Система подачи сжатого газа в несколько питаемых газом устройств Российский патент 2020 года по МПК F04B39/00 F04B41/00 

Изобретение относится к системе подачи сжатого газа в несколько питаемых газом устройств. Оно также относится к транспортному средству для перевозки сжиженного газа, которое снабжено такой системой.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Системы подачи сжатого газа, называемые также газовые компрессоры на основе жидких поршней хорошо известны. Такая система включает:

- впускное отверстие для газа для присоединения к источнику газа;

- концевое выпускное отверстие для газа для присоединения к питаемому газом устройству;

- газовый многоступенчатый компрессор с жидким поршнем, который включает по меньшей мере две ступени компрессора, соединенные последовательно в упорядоченную цепь между впускным отверстием для газа и концевым выпускным отверстием для газа.

Каждая ступень компрессора включает по меньшей мере один цилиндр, снабженный вытеснительной жидкостью, а также включает устройство для подачи жидкости под высоким давлением, которое установлено для попеременного увеличения и уменьшения количества вытеснительной жидкости, содержащейся внутри данного цилиндра, для загрузки сжатия и выгрузки газа на этой ступени компрессора. Каждая ступень компрессора, отличающаяся от первой ступени в цепи и называемая более высокой ступенью компрессора, присоединена для обработки газа, который выпускают с предыдущей ступени компрессора, находящейся в цепи сразу перед указанной более высокой ступенью компрессора, через промежуточный канал для газа, соединяющий предыдущую ступень компрессора с более высокой ступенью компрессора. Таким образом, газ, вытекающий из впускного отверстия для газа, имеет более высокое давление каждый раз, когда его обрабатывают на одной из ступеней компрессора, а газ, выпускаемый из концевого выпускного отверстия для газа, был последовательно обработан на всех ступенях компрессора в цепи. Преимущества таких газовых многоступенчатых компрессоров с жидким поршнем приведены в книге "Hydraulically Driven Pumps" автора Donald Н. Newhall, Harwood Engineering Co., Inc., Walpole, Mass., перепечатанной из Industrial and Engineering Chemistry, vol. 49, No. 12, декабрь 1957, pp. 1949-54.

В целом, газовые компрессоры имеют множество применений во многих областях техники, включая работающие на газу двигатели или двигатели на гибридном топливе, а также системы для сжижения газа. В частности, указанные применения для двигателей, работающих не газу или на гибридном топливе, и системы для сжижения газа могут быть реализованы на борту судов на газовом топливе, например, судов по перевозке сжиженного природного газа, как, в частности, указано в ЕР 2913509 и ЕР 2913510. Однако до сих пор в таких применениях применяют газовые компрессоры, относящиеся к так называемой технологии насосов поршневого типа. В основе этой технологии лежит применение сплошных поршней, которые приводятся в движение с помощью вращающегося мотора через распредвал, или кривошип. Однако такие газовые компрессоры со сплошными поршнями имеют недостатки, включая перечисленные в книге уровня техники "Hydraulically Driven Pumps", указанной выше, которые приводят к необходимости проведения мер по техобслуживанию, которые затратны и являются причиной потери рабочего времени компрессоров.

Исходя из данной ситуации, одна из целей настоящего изобретения состоит в обеспечении систем, которые могут подавать сжатый газ по меньшей мере в два отдельных питаемых газом устройства, которые характеризуются разным уровнем давления для доставки сжатого газа в указанные устройства. Кроме того, еще одна цель состоит в обеспечении такой системы, которую легко можно адаптировать в зависимости от требований по давлению газа в устройствах, без значительного изменения конструкции системы.

