ЖИДКОСТНО-КОЛЬЦЕВОЙ КОМПРЕССОР (ВАРИАНТЫ) И ПОДВОДНАЯ КОМПРЕССОРНАЯ УСТАНОВКА Российский патент 2016 года по МПК F04C19/00 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

[0001] Изобретение относится к жидкостно-кольцевым компрессорам и, более конкретно, к жидкостно-кольцевым компрессорам, которые могут использоваться для сжатия влажных газов в подводных условиях.

ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0002] В условиях подводной добычи нефть и/или газ могут обрабатываться с использованием оборудования, расположенного на дне моря, а не на стационарной или плавучей платформе. Обработка в подводных условиях может быть особенно полезной в экстремальных окружающих условиях, в которых оборудование на поверхности может подвергаться воздействию жестких окружающих условий. Кроме того, обработка в подводных условиях может повысить производительность, а также уменьшить расходы на надводное оборудование во время разработки месторождения. Для транспортировки продукции скважины со дна моря к плавучим платформам или производственным установкам наземного типа для дальнейшей обработки часто используются подводные насосные и/или подпорные станции. Подводные станции могут содержать один или более компрессоров, которые работают совместно с насосами для обеспечения движущей силы для транспортировки продукции скважины к поверхности.

[0003] Задача, которая решается настоящим изобретением, заключается в создании подводных компрессорных установок, в которых используются жидкостно-кольцевые компрессоры для сжатия влажных газов, которые содержат значительную объемную долю жидкости (ОДЖ). В соответствии с некоторыми вариантами выполнения ОДЖ влажных газов составляет 0-5%, а также все поддиапазоны между ними. Более конкретно, ОДЖ влажных газов может составлять по меньшей мере 0,1%. Кроме того, в соответствии с некоторыми вариантами выполнения ОДЖ влажных газов может быть немного более 0,1%. Жидкость во влажных газах используется предлагаемыми жидкостно-кольцевыми компрессорами для образования жидкостного кольца, которое обеспечивает объемное вытеснение влажных газов в жидкостно-кольцевых компрессорах. По меньшей мере часть жидкости, которая отделяется от влажных газов для образования жидкостного кольца, может быть удалена через отверстия в кожухе жидкостно-кольцевого компрессора. Соответственно, жидкостно-кольцевые компрессоры могут использоваться для отделения жидкости из влажных газов в дополнение к сжатию влажных газов. В некоторых вариантах выполнения жидкостно-кольцевые компрессоры могут использоваться перед обычными компрессорами, такими как центробежные, радиальные или винтовые компрессоры, для снижения объема жидкости, которая поступает в обычные компрессоры. В соответствии с некоторыми вариантами выполнения жидкостно-кольцевые компрессоры могут использоваться перед обычными компрессорами вместо парожидкостных сепараторов, которые обладают повышенной эксплуатационной сложностью и стоимостью по сравнению с жидкостно-кольцевыми компрессорами. Кроме того, жидкостно-кольцевые компрессоры могут быть выполнены с возможностью кондиционирования потока влажных газов, поступающих в обычные компрессоры, за счет уменьшения флуктуации в объеме жидкости, поступающей в обычные компрессоры.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

В целом, жидкостно-кольцевые компрессоры известны в уровне техники. Так, например, в международной патентной заявке №96/22467 подробно раскрыты условия возникновения и поддержания жидкостного кольца в камере компрессора, но не предусмотрены средства для выпуска части (избытка) жидкости из жидкостного кольца, что необходимо при режиме работы с повышенной ОЖД. В патенте США №4946349 раскрыта жидкостно-кольцевая насосная система, содержащая жидкостно-кольцевой насос, сжимающий влажный газ, обеспечивая повышение давления, и центробежный насос, отделяющий жидкость от газа и выполняющий роль сепаратора. Отделенную жидкость подают обратно на вход системы, которая работает в режиме низкой или умеренной ОДЖ, обеспечивая постоянную подпитку жидкостью жидкостного кольца. Однако такая система не может работать при повышенной ОДЖ.

Таким образом, проблема со сжатием влажных газов, которые содержат значительную объемную долю жидкости (ОДЖ), не была решена в уровне техники. Технический результат, достигаемый заявленными жидкостно-кольцевыми компрессорами и заявленной компрессорной установкой, в которой используются указанные жидкостно-кольцевые компрессоры, заключается в обеспечении возможности сжатия влажных газов, которые содержат значительную объемную долю жидкости (ОДЖ).

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0004] В первом варианте жидкостно-кольцевой компрессор содержит вал, внутренний кожух основного корпуса, расположенный вокруг вала с образованием камеры, расположенной между валом и внутренним кожухом основного корпуса, впускную часть, выполненную с возможностью удаления части жидкости из влажного газа и направления влажного газа в камеру, и крыльчатку, расположенную с возможностью вращения в камере и выполненную с возможностью направления оставшейся части жидкости во влажном газе к внутреннему кожуху основного корпуса для образования жидкостного кольца в камере для сжатия влажного газа.

