Компрессорный блок и способ его монтажа
Изобретение относится к компрессорному блоку, в частности, для подводной эксплуатации, и обеспечивает при его использовании устранение влияния жидкой агрессивной среды при эксплуатации под водой. Указанный технический результат достигается в компрессорном блоке (1), содержащем электродвигатель (2). Ось (60) вращения во время работы ориентирована вертикально, а корпус (4) имеет на находящемся внизу осевом конце (63) дренаж (64). Этот же технический результат достигается в способе монтажа компрессорного блока (1), при котором он заполняется над водой несжимаемой средой, транспортируется к находящемуся под водой месту эксплуатации, к впускному (6) и выпускному отверстиям присоединяются патрубки, и среда отводится из компрессорного блока (1) через дренаж (64). 2 н. и 6 з.п. ф-лы, 3 ил.
Изобретение относится к компрессорному блоку, в частности, для подводной эксплуатации, содержащему компрессор, электродвигатель, корпус с впускным и выпускным отверстиями для добываемой среды и ось вращения, вокруг которой вращается ротор компрессорного блока, причем предусмотрены электромагнитные подшипники 21, 22, 25, охлаждаемые до рабочей температуры посредством охлаждающей системы, в которой в одном перетоке компрессора предусмотрено ответвление 32, от которого по трубопроводам часть добываемой среды пропускается через фильтр 35, а затем направляется по двум отдельным трубопроводам к подшипникам.
Новейшие разработки в области компрессоростроения сконцентрированы на подводном расположении мощных компрессоров, которые должны служить для добычи природного газа. Вследствие особых эксплуатационных условий, в частности из-за сильно ограниченного доступа для обслуживания и наличия питающих линий, специалисты стоят перед большими вызовами. Требования защиты окружающей среды в этой области запрещают любой материальный обмен между устанавливаемыми агрегатами и окружающей их морской водой. К тому же морская вода является агрессивной средой, и на различных морских глубинах встречаются предельные условия давления и температуры. Другое требование состоит в том, что агрегаты, с одной стороны, должны иметь предельно длительный срок службы, а с другой стороны, должны быть выполнены так, чтобы они почти не требовали обслуживания. Дополнительным осложняющим обстоятельством является значительное загрязнение частично химически агрессивной добываемой среды.
Сжимаемая добываемая среда, в частности добываемый природный газ, имеет не только нередко изменяющийся агрессивный химический состав, но и является носителем различных конденсатов, которые затрудняют сжатие и, в частности, приводят к повышенному износу компрессора. По этой причине перед сжатием осуществляется отделение конденсата. Однако с помощью даже самой сложной технологии не удается предотвратить последующее отделение конденсата также в компрессорном блоке, что может, по меньшей мере, сократить срок его службы. К тому же в эксплуатируемом под водой компрессорном блоке возникает та проблема, что присоединение подводящих и отводящих добываемую среду линий происходит, как правило, только на месте эксплуатации и на пути туда в компрессорный блок уже может проникнуть окружающая среда, например агрессивная морская вода, которая может нанести ему вред.
Из WO 92/14062 уже известна насосная станция для подводной эксплуатации, содержащая также компрессор, который транспортирует газообразные компоненты источника ископаемого сырья с морского дна на сушу. В этой публикации предложено устанавливать роторы добычных машин в масляных подшипниках скольжения, которые смазываются масляной пленкой. Корпуса турбомашин установлены вертикально и имеют в самой низкой точке постоянно открытое отверстие для слива масла, через которое, кроме того, из корпуса могут отводиться другие газы и конденсаты. Жидкие компоненты транспортируются на сушу и сепарируются там. В соответствии с этим следует предусмотреть отдельные трубопроводы и сложную подготовительную установку. Описанная в WO 92/14062 установка раскрыта также в GB 2226776 A и WO 95/15428.
Исходя из проблем уровня техники, изобретение поставило своей задачей устранение потенциала вреда конденсатов и других жидкостей в предусмотренном, в частности, для подводной эксплуатации компрессорном блоке описанного выше типа без повышения затрат на установку и монтаж.
