СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ СОСТОЯНИЯ ТУРБОМАШИНЫ, ИМЕЮЩЕЙ КОРПУС, В КОТОРОМ МОЖЕТ НАКАПЛИВАТЬСЯ ЖИДКОСТЬ, И ТУРБОМАШИНА Российский патент 2019 года по МПК F01D25/32 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Варианты осуществления изобретения, раскрытого в настоящем документе, относятся к способу (по меньшей мере) контроля состояния турбомашины, имеющей корпус, в котором может накапливаться жидкость, а также к соответствующим устройствам и турбомашинам.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Имеются установки «нефти и газа», включающее в себя одну или более турбомашин, предназначенных для приема входного рабочего тела, которое состоит из газового материала. Некоторые из них разработаны для приема входного рабочего тела, которое всегда содержит небольшое количество жидкого материала наряду с газовым материалом. Некоторые из них разработаны для приема входного рабочего тела, которое иногда содержит небольшое количество жидкого материала наряду с газовым материалом.

Когда некоторое количество жидкого материала постоянно присутствует в текучей среде, которая должна быть подана на вход оборудования, обычной практикой является установка сепаратора перед входом турбомашины, чтобы уменьшить или удалить эту жидкость. В этом случае средний процент входной жидкости относительно высок.

Когда некоторое количество жидкого материала иногда присутствует в текучей среде, которая должна быть подана на вход оборудования (например, во время процедур промывки или местного скопления воды), обычной практикой является разработка частей турбомашины так, чтобы они могли противостоять ударам капель жидкости. В этом случае средний процент входной жидкости относительно низок.

Очевидно, можно использовать оба решения, упомянутые выше, в одном и том же оборудовании.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Из вышесказанного представляется, что основная проблема проектировщиков оборудования для «нефти и газа» заключается в регулировании жидкости в «основном потоке» турбомашин из-за возможных повреждений, вызываемых ей в стационарных и вращающихся частях машины в контакте с рабочим телом; при использовании сепаратора количество жидкости в «основном потоке» уменьшается или исключается, и количество жидкости в любом «вторичном потоке» также исключается или уменьшается.

В соответствии с обычной практикой, если какая-то жидкость накапливается внутри корпуса турбомашины во время работы из-за любого «вторичного потока» (или любом другом случае), она удаляется во время операций технического обслуживания, т.е. «офф-лайн», когда турбомашина не работает, при открытии корпуса. Если оператора чувствует, что, возможно, накопилось слишком много воды, он может решить провести дополнительную операцию технического обслуживания наряду с обычными операциями планового технического обслуживания.

Авторы настоящего изобретения полагают, что такое решение проблемы накапливания жидкости (особенно из-за «вторичного потока») требует улучшения.

Это особенно справедливо для турбомашин, предназначенных для размещения под водой, т.е. для «подводной» операции; в действительности, в данном случае доступ к такой машине невозможен и техническое обслуживание особенно затруднено, и необходимо избегать дополнительной операции технического облуживания. Для этих применений проектировщики предусматривают один или более хороших сепараторов в подводном оборудовании перед входом в турбомашину.

Авторы настоящего изобретения также подумали о создании специальных дренажных каналов, начинающихся от нагнетательной камеры на входе в турбомашину (например, центробежного компрессора) и ведущих к сборнику жидкости турбомашины; такие каналы создают «желаемый» вторичный поток жидкости вдобавок к обязательному потоку. В данном случае необходим дренаж жидкости, например в сборник жидкости.

Первые примеры осуществления относятся к способам контроля состояния турбомашины, имеющей корпус, в котором может накапливаться жидкость.

Следует отметить, что в соответствии с некоторыми из первых примеров осуществления состояние турбомашины не только контролируют, но и им также управляют.

Вторые примеры осуществления относятся к устройствам для контроля состояния турбомашины, имеющей корпус, в котором может накапливаться жидкость.

В общем, устройство содержит механические, гидравлические, электрические, электронные компоненты для осуществления способа, как установлено выше в целом или как описано подробно ниже.