[0005] Во втором варианте выполнения жидкостно-кольцевой компрессор содержит вал, внутренний кожух, расположенный вокруг вала с образованием камеры, расположенной между валом и внутренним кожухом, крыльчатку, расположенную с возможностью вращения в камере и выполненную с возможностью направления жидкости к внутреннему кожуху для образования жидкостного кольца в камере для сжатия влажного газа, отверстия, предназначенные для удаления части жидкости из жидкостного кольца, выпускающую газ часть, присоединенную к камере для направления сжатого влажного газа из жидкостно-кольцевого компрессора, и выпускающую жидкость часть, присоединенную к отверстию и предназначенную для направления удаляемой части жидкости из жидкостно-кольцевого компрессора.

[0006] В третьем варианте выполнения подводная компрессорная установка содержит жидкостно-кольцевой компрессор, предназначенный для удаления жидкости из влажного газа, и обычный компрессор, расположенный ниже по потоку от жидкостно-кольцевого компрессора и предназначенный для сжатия влажного газа, полученного из жидкостно-кольцевого компрессора.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[0007] Эти и другие свойства, аспекты и преимущества данного изобретения будут более понятны при прочтении последующего подробного описания со ссылкой на сопроводительные чертежи, на которых одинаковые ссылочные позиции обозначают одинаковые детали, на которых

[0008] фиг. 1 изображает вариант выполнения подводной компрессорной установки, в которой может использоваться жидкостно-кольцевой компрессор;

[0009] фиг. 2 представляет собой вид в аксонометрии жидкостно-кольцевого компрессора, который может использоваться в подводной компрессорной установке, показанной на фиг. 1;

[0010] фиг. 3 представляет собой поперечный разрез жидкостно-кольцевого компрессора, показанного на фиг. 2;

[0011] фиг. 4 представляет собой поперечный разрез другого варианта выполнения жидкостно-кольцевого компрессора, который может использоваться в подводной компрессорной установке, показанной на фиг. 1;

[0012] фиг. 5 представляет собой вид в аксонометрии варианта выполнения жидкостно-кольцевого компрессора, который содержит удаляющие жидкость отверстия во внутреннем кожухе;

[0013] фиг. 6 представляет собой вид в аксонометрии другого варианта выполнения жидкостно-кольцевого компрессора, который содержит удаляющие жидкость отверстия во внутреннем кожухе;

[0014] фиг. 7 представляет собой разрез варианта выполнения жидкостно-кольцевого компрессора, который содержит удаляющие жидкость отверстия в торцевой пластине;

[0015] фиг. 8 представляет собой разрез другого варианта выполнения жидкостно-кольцевого компрессора, который содержит удаляющие жидкость отверстия в торцевой пластине.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0016] Ниже приведено описание одного или более конкретных вариантов выполнения. Стремление создать всестороннее, но сжатое описание этих вариантов выполнения обусловливает то обстоятельство, что не все свойства фактической реализации изобретения могут быть приведены в данном описании. Следует понимать, что при разработке любой подобной фактической реализации, как и при любом инженерном или опытно-конструкторском проектировании, нужно принять множество решений, связанных с реализацией, чтобы достичь конкретных целей разработчика, например следует учитывать системные ограничения и ограничения, связанные с деловой деятельностью, которые могут меняться от одной реализации к другой. Кроме того, следует понимать, что направленные на разработку усилия могут быть сложными и трудоемкими, тем не менее, они являются обычной деятельностью при проектировании, изготовлении и производстве для специалистов в данной области техники, извлекающих пользу из данного описания изобретения.

[0017] При представлении элементов различных вариантов выполнения данного изобретения подразумевается, что упоминание элементов в единственном числе и термин «указанный» обозначают наличие одного или более данных элементов. Подразумевается, что термины «содержащий», «включающий» и «имеющий» носят охватывающий характер, т.е. в данном случае возможно использование дополнительных элементов помимо перечисленных.

[0018] Фиг. 1 изображает вариант выполнения подводной компрессорной установки 10, обеспечивающей давление для переноса текучей среды, например природного газа, из участка 12 добычи, расположенного на дне 14 моря или океана, к производственному оборудованию 16, расположенному на поверхности 18. В соответствии с некоторыми вариантами выполнения участок 12 добычи может содержать одну или более скважин, расположенных на дне 14 моря или океана. Производственное оборудование 16 может удерживаться на плаву на поверхности 18 моря или океана или может быть расположено на суше. Компрессорная установка 10 может быть расположена у подпорной станции 20, которая направляет текучую среду от участка 12 к оборудованию 16. Подпорная станция 20 может быть присоединена к одной скважине или может составлять часть коллектора, который собирает текучую среду из множества скважин.

