Поршневые компрессоры компании Ariel

Введение

Поршневые компрессоры производятся и используются в качестве источника сжатия газов уже более ста лет. В настоящее время, поршневые компрессоры активно используются как в промышленном производстве, так и в полупромышленных и бытовых целях. Поршневой компрессор имеет свойство сжимать и подавать воздух (или жидкости ‒ масла, хладагент и т.д.) под давлением.
Основные элементы конструкции поршневого компрессора представлены в виде рабочего цилиндра, поршня, клапанами (нагнетательного и всасывающего), которые находятся в крышке цилиндра. Необходимое давление среды в компрессоре создается с помощью поступательных движений поршня.
Компания «Ariel» ‒ является мировым производителем поршневых газовых компрессоров раздельного типа, используемых в энергетической промышленности для добычи, переработки, транспортировки, хранения и распространения нефти и природного газа из скважины до конечного потребителя.
В интересах компании также производство специализированных поршневых компрессоров API-618, применяемых в перерабатывающей промышленности. Будучи признанным лидером в этой отрасли, Ariel задает стандарты в области исследования и развития индустрии, экспертного дизайна и производства компрессоров, а также оказывает поддержку клиентов на непревзойденном уровне.
Компания «Ariel», основанная в 1966 году, начинала с производства поршневых газовых компрессоров мощностью в 100-200 л.с, сегодня продукция Ariel включает целую серию моделей и установок различного назначения, признанных во всем мире. В компании свято чтут традиции, созданные основателем Джимом Бухвальдом, который заложил стандарты качества и надежности газовых компрессоров.
Компрессоры Ariel спроектированы с учетом обеспечения простоты в работе и техническом обслуживании. Опыт показывает, что поршневые компрессоры Ariel обеспечивают многолетний срок службы при минимальном уровне технического обслуживания [1].
Цель работы ‒ изучение поршневых компрессоров корпорации «Ariel».
Достижение цели предполагает выполнение следующих задач:
‒ выяснить разновидность поршневых компрессоров;
‒ определить принцип действия компрессорного оборудования;
‒ проанализировать правовые и организационные вопросы обеспечения безопасности поршневых компрессоров;
‒ выявить основные моменты развития компании «Ariel»;
‒ определить область применения поршневых компрессоров Ariel;
‒ проанализировать основные параметры поршневых компрессоров Ariel.
Объект ‒ поршневые компрессоры компании «Ariel».
Предмет ‒ основные принципы функционирования поршневых компрессоров.
РАЗДЕЛ 1
ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ КОМПРЕССОРНОГО ОБОРУДОВАНИЯ
1.1 Классификация компрессорного оборудования
Компрессоры относятся к классу воздухо- или газодувных машин. В компрессорах происходит преобразование энергии от источника в энергию газа (сжатого воздуха). Полученная энергия приводит к увеличению давления газа и росту температуры сжимаемого вещества. По принципу действия компрессоры делятся на:
‒ динамические;
‒ объёмные;
‒ струйные.
В объёмном компрессоре сжатие происходит в результате периодического уменьшения объёма, что занимает газ. По виду рабочего органа такие компрессоры делятся на: поршневые, мембранные, роторные.
В динамическом компрессоре сжатие происходит в результате непрерывного создания ускорений в потоке газа. По принципу действия такие компрессоры подразделяют на: струйные и турбокомпрессоры.
В зависимости от рабочего давления компрессоры могут быть вакуумными (начальное давление газа ниже атмосферного), компрессорами низкого давления (конечное давление газа 0,115-1,0 Мпа), среднего давления (конечное давление газа 1,0-10,0 Мпа), компрессорами высокого давления (конечное давление 10-100 Мпа), и сверхвысокого давления (конечное давление свыше 100 Мпа) [2, с. 5-7].
1.2 Разновидность поршневых компрессоров
Поршневые компрессоры являются машинами объёмного действия, в которых изменение объёма осуществляется поршнем, совершающим прямолинейное возвратно-поступательное движение.