Эта задача решается посредством компрессорного блока по пункту 1 и способа его монтажа по пункту 2. В подчиненных им зависимых пунктах содержатся предпочтительные варианты осуществления изобретения.
Решающее преимущество комбинации вертикальной установки с дренажом на нижнем осевом конце корпуса заключается в том, что за счет протяженности вдоль оси вращения особенно благоприятные условия дренажа возникают потому, что вследствие более высокого водяного столба возникают более высокие гидростатические давления, которые обеспечивают лучшее вытекание конденсатов из корпуса. Благодаря этому через находящийся на нижнем осевом конце корпуса дренаж лучше вытекают также конденсаты, чему способствует более высокое гидростатическое давление за счет вертикальной ориентации.
Чтобы обеспечить вытекание жидкостей без остатка, целесообразно, если поверхности внутри компрессорного блока выполнены так, что при вертикальной ориентации находящиеся внутри корпуса жидкости достигают дренажа, стекая только за счет силы тяжести. Для этого обращенные от дренажа поверхности должны иметь наклон, вызывающий течение к дренажу. Подходящие для сбора жидкости поднутрения в отношении дренажа внутри корпуса не предусмотрены.
Для отвода без остатка конденсатов и для преодоления возможных разностей давлений целесообразно, если к выполненному в виде отверстия дренажу присоединен насос, отводящий конденсат.
Для процессов монтажа, кроме того, целесообразно, если корпус компрессорного блока установлен в раме посредством предусмотренных на корпусе опорных элементов, причем эта установка выполнена с возможностью вращения корпуса вокруг горизонтальной оси в зоне центра тяжести ротора, при этом дренаж во время вращения перемещается из низкой точки в высокую точку.
Этот вариант осуществления изобретения целесообразен, в частности, тогда, когда в способе монтажа эксплуатируемого под водой компрессорного блока последний перед погружением под воду заполняется несжимаемой средой, затем транспортируется к находящемуся под водой месту эксплуатации, к впускному и выпускному отверстиям присоединяются патрубки, после чего компрессорный блок опорожняется от среды через дренаж. Во избежание обмена с окружающей подводной средой целесообразно закрыть впускное и выпускное отверстия под водой заглушками, прежде чем будет заполнена несжимаемая среда, и снова удалить заглушки, прежде чем к впускному и выпускному отверстиям будут присоединены патрубки. Для заполнения корпуса компрессорного блока целесообразно повернуть корпус вокруг горизонтальной оси, как это описано выше, в результате чего дренаж окажется на верхнем осевом конце. Через дренаж может осуществляться полное заполнение корпуса несжимаемой средой, в частности, если внутреннее пространство корпуса выполнено так, что жидкости при работе достигают дренажа, стекая полностью за счет силы тяжести, а компрессорный блок при заполнении находится нижним осевым концом вверху. Соответствующий этому наклон поверхностей заботится о том, чтобы при заполнении несжимаемой средой в корпусе не задерживались сжимаемые газовые пузырьки. В качестве несжимаемой среды может служить, например, дистиллированная или деминерализованная вода, так что внутреннее пространство компрессорного блока не подвергается вредному влиянию окружающей среды, например морской воды, и в то же время заглушкам впускного и выпускного отверстий при транспортировке компрессорного блока под водой к месту эксплуатации не приходится выдерживать никакую особую сжимающую нагрузку.
Закрывание впускного и выпускного отверстий заглушками целесообразно также для того, чтобы в компрессорный блок не могли заплыть рыбы и заползти крабы.
Ниже изобретение более подробно описано на специальном примере его осуществления со ссылкой на чертежи. Изображенные варианты следует понимать только как пример для пояснения изобретения. На чертежах представляют:
фиг.1 - схематично продольный разрез компрессорного блока;
фиг.2 и 3 - схематично этапы способа монтажа.
