadrul acestei clase de compresoare si folosesc diferite principii mecanice si configuratii. Compresoarele rotative de diferite tipuri sunt adesea folosite în instalatiile petroliere si chimice, dar în număr mai mic decât compresoarele cu pistoane si centrifuge. Clasa oarecum tipica de compresoare rotative se regăseste in aplicatiile cu presiune de refulare relativ scăzuta si cu niveluri mai mici de putere. Plaja de lucru pentru compresoarele rotative cu surub ,comparativ cu alte tipuri de compresoare este redata in figura 3.10

Anumite tipuri de compresoare rotative necesita cheltuieli de întretinere incontestabil mai mici decât cele cu pistoane, altele, în functie de conditiile de serviciu si caracteristicile de proiectare, nu întrunesc aceasta calitate.

In mod frecvent, in prezent, sunt folosite compresoare bi-elicoidale (cu doua suruburi elicoidale) testate si de mare succes, cu capacitati pana la, cca. 100.000 m3/h (debit exprimat in conditiile de aspiratie la intrarea in compresor). Puteri de antrenare de peste 5147 kw (7000 cp) pe masina si ani de functionare in regim continuu, in conditii grele, de gaze cu impuritati, “murdare”, nu mai reprezinta o exceptie.

Figura 3.10

22

3.4.1 Compresoare elicoidale cu surub

Reamintind ca subiectul se ocupa cu aplicatiile pentru comprimarea gazelor, scopul acestui material este de a familiariza cititorii cu acest tip de compresoare si consideram ca scopul va fi cel mai bine atins daca ne vom ocupa de compresoarele cu suruburi bi-elicoidale.

Termenii masina cu surub rotativ, compresor cu surub rotativ si masina cu surub elicoidal sunt adesea folosite alternativ si au acelasi inteles.

Compresoarele cu surub elicoidal au fost comercializate de la sfârsitul anilor 1930.

Compresoarele cu surub elicoidal cu presiune mare si fara ungere (ulei) au fost folosite cu succes intr-o mare diversitate de aplicatii atât pentru gaze cat si aer începând cu anii 1950, si reprezintă un competitor economic important pentru alte tipuri de compresoare pe intervalul de debit si presiune la care au fost dezvoltate.

Compresoarele de presiune înalta, fara ulei sunt, cele mai importante tipuri de compresoare rotative utilizate in procesele de comprimare a gazelor si utilitătile cu aer.

Conditiile de constructie, debit, performante si alte recomandări sunt incluse in standardul API-619 care este cuprinzător si folosit pe scara larga.

3.4.2 Constructia si functionarea compresoarelor elicoidale cu surub

Compresoarele cu surub elicoidale moderne folosite in industria gazelor la începutul secolului 21 sunt de tipul „deplasării pozitive”. Figura 3.11 prezintă ansamblul unui compresor mare de tipul cu surub elicoidal. Comprimarea se realizează prin angrenarea a doua rotoare elicoidale: un rotor tata cu surub elicoidal convex si un rotor mama cu surub elicoidal concav.

Figura 3.11

23

Gazul este aspirat printr-un orificiu si umple canalul elicoidal, de-a lungul rotorului mama. Capătul de descărcare al cavitatii rotorului este limitat de placa de capăt a compresorului. Pe măsura ce rotorul se învârte, o cama a rotorului tata intra in mod progresiv in cavitatea canalului in rotorul mama, micsorând volumul cavitatii si crescând astfel presiunea gazului închis in acest spatiu.

Compresorul este proiectat in asa fel incat un anume raport de comprimare sa fie obtinut la un punct anume al ciclului de rotatie in care elementul de descărcare din placa de capăt la refulare, sa fie deschis. Procesul este repetat pentru fiecare spatiu al surubului elicoidal.

Pentru o anumita mărime a compresorului, sunt disponibile modele pentru o gama stabilita de ratii de comprimare (rapoarte de comprimare). Raportul de comprimare este selectat de producător, pentru a optimiza randamentul comprimării in functie de modul de utilizare a compresorului.

Figura 3.12 este utila pentru vizualizarea principiului de functionare al compresorului, si reda relatia volum-deplasare care este parte a acestui principiu de functionare. Pe măsura ce surubul se învârte, un volum de gaz se misca de la intrarea (1) succesiv de la punctul (2) la punctul (5). Presiunea creste pe măsura ce se produce o reducere a volumului închis.

Figura 3.12

Indiferent daca compresorul cu surub este executat pentru a efectua o comprimare „uscata” sau cu „injectie” de ulei, gazul este comprimat in spatii ce scad treptat in dimensiune respectiv volum, formate prin actiunea de angrenare a rotoarelor elicoidale si a peretilor carcasei.

24

Asa cum a fost mentionat mai sus, compresoarele cu injectie de ulei(Fig. 3.13) nu au in componenta angrenaje de sincronizare. In schimb, rotorul tata condus interactionează direct cu rotorul mama fara a folosi un angrenaj de sincronizare. Uleiul injectat in cavitatea compresorului asigura o ungere intensiva, si o mare parte a căldurii de comprimare este preluata de ulei. In acelasi timp, spatiul liber dintre rotoare si peretii carcasei (cilindrului) este umplut cu ulei. Aceasta previne fluxul invers al gazului comprimat si creste eficienta totala a comprimării.