Поршневые компрессоры различают по следующим признакам:
‒ по числу цилиндров: одно-, двух- и многоцилиндровые;
‒ по направлению движения агента в цилиндре: прямоточные, непрямоточные;
‒ по кратности подачи: одинарного и двойного действия;
‒ по числу ступеней сжатия: одно-, двух-, многоступенчатые;
‒ по типу кривошипно-шатунного механизма: крейцкопфные, бескрейцкопфные;
‒ по рабочим плоскостям: простого действия, двойного действия;
‒ по способу отвода тепла: с воздушным охлаждением, с водяным охлаждением;
‒ по расположению осей цилиндров: вертикальные, горизонтальные, угловые (W-образные, V-образные, прямоугольные) [3].
1.3 Принцип действия компрессора поршневого типа
Принцип работы поршневого компрессора заключается в чередовании процессов всасывания, сжатия и нагнетания. Вращение вала двигателя передается валу поршневого блока, который соединен шатуном с одним или несколькими поршнями. Благодаря этому поршень совершает возвратно-поступательное движение в цилиндре. Во время процесса всасывания открывается всасывающий клапан поршневого компрессора, и сжимаемый газ начинает поступать в цилиндр.
Одним из недостатков устройств поршневых одноступенчатых компрессоров является ограниченное рабочее давление. Работа поршневого компрессора данного типа возможна с повышением давления только до 10 атмосфер. Это объясняется тем, что при больших давлениях сильно возрастает температура в цилиндре и может загореться масло, которое используется для смазки деталей.
Для достижения более высоких давлений в работе поршневых компрессоров применяют многоступенчатый принцип, в котором воздух поочередно сжимается в каждой ступени до определенного значения, после чего охлаждается в холодильнике и подается в цилиндр следующей ступени, где сжимается до более высокого давления.
В качестве холодильника в устройстве поршневого компрессора используют медную трубку с ребрами охлаждения. Работа поршневых компрессоров на небольших предприятиях наиболее часто основывается на двухступенчатой установке с двумя цилиндрами. Цилиндр первой ступени, как правило, имеет больший диаметр чем второй.
Для предотвращения самовозгорания смазки компрессоры оборудуются водяным (труба 10 для подвода воды) или воздушным охлаждением. При этом процесс сжатия воздуха будет приближаться к изотермическому
(с постоянной температурой), который является теоретически самым выгодным.
В поршневых компрессорах обычно предусматривается автоматическое регулирование производительности в зависимости от расхода сжатого газа для обеспечения постоянного давления в нагнетательном трубопроводе. Существует несколько способов регулирования. Простейший из них ‒ регулирование изменением частоты вращения вала [4].
Основные элементы конструкции поршневого компрессора представлены рабочим цилиндром, поршнем, клапанами (нагнетательным и всасывающим), которые находятся в крышке цилиндра. Требуемое давление среды в компрессоре данного типа создается посредством поступательных движений поршня. Кривошипно-шатунный механизм в совокупности с коленчатым валом заставляют поршень совершать возвратно-поступательные движения.
Принцип функционирования поршневой компрессорной установки достаточно несложный. Классическая модель агрегата состоит из корпуса (выполненного из чугуна), цилиндра (расположенного горизонтально/вертикально/под наклоном), поршня, клапанов (всасывающего и нагнетательного).
В состав компрессоров поршневых входит рабочий цилинд и поршень, клапаны (всасывающий с нагнетательным), которые находятся в крышке цилиндра. Чтобы сообщить возвратно-поступающие движения поршню, в работу подключается кривошипно-шатунный механизм с коленчатым валом.
Поршень заводит прямой привод кривошипно-шатунного механизма, и при возвратно-поступательных движениях сжимает воздух атмосферы, а затем выталкивает его в область подсоединенной магистральной линии [4].
1.4 Правовые и организационные вопросы обеспечения безопасности
Компрессорная станция является объектом повышенной опасности для всего персонала, а также объектом, на котором установлено дорогостоящее оборудование, эксплуатировать которое должны специалисты предприятия, которые прошли обучение и имеют допуск к работе оборудования, транспорта, а также знают, как действовать в случаях аварий, в нештатных ситуациях.