На фиг.1 схематично изображен разрез вдоль компрессорного блока 1, который в качестве основных деталей содержит электродвигатель 2 и компрессор 3 в газонепроницаемом корпусе 4. Корпус 4 заключает в себе электродвигатель 2 и компрессор 3. В зоне перехода от электродвигателя 2 к компрессору 3 корпус 4 снабжен впускным 6 и выпускным 7 отверстиями, причем через впускное отверстие 6 посредством всасывающего патрубка 8 сжимаемая текучая среда всасывается, а через выпускное отверстие 7 вытекает.
При работе компрессорный блок 1 расположен вертикально, причем ротор 15 электродвигателя 2 и расположенный под ним ротор 9 компрессора 3 объединены, образуя общий вал 19, вращающийся вокруг общей вертикальной оси 60 вращения.
Ротор 15 установлен в первом радиальном подшипнике 21 на своем верхнем конце.
Ротор 9 посредством второго радиального подшипника 22 установлен в нижнем положении.
На верхнем конце общего вала 19, т.е. на верхнем конце ротора 15, предусмотрен упорный подшипник 25. Радиальные 21, 22 и упорный 25 подшипники имеют электромагнитный принцип работы и соответственно заключены в кожухи. Радиальные подшипники 21, 22 расположены при этом в направлении периферии вокруг соответствующего места опоры вала 19, выполнены с возможностью вращения на 360° и неразъемными.
Выполненный центробежным компрессор 3 содержит три ступени 11, соответственно сообщенные посредством перетока 33. Возникающие на ступенях 11 разности давления создают тягу на роторе 9, которая передается через муфту 18 на ротор 15 и направлена навстречу массе образованного роторами 9, 15 общего ротора, так что в номинальном режиме происходит значительная компенсация тяги. Таким образом, упорный подшипник 25 может быть выполнен сравнительно меньше, чем в горизонтальном устройстве.
Электромагнитные подшипники 21, 22, 25 охлаждаются охлаждающей системой 31 до рабочей температуры, причем охлаждающая система 31 предусматривает ответвление 32 в одном перетоке компрессора 3. Из ответвления 32 по трубопроводам через фильтр 35 направляется часть добываемой среды, преимущественно природного газа, а затем по двум отдельным трубопроводам - к внешним местам опоры (первый 21 и четвертый 24 радиальный подшипники и упорный подшипник 25). Это охлаждение посредством холодной добываемой среды делает ненужными дополнительные питающие линии.
Ротор 15 окружен статором 16, содержащим кожух 39, так что агрессивная добываемая среда не повреждает обмотки статора 16. При этом кожух 39 рассчитан предпочтительно так, что он способен выдерживать полное рабочее давление. Это происходит потому, что предусмотрено отдельное охлаждающее устройство 40 для статора 16, которое через теплообменник 43 посредством насоса 42 транспортирует собственную охлаждающую среду 41. По меньшей мере, кожух 39 выполнен таким образом, что участок, расположенный между статором 16 и ротором 15, имеет, правда, небольшую толщину стенки, однако при полном заполнении охлаждающего устройства 40 охлаждающей средой 41 способен выдерживать расчетное давление. Таким образом, в этой зоне предотвращаются крупные потери от вихревых токов, и повышается КПД всего устройства.
Ротор 9 целесообразно содержит вал 10, на котором смонтированы отдельные ступени 11 компрессора. Это может осуществляться предпочтительно посредством горячей прессовой посадки. Точно так же возможно геометрическое замыкание, например посредством многоугольников. В другом варианте предусмотрена сварка различных ступеней 11 компрессора друг с другом, в результате чего возникает монолитный ротор 9.
На нижнем осевом конце 63 корпуса 4 в вертикальном рабочем положении находится дренажная точка SDP, в которой в виде отверстия корпуса 4 находится дренаж 64. В дренажной точке SDP собирается вся жидкость, находящаяся внутри корпуса 4 и стекающая на основе только силы тяжести. Для этого все поверхности внутри компрессорного блока выполнены таким образом, что при вертикальной рабочей ориентации наклон 65 поверхностей надежно предотвращает скопление жидкости, за исключением дренажной точки. К дренажу 64 присоединен конденсатный насос 67, который отводит скапливающуюся жидкость. В осевой зоне центра 68 тяжести ротора на корпусе 4 предусмотрены опорные элементы 69, которые обеспечивают возможность размещения упорных средств в упорных точках.