Еще одна цель настоящего изобретения состоит в обеспечении регулирования работы такой системы, которая проста и надежна и может поддерживать потребление газа устройствами, питаемыми газом, в широких пределах потребления.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Для достижения по меньшей мере одной из указанных целей или других целей, в первом аспекте настоящего изобретения предложена система подачи сжатого газа в несколько питаемых газом устройств, которая включает впускное отверстие для газа для присоединения к источнику газа, концевое выпускное отверстие для газа для присоединения к первому питаемому газом устройству и многоступенчатый газовый компрессор с жидким поршнем, описанный выше. Согласно изобретению, система дополнительно включает:

- промежуточное выпускное отверстие для газа в одном из промежуточных каналов для газа, соединяющих две ступени компрессора, которые являются последовательными в цепи, причем указанное промежуточное выпускное отверстие для газа предназначено для соединения со вторым питаемым газом устройством через регулируемый спускной клапан; и

- первый датчик давления, который установлен для регистрации давления газа во впускном отверстии для газа, второй датчик давления, который установлен для регистрации давления газа в промежуточном выпускном отверстии для газа, расположенного выше спускного клапана по направлению течения газа в промежуточном выпускном отверстии для газа, и третий датчик давления, который установлен для регистрации давления газа в концевом выпускном отверстии для газа.

Согласно дополнительной особенности настоящего изобретения, устройство для подачи жидкости при высоком давлении на первой ступени компрессора в цепи содержит первые средства регулирования, которые установлены для изменения производительности газа на первой ступени компрессора, на основании результатов первого измерения, полученных с помощью первого датчика давления.

Согласно еще одной особенности настоящего изобретения, вторые средства регулирования установлены для регулирования спускного клапана на основании результатов вторых измерений, полученных с помощью второго датчика давления.

Согласно еще одной особенности настоящего изобретения, система для подачи жидкости при высоком давлении на последней ступени компрессора в цепи содержит третьи средства регулирования, которые установлены для изменения производительности газа на последней ступени компрессора на основании результатов третьего измерения, полученных с помощью третьего датчика давления.

Поскольку в системе по изобретению применяют газовый компрессор, который основан на жидких поршнях, изменение числа ступеней компрессора в цепи обеспечивает соответствие требованиям в широком диапазоне требований в отношении давления для доставки газа в питаемые газом устройства. В частности, ступени компрессора могут использовать один и тот же источник вытеснительной жидкости под высоким давлением, соединенный параллельно с системой подачи жидкости под высоким давлением нескольких или всех ступеней компрессора. Изменение числа ступеней компрессора можно затем осуществить без значительной работы по изменению конструкции.

Применение газового компрессора, в основе которого лежат жидкие поршни, тоже обеспечивает соответствие в широком диапазоне требований в отношении потребления газа устройствами путем простого регулирования производительности газа на ступенях компрессора.

Недостатки насосов поршневого типа исключаются при использовании газового компрессора с жидким поршнем.

Кроме того, изобретение обеспечивает регулирование работы системы, которое основано на измерениях давления. Такое регулирование можно осуществить простым и надежным способом при использовании датчиков, которые широко доступны по разумной цене.

В некоторых воплощениях настоящего изобретения, цепь может включать от двух до шести ступеней компрессора, включая значения два и шесть, в многоступенчатом газовом компрессоре с жидким поршнем. В таких вариантах конструкции, по меньшей мере две ступени компрессора многоступенчатого газового компрессора с жидким поршнем могут располагаться в цепи между впускным отверстием для газа и промежуточным выпускным отверстием для газа и называются ступенями компрессора первого сегмента. Устройство для подачи жидкости при высоком давлении каждой из этих ступеней компрессора первого сегмента может также включать соответствующие средства регулирования, которые установлены для изменения соответствующих производительностей газа на ступенях компрессора первого сегмента, на основании результатов первого измерения, полученных с помощью первого датчика давления.

Аналогично, по меньшей мере две ступени компрессора многоступенчатого газового компрессора с жидким поршнем могут быть расположены в цепи между промежуточным выпускным отверстием для газа и концевым выпускным отверстием для газа и называются ступенями компрессора последнего сегмента. Кроме того, устройство для подачи жидкости при высоком давлении каждой из указанных ступеней компрессора последнего сегмента может содержать соответствующие средства регулирования, которые установлены для изменения соответствующих производительностей газа на ступенях компрессора последнего сегмента, на основании результатов третьего измерения, полученных с помощью третьего датчика давления.

Система по изобретению может быть предназначена для установки на борту транспортного средства, работающего на газу, например, работающего на газу судна. Кроме того, одно из промежуточного выпускного отверстия для газа и концевого выпускного отверстия для газа может быть предназначено для соединения с впускным отверстием для газового топлива тягового двигателя транспортного средства. Другое выпускное отверстие для газа может предназначаться для соединения с газовой горелкой или системой для сжижения газа.

