УСТАНОВКА ТУРБОДЕТАНДЕР-КОМПРЕССОР, СПОСОБ ЕЕ РЕГУЛИРОВАНИЯ И КОНТРОЛЛЕР Российский патент 2015 года по МПК F25B9/06 F01D17/16 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

[0001] Варианты выполнения данного изобретения, рассмотренные в данном документе, в целом, относятся к способам и установкам, обеспечивающим улучшенную работу детандера за счет использования подвижных впускных направляющих лопаток на входе компрессора.

ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0002] Турбодетандеры широко используются в промышленном охлаждении, при переработке нефти и газа, а также в низкотемпературных процессах. Турбодетандеры используются, например, для экстрагирования более тяжелых углеводородных газов, таких как этан (C₂H₆), пропан (C₃H₈), обычный бутан (n-C₄H₁₀), изобутан (i-C₄H₁₀), пентаны и даже углеводороды с высоким молекулярным весом, в собирательном значении относящиеся к сжиженным природным газам (СПГ), полученным из природного газа. Газожидкостную смесь, получающуюся при расширении неочищенного газа в детандере, обычно разделяют на поток газа и поток жидкости. Наибольшую часть жидкостей, полученных из природного газа, извлекают путем выпуска потока жидкости отдельно от оставшегося потока газа, который затем обычно подвергают сжатию для передачи к последующим потребителям. Ближайший аналог данного изобретения известен из патента US 4359871 A, F17D 1/04, 1982.

[0003] Фиг.1 иллюстрирует обычную установку 100 турбодетандер-компрессор, в которой турбодетандер 10 и компрессор 20 содержат рабочие колеса, расположенные на общем валу 30. Турбодетандер 10 представляет собой обычный центробежный или осевой детандер, внутри которого обеспечивается расширение поступающего газа. Расширение газа обеспечивает механическую работу, создающую вращение рабочего колеса 50 детандера. Расширенный газ, выпускаемый из турбодетандера 10 в виде газового потока 60, может быть введен в компрессор 20 (т.е. в виде газового потока 70).

[0004] Поступающий в турбодетандер 10 газ 40 (для вычислений может использоваться изоэнтропическое расширение) имеет давление p₁ и температуру T₁, а после расширения газовый поток 60 имеет давление р₂ и температуру Т₂, которые, соответственно, ниже давления p₁ и температуры T₁.

[0005] Поскольку рабочее колесо 80 компрессора и рабочее колесо 50 детандера установлены на общем валу 30, то вращение рабочего колеса 50 обеспечивает вращение рабочего колеса 80. В этом случае механическая работа, создаваемая в турбодетандере 10, сообщается компрессору 20. Рабочее колесо 50 детандера, рабочее колесо 80 компрессора и вал 30 имеют одинаковую скорость вращения. Энергия вращения рабочего колеса 80 используется в компрессоре 20 для сжатия газового потока 70, поступающего в компрессор при давлении р₃. Давление газового потока 90 на выходе компрессора 20, равное р4, превышает давление р₃.

[0006] Давление газа 40, поступающего в турбодетандер 10, часто регулируют для поддержания уровня, близкого к проектному значению. Например, для регулирования давления поступающего в турбодетандер 10 газа 40 может использоваться группа стандартных впускных направляющих лопаток (на фиг.1 не показаны).

[0007] В идеальном случае при расчетном режиме давление поступающего газа 40 и давление р₂ газового потока 60, выходящего из турбодетандера 10, имеют заданные значения (т.е. в диапазоне, близком к заданным значениям). Когда давления p₁ и р₂ имеют заданные значения, то скорость и вращения вала приближается к проектному значению. Однако установка турбодетандер-компрессор иногда работает в условиях, отличающихся от проектных.

[0008] В общем, эффективность турбодетандера находится в зависимости от соотношения (i) скорости и вращения вала и (ii) понижения изоэнтропической энтальпии в турбодетандере 10. Однако в турбодетандере 10 возникает реальное преобразование, которое определяется, если известен состав газа, давление p₁ и температура T₁ поступающего газа 40, а также давление р₂ и температура Т₂ выпускаемого из турбодетандера газового потока 60. Понижение изоэнтропической энтальпии в турбодетандере 10 может быть вычислено, если известен состав газа, давление p₁, температура T₁ поступающего газа 40, а также давление р₂.