In compresoarele uscate cu surub(fig. 3.14) rotoarele mama si tata

lucrează uscat, fara prezenta uleiului ca lubrefiant in procesul de comprimare a gazului. Pentru a preveni contactul rotoarelor si uzura, si in absenta lubrefiantului, rotoarele mama si tata sunt păstrate intr-o corelare de viteza de rotatie, sincronizata de către un mecanism de sincronizare(roti dintate).

Prin urmare, un compresor cu surub, uscat, nu foloseste lichid la etansarea rotorului si pentru antrenarea rotorului mama (condus). Relatia rotor-rotor este mentinuta de mecanisme de sincronizare amplasate pe fiecare rotor, iar rotorul condus sau secundar este antrenat de către rotorul conducător sau principal cuplat prin intermediul mecanismului de sincronizare. In compresorul cu surub uscat nu are loc contactul rotor-rotor.

La toate compresoarele cu surub elicoidal, capacitatea de comprimare a volumului de gaze aspirate si raportul de comprimare sunt determinate de lungimea rotorului, unghiul canalelor elicoidale si de pozitia si forma orificiului de refulare sau duzei de refulare (portului de descărcare).

Figura 3.13

25

In mod normal, exista patru lobi ai rotorului conducător, tata, si sase

canale ale rotorului condus, mama. In consecinta, rotorul tata se invarte 50% mai rapid decât rotorul mama. In

general, patru inele de etansare, doua pe fiecare rotor, sunt necesare pentru a preveni scăpările de gaze spre lagare, mecanismele de sincronizare sau in atmosfera exterioara.

La masinile mari, fiecare rotor este sustinut de doua lagăre radiale lubrifiate sub presiune de tip hidrodinamic si de un lagăr axial hidrodinamic. Rulmentii cu elementele de rulare din otel antifrictiune sunt folositi pentru modele mai mici. Uleiul si sistemele de etansare pentru cele mai multe (dar nu toate) compresoare mari cu surub ce se folosesc in procesele de comprimare a gazelor sunt proiectate si construite in concordanta cu prevederile API 614.

Carterul(carcasa) precum placa laterala de descărcare sunt adesea combinate intr-o singura unitate. Carcasa masinilor mari este adesea sectionata orizontal pentru o asamblare mai usoara.

Rotoarele si arborii sunt frezati dintr-o singura piesa forjata sau din otel inox. Unii producători furnizează rotoare cu straturi de protectie din material sintetic. In functie de conditiile de lucru, aceasta poate conduce la o scădere rapida a randamentului compresorului datorita pierderii stratului de protectie de pe muchiile rotorului.

Masinile rotative de comprimare a gazului executa o miscare de angrenare de la vârf la baza, facilitând astfel eliminarea lichidului din spatiul de comprimare atunci când lichidul este injectat in camera rotorului pentru răcire sau curatire in timpul functionarii. Curătirea in curentul de gaze (flux) este un procedeu ce aplica injectia unui lichid fie pentru a raci gazul comprimat sau

Figura 3.14

26

pentru a spăla particulele străine de pe partile interne ale compresorului, fiind foarte recomandat in operatiile in care gazele sunt contaminate sau tind sa polimerizeze.

Atât timp cat masinile cu injectie de lichid au mecanisme de sincronizare, sunt inca numite masini cu surub uscat. Cu alte cuvinte, injectia de lichid nu determina compresorul sa fie de tip „surub cu injectie de ulei sau surub ud sau surub înecat”. Un compresor cu surub ud (numit si compresor cu surub înecat) este un compresor rotativ, cu caneluri elicoidale in care un lubrifiant (compatibil cu gazul procesat) este injectat in zona rotorului după pozitia închisa a filetului rotorului. Acest lubrifiant ajuta la etansarea spatiilor rotorului si produce un film de ulei intre rotoare. Unul dintre rotoare il antrenează pe celalalt in absenta mecanismului de sincronizare.

3.4.3 Treptele de comprimare ale compresoarelor cu surub elicoidal

O treapta de comprimare fizica se realizează intre orificiul de aspiratie(duza) al carterului si cel de refulare a gazelor, intre care apare o crestere progresiva a presiunii. Daca temperatura de refulare depaseste o anumita valoare sunt necesare mai multe trepte de comprimare. Daca nu este nici o restrictie a temperaturii gazului refulat, datorita consideratiilor ce privesc gazul (precum polimerizarea) temperatura de refulare a treptei compresorului va fi limitata in general la 175°C, functie de calitătile uleiului si compozitia gazelor comprimate.

Temperaturi de refulare ale gazelor apropiindu-se de 230°C sunt posibile in mod special atunci când utilizam modelele de compresoare rotative răcite cu ulei. In acest caz, uleiul va fi fortat sa circule de-a lungul rotoarelor pentru răcire; aceasta nu reprezintă un compresor cu injectie de ulei sau cu surub cu ulei (înecat in ulei).