Для такого применения на борту транспортного средства впускное отверстие для газа системы может предназначаться для такого соединения, чтобы принимать испарившийся газ, источником которого является сжиженный газ, который содержится по меньшей мере в одной цистерне, установленной на борту транспортного средства. Таким образом, данная цистерна составляет по меньшей мере часть источника газа.

Во втором аспекте настоящего изобретения предложено транспортное средство, работающее на газу, которое содержит тяговый двигатель и по меньшей мере одну систему подачи сжатого газа в несколько питаемых газом устройств, причем указанная система соответствует первому аспекту настоящего изобретения. Одно из промежуточного выпускного отверстия для газа и концевого выпускного отверстия для газа системы может находиться в соединении с впускным отверстием для газового топлива тягового двигателя транспортного средства. Такое работающее на газу транспортное средство может представлять собой работающее на газу судно, или работающее на газу грузовое транспортное средство, или работающее на газу железнодорожное транспортное средство и т.д..

Как правило, газ, обработанный системой сжижения по настоящему изобретению, может представлять собой метан, этан, пропан, бутан и их смеси, включая попутный нефтяной газ. Это также может быть метанол, этанол или диметиловый эфир. Все указанные газы можно использовать в качестве топлива для двигателей, например, тяговых двигателей транспортного средства. Работающее на газу транспортное средство может представлять собой транспортное средство для перевозки сжиженного газа, в частности, транспортное средство для перевозки сжиженного природного газа.

Однако газ, обработанный системой по настоящему изобретению, может представлять собой водород, в частности, для подачи в устройство с топливными элементами при подходящем потоке водорода.

Эти и другие признаки настоящего изобретения будут описаны далее со ссылкой на прилагаемые чертежи, которые относятся к предпочтительным, но не ограничивающим воплощениям настоящего изобретения.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

На Фиг. 1-4 представлены четыре возможных воплощения настоящего изобретения.

Некоторые ссылочные номера, которые указаны на разных из представленных чертежей, обозначают одинаковые элементы с одинаковыми функциями.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Настоящее изобретение будет далее подробно описано для нескольких примеров воплощений, но без ограничения в отношении объема притязаний. В частности, будут описаны обработка природного газа и применение в отношении судов по перевозке сжиженного природного газа, но другие газы и применения с идентичными признаками воплощений или признаками воплощений, модифицированными в отношении газа и/или применения также включены в объем формулы изобретения.

Следующие ссылочные номера имеют перечисленные ниже значения на Фиг. 1:

101 источник газа

102 первое питаемое газом устройство

103 второе питаемое газом устройство

100 многоступенчатый газовый компрессор с жидким поршнем

1-4 четыре ступени компрессора многоступенчатого газового компрессора с жидким поршнем, где количество четыре приведено лишь в качестве иллюстрации

10 впускное отверстие для газа системы

20 промежуточное выпускное отверстие для газа системы

30 концевое выпускное отверстие для газа системы

11, 21, 31 датчики давления газа

12, 22, 32 регуляторы

13, 23, 33, 43 средства регулирования, предназначенные для каждой ступени компрессора

24 спускной клапан

40 интегрированная система регулирования по обращению с газом

53 источник вытеснительной жидкости под высоким давлением

60 необязательная компрессор предварительного сжатия

61 необязательный охладитель газа

62-65 промежуточные охладители

Источник 101 газа может включать цистерну или несколько цистерн (на чертежах представлена только одна цистерна), содержащих сжиженный природный газ, которые служат источником испарившегося газа. Такая цистерна(ы) для газа может быть установлена, например, на борту судна по перевозке сжиженного природного газ. В таком случае, газ, который обрабатывают с помощью системы по настоящему изобретению, может представлять собой испарившийся газ, а также может представлять собой выпаренную из природного газа жидкость или комбинацию испарившегося газа и выпаренной из природного газа жидкости. Указанный газ, обработанный с помощью системы по изобретению, может на более чем 80% по массе состоять из метана.