[0019] Компрессорная установка 10 содержит жидкостно-кольцевой компрессор 22, расположенный выше по потоку от обычного компрессора 24. В соответствии с некоторыми вариантами выполнения обычный компрессор 24 может содержать, помимо прочего, центробежный, радиальный, винтовой или шнековый компрессор. В некоторых вариантах выполнения обычный компрессор 24 может быть выполнен в виде ступеней обычных компрессоров. Кроме того, в некоторых вариантах выполнения жидкостно-кольцевой компрессор 22 может состоять из ступеней из жидкостно-кольцевых компрессоров. Помимо этого, в других вариантах выполнения обычный компрессор 24 может не использоваться. В этих вариантах выполнения компрессорная установка 10 может содержать один или более жидкостно-кольцевых компрессоров 22 без обычных компрессоров 24.

[0020] Компрессорная установка 10 принимает производственную текучую среду через трубопровод 26, который соединяет участок 12 с жидкостно-кольцевым компрессором 22. Производственная текучая среда, поступающая в жидкостно-кольцевой компрессор 22, представляет собой газ с относительно высоким содержанием ОДЖ, которая в некоторых вариантах выполнения может составлять около 0,1-5%, а также во всех поддиапазонах между ними. В соответствии с некоторыми вариантами выполнения может быть желательным, чтобы ОДЖ влажного газа, поступающего в обеспечивающий сжатие участок жидкостно-кольцевого компрессора 22, составляла немного выше 0,1%. Например, в некоторых вариантах выполнения может быть желательным, чтобы ОДЖ влажного газа, поступающего в камеру сжатия, составляла 0,1-0,2% или, более конкретно, 0,10-0,15%. Однако в других вариантах выполнения заданная ОДЖ влажного газа, поступающего в камеру сжатия, может изменяться в зависимости от факторов, таких как конструкция жидкостно-кольцевого компрессора, исходная ОДЖ влажного газа и рабочие давления. В соответствии с некоторыми вариантами выполнения, если ОДЖ влажного газа превышает значение, которое больше 0,1%, то часть жидкости может быть удалена из влажного газа до его поступления в камеру сжатия, как будет изложено в дальнейшем в отношении фиг. 2. Например, в некоторых вариантах выполнения часть жидкости может быть удалена во впускной секции жидкостно-кольцевого компрессора 22 и/или выше по потоку от него.

[0021] Внутри жидкостно-кольцевого компрессора 22 по меньшей мере часть жидкости во влажном газе отделяется из влажного газа для формирования жидкостного кольца, которое обеспечивает объемное вытеснение газа в производственной текучей среде для сжатия газа. В соответствии с некоторыми вариантами выполнения данный газ может быть сжат в жидкостно-кольцевом компрессоре 22. Однако в других вариантах выполнения в жидкостно-кольцевом компрессоре 22 может обеспечиваться минимальное сжатие или может не обеспечиваться сжатия. В этих вариантах выполнения жидкостно-кольцевой компрессор 22 может использоваться для первичного отделения жидкости от влажного газа. Производственная текучая среда, выходящая из жидкостно-кольцевого компрессора 22, может иметь более низкую ОДЖ, чем влажный газ, поступающий в жидкостно-кольцевой компрессор 22. В соответствии с некоторыми вариантами выполнения ОДЖ влажного газа может быть уменьшена приблизительно на 20-100%, а также во всех поддиапазонах между ними.

[0022] К жидкостно-кольцевому компрессору 22 для удаления из него жидкости присоединен трубопровод 28. Например, по меньшей мере часть жидкости из жидкостного кольца может быть направлена через трубопровод 28 к производственному оборудованию 16. В некоторых вариантах выполнения объем жидкости, удаляемой через трубопровод 28, может зависеть от ОДЖ влажного газа, поступающего в компрессор 22. Например, при относительно высокой ОДЖ может быть удалено большее количество жидкости, чем при относительно низкой ОДЖ. Кроме того, при невысокой ОДЖ, например, составляющей около 0,5-1% или менее того, жидкость через трубопровод 28 может не удаляться. В других вариантах выполнения трубопровод 28 может быть присоединен не к производственному оборудованию 16, а к вспомогательному насосу, который впрыскивает удаляемую жидкость в выпускной коллектор подпорной станции 20, где данная жидкость может быть объединена с производственной текучей средой, выходящей из подпорной станции.

[0023] Производственная текучая среда из жидкостно-кольцевого компрессора удаляется через трубопровод 30, направляющий текучую среду, которая является в большинстве случаев газом, из компрессора 22 к обычному компрессору 24, в котором указанная текучая среда подвергается сжатию для обеспечения давления с целью направления текучей среды от подпорной станции 20 к производственному оборудованию 16. В соответствии с некоторыми вариантами выполнения подпорная станция 20 может быть выполнена с обеспечением компенсации потери давления, которая происходит в трубопроводах 26, 28 и 32. Сжатая производственная текучая среда выходит из обычного компрессора 24 через трубопровод 32, который направляет ее к производственному оборудованию 16.

