S—10系列压风机动力机组是20世纪70年代的产品,已不能满足使用要求。鉴于此,对该系列机组做了技术改造:选用国产MWM234V8柴油机作动力机,在传动系统中采用新研制的ELJ220液压离合减速箱,实现了自动控制和遥控,更换内部齿轮后,在速度比0.8~4.2之间有9组速度比。MWM234V8柴油机配用ELJ220液压离合减速箱后,柴油机功率和扭矩增加,燃油消耗降低30%,润滑油消耗降低89%。以一台机组一年工作1500小时计算,可节省燃油近20t、润滑油约5.5t;机组工作可靠性显著提高,维修使用费相应减少80%以上。
S—10系列压风机是蚌埠压缩机总厂20世纪70年代的产品,是石油开采的必要设备,其中150/250型压风机主要用于油田的气举采油、管道试压和扫线等,动力源为B2—300和B2—400型柴油机,动力传输机构为双300气胎式离合器。20多年来,该系列压风机组未做任何大的改进,其动力配套落后,油耗和自身功率消耗大,维修费用高,无自动化保护;传动技术落后,噪音大,安全可靠性差,已不能满足使用要求。经现场调研,我们对S—10系列压风机动力机组的动力系统、传动系统和自动控制系统做了技术改造。
机组存在的问题
1.动力配套性差
原机配用的B2—300或B2—400型柴油机,技术指标落后,体积大,噪音大,故障率高,其最大输出功率294kW,转速1500r/min,当转速降到1300r/min时,带动压风机,燃油消耗大。
柴油机成套性差,需另配水箱、 油冷器、水路、支架等;在严寒地区使用适应性差,冬季启动困难。
2.传动技术落后
柴油机与压风机的联接采用20世纪60年代的气胎离合器,可靠性差,无减速装置,气胎轴瓦易磨损。就接合方式而言,压风机与柴油机的首次接合必须使用汽车气源,压风机使用后再转换到压风机的二级排气,利用二级排气分离压风机,使用相当麻烦,很难做到自动控制接合和分离。
3.无自动控制及保护
原机组未配备压风机油压低、柴油机油压低、冷却器压力高的自动保护装置,由此造成的事故时有发生。
动力机组的技术改造
1.动力系统的改造
动力系统应本着可靠性高、节能降耗、技术性能先进、国产化率高,配件供应充足和适应油田环境要求等加以改造。
目前,市场上可供选择的较理想的柴油发动机主要有CAT—3408、Commins—NT855、MWM234V8和东风12V135等牌号。通过对这几种柴油机与B2—400柴油机的性能参数比较,最终选择国产MWM234V8柴油机。这种柴油机为河南柴油机厂在上世纪80年代末引进原联邦德国道依茨-曼哈姆(DEUTZ-MWM)公司技术生产的陆用水冷柴油机,具有如下主要特点。
(1)燃烧性能好。该型机是目前国内油耗最低的高速柴油机之一,热效率达41%,在20%载荷时允许长期运行, 在10%载荷时允许短期运行。
(2)低温启动性能和加速性能好。在润滑油粘度符合20W-40CDCSAE20W-40,温度-10℃以上的条件下,柴油机可以不采取任何辅助措施启动,压风机加载时间不大于10s。
(3)结构紧凑,配套性好。该型柴油机质量功率比和功率体积比在同类型产品中居领先水平,且自配水箱和机油冷却器,特别适合与车装压风机配套。
2.传动系统的改造
传动系统应选用运行可靠,机械效率高,接合分离方便,便于远距离控制,带降速机构的液压减速离合器。为满足工况要求,我们与有关厂家共同研制了ELJ220液压离合减速箱。此离合减速箱为三轴四轮传动,斜齿圆柱齿轮采用优质合金钢,经渗碳、淬硬、磨齿制成。多片湿式液压离合器布置在传动轴上
离合减速箱的输入轴与输出轴在同一轴线上,输入轴与主机弹性联接,输出轴与工作机刚性联接。
输入轴前端装有有减振功能的弹性联轴节,以吸收机组的扭振。有齿形块弹性联轴节和高弹性联轴节两种,供用户选用。