Впускное отверстие 10 для газа может присоединяться для приема испарившегося газа, источником которого является сжиженный природный газ или выпаренная жидкость из природного газа.

Многоступенчатый газовый компрессор 100 с жидким поршнем включает четыре ступени 1-4 компрессора, которые последовательно соединены в цепь, так что каждая ступень компрессора обрабатывает газ, выпускаемый со ступени компрессора, расположенной непосредственно перед нею в цепи, за исключением ступени 1 компрессора, на которой обрабатывают газ, поступающий из впускного отверстия 10 для газа. В представленном примере ступень 1 компрессора является первой в цепи, а ступень 4 компрессора является последней в цепи. Ступень 4 компрессора выпускает сжатый газ через концевое выпускное отверстие 30 для газа. Каждая из ступеней 1-4 компрессора включает соответствующий герметичный цилиндр, который присоединен для приема различного количества вытеснительной жидкости, а также содержит устройство для подачи жидкости под высоким давлением, которое меняет количество вытеснительной жидкости, содержащейся в цилиндре. Конструкция такой ступени компрессора с жидким поршнем хорошо известна, так что нет необходимости повторять ее здесь. Следует только указать, что многократно меняющийся уровень вытеснительной жидкости внутри каждого цилиндра, возрастающий и убывающий, производит поток сжатого газа из цилиндра на рассматриваемой ступени компрессора. Данный поток сжатого газа зависит, в частности, от интенсивности изменения уровня вытеснительной жидкости внутри цилиндра, а также от частоты изменения данного уровня вытеснительной жидкости внутри цилиндра. В данном описании выражение "производительность одной из ступеней компрессора" указывает на среднее количество, например, среднюю массу, сжатого газа, который выпускают за единицу времени со ступени компрессора. Эта производительность, в частности, является результатом интенсивности и частоты изменений уровня вытеснительной жидкости внутри цилиндра. Устройство для подачи жидкости под высоким давлением на каждой из ступеней компрессора содержит соответствующие средства регулирования и источник вытеснительной жидкости под высоким давлением. Источник вытеснительной жидкости под высоким давлением может преимущественно использоваться совместно ступенями 1-4 компрессора, в соответствии со ссылочным номером 53, при этом средства регулирования под номером 13 относятся к ступени 1 компрессора, 23 - к ступени 2 компрессора, 33 - к ступени 3 компрессора и 43 - к ступени 4 компрессора. Указанные средства регулирования представлены в виде клапанов на Фиг. 1 только в целях иллюстрации, но, как хорошо известно специалисту в данной области техники, они имеют сложную структуру. Отношение давления газа на выходе к давлению газа на входе специфично для каждой ступени компрессора и может составлять от двух до пятнадцати.

Преимущественно, внутри такого компрессора на основе жидких поршней нет прямого контакта между вытеснительной жидкостью и газом для сжатия внутри каждого цилиндра во избежание того, что сжатый газ загрязняется паром вытеснительной жидкости или парами, произведенными последней. В частности, в US 2012/0134851 предложена установка уравновешивающего сплошного поршня между вытеснительной жидкостью и сжимаемым газом. Во время рабочего цикла на ступени компрессора уравновешивающий поршень остается в верхней части вытеснительной жидкости внутри цилиндра и перемещается вверх и вниз благодаря попеременному изменению уровня вытеснительной жидкости. Уравновешивающие поршни внутри отдельных цилиндров независимы друг от друга, то есть не имеют сплошных соединений. Фиксированное количество дополнительной жидкости обеспечивают дополнительно для создания бокового уплотнения между уравновешивающим поршнем и внутренней поверхностью цилиндра. Это количество дополнительной жидкости остается в пределах боковой поверхности уравновешивающего поршня и внутренней поверхности цилиндра, каким бы ни был действительный уровень вытеснительной жидкости при перемещении с уравновешивающим поршнем. Эту дополнительную жидкость выбирают так, чтобы она не давала загрязняющих паров и так, чтобы сжимаемый газ не растворялся в ней и не вступал с ней ни в какую химическую реакцию. Для этой цели применяли жидкость ионного типа или любую другую жидкость, способную выполнять функции уплотнителя для газа и смазывания.