[0009] Процесс сжатия в компрессоре 20 пассивно влияет на эффективность турбодетандера вследствие изменения скорости и вращения вала 30. Следовательно, при нерасчетном режиме работы, эффективность не достигает оптимального уровня, если обеспечивается регулирование одного параметра - давления p₁ поступающего газа 40. Способность регулировать только давление pi поступающего газа 40 ограничивает возможность оператора по оптимизации эффективности турбодетандера.

[0010] Если не используется дополнительный источник энергии, то процесс сжатия является побочным продуктом расширения в детандере 20. Эффективность сжатия определяется давлением р₃ газа, поступающего в компрессор 20, а также скоростью вращения рабочего колеса компрессора, которая аналогична скорости и вращения вала 30.

[0011] В обычной установке турбодетандер-компрессор, в которой регулируется только давление p₁ поступающего газа 40, у оператора полностью отсутствует возможность для обеспечения регулирования скорости и вращения вала 30 в нерасчетных условиях.

[0012] Соответственно, является желательным предложить устройства и способы, которые устраняют вышеуказанные проблемы и недостатки.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0013] В соответствии с одним примерным вариантом выполнения установка турбодетандер-компрессор содержит детандер, первый комплект подвижных впускных направляющих лопаток, компрессор, вал, второй комплект подвижных впускных направляющих лопаток и контроллер. Детандер выполнен с обеспечением расширения поступающего газа и содержит рабочее колесо. Первый комплект подвижных впускных направляющих лопаток прикреплен к детандеру и выполнен с возможностью регулирования давления поступающего газа. Компрессор выполнен с обеспечением сжатия газа, полученного от детандера, и содержит рабочее колесо. Вал выполнен с обеспечением поддержания и вращения рабочего колеса детандера и рабочего колеса компрессора. Второй комплект подвижных впускных направляющих лопаток прикреплен к компрессору и выполнен с возможностью регулирования давления поступающего к нему газа. Контроллер, который присоединен ко второму комплекту подвижных впускных направляющих лопаток, выполнен с возможностью приема данных о скорости вращения вала, давлении и температуре поступающего газа, а также давлении и температуре выпускаемого детандером газа. Контроллер также выполнен с возможностью регулирования второго комплекта подвижных впускных направляющих лопаток для регулирования давления поступающего в компрессор газа для доведения до максимума соотношения скорости вращения вала и понижения энтальпии в детандере при нерасчетных условиях работы.

[0014] В соответствии с другим примерным вариантом выполнения предлагается способ регулирования установки турбодетандер-компрессор, содержащей детандер с рабочим колесом, присоединенным валом к рабочему колесу компрессора, который сжимает газовый поток, выпускаемый детандером. Данный способ включает прием первых данных о давлении и температуре газа, поступающего в детандер, прием вторых данных о давлении газа, выпускаемого детандером, и прием третьих данных о скорости вращения вала, прикрепленного к рабочему колесу компрессора и рабочему колесу детандера. Данный способ дополнительно включает определение нерасчетных условий функционирования установки турбодетандер-компрессор, на основании полученных первых, вторых и третьих данных. Данный способ дополнительно включает сравнение соотношения скорости вращения вала и понижения энтальпии в детандере с заданным значением при определении нерасчетных условий функционирования установки турбодетандер-компрессор. Данный способ также включает регулирование комплекта подвижных впускных направляющих лопаток компрессора, присоединенных к входу компрессора, для регулирования давления поступающего в компрессор газа для доведения до близкого к заданному значению соотношения скорости вращения вала и понижения энтальпии в детандере при нерасчетных условиях работы.