Следует отметить, что в соответствии с некоторыми из вторых примеров осуществления состояние турбомашины не только контролируют, но и им также управляют.

Третьи примеры осуществления относятся к турбомашинам.

В общем, турбомашина содержит механические, гидравлические, электрические, электронные компоненты для осуществления способа, как установлено выше в целом или как описано подробно ниже.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Настоящее изобретение будет более очевидным из последующего описания примеров осуществления, рассматриваемых вместе с прилагаемыми чертежами, на которых:

Фиг. 1 представляет упрощенную структурную схему первого варианта осуществления устройства в соответствии с настоящим изобретением,

Фиг. 2 представляет упрощенную структурную схему второго варианта осуществления устройства в соответствии с настоящим изобретением,

Фиг. 3 представляет упрощенную структурную схему третьего варианта осуществления устройства в соответствии с настоящим изобретением, и

Фиг. 4 представляет частичный поперечный разрез варианта осуществления турбомашины в соответствии с настоящим изобретением.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Последующее описание примеров осуществления относится к прилагаемым чертежам. Одинаковые ссылочные номера на разных чертежах идентифицируют одинаковые или сходные элементы. Последующее подробное описание не ограничивает изобретение. Напротив, объем изобретения определяется приложенной формулой изобретения.

Ссылка по всему описанию на «один вариант осуществления» или «вариант осуществления» означает, что конкретный признак, структура или характеристика, описанные в связи с вариантом осуществления включается в по меньшей мере один вариант осуществления предмета раскрытого изобретения. Таким образом, появление фраз «в одном варианте осуществления» или «в варианте осуществления» в разных местах по всему описанию не обязательно относится к одному и тому же варианту осуществления. Более того, особенные признаки, структуры или характеристики могут быть объединены любым подходящим образом в одном или более вариантах осуществления.

Фиг. 1 представляет устройство, содержащее:

датчик 11 уровня жидкости, предназначенный для обнаружения четырех уровней L1, L2, L3, L4 жидкости,

электронный блок 11, соединенный с датчиком 11 уровня жидкости и принимающий электрические сигналы, генерируемые датчиком 11 уровня жидкости и соответствующие обнаруженному уровню жидкости,

блок 14 сигнализации, соединенный с электронным блоком 13 и выполненный с возможностью генерирования (например, визуальной и/или акустической) сигнализации, соответствующей электрическим сигналам, принятым от электронного блока 13.

Датчик 11 уровня жидкости размещен внутри корпуса 10 турбомашины, в частности в сборнике жидкости, в котором жидкость может аккумулироваться в процессе работы турбомашины - на фиг. 1 показан только сборник жидкости турбомашины; датчик 11 уровня жидкости состоит из одного обнаруживающего устройства.

Фиг. 2 представляет устройство, альтернативное устройству на фиг. 1.

Оно подобно устройству на фиг. 1; но содержит также другой датчик 22 уровня жидкости, выполненный с возможностью обнаружения четырех разных уровней L5, L6, L7, L8; электронный блок 23 соединен с датчиком 22 уровня жидкости и принимает электрические сигналы, генерируемые датчиком 22 уровня жидкости и соответствующие обнаруженному уровню жидкости. Датчик 22 уровня жидкости состоит из четырех обнаруживающих устройств 22А, 22В, 22С, 22D; каждое из них предназначено для обнаружения отличного от других уровня жидкости; обнаруживающее устройство 22А обнаруживает уровень L5 жидкости, обнаруживающее устройство 22В обнаруживает уровень L6 жидкости, обнаруживающее устройство 22С обнаруживает уровень L7 жидкости, обнаруживающее устройство 22D обнаруживает уровень L8 жидкости.

В варианте осуществления на фиг. 2 показана вертикальная пунктирная линия 25, означающая, что первый датчик 21 уровня жидкости может обнаруживать уровень жидкости в первой зоне сборника 20 жидкости, и второй датчик 22 уровня жидкости может обнаруживать уровень жидкости во второй зоне сборника 20 жидкости.