[0024] Как показано на фиг. 1, обычный компрессор 24 и жидкостно-кольцевой компрессор 22 выполнены с вертикальным расположением и приводятся в действие общим валом 34, присоединенным к двигателю 36, например к частотно регулируемому электроприводу. В соответствии с некоторыми вариантами выполнения обычный компрессор 24 и жидкостно-кольцевой компрессор 22 могут находиться в одном объединенном корпусе. Однако в других вариантах выполнения обычный компрессор 24 и жидкостно-кольцевой компрессор 22 могут находиться в раздельных корпусах. Кроме того, в некоторых вариантах выполнения обычный компрессор 24 и жидкостно-кольцевой компрессор 22 могут приводиться в действие раздельными валами, соединенными редуктором. В других вариантах выполнения обычный компрессор 24 и жидкостно-кольцевой компрессор 22 могут приводиться в действие отдельным валом и двигателем.

[0025] В некоторых вариантах выполнения в компрессорной установке 10 может быть выполнен обводной трубопровод 38, обеспечивающий направление производственной текучей среды от участка 12 непосредственно к обычному компрессору 24 с обходом жидкостно-кольцевого компрессора 22. Обводной трубопровод 38 может использоваться при малом объеме жидкости в производственной текучей среде. Однако в других вариантах выполнения обводной трубопровод 38 может быть изъят. Кроме того, в некоторых вариантах выполнения в подпорной станции 20 может быть выполнено другое оборудование, например, среди прочего, насосы и регуляторы. Данное оборудование может быть присоединено к электроснабжению и системе коммуникаций разъемными соединениями. Например, в некоторых вариантах выполнения подпорная станция 20 может принимать электропитание от разъемного соединителя, присоединенного к источнику питания, расположенному на берегу или платформе.

[0026] Фиг. 2 изображает вариант выполнения жидкостно-кольцевого компрессора 22, который содержит основной корпус 40 и впускную секцию 42, которая направляет влажный газ в основной корпус 40. Впускная секция 42 содержит внутренний кожух 44, расположенный в наружном кожухе 46 с образованием камеры 48 между кожухами 44 и 46. Производственная текучая среда из трубопровода 26 (фиг. 1) может поступать во впускную секцию 42, как по существу показано стрелкой 50. В частности, производственная текучая среда может быть направлена во внутреннюю часть 52 внутреннего кожуха 44. По мере прохождения текучей среды через внутреннюю часть 52, часть жидкости, содержащейся в производственной текучей среде, может проходить через отверстия 54 внутреннего кожуха 44 из внутренней части 52 в камеру 48 для сбора жидкости. В соответствии с некоторыми вариантами выполнения впускная секция 42 может быть расположена с наклоном, что облегчает отделение жидкости от производственной текучей среды. В некоторых вариантах выполнения впускная секция 42 может быть тороидальной спиральной впускной секцией или наклонной водоотделяющей колонной. Жидкость, собираемая в камере 48, может быть удалена из компрессора 22, как, в общем, показано стрелкой 56. В соответствии с некоторыми вариантами выполнения, удаляемая жидкость может быть направлена к трубопроводу 28, обходящему основной корпус 40 жидкостно-кольцевого компрессора 22. Однако в других вариантах выполнения удаляемая жидкость может быть направлена к отдельному удаляющему жидкость трубопроводу. Кроме того, в некоторых вариантах выполнения удаляемая жидкость может быть направлена в камеру 70 компрессора 22, из которой жидкость может быть удалена, как, в общем, показано, стрелкой 88 и как будет рассмотрено в дальнейшем. Производственная текучая среда из внутренней части 52 поступает в основной корпус 40, как, в общем, показано стрелкой 58.

[0027] Основной корпус 40 содержит наружный кожух 60, расположенный вокруг внутреннего кожуха 62, который расположен вокруг вала 64. Внутренний кожух 62 присоединен к валу 34 двигателя, показанному на фиг. 1, так, чтобы вращаться относительно наружного кожуха 60 и вала 64. Между валом 64 и внутренним кожухом 62 расположена крыльчатка 66, присоединенная к внутреннему кожуху 62 и вращающаяся вместе с ним, как, в общем, показано, стрелкой 67. В торцах основного корпуса 40 расположены пластины 68 и 69 с образованием камеры 70 между наружным кожухом 60 и внутренним кожухом 62. Пластина 68 проходит от наружного кожуха 60 к внутреннему кожуху 62, а пластина 69 проходит от наружного кожуха 60 к валу 64. Пластина 71 также проходит от внутреннего кожуха 62 к валу 64 для изоляции камеры 72, содержащей крыльчатку 66, от камеры 48, расположенной внутри впускной секции 42. С иллюстративной целью часть пластины 71 вырезана, чтобы показать крыльчатку 66, расположенную внутри камеры 72. В других вариантах выполнения вместо двух отдельных пластин 68 и 71 от наружного кожуха 60 к валу 64 может проходить одна сплошная пластина. Наружный кожух 46 впускной секции 42 может быть присоединен к пластине 68 и/или пластине 71 для изоляции основного корпуса 40 жидкостно-кольцевого компрессора от жидкости, содержащейся в камере 48 впускной секции 42.