输入轴上热套着输入齿轮,由53614及42314E轴承支承在箱体上;输出齿轮热套在输出轴上,通过53615及42314E轴承支承在箱体上,其输出端套有输出联轴节。
传动轴与输入轴及输出轴呈水平异中心布置。外壳齿轮热套在传动轴上,传动小齿轮则通过滑动轴套滑套在传动轴上。当轴套与传动轴颈的间隙磨损到0.18mm时,应更换轴套。用粉末冶金材料制成的承推环可限止传动小齿轮轴向位移,出厂时轴向间隙调整在0.1~0.4mm范围内,间隙达到0.6mm时应更换承推环。传动轴上的湿式多片摩擦离合器外摩擦片为粉末冶金,内摩擦片为钢板制成。若摩擦片产生裂纹、烧伤、翘曲度达1mm或花键齿面严重压溃,应予以更换。
传动轴通过两个53614轴承支承在箱体上,轴后端的油泵连接套带动油泵转动。
图2为液压控制系统原理图。当主机启动后,油泵开始工作,油液由滤油器进入冷却器,冷却后的压力油进入工作压力阀和电磁滑阀。电磁滑阀通电后,阀板上的P腔与A腔接通,压力油通过传动轴轴心中的油道进入离合器油缸,并推动活塞压紧摩擦片。与此同时,压力油还通过可调式延时阀推动工作压力阀的大活塞,使初始工作油压逐步上升到额定工作油压值,此时离合器传递工作扭矩,并通过传动小齿轮将动力传给输出齿轮。由于延时机构的作用,离合器离合平稳柔和。工作油压递升到额定值的时间是可以调节的,离合器离合时间一般控制在5s左右为宜。
通过工作压力阀溢流的油液进入各润滑油道,一路油液进入传动轴轴心中的润滑油孔润滑和冷却摩擦片、承推环、滑动轴套等;另一路油液润滑齿轮和轴承,其压力由润滑压力阀口来调节,出厂时已调节好,用户一般无需调整。
经润滑压力阀溢流的油液回到箱体油池中,正常运行时油池温度不高于80℃。
冷却器外置在箱体上。当环境温度在0℃以下,离合减速箱不工作时,应将水放尽,以防冻裂。
为防止电气线路产生故障影响机组正常工作,电磁滑阀上还配置了应急手动阀。只要推动阀杆向左或向右转动,使锁子在槽中锁牢,离合器即可接合。
ELJ220液压离合减速箱主要有以下特点。
(1)可自动控制及远距离遥控,操作灵敏。离合器上设有手动开关,以备电器发生故障时应急使用。
(2)能适应高速度、重载荷、高频次离合,可靠性高,速比范围大。更换内部齿轮后,速度比从0.8到4.2之间有9组,适用范围广,既可用于压风机,也可用于300型、400型、500型压裂车,水泥车,混砂车,从而取代进口的油田特种车辆专用的DANA和TWINDISC IBF314型离合器。
(3)成套性强,结构简单,便于维修,传动效率达98%以上。
3.电气自动控制安全(报警)系统
在压风机的运行过程中,由于受保养、维护、检修及一些不确定使用因素等的影响,爆炸、毁机、传动轴断裂等事故时有发生。为此,我们用SIEMENS LOGO!24R型可编程控制器,将传感元件(压力开关、温度开关)和执行元件统一起来,在满足原机的使用工况下,设计了一套新颖的安全的电气控制系统。
经济效益分析
我们与试油处的工程技术人员共同测定了MWM234V8柴油机配用ELJ220液压离合减速箱的工作性能参数,表明柴油机功率和扭矩有所增加,燃油消耗降低30%,润滑油消耗降低89%。以一台机组一年工作1500小时计算,可节省燃油近20t,润滑油近5.5t,机组的工作可靠性显著提高,维修使用费用相应减少80%以上。
1998年,我们利用这项技术改造150/250型压风机5部,创产值近125万元;改造400型水泥车、压裂车6部,创产值近160万元。
新疆石油管理局现有400型压裂车、水泥车近120台,150/250压风机约30台。全国石油行业拥有此类压风机及压裂车约2500部,若各油田都对这些设备进行技术改造,必将获得可观的经济效益和社会效益。
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