Фиг. 3 представляет устройство, альтернативное устройству на фиг. 2.

Оно подобно устройству на фиг. 2; но содержит также первый сливной клапан 36 и второй сливной клапан 37; первый сливной клапан 36 соединен по текучей среде с первым дренажным каналом 38, начиная с сборника 30 жидкости на первой высоте от дна сборника жидкости; второй сливной клапан 37 соединен по текучей среде со вторым дренажным каналом 39, начиная от сборника 30 жидкости на второй высоте от дна сборника 30 жидкости; первая высота выше, чем вторая высота; поперечное сечение первого (более высокого) дренажного канала 38 намного шире, чем поперечное сечение второго (более низкого) дренажного канала 39.

В варианте осуществления на фиг. 3 имеется вертикальная пунктирная линия 35, означающая, что первый датчик 31 уровня жидкости может обнаруживать уровень жидкости в первой зоне сборника 30 жидкости, а второй датчик 32 уровня жидкости может обнаруживать уровень жидкости во второй зоне сборника 30 жидкости.

Как уже сказано, в соответствии с настоящим изобретением состояние турбомашины контролируется путем автоматического обнаружения жидкости, накопленной внутри корпуса в процессе работы турбомашины; с этой целью используется по меньшей мере один датчик уровня жидкости; в варианте осуществления на фиг. 1 имеется один датчик 11 уровня жидкости; в варианте осуществления на фиг. 2 имеются два датчика 21 и 22 уровня жидкости; в варианте осуществления на фиг. 3 имеются два датчика 31 и 32 уровня жидкости.

Преимущество заключается в том, что датчик уровня жидкости выполнен с возможностью обнаружения одного, или двух, или трех, или четырех (разных) уровней жидкости внутри корпуса. Во всех вариантах осуществления на чертежах представлены четыре уровня жидкости: уровни L4 и L8 соответствуют «ПРИСУТСТВИЕ» («PRESENCE»), уровни L3 и L7 соответствуют «НИЗКИЙ» («LOW»), уровни L2 и L6 соответствуют «ВЫСОКИЙ» («HIGH»), уровни L1 и L5 соответствуют «АВАРИЙНЫЙ» («EMERGENCY»).

В варианте осуществления на фиг. 1 имеется только один датчик уровня жидкости.

В вариантах осуществления на фиг. 2 и фиг. 3 имеются два датчика уровня жидкости; в частности, они выполнены с возможностью обнаруживать одинаковые (или почти одинаковые) уровни, т.е. уровень L1 соответствует L5, L2 соответствует L6, L3 соответствует L7, L4 соответствует L8.

Преимущество заключается в том, что первый датчик уровня, т.е. датчик 21 или 31, работает в соответствии с первым принципом, а второй датчик уровня, т.е. датчик 22 или 32, работает в соответствии со вторым принципом; второй принцип отличается от первого принципа; таким образом, обнаружение уровня жидкости очень надежно. Первый датчик уровня жидкости, т.е. датчик 11, или 21, или 31, может предпочтительно быть ультразвукового типа. Второй датчик уровня жидкости, т.е. датчик 22 или 33, может быть, например, оптического типа или индукционного типа.

Когда имеются два датчика уровня жидкости, первый датчик может быть использован для системы управления турбомашины (т.е. в процессе «нормальной» работы), а второй датчик может быть использован для системы защиты турбомашины (т.е. в процессе «ненормальной» работы).

В вариантах осуществления на фиг 1 и фиг. 2 устройство может только сигнализировать об уровне жидкости внутри корпуса турбомашины; сигнализация может быть выполнена для локального оператора и/или удаленного оператора; сигнализация может быть выполнена для локального оператора, и/или удаленного компьютера, или компьютеризированной системы; сигнализация может быть различной в отношении обнаруженного уровня жидкости («ПРИСУТСТВИЕ», «НИЗКИЙ», «ВЫСОКИЙ», «АВАРИЙНЫЙ»).