[0028] Внутренний кожух 44 впускной секции 42 может быть присоединен к валу 64 корпуса 40 для направления производственной текучей среды из внутренней части 52 секции 42 к впускной камере 74, расположенной внутри вала 64. Как показано на фиг. 2, вал 64 является полым и содержит впускную камеру 74 и выпускную камеру 76, которые разделены перегородкой 78. Производственная текучая среда проходит через впускную камеру 74 вала 64 и может проходить через отверстия, выполненные в вале 64, с поступлением в камеру 72, как, в общем, показано стрелкой 80. Внутри камеры 72 производственная текучая среда, которая в большинстве случаев является газом, может быть распределена между лопатками крыльчатки 66. Однако указанная производственная текучая среда также содержит небольшое количество жидкости, которая также поступает в камеру 72. В некоторых вариантах выполнения производственная текучая среда может иметь ОДЖ около 1,0-1,1%. Однако в других вариантах выполнения ОДЖ производственной текучей среды, поступающей в камеру 72, может быть меньше или больше в зависимости от таких факторов, как конструкция жидкостно-кольцевого компрессора, исходная ОДЖ влажного газа, рабочие давления и другие.

[0029] По мере прохождения жидкости в камеру 72, вращение крыльчатки 66 может прикладывать центробежную силу на жидкость, направляя тем самым ее к внутреннему кожуху 62 для образования жидкостного кольца 96, как показано на фиг. 3. Кроме того, вращение крыльчатки 66 обеспечивает сжатие газа жидкостным кольцом, сформированным в камере 72. Сжатая текучая среда проходит из камеры 72 через отверстия в вале 64 в выпускную камеру 76, как, в общем, показано стрелкой 82. Затем сжатая текучая среда выходит из жидкостно-кольцевого компрессора 22 через выпускную камеру 76 вала 64, как, в общем, показано стрелкой 84. Из компрессора 22 сжатая текучая среда может проходить через трубопровод 30 к обычному компрессору 24, как показано на фиг. 1.

[0030] В соответствии с некоторыми вариантами выполнения по мере сжатия производственной текучей среды в камере 72 жидкость в текучей среде может испаряться, дополнительно снижая ОДЖ текучей среды. Кроме того, некоторое количество жидкости может стать частью жидкостного кольца, сформированного в камере 72. Во внутреннем кожухе 62 выполнены отверстия 86, такие как прорези, обеспечивающие удаление избытка жидкости из камеры 72. Например, избыток жидкости из жидкостного кольца может проходить через отверстия 86 для сбора в камере 70 между внутренним кожухом 62 и наружным кожухом 60. Из камеры 70 собранная жидкость может проходить через выпускное отверстие, расположенное в пластине 69, как показано на фиг. 3, для выхода из компрессора 22, как, в общем, показано стрелкой 88. В других вариантах выполнения выпускное отверстие может быть расположено в наружном кожухе 60. Кроме того, в других вариантах выполнения выпускное отверстие может быть расположено в пластине 68 или пластине 71. В некоторых вариантах выполнения данная жидкость может быть направлена через пластину 68 или 71 к камере 48, предназначенной для сбора жидкости, впускной секции 42. Из компрессора 22 данная жидкость может быть направлена через трубопровод 28, как показано на фиг. 1.

[0031] Как показано, отверстия 86 изображены в виде прорезей, разнесенных по внутреннему кожуху 62. Однако в других вариантах выполнения размер, форма и/или разнесение отверстий 86 может изменяться. Например, в некоторых вариантах выполнения отверстия 86 могут быть, среди прочего, круговыми, прямоугольными или треугольными. Отверстия 86 могут быть выполнены в виде случайной или узорчатой схемы расположения. Кроме того, в некоторых вариантах выполнения, отверстия 86 могут иметь площадь поперечного сечения, которая рассчитана с обеспечением постоянного объемного или массового расхода жидкости из камеры 72 при постоянных режимах работы. Кроме того, выбор расположения отверстий 86 на внутреннем кожухе 62 может обеспечивать извлечение требуемого объема жидкости при постоянных режимах работы. Помимо этого, в некоторых вариантах выполнения отверстия 86 могут быть стратегически расположены для стабилизации и/или изменения формы жидкостного кольца при конкретных рабочих режимах, например при возможно максимальном коэффициенте давления. Кроме того, рабочие параметры компрессора 22, такие как противодавление и/или количество оборотов в минуту крыльчатки 66, могут быть изменены для изменения объема извлекаемой жидкости.

[0032] Фиг. 3 представляет собой покомпонентный вид варианта выполнения жидкостно-кольцевого компрессора, показанного на фиг. 2. В этом варианте выполнения внутренний кожух 62 вращается вместе с крыльчаткой 66, при этом производственная текучая среда поступает в основной корпус 40 через камеру 74 внутри вала 64. Однако в других вариантах выполнения вал 64 может вращаться вместе с крыльчаткой, при этом производственная текучая среда может поступать в основной корпус 40 через отверстия в пластине, например в пластине 104, как будет изложено в дальнейшем в отношении фиг. 4.