Presiunea si temperatura la aspiratie Este esential să cunoastem mărimea presiunii de aspiratie pa si a

temperaturii de aspiratie Ta, întrucât acesti parametri conditionează functionarea instalatiilor de comprimare.

Este foarte important să cunoastem o mărime a presiunii de aspiratie (un punct) care să fie cuprinsă într-o marjă caracteristică punctului de intrare a gazelor în statie. Această marjă de presiune este dată de reteaua de transport sau de câmpul de gaze. Dacă există variatii ale presiunii de retea la intrarea în statie, este indicat ca presiunea de aspiratie să nu aibă variatii mai mari de 0,3-0,5 bar fată de această presiune.

Presiunea de refulare Presiunea de refulare pr este dictată de reteaua de transport gaze din aval

de statia de compresoare. Ca si în cazul presiunii de aspiratie, trebuie definită o plajă a mărimilor si considerată o presiune nominală de refulare.

Acest parametru este foarte important, pentru că în functie de presiunea de refulare se calculează puterea necesară comprimării gazelor.

27

Ratia de comprimare Ratia de comprimare totala este raportul dintre presiunea absolută de

refulare pr si presiunea absolută de aspiratie pa:

Raportul de presiune pe fiecare etaj sau ratia de comprimare pe treapta

este: unde s reprezintă numărul de trepte de comprimare(2 in cazul

compresorului elicoidal cu doua trepte din fig.3.15).

Temperatura de refulare Temperatura de refulare este importantă pentru stabilirea limitelor

procesului de comprimare si determină dimensionarea instalatiilor de răcire . O temperatură ridicată a gazelor refulate din statia de compresoare poate

să conducă la „topirea” izolatiei conductelor de transport sau de injectie. Diferenta de presiune (presiune de refulare minus presiunea de aspiratie)

este, de asemenea, limitata deoarece diferentele de presiune produc o arcuire a rotorului, care poate sa producă un contact cu carcasa. O diferenta de presiune de 0,7 la 7 bar (10 la 100 psi) este usor de realizat intr-o singura treapta de comprimare, iar utilizarea compresoarelor rotative intr-o treapta de presiune, cu ungere, este cel mai frecvent întâlnita .

Cu toate acestea, diferente mult mai mari de presiune sunt atinse adesea de mai multe modele de compresoare care folosesc rapoarte mici intre lungime si diametru pentru rotoare.

Figura 3.15

28

Montaje cu mai multe trepte de comprimare , pot realiza presiuni de la 0,1 bar la 40 bar. Sistemele de răcire intre trepte sunt folosite in multe dintre aceste aplicatii. In functie de mărimea compresorului, vitezele rotoarelor pot varia de la 2000 la 20000 rpm.

Elementul de limitare este in mod tipic, viteza exterioara pe circumferinta rotorului tata, care variază in general de la 40 la 120 m/s, si poate atinge la maxim 150 m/s pentru gaze foarte usoare.

Sistemul de etansare Etansarea este amplasata pe fiecare ax la ambele parti(aspiratie si refulare)

ale masinii, intre camera de comprimare si lagăre. Etansările sunt proiectate pentru a elimina sau reduce scăpările de gaze din camera de comprimare , si de a preveni pătrunderea uleiului de lubrifiere in camera de comprimare.

Presiunea de lucru a gazului de etansare este de obicei, redusa cu ajutorul câtorva inele (inele de carbon sau de metal ); in plus sunt prezenti si labirintii in partea exterioara pentru a preveni uleiul sa intre in compresor. In anumite cazuri in functie de procesul tehnologic se foloseste si etansarea mecanica. Sisteme diferite de etansare sunt descrise mai jos:

Sisteme de etansare uscata A. Este aleasa pentru gaze curate, nepericuloase, acolo unde gazele

scăpate pot fi eliminate in atmosfera. B. Este aleasa pentru acele cazuri unde gazele scăpate nu pot fi eliminate

in atmosfera, cu următoarele legături posibile: I) a: evacuare in sisteme de gaze cu presiuni scăzute b: preluarea gazelor folosind un ejector c: legătura ( conexiune) de aerisire atmosferica in afara zonelor ex II) a: evacuare in sisteme de gaze cu presiuni scăzute b: introducerea gazului de etansare in aspiratie c: evacuarea atmosferica sau la facla III) a: conectarea gazului de etansare b: inchis c: evacuarea atmosferica sau la facla C. Ca si la punctul B, dar in plus o purjare cu gaz (de obicei aer sau azot)

intre spatiul de etansare si lagăr, pentru a asigura ca gazul comprimat sau cel de etansare sa nu pătrundă in lagăr.

Sisteme de etansare cu lichide D. Etansările mecanice cu contact folosite in combinatie cu inelele de

carbon uscat produc o etansare pozitiva in toate conditiile, incluzând stationarea(atunci când nu sunt prezente gazele comprimate). Deoarece

29

cantitatea de ulei scăpat din etansarea de contact este mica, uleiul poate fi evacuat odată cu gazul scurs din etansare.