Вдобавок к сигнализации, устройство в соответствии с настоящим изобретением может быть предпочтительно выполнено с возможностью автоматического выпуска жидкости из корпуса турбомашины.

Вариант осуществления на фиг. 3 является вариантом этого типа.

В этом варианте осуществления датчики 31 и 32 уровня жидкости используются для управления сливными клапанами 36 и 37 посредством электронного блока 33; в общем, может присутствовать только один датчик и может присутствовать только один клапан.

Если используются два датчика уровня жидкости, электрически соединенные с электронным блоком, первый датчик может работать в качестве основного датчика, а второй датчик в качестве резервного датчика.

Если используются два сливных клапана, электрически соединенные с электронным блоком, первый клапан может работать в качестве основного клапана, а второй клапан в качестве резервного клапана.

В варианте осуществления на фиг. 3, например, используются два датчика, чтобы повысить надежность обнаружения.

В варианте осуществления на фиг. 3, например, два клапана используются по-разному; клапан 36, когда обнаруженным уровнем жидкости является, например, «ВЫСОКИЙ», и клапан 37, когда обнаруженным уровнем жидкости является, например, «АВАРИЙНЫЙ».

Фиг. 4 представляет частичный поперечный разрез варианта осуществления турбомашины в соответствии с настоящим изобретением; эта турбомашина содержит вращающийся центробежный компрессор 41, приводимый в движение электродвигателем (не показан); эта турбомашина, в частности, предназначена для установки под водой и используется для сжатия природного газа, добываемого из подводных газовых месторождений; ось вращения RA компрессора и двигателя вертикальна; в нижней части находится сборник 40 для сбора жидкости.

Во время работы компрессора 41 на входе 42 компрессора может присутствовать некоторое количество жидкости, поступающей из впускной трубы IP; образование этой жидкости может быть вызвано тремя основными причинами: водой, поступающей из скважины, конденсацией углеводородов из-за термодинамического состояния и состава газа на входе, введением MEG (Mono Ethylene Glycol - моноэтиленгликоля) в каналы, чтобы избежать нежелательных химических реакций.

Во время работы компрессора 41 на выходе 43 из компрессора может присутствовать некоторое количество жидкости, поступающей из «основного потока» и не испарившейся по пути от входа до выхода турбомашины; в общем, это не является проблемой, так как выход и выходные каналы являются устойчивыми к влаге.

Во время работы компрессора 41 некоторое количество жидкости может присутствовать в других полостях компрессора поблизости от выхода 43, например, компенсационной камере системы осевой балансировки.

Компрессор 41 сконструирован таким образом, что эта жидкость (по меньшей мере некоторое количество ее) на входе 42 и/или в камере поблизости от выхода 43 направляется к сборнику 40. Для этой цели предусмотрены специальные дренажные каналы 44 и 45, начинающиеся от нагнетательной камеры на входе 42 турбомашины и ведущие к сборнику 40 турбомашины; могут быть предусмотрены другие каналы 46, начинающиеся от камеры поблизости от нагнетательной камеры на выходе 43 турбомашины и ведущие к сборнику 40 турбомашины. Таким образом, жидкость в «основном потоке» компрессора в значительной степени уменьшается; более того, жидкость в выходном канале ОР также в значительной степени уменьшается. Жидкость в сборнике 40 является результатом «желаемых» «вторичных потоков».

Если устройство в соответствии с настоящим изобретением связано с турбомашиной на фиг. 4, то о жидкости, накопленной в сборнике 40, автоматически сигнализируется, и она предпочтительно автоматически отводится из сборника 40 во время работы турбомашины, т.е. без ее остановки.

Следует отметить, что на фиг. 4 не показан никакой датчик уровня жидкости, а также никакой канал и никакой сливной клапан; но очевидно, что устройство, схематически показанное на фиг. 1, или фиг. 2, или фиг. 3, точно вписывается в нижнюю часть турбомашины на фиг. 4.