[0033] Как показано на фиг. 3, передняя пластина 71 имеет отверстие 90, которое по существу выровнено с валом 64 для обеспечения поступления производственной текучей среды в вал 64 из камеры 48 впускной секции 42. Задняя пластина 69 содержит отверстие 92, которое, в общем, выровнено с валом 64 для обеспечения поступления сжатой производственной текучей среды в жидкостно-кольцевой компрессор 22 из выпускной камеры 76 вала 64. Задняя пластина 69 также содержит отверстие 94, которое допускает выход из компрессора 22 жидкости, собранной в камере 70.

[0034] На фиг. 3 изображен разрез корпуса 40 через кожух 60, чтобы показать перегородку 78, разделяющую внутреннюю часть вала 64 на впускную камеру 74 и выпускную камеру 76. Производственная текучая среда поступает в вал через впускную камеру 74 и проходит через отверстия 98 в вале 74 в камеру 72, выполненную между валом 64 и внутренним кожухом 62. В камере 72 производственная текучая среда распределяется между лопатками крыльчатки 66. Вал 64 и крыльчатка 66 смещены от центра внутреннего кожуха 64, при этом жидкостное кольцо 96 вместе с крыльчаткой 66 образует компрессионное уплотнение. Соответственно, по мере вращения крыльчатки 66 и внутреннего кожуха 62 промежутки между лопатками крыльчатки уменьшаются в размере, сжимая производственную текучую среду, расположенную между лопатками крыльчатки. Затем сжатая производственная текучая среда проходит через отверстия 100 вала 64 в выпускную камеру 76, расположенную внутри вала 64. Затем сжатая производственная текучая среда может покидать камеру 76 через отверстие 92 в задней пластине 69.

[0035] Фиг. 4 изображает другой вариант выполнения жидкостно-кольцевого компрессора 22, который содержит сплошной вал 102, который вращается с крыльчаткой 66, как, в общем, показано стрелкой 103. Соответственно, в этом варианте выполнения крыльчатка 66 присоединена к валу 102, а не к внутреннему кожуху 62, который остается неподвижным. Передняя пластина 104 расположена поверх впускного конца основного корпуса 40 и содержит отверстие 106 для направления производственной текучей среды из внутренней части 52 впускной секции 42 к камере 72 крыльчатки. В некоторых вариантах выполнения в дополнение к пластине 104 может использоваться диффузор для направления производственной текучей среды из впускной секции 42 к камере 72. Передняя пластина 104 также имеет отверстие 108, направляющее жидкость из камеры 48 впускной секции 42 в камеру 70. Однако в других вариантах выполнения отверстие 108 может быть изъято, при этом жидкость из камеры 48 может не поступать в основной корпус 40 компрессора 22.

[0036] Как было изложено выше в отношении фиг. 3, по мере вращения крыльчатки 66 в камере 72 жидкость образует жидкостное кольцо 96, которое может использоваться совместно с крыльчаткой 66 для сжатия производственной текучей среды. Избыток жидкости из жидкостного кольца 96 может проходить через отверстия 86 во внутреннем кожухе 62 к наружной камере 70. Как показано на фиг. 4, отверстия 86 сосредоточены в сегменте внутреннего кожуха 62, однако в других вариантах выполнения отверстия 86 могут быть разнесены по периметру внутреннего кожуха 62.

[0037] Задняя пластина 110, расположенная на противоположном от передней пластины 104 торце основного корпуса 40, обеспечивает выход жидкости и сжатой производственной текучей среды из компрессора 22. Задняя пластина 110 содержит отверстие 112, направляющее сжатую производственную текучую среду из компрессора 22 к трубопроводу 30 (фиг. 1), а также отверстие 94, направляющее жидкость из компрессора 22 к трубопроводу 28. Задняя пластина 110 также содержит отверстие 114, которое обеспечивает прохождение через него сплошного вала 102 для возможности его присоединения к валу 34, показанному на фиг. 1.

[0038] Следует понимать, что передняя и задняя пластины 104 и 110 приведены только в качестве примера без ограничения этим. В других вариантах выполнения для направления производственной текучей среды и жидкости к компрессору 22 и/или от него могут использоваться пластины, дефлекторы, диффузоры или другие направляющие текучую среду устройства. Кроме того, местоположения, формы и/или размеры отверстий 106, 108, 112 и 94 могут изменяться. Помимо этого, в других вариантах выполнения отверстие 112 для сжатой производственной текучей среды и/или отверстие 94 для жидкости могут быть расположены на основном корпусе 40 жидкостно-кольцевого компрессора 22, а не на задней пластине 110. Дополнительно, в некоторых вариантах выполнения отверстие 112 для сжатой производственной текучей среды и/или отверстие 94 для жидкости могут быть расположены на передней пластине 104.