Газ проводят из источника 101 газа во впускное отверстие 10 для газа по предназначенному для этого пути, который может включать компрессор 60 предварительного сжатия, а также необязательно охладитель 61 газа. Компрессор 60 предварительного сжатия может быть роторного типа и предназначаться для увеличения давления испарившегося газа или испаряемого газа вплоть до от 0,4 до 0,7 МПа (от 4 до 7 бар) (абс.) (бар (абс.) используют для указания абсолютного давления в барах).

Кроме того, на каждом промежуточном канале для газа между двумя ступенями компрессора, являющимися последовательными в цепи, и между последней ступенью 4 компрессора и концевым выпускным отверстием 30 для газа можно обеспечить промежуточные охладители 62-65. Каждый промежуточный охладитель охлаждает газ, который протекает внутри рассматриваемого промежуточного канала для газа или внутри концевого выпускного отверстия 30 для газа.

Первое питаемое газом устройство 102 находится в соединении с концевым выпускным отверстием 30 для газа, для подачи в него сжатого газа, выпускаемого с последней ступени 4 компрессора. Когда изобретение осуществляют на борту судна по перевозке сжиженного природного газа, первое питаемое газом устройство 102 может включать тяговый двигатель судна, в который подают только природный газ, или с двигатель на гибридном топливе, в который подают и жидкое топливо, и природный газ. В последнем случае, в настоящем изобретении рассматривают подачу в тяговые двигатели судна только природного газа. Таким образом, концевое выпускное отверстие 30 для газа может предназначаться для соединения с впускным отверстием для газового топлива тягового двигателя судна. Для некоторых типов этого двигателя давление газа, которое необходимо у концевого выпускного отверстия 30 для газа, может составлять от 10 МПа (абс.) до 45 МПа (абс.) (от 100 бар (абс.) до 450 бар (абс.)), в частности, от 30 МПа (абс.) до 40 МПа (абс.) (от 300 бар (абс.) до 400 бар (абс.)). Для такого диапазона давления на концевом выпускном отверстии 30 для газа предпочтительным или необходимым является установка компрессора 60 предварительного сжатия.

Второе питаемое газом устройство 103 соединено с промежуточным выпускным отверстием 20 для газа для приема из него сжатого газа. Промежуточное выпускное отверстие 20 для газа расположено в представленном примере в канале для газа между ступенями 2 и 3 компрессора, но может располагаться в промежутке между любыми двумя последовательными ступенями 1-4 компрессора, в зависимости от величины давления газа, которое необходимо у впускного отверстия второго питаемого газом устройства 103. В первом воплощении настоящего изобретения на Фиг. 1, второе питаемое газом устройство 103 может включать горелку, например, для того чтобы избавиться от избытка испарившегося газа.

На Фиг. 2 показано второе воплощение настоящего изобретения, также предназначенное для применения на борту судна по перевозке сжиженного природного газа, которое является альтернативным воплощению, показанному на Фиг. 1. В данном втором воплощении, второе питаемое газом устройство 103 может представлять собой систему для сжижения газа, которая предназначена для превращения части сжатого природного газа, выходящего из промежуточного выпускного отверстия 20 для газа, в сжиженный природный газ. Полученный таким образом сжиженный природный газ можно обратно влить в цистерну(ы) источника 101 газа.

В более общем случае, второе питаемое газом устройство 103 может представлять собой любое другое устройство, питаемое сжатым газом, включая вспомогательный двигатель, электрогенератор и т.д..

На Фиг. 3 показан возможный вариант воплощения изобретения на Фиг. 2, где компрессор 60 предварительного сжатия представляет собой многоступенчатый роторный газовый компрессор для предварительного сжатия, например, четырехступенчатый газовый компрессор для предварительного сжатия со ступенями компрессора предварительного сжатия под номерами от 60-1 до 60-4, соответственно. Теплообменник 62 можно ввести для охлаждения сжатого газа, выпускаемого из промежуточного выпускного отверстия 20 для газа, перед передачей его в систему 103 сжижения газа. Однако тепло от сжатого газа, выпускаемого из промежуточного выпускного отверстия 20 для газа, поглощается поступающим газом между ступенями 60-1 и 60-2 компрессора предварительного сжатия. Производительность сжижения системы для сжижения газа может быть в этом случае увеличена. На Фиг. 3 многоступенчатый газовый компрессор 100 с жидким поршнем может иметь внутреннюю конструкцию, аналогичную той, что описана со ссылкой на Фиг. 1, хотя все внутренние компоненты многоступенчатого газового компрессора с жидким поршнем представлены или обозначены на Фиг. 3.