E. Etansarea cu labirint cu injectie de lichid; in acest caz nu se acumulează gaze scăpate, dat fiind ca lichidul de etansare in cantitati foarte mici evident pătrunde in camera de compresie. Ca o regula generala, apa este folosita ca lichid de etansare(fara cerinte de calitate înalta). Datorita jocurilor relativ mari, cantitatea de apa necesara este mare, dar ramine constanta datorita uzurii aproape inexistente. Lichidul prelins, scăpat, este separat de ulei cu ajutorul gazului de purjare(de obicei aer sau azot).

F. Inel de etansare culisant din metal alb(Al); nu se acumulează nici-o scurgere de gaze, dar lichidul de etansare intra in camera de comprimare . Ca o regula generala, apa este folosita ca lichid de etansare. Datorita jocurilor foarte mici, apa trebuie sa fie de calitate ridicata (demineralizata). Cantitatea de lichid necesara este mica, dar aceasta poate creste cu uzura. Lichidul pierdut este separat de uleiul de lubrifiere cu ajutorul unui gaz de purjare (de obicei aer sau azot). 3.4.4 Avantajele compresoarelor cu surub

Asa cum a fost arătat mai sus, compresoarele rotative cu dublu surub elicoidal reprezintă o subcategorie a grupulului compresoarelor rotative cu deplasare pozitiva. Dintre diferitele masini disponibile, compresoarele rotative cu surub sunt folosite in principal in comprimarea gazelor si utilitătile cu aer, având presiuni mai ridicate, in timp ce anumite alte suflante rotative si compresoare cu un singur surub sunt folosite in mod uzual in aplicatii cu presiuni de refulare mai mici si volume mari. Ambele masini pot fi folosite in transportul de fluide uscate sau umede.

Masinile rotative cu deplasare pozitiva au acelasi avantaj ca si echipamentele cu piston cu deplasare pozitiva in ceea ce priveste relatia dintre debit si presiune, in sensul ca un debit de gaze aspirat aproape constant poate fi refulat la o presiune variabila .

De asemenea, ca toate masinile cu deplasare pozitiva, nu au o limitare la suprasarcina, ceea ce înseamnă ca nu exista o cerinta speciala in ceea ce priveste relatia debit - presiune de refulare in comparatie cu compresoarele centrifuge care functionează intr-o zona bine determinata.

Vitezele vârfului rotorului la compresoarele cu surub rotativ permit injectia de lichid care, in contact cu gazele murdare, le pot curata in procesul de comprimare. Prin proiectare, rotoarele se autocurata in timpul functionarii, ceea ce este un avantaj important in procesele de comprimare a gazelor murdare sau contaminate cu impuritati dar impuritătile trebuie sa fie tinute departe de lagăre, si de asemenea trebuie sa fie eliminate din spatiul de comprimare.

Aceste avantaje ale compresoarelor rotative le recomanda pentru utilizarea in câmpurile de gaze depletate sau cu impuritati cum ar fi apa de zacamant. Ele pot fi utilizate de asemenea ca boostere in câmpurile de gaze datorita avantajului de eliminare a impuritătilor.

30

3.4.5 Lagarele Desi masinile destinate comprimării aerului sunt adesea echipate cu lagăre

(rulmenti) cu elemente de rulare din otel tratat termic ce au o toleranta scăzuta la apa si H2S, majoritatea compresoarelor pentru comprimarea gazelor sunt echipate cu lagăre radiale (de reazem), numite câteodată lagăre cu bucsa sau cuzineti ori lagăre de alunecare. In cele mai multe dintre compresoarele mari cu surub, lagărele radiale sunt de obicei cu babitt, de alunecare sau de tipul cu inele multiple, întâlnite in mod frecvent in compresoarele centrifuge pentru comprimarea gazelor.

Durata de viata a acestor lagăre este practic nelimitata, atâta timp cat sunt deservite de o ungere corespunzătoare iar procedurile de întretinere sunt aplicate cu strictete. Aceste lagăre sunt mult mai tolerante la actiunea H2S si a apei decat sunt lagărele cu elemente de rulare din otel(rulmenti). Cu toate acestea, lagărele cu elemente de rulare din otel (rulmenti) sunt folosite pentru sarcini relativ mici si acolo unde curătirea uleiului este asigurata. Nu mai este nevoie sa spunem ca alegerea unui sistem închis de circulatie a uleiului de ungere destinat lagărelor este un pas mare in directia păstrării unui mediu de lucru curat pentru lagăr.

3.4.6 Etansările arborelui Etansările arborelui compresorului sunt situate la ambele capete ale

fiecărui rotor. Asa cum am mentionat mai sus, la compresoarele cu surub elicoidal uscate sau fara ulei sunt patru etansări, doua pe fiecare rotor. Trei tipuri de etansări sunt folosite in mod normal. Acestea sunt de tip labirint, cu inele restrictive si mecanice(cu contact direct).