Правила безопасного ведения работ регламентируются ПБ 12-368-00 "Правила безопасности в газовом хозяйстве", который разработан в соответствии с "Положением о Федеральном горном и промышленном надзоре России" и учитывают требования Федерального закона "О промышленной безопасности опасных производственных объектов" от 21.07.97 N 116-ФЗ, а также других действующих нормативных документов.
Допуск к работе имеют лица не моложе 18 лет, прошедшие медицинское освидетельствование в установленном порядке и не имеющие противопоказаний к выполнению данного вида работ, обученные безопасным методам и приемам работы, применению средств индивидуальной защиты, правилам и приемам оказания первой медицинской помощи пострадавшим и прошедшие проверку знаний в установленном порядке.
Лица женского пола могут привлекаться к проведению отдельных газоопасных работ, предусмотренных технологическими регламентами и инструкциями и допускаемых законодательством о труде женщин.
К выполнению работ допускаются руководители, специалисты и рабочие, обученные и сдавшие экзамены на знание правил безопасности и техники безопасности, умеющие пользоваться средствами индивидуальной защиты и знающие способы оказания первой помощи.
Первичное обучение рабочих безопасным методам и приемам труда; руководителей и специалистов, лиц, ответственных за безопасную эксплуатацию газового хозяйства и ведение технического надзора, а также лиц, допускаемых к выполнению газоопасных работ, должно проводиться в организациях, имеющих соответствующую лицензию [5].
Основным органом государственного надзора и контроля за состоянием охраны труда является Федеральная служба по труду и занятости

. В ее структуру входят Управление надзора и контроля за соблюдением законодательства о труде, территориальные органы по государственному надзору и контролю за соблюдением трудового законодательства и иных нормативных правовых актов, содержащих нормы трудового права, государственные инспекции труда субъектов Российской Федерации.
РАЗДЕЛ 2
ПОРШНЕВЫЕ КОМПРЕССОРЫ КОМПАНИИ «ARIEL»
2.1 История развития компании Ariel
Название компании «Ariel», основанной в 1966 году, было предложено Джимом Бухвальдом. Когда-то студентом ему очень нравился мотоцикл Ariel Square Four 1948 ‒ как сочетание элегантности конструкции и надежной работы. Основатели компании ‒ Джим Бухвальд, Джим Доуни и Джордж Вудман.
Первым механическим цехом компании стало помещение в подвале семейного дома Бухвальдов. Вместе с прилегающим помещением, функционировавшим как первый официальный инженерный отдел компании. Лишь спустя время, в 1974 году компания построила производственное предприятие площадью 12 000 квадратных футов, которое в конечном итоге вырастет до 30 000 квадратных футов. В настоящее время, компания занимает около 1,2 миллиона квадратных футов всех своих объектов.
В первые же годы образования компании основатели поняли, что нужно присваивать имена к сериям компрессоров. Кроме главной тройки основателей еще имелись мелкие инвесторы (два Джима и два Джорджа) и первые компрессоры единодушно назвали “JG”. Так зародилась традиция включать в название серий инициалы выдающихся для компании «Ariel» личностей [6].
В июне 1968 г. Джим Бухвальд провел успешные10-часовые испытания первого компрессора JG (используя для привода подручный дизельный двигатель).
Рисунок 1 ‒ Первый в линейке компрессор JG
В 1972 г. начали изготовлять компрессоры JGM и лишь в 1975 г. была реализована первичная идея ‒ 1800 об/ мин JGP. До конца 70-х выпускали компрессоры мощностью 150-400 лс, в середине 80-х Джим Бухвальд разрабатывал компрессоры мощностью 400-900 лс и он считал, что это будут наши самые большие машины.
Версия JGR с уменьшенной мощностью, предназначена для использования с цилиндрами JG с улучшенными характеристиками разработана в 1978 году. И ровно через год версия JGM, с полной нагрузкой на шток 16 000 футов, выходит на рынок с новой линейкой специально разработанных цилиндров [7].
В 1978 году компания отмечала свой 1000-й произведенный компрессор Ariel, что представлял собой четырехходовой JP.
С 1982 года усовершенствовались компрессоры версии JP, в производство запустили JGI ‒ вертикальный одноходовой компрессор без балансировочной траверсы с максимальной частотой вращения 1000 об/мин, представлен как простая и недорогая машина и выпускался до 2005 года.