[0015] В соответствии с другим вариантом выполнения контроллер, выполненный с возможностью регулирования установки турбодетандер-компрессор, содержит интерфейс и блок управления. Установка турбодетандер-компрессор содержит детандер с рабочим колесом и компрессор с рабочим колесом, причем рабочее колесо детандера и рабочее колесо компрессора приводятся во вращение общим валом, а компрессор сжимает газ, выпускаемый детандером. Указанный интерфейс выполнен с возможностью приема данных о давлении и температуре поступающего в детандер газа, давлении и температуре выпускаемого детандером газа, и скорости вращения вала, а также выдачи команд к комплекту впускных лопаток компрессора для регулирования давления газа, поступающего в компрессор. Блок управления присоединен к интерфейсу и выполнен с возможностью приема от него данных, определения нерасчетных условий функционирования установки, и выработки команд для комплекта подвижных впускных направляющих лопаток компрессора для поддержания соотношения скорости вращения вала и понижения энтальпии в детандере в заданном диапазоне при нерасчетных условиях работы.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[0016] Сопроводительные чертежи, которые включены в данное описание и составляют его часть, иллюстрируют один или более вариантов выполнения и вместе с описанием объясняют эти варианты выполнения. На чертежах

[0017] фиг.1 показывает схематическое изображение обычной установки турбодетандер-компрессор;

[0018] фиг.2 показывает схематическое изображение установки турбодетандер-компрессор в соответствии с примерным вариантом выполнения;

[0019] фиг.3 показывает установку турбодетандера-компрессора в соответствии с другим примерным вариантом выполнения;

[0020] фиг.4 показывает блок-схему способа регулирования установки турбодетандер-компрессор в соответствии с другим примерным вариантом выполнения;

[0021] фиг.5 показывает блок-схему способа регулирования установки турбодетандер-компрессор в соответствии с другим примерным вариантом выполнения; и

[0022] фиг.6 показывает контроллер в соответствии с другим примерным вариантом выполнения.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0023] Последующее описание примерных вариантов выполнения приведено со ссылкой на сопроводительные чертежи. Одинаковыми номерами позиций на различных чертежах обозначены одинаковые или подобные элементы. Последующее подробное описание не ограничивает данное изобретение. Вместо этого объем правовой охраны определен в прилагаемой формуле изобретения. Обсуждение последующих вариантов выполнения для упрощения выполняется с использованием терминологии и конструкции, относящимся к установкам турбодетандер-компрессор. Тем не менее, рассматриваемые ниже варианты выполнения не ограничиваются указанными установками, поскольку они могут быть применены к другим установкам, которые передают работу, производимую детандером, компрессору, сжимающему выпускаемый детандером газ.

[0024] Ссылка в данном описании на «один вариант выполнения» или «вариант выполнения» означает, что конкретный признак, конструкция или характеристика, описанные в отношении варианта выполнения, включены по меньшей мере в один вариант выполнения рассматриваемого объекта изобретения. Таким образом, появление формулировки «в одном варианте выполнения» или «в варианте выполнения» в различных местах описания не обязательно относится к тому же варианту выполнения. Кроме того, конкретные признаки, конструкции или характеристики могут быть объединены любым подходящим способом в одном или более вариантах выполнения.

[0025] Фиг.2 показывает схематическое изображение установки 200 турбодетандер-компрессор в соответствии с примерным вариантом выполнения. Детандер 210 содержит рабочее колесо 212. Детандер 210 принимает входной газовый поток 214. В детандере 210 газ может расширяться и обеспечивать тем самым вращение рабочего колеса 212. Расширенный газ выпускается из детандера 210 в виде газового потока 216.

[0026] Когда установка 200 работает при проектных условиях, давление p₁ и температура T₁ входного газового потока 214, а также давление р2 и температура Т₂ газового потока 216 имеют значения, близкие к заданным. Однако иногда установка турбодетандера-компрессора работает при нерасчетных условиях. При возникновении нерасчетных условий давление p₁ может быть отрегулировано с приближением к соответствующему заданному значению путем использования, например, первого комплекта подвижных впускных направляющих лопаток (ВНЛ1) 218. ВНЛ1 218 установлены на входе детандера 210.

[0027] Если входной газовый поток 214 является смесью газов, содержащей тяжелые углеводородные газы, то наибольшая часть тяжелых углеводородных газов сжижается при низких температурах, достигнутых при расширении. В одном практическом применении сжиженные тяжелые углеводородные газы могут быть удалены из детандера 210 сепаратором (Sep) 220 в виде отдельного потока жидкости.