3.4.7 Etansările interne Etansările interne nu trebuie confundate cu etansările la presiunea

atmosferica. In multe aplicatii ale compresoarelor cu surub rotativ este necesar sa se prevadă circuite separate pentru lichidul care intra in spatiul de comprimare si uleiul care este pompat la lagăre. In cazul circuitelor separate de lichid sau ulei, o bariera de etansare este necesara intre uleiul care participa la procesul de comprimare si lagăre.

Exista un număr mare de diferite tipuri de etansări si alegerea lor este determinata de procesul tehnologic si de experienta fabricantului. Adoptarea solutiilor de etansare in anumite configuratii depinde de studiile detaliate ce se fac de specialistii in proiectarea compresoarelor.

In general, fabricantul alege intre: - etansările cu inele de carbon - etansări cu inele culisante si bariere de apa, - etansări mecanice cu dubla actionare cu arcuri stationare - etansări combinate inele care culisează si etansări mecanice

La arborele de antrenare al compresorului, fabricantul optează adesea fie pentru etansări labirint sau etansări mecanice cu dubla actionare cu arcuri (concentrice).

31

Etansările cu inele de carbon prevăzute cu injectie si evacuare de gaze inerte, gaze curate, sunt cele mai des folosite in cazurile in care gazele scăpate de la etansări, chiar împreuna cu gazele de etansare, pot intra in zona lagărelor sau in atmosfera. Presiunea gazelor este diminuata de-a lungul inelelor culisate de carbon începând cu camera de etansare.

La etansările cu inele-culisate si bariere de apa, bariera de apa intra in camera de etansare si o cantitate mica de apa ajunge in spatiul de comprimare. Cea mai mare parte din cantitatea de apa aferenta barierei de apa este trimisa înapoi la sistemul de răcire, filtrare si repompare pentru refolosire. Etansările cu bariera de apa sunt capabile sa prevină total scăpările de gaze si pot oferi o răcire si curatare înalta a sistemului.

O etansare mecanica cu dubla actionare, arc stationar concentric si o combinatie de etansare mecanica cu inel culisat pot fi folosite in mod special pentru comprimări cu presiuni relative mari.

3.4.8 Controlul debitului la compresorul cu surub Lucrând la anumite viteze si având in componenta spatii geometrice care

închid gazul comprimat, compresoarele cu deplasare pozitiva refulează un anumit volum de gaz pe unitatea de timp(debit) in conditiile de presiune si temperatura determinate de proces.

Acest gaz este de obicei denumit debit actual sau debit real ,exprimat in metrii cubi reali pe minut.

Cu toate acestea,in procesul de comprimare se poate, ocazional, sa se comprime o cantitate mai mica de gaze decât cea proiectata. In acest caz, este necesar sa limitam sau sa controlam cantitatea de gaze trecuta prin compresor.

In principiu, este necesar sa se ia in considerare separat problema controlului volumului comprimat al compresoarelor cu functionare uscata sau a celor cu injectie de ulei. In primul rând vom studia controlul volumetric al refulării unui compresor cu surub uscat.

Control prin viteza variabila Intrucat compresoarele cu surub deplasează pozitiv mediul de lucru,

(gazele comprimate), cea mai avantajoasa metoda de realizare a controlului volumului este obtinuta prin variatia vitezei.

Aceasta poate fi realizata in următoarele moduri: - prin motoare electrice cu viteza variabila - prin folosirea unui convertizor de cuplu - printr-o turbina cu abur sau cu gaze

Viteza poate fi redusa cu aproximativ 50% din viteza maxima. Debitul comprimat si puterea transmisa prin cuplaj sunt in acest fel reduse in aproximativ aceeasi proportie. Aceasta diminuare a vitezei de rotatie depinde de calitatea lubrifierii lagărelor la viteze mici si de temperatura de refulare.

O reducere mai mare de 50% a vitezei este posibila numai in cazuri speciale. Asa cum am mentionat mai înainte, nu este nici o limita de siguranta

32

(un debit minim sub care curgerea gazului ar alterna spre înapoi sau înainte) pentru aceste masini cu deplasare pozitiva.

Bypass Folosind aceasta metoda, volumului de gaze refulate peste cel stabilit prin

proiect(surplus) este întors prin intermediul bypass-ului(ocolitorului) in aspiratie. Aceasta se realizează prin intermediul unui element de control al presiunii(controler) care comanda bypass-ul. Un racitor intermediar aduce volumul de gaze întors in aspiratie la temperatura de intrare.

Corelarea prin turatie-încărcare maxima si viteza de relanti (Governor)

Atunci când o anumita presiune de refulare prestabilita este atinsa in tubulatura de refulare, un controler de presiune actionează o valva cu diafragma care deschide un bypass intre partile de refulare si aspiratie ale compresorului. Când aceasta se realizează, compresorul functionează la o turatie minima, la ralanti, pana când presiunea in sistem scade pana la o valoare minima prestabilita. Valva se va închide la primirea unui impuls de la un senzor de presiune. Aceasta aduce compresorul înapoi la încărcarea maxima.