В целях повышения конкурентоспособности в 1984 году Джим Бухвальд разработал новую компрессорную машину, которая стала 37000-футовой штангой JGK, что быстро доминировала в отрасли. А в завершение новой линейки цилиндров JGK введена рама JGK с полным номиналом.
Первым смелым прорывом в лучшую мировую практику производства было внедрение в конце 80-х гг. системы Single-Minute Exchange of Dies (SMED) ‒ одномоментная замена обрабатывающих инструментов, что позволило сократить время замены обрабатывающих инструментов и уменьшить требуемые производственные площади.
Изменение системы привело к переходу на изготовление по участкам. Механический цех разбили на ряд участков, каждый из которых оснащался не однотипным инструментом, а инструментами, необходимыми для обработки определенной детали (деталей).
Были созданы участок шатунов, участок цилиндров, и др. Каждый участок имеет своего лидера и функционирует, как одна команда В конце 1990-х был сконструирован самый большой компрессор Ariel Бухвальдом ‒ JGB, названный в честь дизайнера. Сам по себе 1990 год стал временем буоного роста компании, что характеризовалась расширением своей продуктовой линейки, включив в нее более мощные и крупные компрессоры, и стала ведущим поставщиком для мировой энергетики.
С 2000-х годов компания «Ariel» стала выпускать инновационные компрессоры, используя позитивных опыт предыдущих 20 000 работающих компрессоров (KBZ/KBU, рассчитан на мощность 7900 л.с; KBB/KBV м проработанной рамой для большей жесткости) [7].
В 2007 году компания «Ariel» приобретает Standard Jib Boring Servicе, механический цех в Акроне, штат Огайо. Даній обьект используется для производства различных компонентов Ariel, включая рамы, крейкопфы и поршни.
Модернизация процессов и оборудования, расширение производственных мощностей и появление новых технологий добычи природного газа удерживают компанию «Ariel» в авангарде мировой энергетики [7].
В 2013 г. в МВ был сдан в эксплуатацию новый Мировой Распределительный Центр «Ariel», предназначенный для хранения, упаковки, сборки отдельных узлов и отправки оригинальных запасных частей компрессоров «Ariel» по всему миру. Этот гигантский комплекс позволяет обрабатывать около 720 тысяч единиц хранения (деталей) в неделю.
К маю 2017 г. Корпорация «Ariel» произвела свыше 55 000 компрессоров, которые работают более чем в 90 странах. К 2017 г. в Россию и страны СНГ было поставлено 700 компрессоров «Ariel» разной мощности.
Таким образом, за 10 лет общий парк компрессоров «Ariel» вырос в 2 раза, и более чем в 3 раза увеличилось количество поставленных агрегатов в РФ и страны СНГ (несмотря на кризисные явления в 2008-2009 гг.).
Такому росту во многом способствовали реализация программ утилизации попутного нефтяного газа, расширение спроса на высокоэффективные поршневые компрессорные агрегаты, а в последние годы ‒ бурное развитие добычи сланцевого газа и нефти в США.
В номенклатуру продукции входят поршневые оппозитные компрессоры агрегатной мощностью от 35 кВт до 8000 кВт (всего 48 баз). Корпорацией разработано и освоено производство свыше 600 типоразмеров компрессорных цилиндров с максимальным давлением нагнетания 690 Бар.
Наличие широчайшей номенклатуры освоенных в производстве и цилиндров позволяет нам производить компрессоры на любые эк давления всасывания и нагнетания до (690 Бар) в очень широком диапазоне производительности.
В отличие от отечественных и многих западных производителей, имеющих фиксированную номенклатуру серийной продукции, компрессоры «Ariel» производятся из серийно производимых компонентов под любые заданные условия заказчика.
Такая организация позволяет оперативно обеспечить массовое производство компрессоров «под заказ» ‒ до нескольких тысяч компрессоров разной мощности и различного назначения в год.
В начальный период компания «Ariel» продавала компрессоры в основном своим дистрибьюторам в Техасе и городах Среднего запада