[0028] В установке 200 турбодетандер-компрессор, показанной на фиг.2, компрессор 224 содержит рабочее колесо 226. Компрессор 224 принимает газовый поток 216 от детандера 210 и выпускает поток 228 сжатого газа. Однако между детандером 210 и компрессором 224 давление газового потока 216 может измениться благодаря другим обрабатывающим компонентам (например, сепараторам, охладителям, клапанам) и потерям давления, и газовый поток 216 при поступлении в компрессор 224 имеет давление p₃.

[0029] За счет механической работы, создаваемой при расширении пара, обеспечивается вращение рабочего колеса 212 детандера. Рабочее колесо 212 установлено на общем валу с рабочим колесом 226 компрессора. Благодаря такой конструкции рабочее колесо 226 также совершает вращение благодаря механической работе, создаваемой во время расширения газа в детандере 210. Вращение рабочего колеса 226 обеспечивает энергию, используемую для сжатия газа в компрессоре 224. Таким образом, в случае отсутствия дополнительного источника энергии, сжатие является побочным продуктом расширения в детандере 210.

[0030] С другой стороны, механическая работа, необходимая для вращения рабочего колеса 226 компрессора, также называемая нагрузкой, влияет на скорость и вращения вала 230 и, соответственно, опосредованно влияет на процесс расширения газа внутри детандера 210.

[0031] Эффективность детандера зависит от соотношения скорости и вращения вала и понижения энтальпии ΔН в детандере 210. Процесс расширения газа в детандере 210 приближенно можно отнести к изоэнтропическому процессу. Изоэнтропическое понижение энтальпии ΔН в детандере можно определить как функцию (i) давления p₁ и температуры T₁ поступающего в детандер 210 газового потока 214, (ii) давления p₂ газового потока 216, выходящего из детандера 210, и (iii) состава газа. Состав газа может быть постоянной величиной, вводиться вручную или поступать от анализатора состава газа.

[0032] В действительности расширение газа в детандере 210 не является идеальным изоэнтропическим процессом. Понижение энтальпии ΔН в детандере 210 может быть вычислено исходя из (i) давления p₁ и температуры T_i поступающего в детандер 210 газа 214, (ii) давления p₂ и температуры Т₂ газового потока 216, выходящего из детандера 210, и (iii) состава газа.

[0033] Характеристические параметры (т.е. р₁, T₁, p₂ и T₂) расширения газа в детандере 210 и скорость и вращения вала 230 не могут изменяться независимо. Следовательно, при нерасчетных условиях работы, для доведения до максимума эффективности детандера можно регулировать давление p₃ газового потока 216, поступающего в компрессор 224, например, с помощью второго комплекта подвижных впускных направляющих лопаток (ВНЛ2) 232, установленного на входе компрессора. При изменении давления p_з газового потока 216 в компрессоре 224 изменяется скорость u вращения вала 230 и, таким образом можно довести до максимума эффективность детандера 210.

[0034] Скорость и вращения вала 230 можно измерить у местоположения между детандером 210 и компрессором 224 рядом с валом 230, например, датчиком 234 скорости (Su). Давление p₁ и температуру T₁ поступающего в детандер 210 газового потока 214 можно измерить, например, соответственно, датчиком 235 (Sp1) и датчиком 236 (ST1).

[0035] Давление p₂ и температуру Т₂ выходящего из детандера 210 газового потока 216 можно измерить на выходе детандера 210, например датчиком 238 (Sp2). Давление p₃ газового потока 216 на входе компрессора 224 можно измерить, например, датчиком 239 (Sp3).

[0036] Контроллер принимает данные о давлении p₁ и температуре Т₁ поступающего в детандер 210 газового потока 214, давлении p₂ газового потока 216, поступающего в компрессор 224, и скорости и вращения вала 230, соответственно, от датчиков 234, 235, 236 и 237.