Controlul vanei de aspiratie Aceasta metoda de control este recomandata doar pentru compresoare de

aer. Ca si in cazul metodei de control al incarcarii maxime - viteza de ralanti, presiunea maxima prestabilita a sistemului, de exemplu intr-un vas de aer comprimat, produce descărcarea presiuni in atmosfera in sistemul de refulare. In acelasi timp, in partea de aspiratie a sistemului, presiunea este redusa la o valoare absoluta de aproximativ 0,15 bar. Atunci când presiunea din întreg sistemul a scazut la valoare minima stabilita, compresorul intra in sarcina la încărcarea maxima.

Controlul volumului pentru compresoarele cu injectie de ulei

Controlul vanei de aspiratie Având în vedere că temperatura finală de refulare este reglata de debitul

de ulei injectat, o gama mai mare de ratii de comprimare(raporturi de comprimare) poate fi atinsa in conditii de siguranta, ca de exemplu atunci când volumul de ulei injectat este redus. Acest lucru permite varierea in limite largi a volumului de gaze comprimate in fluxului principal.

Dispozitiv incorporat de reglare a debitului ( Governor ) Compresoarele mari sunt prevăzute adesea cu un dispozitiv intern de

reglare a volumului de gaze comprimate. Prin actionarea unei valve glisante, proiectata sa se miste intr-o directie paralela cu rotoarele, lungimea efectiva de lucru a rotoarelor poate fi scurtata. Plaja acestui tip de control al debitului este in mod normal intre aproximativ 10% si 100%. Comparând cu controlul vanei de

33

aspiratie, acest tip de control ofera o operare mult mai eficienta. Valvele culisante pot fi actionate de cilindrii mecanici care pot fi deplasati de-a lungul conturului carcasei compresorului.

Pentru a functiona corect, valvele culisante necesita o lubrifiere cu ulei foarte curat. Doar uleiul foarte curat va asigura operarea satisfăcătoare pe termen lung a acestor componente cu jocuri mici.

3.4.9 Elemente auxiliare ale compresorului cu surub Cu toate că sistemele de lubrifiere si etansare sunt cele mai importante

sisteme auxiliare, experienta arata ca si epuratoarele din amonte constitue o parte auxiliara destul de importanta, asa cum este cazul si la compresoarele cu surub folosite in OMV Petrom(Fig. 3.16).

Epuratorul pe aspiratie si rezervorul de scurgere etans In marea majoritate a instalatiilor care folosesc compresoare cu gaze,

epuratoarele sunt amplasate pe linia de aspiratie in amonte de duza(orificiu) de admisie a compresorului. Acest fapt serveste unui dublu scop.

În cazul în care un volum masiv de lichid risca să se îndrepte spre aspiratia compresorului, un dispozitiv de detectie a nivelului lichidului va opri compresorul.

In al doilea rând, si pentru anumite instalatii la fel de important, scopul epuratorului pe aspiratie este acela de a scoate din curentul de gaz toate impuritătile care, daca sunt lăsate in gaze, pot cauza abraziune, uzura sau acumulare de murdărie.

In cazul compresoarelor de gaze prevăzute cu un volum finit de lichid (de ex. Compresoarele inundate sau „cu surub ud”), concentratiile excesiv de ridicate ale acestor resturi pot periclita viata componentelor compresorului.

Epuratorul pe aspiratie este instalat intre robinetul de intrare care izolează statia din amonte si duza de admisie a compresorului. Acest epurator pe aspiratie nu trebuie confundat cu ceea ce producătorul compresorului sau cel care asamblează skidurile compresorului numeste separatoarele primare sau secundare, răcitoare, si asa mai departe, toate acestea fiind in aval de duza de refulare a unui compresor cu surub cu ungere(ud). Orice lichid colectat aproape de baza unui epurator pe aspiratie al unui compresor. Acest „tanc” este numit rezervor de scurgere etans deoarece „etansează” hidraulic asemenea lichidului din scurgerea in forma de „S” de sub o chiuveta de bucătărie. Acest lichid împiedica vaporii din aval aflati in anumite elemente de scurgere sa curgă înapoi in interiorul epuratorului.

Gazul superior(superior deoarece se ridica in partea de sus a epuratorului pe aspiratie) intra in duza de aspiratie a compresorului cu surub cu ungere sau cu injectie de ulei. O linie de detectare a presiunii din amonte semnalizează valva glisanta sau culisanta a compresorului, comandând-o sa facă ajustări in asa fel incat sa mentină o anumita presiune înainte de epurator.

O anumita cantitate de ulei este injectata in compresor; cantitatea si presiunea sunt furnizate de una sau mai multe pompe de supraalimentare cu ulei.

34

In esenta, gazul comprimat este acum amestecat cu ulei si se trece la separatorul primar si rezervorul de ulei.

