【论文摘要】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。
Technical reform of power unit on Series S—10 air compressors
Zhang Zongjie
(No.1 Oil Production Plant, Xinjiang Petroleum Administration, Karamay City, Xinjiang)
Zhao Ying, Fu Yong
The old power unit on Series S—10 air compressors cannot meet the need of modern production in oilfields. Technical reform was made. Model MWM234V8 diesel engine was selected as power machine, newly developed ELJ220 reducer with hydraulic clutch was adopted in the transmission system, realizing automatic control and remote control of the unit, and the inner gears were changed, providing 9 speed ratios. Provided with ELJ 220 reducer, the diesel engine has increased power and torque with a 30% reduction of fuel consumption and 89% reduction of lubricant oil. The reliability of the power unit is improved remarkably, and the maintenance cost is decreased greatly.
Subject Concept Terms air compressor power unit technical reform economic benefit
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。动力传动线路如图1所示。
|
图1 ELJ220液压离合减速箱动力传动线路图
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。 |
|
图2 液压控制系统原理图
1—滤油器；2—油泵；3—冷却器；4—油压表；5—工作
压力阀；6—可调式延时阀；7—电磁滑阀；8—工作
油缸；9—离合器；10—齿轮；11—轴承；12—润滑压力阀
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。
张宗杰,工程师,生于1969年,1990年毕业于石油大学(华东)矿机专业,现从事设备技术管理工作.
张宗杰 （新疆石油管理局采油一厂）
赵英（新疆石油学院）
付勇（新疆石油管理局汽车销售维修公司） |