[0037] В одном варианте выполнения контроллер 240 может передавать команды C₁ к ВНЛ1 218 для регулирования давления p₁ поступающего газового потока 214 в пределах заданного диапазона.

[0038] На основании полученных в результате текущего контроля данных контроллер 240 определяет условие функционирования установки 200 в нерасчетных условиях. При определении контроллером 240 условия функционирования установки 200 в нерасчетных условиях, контроллер 240 передает команды С₂ ко второму комплекту ВНЛ2 232 для регулирования давления p₃ газа, поступающего в компрессор, для доведения до максимума соотношения R скорости и вращения вала 230 и понижения энтальпии ΔН в детандере 210.

[0039] Фиг.3 показывает примерный вариант выполнения установки 201 турбодетандера-компрессора, содержащей детандер 210 с рабочим колесом 212 и компрессор с рабочим колесом 226, установленные на общем валу 230. Давление p₁ поступающего в детандер 210 газового потока 214, регулируется комплектом подвижных впускных направляющих лопаток 218. Давление p₃ газа, поступающего в компрессор 224, регулируется комплектом подвижных впускных направляющих лопаток 231. Детандер 210, вал 230 и компрессор 224 заключены в корпус 250, который удерживает детандер 210, вал 230 и компрессор 224 в заданном относительном расположении.

[0040] В соответствии с примерным вариантом выполнения фиг.4 иллюстрирует способ 400 работы установки турбодетандер-компрессор, содержащей детандер с рабочим колесом, присоединенным валом к рабочему колесу компрессора, который сжимает газовый поток, выпускаемый детандером. Данный способ, который может осуществляться контроллером, аналогичным контроллеру 240, показанному на фиг.2, включает прием первых данных о давлении p₁ и температуре T₁ поступающего в детандер газа на этапе S410, прием вторых данных о давлении р₂ и температуре T₁ газа, выпускаемого детандером на этапе S420, и прием третьих данных о скорости и вращения вала, прикрепленного к рабочему колесу компрессора и рабочему колесу детандера на этапе S430.

[0041] Первые данные о давлении p₁ и температуре T₁ поступающего в детандер газа могут быть получены на основе измерения давления p₁ и температуры T₁ на этапе S405, например, датчиком, таким как Sp1 235 и ST1 236, показанным на фиг.2. Вторые данные о давлении р2 и температуре Т₂ выпускаемого детандером газа могут быть получены на основе измерения давления p₂ на этапе S415. Давление p₂ и температура Т₂ могут быть измерены на выходе детандера 210, например, датчиками Sp2 237 и ST2 238, показанными на фиг.2. Третьи данные о скорости и вращении вала могут быть получены на основе измерения скорости и вращения на этапе S425. Скорость и вращения могут быть измерены, например, датчиком, таким как Su 234, показанным на фиг.2, у местоположения рядом с валом 230 между детандером 210 и компрессором 224.

[0042] Проиллюстрированный на фиг.4 способ дополнительно включает определение нерасчетных условий функционирования установки турбодетандер-компрессор на этапе S440. Если определено, что указанная установка работает в расчетном режиме, то полученные по указанному способу данные p₁ и и T₁ (S410), p₂ (S420), и u (S430) возвращаются к началу цикла и обеспечивается продолжение определения нерасчетного условия функционирования установки турбодетандер-компрессор (S440).

[0043] Если определено, что указанная установка работает в нерасчетном режиме, то данный способ дополнительно включает вычисление и сравнение соотношения R скорости и вращения вала и понижения энтальпии ΔН в детандере с заданным значением V на этапе S450. Понижение энтальпии может быть вычислено в зависимости от p₁, T₁, p₂, T₂ и состава газа на этапе S445.

[0044] Данный способ дополнительно включает регулирование комплекта подвижных впускных направляющих лопаток компрессора, присоединенных к входу компрессора, для регулирования давления p₃ газа, поступающего в компрессор, чтобы приблизить соотношение R к заданному значению V на этапе S460.

[0045] Данный способ может дополнительно включать регулирование комплекта подвижных впускных направляющих лопаток компрессора, таких как BHЛ1, показанных на фиг.2, расположенных на входе детандера, для поддержания давления p₁ поступающего в детандер газа в заданном диапазоне.