Изобретение относится к способу контроля состояния турбомашины, имеющей корпус, в котором может накапливаться жидкость, а также к соответствующим устройствам и турбомашинам. Турбомашина имеет корпус (10), в котором может накапливаться жидкость; по меньшей мере один датчик (11) уровня жидкости расположен внутри корпуса (10) для автоматического обнаружения жидкости, накопленной внутри корпуса (10) в процессе работы турбомашины; датчик (11) уровня жидкости может быть выполнен с возможностью обнаружения одного, или двух, или трех, или четырех уровней (L1, L2, L3, L4) жидкости внутри корпуса (10); и датчик (11) уровня жидкости обычно подключается к электронному блоку (13) по меньшей мере для автоматической сигнализации (14) об уровне жидкости. Предпочтительно электронный блок управляет по меньшей мере одним клапаном для автоматического слива накопленной жидкости из корпуса; таким образом, состояние турбомашины не только контролируют, но также им управляют. 4 н. и 11 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Способ контроля состояния турбомашины, имеющей корпус (10; 20; 30), внутри которого расположен по меньшей мере один датчик (11; 21, 22; 31, 32) уровня жидкости для автоматического обнаружения жидкости, накопленной внутри корпуса (10; 20; 30) в процессе работы турбомашины.

2. Способ по п. 1, в котором первый датчик (11; 21; 31) уровня жидкости выполнен с возможностью обнаружения одного, или двух, или трех, или четырех или более уровней жидкости (L1, L2, L3, L4) внутри корпуса.

3. Способ по п. 1 или 2, в котором второй датчик (22; 32) уровня жидкости выполнен с возможностью обнаружения одного, или двух, или трех, или четырех уровней жидкости или более (L5, L6, L7, L8) внутри корпуса (10; 20; 30).

4. Способ по любому предшествующему пункту, в котором первый датчик (11; 21; 31) работает в соответствии с первым принципом, а второй датчик (22; 32) работает в соответствии со вторым принципом, который отличается от первого принципа.

5. Способ по п. 3 или 4, в котором уровни (L5, L6, L7, L8) второго датчика (22; 32) соответствует уровням (L1, L2, L3, L4) первого датчика (11; 21; 31).

6. Способ по п. 3, или 4, или 5, в котором первый датчик (31) уровня используют для системы управления турбомашиной, а второй датчик (32) уровня используют для системы защиты турбомашины.

7. Способ по любому предшествующему пункту, в котором упомянутый по меньшей мере один датчик уровня жидкости используют как для системы управления турбомашиной, так и для системы защиты турбомашины.

8. Способ по любому предшествующему пункту, в котором по меньшей мере один датчик (31, 32) уровня жидкости используют для управления по меньшей мере одним сливным клапаном (36, 37), предназначенным для автоматического слива жидкости из корпуса (30), причем датчик (31, 32) уровня жидкости и клапан (36, 37) электрически соединены с электронным блоком (33).

9. Способ по п. 8, в котором используют два датчика (31, 32) уровня жидкости, электрически соединенных с электронным блоком (33), один из которых является основным датчиком, а другой является резервным датчиком.

10. Способ по п. 8 или 9, в котором используют два сливных клапана (36, 37), электрически соединенных с электронным блоком (33), один из которых является основным клапаном, а другой является резервным клапаном.

11. Способ по любому предшествующему пункту, в котором по меньшей мере датчик (11; 21, 22; 31, 32) представляет собой датчик ультразвукового типа.

12. Способ по любому предшествующему пункту, в котором по меньшей мере один датчик уровня жидкости (11; 21, 22; 31, 32) находится внутри сборника жидкости турбомашины.

13. Устройство для контроля состояния турбомашины, имеющей корпус, содержащий механические, гидравлические, электрические, электронные устройства для осуществления способа по любому из пп. 1-12.

14. Турбомашина, содержащая механические, гидравлические, электрические, электронные компоненты для осуществления способа по любому из пп. 1-12.

15. Подводный компрессор, содержащий механические, гидравлические, электрические, электронные компоненты для осуществления способа по любому из пп. 1-12.