Figura 3.16

35

Separatorul primar de ulei si rezervorul de ulei Aceste doua separatoare (primar si secundar) sunt echipate cu straturi de

coalescere. Uleiul pleaca din compresor in doua faze: - faza lichida antrenata de fluxul de gaze , care se poate mai usor separa

si recupera in separatoarele de ulei primare , - faza gazoasa de ulei antrenata de curentul de gaze care condenseaza

in straturile de coalescere ale separatoarelor primare respectiv secundare Acestea nu trebuie sa fie confundate cu epuratorul pe aspiratie care, din

păcate, este ocazional, dar gresit numit separator. Separatoarele primare si secundare sunt componente necesare aflate dupa

compresoarele de gaz cu surub cu ulei(ude). Fazele lichide si gazoase amestecate fiind comprimate de la aspiratia compresorului la refularea compresorului, trebuie sa fie separate după ce ajung la evacuarea compresorului. La flansa de refulare a compresorului cu surub cu ulei(ud), un curent combinat de gaz si ulei ies printr-o valva de control la separatorul de ulei unde majoritatea masei de ulei este separata de gaz. Uleiul rămas este separat intr-un separator secundar, următor din aval, iar cantitatea reziduala de ulei de 5 parti pe milion (ppm) continua sa ramina in curentul de gaze.

Cantitatea de ulei poate sa fie redusa si mai mult prin racire in aval si separarea apei condensate in final. Separatoarele de ulei primare si secundare trebuie sa fie întretinute corespunzător iar căderea de presiune de-a lungul cartuselor filtrante de separare trebuie sa fie luata in calcul pentru determinarea calitătii cartuselor filtrante, respectiv pentru mentinerea in stare corespunzătoare a unitatii de comprimare. Trebuie de asemenea recunoscut ca eficienta separarii uleiului depinde de gradul de contaminare a elementelor filtrante ale separatorului. Un filtru infundat este evident ca nu este eficient.

Principiul separarii uleiului Principiul separării uleiului este prezentat in standardul API 619. Intr-o

configuratie standard, gazul si uleiul ce parasesc evacuarea compresorului intra apoi intr-o combinatie de separatoare de ulei - rezervoare de ulei. Aici gazul, cu o cantitate considerabila de ulei antrenata, curge in sus si prin(in mod tipic) cartusele montate vertical(de coalescere). Picăturile de ulei se aglomerează pe exteriorul acestor cartuse, gazul curge prin interiorul cartuselor.

Este de asteptat ca orice ulei rezidual sa cada in partea de jos a acestor cartuse filtrante, la interior si tuburi mici colecteaza si conduc de la acest film de ulei in rezervorul de ulei. Cantitatea principala de ulei este pompata de la rezervorul de ulei al separatorului de ulei printr-un racitor de ulei si printr-un filtru de ulei in regiunea valvei glisante si gurii de aspiratie a compresorului cu surub cu ulei(ud).

Partea inferioara a unui separator primar constituie un rezervor de ulei si uleiul colectat este acum alimentat, prin una sau mai multe pompe de ulei printr-un racitor si un filtru de ulei la pompa(pompele) de ulei.

36

Separatorul secundar Gazul curatat partial se deplasează la separatorul secundar, care este

destinat sa preia uleiul rămas in curentul de gaze. Uleiul recuperat aici din gazul comprimat in compresor va curge usor spre o duza de injectie aflata la sau aproape de aspiratia compresorului.

Racitorul de ulei Uleiul este răcit intr-un răcitor de ulei astfel incat sa-si recâstige

caracteristicile de vâscozitate cerute si sa-si restabilească capacitatea, de a fi refolosit si reinjectat, pentru a absorbi căldura de la gazul comprimat.

Acest lucru limitează temperatura gazelor de la duza de refulare a compresorului. In plus, cantitatea de ulei ce vine in contact cu lagărele va produce o lubrifiere corespunzătoare, care este importanta si de aceea uleiul trebuie sa fie răcit pentru a avea o grosime adecvata a filmului de ungere si proprietati protectoare.

Postracitorul si separatorul pe refulare Postracitorul compresorului elimina caldura din gazul comprimat inainte

ca acesta sa intre separatorul montat pe linia de refulare, presupunând, desigur, ca o asemenea epurare combinata cu separare este ceruta de procesul de comprimare. Se poate presupune ca materialele epuratorului sau mediul de epurare necesita ca temperatura gazelor la intrare sa fie intr-un anumit interval sau anumite limite.

Purificatorul de ulei Un purificator de ulei este fie un dispozitiv portabil fie instalat, care poate

fi folosit pentru decontaminarea sau purificarea unui curent in circuit de ulei care a fost lent degradat de un aflux de impuritati. In mod normal, un asemena circuit nu va necesita oprirea compresorului. Deoarece volumul limitat de ulei folosit in masinile cu surub cu ulei(ud ,scufundat in ulei) devine incet dar sigur contaminat de orice particula de materie sau apa ce-si face loc in spatiul de comprimare, un asemenea element este strict necesar.

Nevoia de a purifica uleiul este o functie a eficientei epuratorului pe aspiratie al compresorului si a frecventei de schimbare a elementelor filtrante in filtrul de ulei.

Din nou, si după cum s-a mentionat mai sus, informatiile cu privire la eficienta epuratoarelor pe aspiratie ale compresoarelor, aflate in amonte pot fi de mare importanta.