[0046] Когда поступающий газ является смесью, содержащей тяжелые компоненты, данный способ может дополнительно включать отделение сжиженных в детандере тяжелых компонентов из выпускаемого из него газа и поступающего в компрессор, например, посредством сепаратора, такого как Sep 220, показанный на фиг.2.

[0047] Данный способ может обеспечивать вычисление понижения энтальпии в детандере в зависимости от (i) давления p₁ и температуры T₁ поступающего газа, (ii) давления р₂ выпускаемого детандером газа и (iii) состава газа исходя из того, что процесс расширения газа в детандере является изоэнтропическим процессом.

[0048] В соответствии с другим иллюстративным вариантом выполнения фиг.5 иллюстрирует способ 500 регулирования установки турбодетандер-компрессор, содержащей детандер с рабочим колесом, присоединенным валом к рабочему колесу компрессора, который обеспечивает сжатие газового потока, выпускаемого детандером.

[0049] Данный способ включает прием первых данных о давлении и температуре поступающего в детандер газа, на этапе S510, прием вторых данных о давлении газа, выпускаемого детандером, на этапе S520, и прием третьих данных о скорости вращения вала, прикрепленного к рабочему колесу компрессора и рабочему колесу детандера, на этапе S530.

[0050] Данный способ дополнительно включает определение нерасчетных условий функционирования установки турбодетандер-компрессор на основании полученных первых, вторых и третьих данных, на этапе S540.

[0051] Данный способ также включает сравнение соотношения скорости вращения вала и понижения энтальпии в детандере с заданным значением при определении нерасчетных условий функционирования установки турбодетандер-компрессор на этапе S550.

[0052] Данный способ дополнительно включает регулирование комплекта подвижных впускных направляющих лопаток компрессора, присоединенных к входу компрессора, через которые в компрессор поступает выпускаемый детандером газ, для регулирования давления поступающего в компрессор газа с целью доведения указанного соотношения до близкого к заданному значению, на этапе S560.

[0053] Фиг.6 иллюстрирует контроллер в соответствии с другим примерным вариантом выполнения. Контроллер 600 обеспечивает регулирование установки турбодетандер-компрессор, аналогичной установке 200, показанной на фиг.2. Контроллер может содержать интерфейс 610, блок 620 управления и запоминающее устройство 630.

[0054] Интерфейс 610 обеспечивает прием данных о давлении p₁ и температуре T₁ поступающего в детандер газа, давлении p₂ выпускаемого детандером газа, и скорости и вращения вала, например, от датчиков таких, как Sp1 235, ST1 236, Sp2 237 и Su 234, показанных на фиг.2. Интерфейс 610 также может принимать данные о температуре Т2 выпускаемого из детандера газа и давлении p₃ поступающего в компрессор газа от датчиков, таких как ST2 238 и Sp3 239, показанных на фиг.2. Интерфейс 610 также может обеспечивать выдачу команд C₁ к комплекту подвижных впускных направляющих лопаток детандера, таких как ВНЛ1, показанных на фиг.2.

[0055] Блок 620 управления присоединен к интерфейсу 610 и обеспечивает текущий контроль данных, принятых через интерфейс, для определения, например, нерасчетных условий функционирования установки. Например, контроллер может определять нерасчетные условия функционирования установки турбодетандер-компрессор путем сравнения значений или функций давления p₁ и температуры T₁, давления p₂ и скорости и вращения вала с заданными значениями, хранящимися в запоминающем устройстве 630. Состав газа, используемый для вычисления понижения энтальпии, также может храниться в запоминающем устройстве 630.

[0056] Если блок 620 управления определяет, что установка турбодетандер-компрессор функционирует при нерасчетных условиях, то блок 620 вырабатывает команды для передачи к комплекту подвижных впускных направляющих лопаток компрессора с целью регулирования давления p₃ поступающего в компрессор газа для поддержания соотношения R скорости и вращения вала и понижения энтальпии ΔН в детандере в заданном диапазоне.