[0039] Форма, размеры и/или местоположение отверстий 86, выполненных на внутреннем кожухе 62, также могут изменяться. Например, фиг. 5 и 6 изображают в качестве варианта отверстия 116 и 118, которые могут быть выполнены на внутреннем кожухе 62 для направления жидкости из жидкостного кольца к камере 70. Как показано на фиг. 5, для удаления жидкости из жидкостного кольца выполнены отверстия 116 в виде прорезей, которые проходят по длине внутреннего кожуха 62. Как показано на фиг. 6, отверстия 118 выполнены в виде круговых отверстий, разнесенных вдоль внутреннего кожуха 62. Отверстия 116 и 118 могут использоваться в жидкостно-кольцевом компрессоре с вращающимся внутренним кожухом, как показано на фиг. 2 и 3, или в жидкостно-кольцевом компрессоре с вращающимся валом, как показано на фиг. 4. Кроме того, в других вариантах выполнения данные отверстия могут быть, среди прочего, продолговатыми, квадратными или треугольными, при этом они могут быть расположены в других местах на внутреннем кожухе 62.

[0040] Отверстия для удаления жидкости из жидкостного кольца также могут быть расположены на передней и/или задней пластине, включая отверстия на внутреннем кожухе 62, вместо них или в дополнение к ним. Например, фиг. 7 и фиг. 8 изображают задние пластины 120 и 124, которые содержат, соответственно, отверстия 122 и 126, которые могут использоваться для удаления жидкости из жидкостного кольца. Как показано на фиг. 7, задняя пластина 120 содержит отверстия 122 в виде прорезей, разнесенные вокруг внутреннего отверстия 92 для обеспечения выхода жидкости из наружной камеры 70 через заднюю пластину 120. Как показано на фиг. 8, задняя пластина 124 содержит круговые отверстия 126, которые сосредоточены в одной части задней пластины 124 для обеспечения выхода жидкости из компрессора 22 непосредственно из камеры 72 крыльчатки.

[0041] Отверстия 122 и 126 могут использоваться в жидкостно-кольцевых компрессорах с вращающимися внутренними кожухами 62 или в жидкостно-кольцевых компрессорах с вращающимися валами 102. Кроме того, форма, размеры и/или местоположение отверстий 122 и 126 могут изменяться. Например, в других вариантах выполнения отверстия 122 и 126 могут быть выполнены на передних пластинах. В соответствии с некоторыми вариантами выполнения выбор местоположения отверстий 122 и 126 выполняется с обеспечением извлечения жидкости при достижении жидкостным кольцом заданного размера. Кроме того, в некоторых вариантах выполнения выбор местоположений может обеспечивать извлечение жидкости при нормальных рабочих режимах жидкостно-кольцевого компрессора без извлечения газа из производственной текучей среды. Помимо этого, в других вариантах выполнения отверстия могут иметь другую форму, например, среди прочего, круговую, прямоугольную и треугольную.

[0042] В изложенном описании используются примеры, характеризующие данное изобретение, содержащие предпочтительные варианты выполнения, а также создающие возможность любому специалисту в данной области техники осуществить на практике данное изобретение, включая выполнение и использование любых устройств или систем, а также выполнение любых включенных способов. Объем правовой охраны данного изобретения определен формулой изобретения, при этом он может включать другие примеры, которые встретятся специалистам в данной области техники. Подразумевается, что подобные другие примеры подпадают под объем правовой охраны формулы изобретения, если они содержат конструктивные элементы, которые не отличаются от элементов, описанных в формуле изобретения, или если они содержат равноценные конструктивные элементы с несущественными отличиями от элементов, описанных в формуле изобретения.

Группа изобретений относится к жидкостно-кольцевым компрессорам, которые могут использоваться для удаления жидкости из влажного газа и/или для сжатия влажного газа. В одном варианте жидкостно-кольцевой компрессор содержит вал, внутренний кожух основного корпуса, расположенный вокруг вала с образованием камеры, расположенной между валом и внутренним кожухом основного корпуса, и впускную часть, выполненную с возможностью удаления части жидкости из влажного газа и направления влажного газа в указанную камеру. Жидкостно-кольцевой компрессор также содержит крыльчатку, расположенную с возможностью вращения в камере и выполненную с обеспечением направления оставшейся части жидкости во влажном газе к внутреннему кожуху основного корпуса для образования жидкостного кольца в указанной камере для сжатия влажного газа. Группа изобретений направлена на обеспечение возможности сжатия влажных газов, которые содержат значительную объемную долю жидкости. 3 н. и 16 з.п. ф-лы, 8 ил.