Pentru a asigura o înalta fiabilitate, combinata cu o perioada scurta de întretinere , aceste date trebuie furnizate fie de un producator competent de compresoare sau de un producator informat de filtre-separatoare cu auto-curatare, pentru a fi folosite in amonte de compresoarele cu deplasare pozitiva.

37

3.5 Compresorul cu jet(Ejectorul) 3.5.1 Introducere. Definiţie Ejectoarele sunt dispozitive care folosesc efectul Venturi intr-un ajutaj

convergent-divergent prin transformarea presiunii mari a unui fluid motor in viteza mare a fluidului in ajutaj, respectiv presiune statica scazuta, care aspira un alt fluid, dupa care cele doua sunt amestecate si recomprimate, reconvertind energia cinetica intr-o presiune redusa fata de cea de intrare. Fluidul motor poate fi gaz, lichid sau abur iar cel aspirat gaz, lichid sau amestecuri cu particule solide.

Deci ejectoarele sunt aparate în care un curent de fluid cu presiune ridicată se amestecă cu un curent de fluid cu presiune coborîtă, rezultînd un curent de presiune medie.

În practică, ejectoarele se folosesc pentru ridicarea presiunii unui fluid cu presiune joasă, de unde şi încadrarea lor lîngă maşinile compresoare. Prin ejectoare pot circula simultan fluide de aceeaşi natură şi în aceeaşi fază (lichidă sau gazoasă) sau de natură sau cu faze diferite, inclusiv cu suspensii solide (materiale pulverulente) în fluidul de joasă presiune.

3.5.2 Construcţia unui ejector

1 - ajutaj; 2 - cameră de admisie; 3 - cameră de amestec; 4 – difuzor

Figura 3.17 Schema constructivă şi variaţia presiunii şi vitezei în ejector:

38

În construcţia unui ejector se disting următoarele părţi principale: ajutajul 1 pentru agentul de presiune ridicată (numit şi agent motor), camera de admisie 2, în care intră agentul motor destins în ajutajul 1 şi în care este aspirat agentul ejectat (cel cu presiune coborîtă), camera de amestec 3 şi difuzorul 4. Camera 2 îndeplineşte şi rol de ajutaj pentru agentul ejectat, ca urmare a secţiunii de trecere variabilă pe care o oferă acestuia. Uneori (cu deosebire pentru lichide) ajutajul 1 se construieşte multiplu, prin înserierea cîtorva ajutaje convergente. Camera de amestec este compusă din două tronsoane, la intrare - tronconic şi în continuare - cilindric.

3.5.3 Funcţionarea ejectorului Pentru studiul funcţionării ejectorului se admite că ambii agenţi au aceeaşi

natură şi sunt în faza de gaz. Agentul motor intră în ejector prin secţiunea A, fiind caracterizat de presiunea pA (ridicată) şi de viteza cA (mică). În ajutajul 1 agentul motor se destinde pînă la presiunea p0 (minimă din ejector) şi la viteza cA1 (mare, agentul avînd o energie cinetică ridicată). Agentul ejectat intră în camera de aspiraţie 2 prin secţiunea B, unde există presiunea cB > p0. Viteza agentului prin secţiunea B este cB. În camera de aspiraţie agentul B se destinde (în ajutajul inelar) pînă la presiunea p0, pe care o realizează cînd ajunge în secţiunea I, unde viteza sa este cB1 (de asemenea mică, energia cinetică a agentului ejectat fiind mică). Cei doi agenţi intră în camera de amestec 3 prin secţiunea II, procesul de amestec începînd în spaţiul dintre secţiunile I şi II. În camera de amestec 3 gazul motor cedează o parte din energia sa cinetică gazului ejectat, deci viteza gazului motor scade, iar viteza gazului ejectat creşte. Concomitent, în camera de amestec are loc şi o creştere a presiunii curentului de amestec (după linia punctată din figura). Totuşi, teoretic se consideră că în camera de amestec presiunea p0 este aceeaşi în toate secţiunile pînă la secţiunea III, secţiune în care se termină tronsonul cilindric al camerei de amestec şi începe difuzorul, adică se admite că în camera de amestec are loc numai un transfer de energie cinetică de la A la B. În secţiunea III curentul de amestec are viteza c3. În continuare, în difuzorul 4 are loc frînarea curentului de amestec, cu transformarea energiei sale cinetice în energie potenţială de presiune. În secţiunea C viteza curentului este cC (cC < c3 < cA1) iar presiunea este pC (pA > pC > pB). În concluzie, în ejector a crescut presiunea agentului ejectat pe seama energiei preluate de la agentul motor.

Unui debit mA de agent motor îi corespunde un debit mB de agent ejectat. Raportul: u = mB /mA

se numeşte factor de ejecţie şi reprezintă o caracteristică funcţională importantă a ejectorului.

Figura 3.18

39

Figura 3.19

In industria petroliera, ejectoarele(Figura 3.18) sunt folosite pentru recuperarea gazelor din rezervoare care, in mod obisnuit, erau arse la faclele instalatiilor(Figura 3.19).