[0057] Блок 620 управления может обеспечивать оценку понижения энтальпии ΔН, используя данные о давлении p₁, температуре давлении р₂ и составе газа. Блок 620 управления также может вырабатывать команды для передачи к комплекту впускных направляющих лопаток детандера с целью поддержания давления p₁ газа в пределах заданного диапазона. Затем интерфейс 610 может передавать эти команды к комплекту впускных направляющих лопаток детандера. Блок 620 управления может быть выполнен в виде аппаратного обеспечения, встроенной программы, программного обеспечения или их сочетания.

[0058] В предлагаемых примерах вариантов выполнения предложены устройство, способ и контроллер, которые доводят до максимума эффективность установки турбодетандер-компрессор при нерасчетных условиях работы путем использования комплекта подвижных впускных направляющих лопаток на входе компрессора. Следует понимать, что это описание не предназначено для ограничения данного изобретения. Напротив, подразумевается, что примерные варианты выполнения охватывают варианты, модификации и их эквиваленты, которые включены в сущность и объем правовой охраны данного изобретения, как определено в прилагаемой формуле изобретения. Кроме того, в подробном описании примерных вариантов выполнения для всестороннего понимания заявленного изобретения приведено описание многочисленных конкретных деталей. Однако специалисту следует понимать, что различные варианты выполнения могут быть реализованы на практике без использования подобных конкретных деталей.

[0059] Несмотря на то, что свойства и элементы представленных примеров вариантов выполнения описаны в конкретных сочетаниях, каждое свойство или элемент может использоваться в единственном числе без других свойств и элементов, или в различных сочетаниях с другими свойствами и элементами, рассмотренными в данном документе, или без них.

[0060] В изложенном описании предлагаются примеры, характеризующие данное изобретение и обеспечивающие возможность любому специалисту осуществить его на практике, включая выполнение и использование любых устройств или систем, а также выполнение любых относящихся к этому способов. Объем правовой охраны изобретения определен формулой изобретения, при этом он может включать другие примеры, которые встретятся специалистам. Подразумевается, что подобные другие примеры подпадают под объем правовой охраны формулы изобретения.

Изобретение относится к установке турбодетандер-компрессор, способу ее регулирования и контроллеру. Установка турбодетандер-компрессор содержит детандер, компрессор и контроллер. Детандер выполнен с возможностью расширения поступающего газа и содержит рабочее колесо и первый комплект подвижных впускных направляющих лопаток, прикрепленных к детандеру и выполненных с возможностью регулирования давления поступающего газа. Компрессор выполнен с возможностью сжатия газа, полученного от детандера. Компрессор содержит рабочее колесо, вал и второй комплект подвижных впускных направляющих лопаток, прикрепленных к компрессору и выполненных с возможностью регулирования давления поступающего в компрессор газа. Вал выполнен с обеспечением поддержания и вращения рабочих колес детандера и компрессора. Контроллер присоединен ко второму комплекту подвижных впускных направляющих лопаток и выполнен с возможностью приема данных о скорости вращения вала, давлении и температуре поступающего газа, а также давлении и температуре выпускаемого детандером газа, и с возможностью регулирования второго комплекта подвижных впускных направляющих лопаток для регулирования давления поступающего в компрессор газа для доведения до максимума соотношения скорости вращения вала и понижения энтальпии в детандере при нерасчетных условиях работы. Техническим результатом является повышение эффективности установки турбодетандер-компрессор при нерасчетных условиях работы. 3 н. и 7 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Установка турбодетандер-компрессор, содержащая
детандер, выполненный с возможностью расширения поступающего газа и содержащий рабочее колесо,
первый комплект подвижных впускных направляющих лопаток, прикрепленных к детандеру и выполненных с возможностью регулирования давления поступающего газа,
компрессор, выполненный с возможностью сжатия газа, полученного от детандера, и содержащий рабочее колесо,
вал, выполненный с обеспечением поддержания и вращения рабочего колеса детандера и рабочего колеса компрессора,
второй комплект подвижных впускных направляющих лопаток, прикрепленных к компрессору и выполненных с возможностью регулирования давления поступающего в компрессор газа, и
контроллер, присоединенный ко второму комплекту подвижных впускных направляющих лопаток и выполненный с возможностью приема данных о скорости вращения вала, давлении и температуре поступающего газа, а также давлении и температуре выпускаемого детандером газа, и с возможностью регулирования второго комплекта подвижных впускных направляющих лопаток для регулирования давления поступающего в компрессор газа для доведения до максимума соотношения скорости вращения вала и понижения энтальпии в детандере при нерасчетных условиях работы.