1. Жидкостно-кольцевой компрессор, содержащий
вал,
внутренний кожух основного корпуса, расположенный вокруг вала с образованием камеры, расположенной между валом и указанным кожухом,
впускную часть, выполненную с возможностью удаления части жидкости из влажного газа и направления влажного газа в камеру, причем впускная часть содержит впускной внутренний кожух с внутренней частью, выполненной с возможностью приема влажного газа, впускной наружный кожух, расположенный вокруг впускного внутреннего кожуха с образованием между ними камеры для сбора жидкости, и отверстия во впускном внутреннем кожухе, выполненные с обеспечением направления отделенной части жидкости в камеру для сбора жидкости, и
крыльчатку, расположенную с возможностью вращения в камере и выполненную с обеспечением направления оставшейся части жидкости во влажном газе к внутреннему кожуху основного корпуса для образования жидкостного кольца в указанной камере для сжатия влажного газа.

2. Жидкостно-кольцевой компрессор по п. 1, в котором впускная часть представляет собой тороидальную спиральную впускную часть.

3. Жидкостно-кольцевой компрессор по п. 1, в котором впускной внутренний кожух присоединен к валу для направления влажного газа во впускную камеру, расположенную внутри вала.

4. Жидкостно-кольцевой компрессор по п. 1, в котором вал представляет собой полый вал, а внутренний кожух основного корпуса выполнен с возможностью вращения вместе с крыльчаткой.

5. Жидкостно-кольцевой компрессор по п. 1, в котором вал выполнен с возможностью вращения вместе с крыльчаткой, а внутренний кожух основного корпуса остается неподвижным.

6. Жидкостно-кольцевой компрессор по п. 1, содержащий наружный кожух основного корпуса, расположенный вокруг внутреннего кожуха основного корпуса с образованием между ними объема для сбора жидкости.

7. Жидкостно-кольцевой компрессор, содержащий
вал,
внутренний кожух, расположенный вокруг вала с образованием камеры между валом и внутренним кожухом,
крыльчатку, расположенную с возможностью вращения в камере и выполненную с обеспечением направления жидкости к внутреннему кожуху для образования жидкостного кольца в указанной камере между валом и внутренним кожухом для сжатия влажного газа,
наружный кожух, расположенный вокруг внутреннего кожуха с образованием камеры между кожухами для сбора избытка жидкости из жидкостного кольца,
отверстия во внутреннем кожухе, имеющие площадь поперечного сечения, которая рассчитана с обеспечением постоянного объемного или массового расхода жидкости из камеры между валом и внутренним кожухом при постоянных режимах работы, предназначенные для удаления части жидкости из жидкостного кольца,
выпускающую газ часть, соединенную с камерой между валом и внутренним кожухом и предназначенную для направления сжатого влажного газа из жидкостно-кольцевого компрессора, и
выпускающую жидкость часть, соединенную с отверстиями и с камерой между кожухами и предназначенную для направления удаляемой части жидкости из жидкостно-кольцевого компрессора.

8. Жидкостно-кольцевой компрессор по п. 7, в котором по меньшей мере несколько отверстий расположены во внутреннем кожухе.

9. Жидкостно-кольцевой компрессор по п. 7, содержащий пару торцевых пластин, расположенных на противоположных торцах внутреннего кожуха, причем по меньшей мере несколько отверстий расположены по меньшей мере в одной из торцевых пластин.

10. Жидкостно-кольцевой компрессор по п. 7, содержащий наружный кожух, расположенный вокруг внутреннего кожуха с образованием между ними объема для сбора жидкости, причем указанные отверстия расположены во внутреннем кожухе и предназначены для направления удаляемой части жидкости из камеры к объему для сбора жидкости.

11. Жидкостно-кольцевой компрессор по п. 7, в котором внутренний кожух выполнен с возможностью вращения вместе с крыльчаткой, а выпускающая газ часть содержит выпускную камеру, расположенную внутри вала.

12. Жидкостно-кольцевой компрессор по п. 7, в котором вал выполнен с возможностью вращения вместе с крыльчаткой.

13. Подводная компрессорная установка, содержащая жидкостно-кольцевой компрессор по любому из пп. 1-12, выполненный с возможностью удаления жидкости из влажного газа, и дополнительный компрессор, расположенный ниже по потоку от жидкостно-кольцевого компрессора и предназначенный для сжатия влажного газа, получаемого из жидкостно-кольцевого компрессора.

14. Подводная компрессорная установка по п. 13, в которой жидкостно-кольцевой компрессор выполнен с возможностью сжатия влажного газа.

15. Подводная компрессорная установка по п. 13, в которой жидкостно-кольцевой компрессор выполнен с возможностью уменьшения колебаний объема жидкости во влажном газе, поступающем в указанный дополнительный компрессор.

16. Подводная компрессорная установка по п. 13, в которой указанный дополнительный компрессор представляет собой центробежный компрессор.

17. Подводная компрессорная установка по п. 13, в которой жидкостно-кольцевой компрессор и указанный дополнительный компрессор приводятся в действие с помощью общего вала.

18. Подводная компрессорная установка по п. 17, содержащая редуктор, присоединенный к валу между жидкостно-кольцевым компрессором и указанным дополнительным компрессором.

19. Подводная компрессорная установка по п. 13, содержащая ступени из указанных дополнительных компрессоров и/или жидкостно-кольцевых компрессоров.