Посредством опорных элементов 69 возможно размещение в раме 70 (фиг.2 и 3). Размещение в раме 70 выполнено с возможностью вращения компрессорного блока 1 вокруг горизонтальной оси. Таким образом, дренаж 64 может поворачиваться из самой нижней точки в соответствии с вертикальной рабочей ориентацией в самую верхнюю точку.
В способе монтажа предусмотрено, что на первом этапе компрессорный блок 1 располагается в раме 70 зеркально-симметрично рабочему положению с дренажом 64 вверх при вертикальном расположении оси 60 вращения. В этом положении после закрывания заглушками впускного 6 и выпускного 7 отверстий осуществляется заполнение компрессорного блока 1 несжимаемой средой 82, а именно дистиллированной или деминерализованной водой. Затем компрессорный блок 1 поворачивается обратно в рабочее положение и транспортируется под водой к месту эксплуатации. Наконец, после удаления заглушек с впускного 6 и выпускного 7 отверстий присоединяются соответствующие линии 80, 81 для добываемой среды, и к дренажу 64 присоединяется конденсатный насос 67 с присоединенным к нему конденсатосборником. Перед пуском компрессорного блока 1 в эксплуатацию заполненная в него среда откачивается конденсатным насосом 67 из внутреннего пространства компрессорного блока 1.
1. Компрессорный блок (1), в частности, для подводной эксплуатации, содержащий компрессор (3), электродвигатель (2), корпус (4) с впускным отверстием (6) и выпускным отверстием (7) для добываемой среды и ось (60) вращения, с возможностью вращения вокруг которой установлен ротор компрессорного блока (1), причем предусмотрены электромагнитные подшипники (21, 22, 25), охлаждаемые до рабочей температуры посредством охлаждающей системы (31), в которой в одном перетоке компрессора (3) предусмотрено ответвление (32), от которого по трубопроводам часть добываемой среды пропускается через фильтр (35), а затем направляется по двум отдельным трубопроводам к подшипникам (первый радиальный подшипник 21 и второй радиальный подшипник 24 и упорный подшипник 25), причем ось (60) вращения во время работы ориентирована вертикально, а корпус (4) имеет на находящемся внизу осевом конце (63) дренаж (64).
2. Блок по п.1, отличающийся тем, что поверхности внутри него выполнены таким образом, что при вертикальной рабочей ориентации находящиеся внутри корпуса жидкости стекают и достигают дренажа (64) только за счет силы тяжести.
3. Блок по п.2, отличающийся тем, что направленные от дренажа (64) поверхности внутри компрессорного блока (1) имеют такой наклон, что смачивающие их жидкости стекают с поверхностей при вертикальной рабочей ориентации в направлении дренажа (64).
4. Блок по п.1, отличающийся тем, что к дренажу (64) присоединен конденсатный насос (67), отводящий жидкость.
5. Блок по п.1, отличающийся тем, что корпус (4) посредством предусмотренных на нем опорных элементов установлен в раме (70) с возможностью вращения вокруг горизонтальной оси и перемещения дренажа (64) из низкой точки в высокую точку.
6. Блок по п.4, отличающийся тем, что горизонтальная ось, с возможностью вращения вокруг которой установлен корпус, проходит в зоне центра (68) тяжести ротора.
7. Способ монтажа компрессорного блока (1) по пп.1-5 или 6, предназначенного для подводной эксплуатации, отличающийся тем, что компрессорный блок (1) заполняют над водой несжимаемой средой (82), транспортируют к находящемуся под водой месту эксплуатации, к впускному отверстию (6) и выпускному отверстию (7) присоединяют патрубки и среду (82) отводят из компрессорного блока (1) через дренаж (64).
8. Способ по п.7, отличающийся тем, что средой (82) является дистиллированная или деминерализованная вода.