2. Установка по п.1, в которой эффективность детандера зависит от соотношения скорости вращения вала и понижения энтальпии в детандере.

3. Установка по п.1, дополнительно содержащая
первый датчик, выполненный с возможностью измерения скорости вращения вала,
второй датчик, выполненный с возможностью измерения давления поступающего газа,
третий датчик, выполненный с возможностью измерения температуры поступающего газа,
четвертый датчик, выполненный с возможностью измерения давления выпускаемого детандером газа, и
пятый датчик, выполненный с возможностью измерения температуры выпускаемого детандером газа,
причем понижение энтальпии оценивается с использованием данных, полученных от первого, второго, третьего, четвертого и пятого датчиков.

4. Установка по п.1, дополнительно содержащая датчик, расположенный на входе в компрессор, присоединенный к контроллеру и выполненный с возможностью измерения давления газа, поступающего в компрессор.

5. Установка по п.1, в которой контроллер выполнен с возможностью определения, когда указанная установка работает при нерасчетных условиях.

6. Установка турбодетандер-компрессор по п.1, в которой контроллер выполнен с возможностью регулирования первого комплекта подвижных впускных направляющих лопаток для поддержания давления поступающего газа в заданном диапазоне.

7. Установка по п.1, в которой контроллер выполнен с возможностью оценки понижения энтальпии в детандере с использованием функции давления поступающего газа, температуры поступающего газа, состава поступающего газа и давления газа, выпускаемого детандером.

8. Установка по п.1, дополнительно содержащая корпус, выполненный с возможностью удержания детандера, вала и компрессора в заданном местоположении.

9. Способ регулирования установки турбодетандер-компрессор, содержащей детандер с рабочим колесом, присоединенным валом к рабочему колесу компрессора, который сжимает газовый поток, выпускаемый детандером, причем данный способ включает
прием первых данных о давлении и температуре газа, поступающего в детандер,
прием вторых данных о давлении газа, выпускаемого детандером,
прием третьих данных о скорости вращения вала, прикрепленного к рабочему колесу компрессора и рабочему колесу детандера,
определение, работает ли указанная установка при нерасчетных условиях, на основании полученных первых, вторых и третьих данных,
сравнение соотношения скорости вращения вала и понижения энтальпии в детандере с заданным значением при определении, что установка турбодетандер-компрессор работает при нерасчетных условиях, и
регулирование комплекта подвижных впускных направляющих лопаток компрессора, которые присоединены к входу компрессора и через которые газ, выпускаемый детандером, поступает в компрессор, для регулирования давления поступающего в компрессор газа с обеспечением доведения указанного соотношения до значения, близкого к заданному.

10. Контроллер, выполненный с возможностью регулирования установки турбодетандер-компрессор, содержащей детандер с рабочим колесом и компрессор с рабочим колесом, причем рабочее колесо детандера и рабочее колесо компрессора приводятся во вращение одним и тем же валом, при этом компрессор сжимает газ, выпускаемый детандером, и содержащий
интерфейс, выполненный с возможностью приема данных о давлении и температуре поступающего в детандер газа, давлении и температуре выпускаемого детандером газа и скорости вращения вала, и выдачи команд к комплекту впускных лопаток компрессора, выполненных с возможностью регулирования давления поступающего в компрессор газа, и
блок управления, присоединенный к интерфейсу и выполненный с возможностью приема первых, вторых и третьих данных от интерфейса, определения, работает ли указанная установка при нерасчетных условиях, и выдачи команд для комплекта подвижных впускных лопаток компрессора для поддержания соотношения скорости вращения вала и понижения энтальпии в детандере в заданном диапазоне при нерасчетных условиях работы.