Согласно изобретению, впускное отверстие 10 для газа снабжают датчиком 11 давления (Фиг. 1 или 2). Датчик 11 давления выводит результаты первого измерения давления, соответствующего газу, который протекает через впускное отверстие 10 для газа. Затем производительность ступени 1 компрессора меняется на основании данных результатов первого измерения давления при использовании средств 13 регулирования. Возможно, средства 13 регулирования могут регулироваться таким образом для поддержания давления газа у впускного отверстия 10 для газа, близкого к первому желательному значению. Предпочтительно и для улучшения стабильности работы ступеней 1 и 2 компрессора производительность на ступени 2 компрессора также может изменяться на основании результатов первого измерения давления при использовании средств 23 регулирования.

Также согласно изобретению, промежуточное выпускное отверстие 20 для газа снабжают регулируемым спускным клапаном 24 и второе питаемое газом устройство 103 питают газом через спускной клапан 24. Промежуточное выпускное отверстие 20 для газа снабжают также датчиком 21 давления, который присоединяют между спускным клапаном 24 и выпускным отверстием для газа на ступени 2 компрессора. Датчик 21 давления выводит результаты второго измерения давления, соответствующего газу, который протекает через промежуточное выпускное отверстие 20 для газа. Затем спускной клапан 24 регулируют при использовании средств регулирования (не показаны) на основании указанных результатов второго измерения давления. Возможно, спускной клапан 24 можно регулировать таким образом для поддержания давления газа у промежуточного выпускного отверстия 20 для газа, близкого ко второму желательному значению.

Еще согласно изобретению, концевое выпускное отверстие 30 для газа снабжают датчиком 31 давления. Датчик 31 давления выводит результаты третьего измерения давления, соответствующего газу, который протекает через концевое выпускное отверстие 30 для газа. Затем производительность ступени 4 компрессора изменяют на основании указанных результатов третьего измерения давления при использовании средств 43 регулирования. Возможно, средства 43 регулирования можно регулировать таким образом для поддержания давления газа у концевого выпускного отверстия 30 для газа, близкого к третьему желательному значению. Предпочтительно и для улучшения стабильности работы ступеней 3 и 4 компрессора, производительность на ступени 3 компрессора также может изменяться на основании результатов третьего измерения давления при использовании средств 33 регулирования.

Согласно возможной конструкции по обработке сигнала, первый регулятор, обозначенный 12, может быть присоединен для приема первого заданного значения давления, а также для приема результатов первого измерения давления от датчика 11 давления. Первый регулятор 12 может также присоединяться для передачи по меньшей мере одного значения первого рабочего параметра в средства 13 регулирования. Первым рабочим параметром может быть частота изменения уровня вытеснительной жидкости внутри цилиндра ступени 1 компрессора, интенсивности его изменения или сочетание указанных частоты и интенсивности. Таким образом, данный первый рабочий параметр регулирует производительность газа на ступени 1 компрессора. Заключение делается первым регулятором 12, на основании по меньшей мере одного различия между результатами первого измерения давления и первым установленным значением давления. Например, когда давление газа, действительно существующее у впускного отверстия 10 для газа, ниже первого заданного значения давления, производительность ступени 1 компрессора может быть снижена. Напротив, производительность ступени 1 компрессора может быть повышена, когда давление газа у впускного отверстия 10 для газа выше первого заданного значения давления. Возможно, первый регулятор 12 может также передавать по меньшей мере одно значение дополнительного рабочего параметра в средства 23 регулирования для одновременного регулирования производительности газа на ступени 2 компрессора способом, согласующимся с производительностью газа на ступени 1 компрессора.

Второй регулятор, обозначенный 22, можно присоединять для приема второго заданного значения давления, а также для приема результатов второго измерения давления от датчика 21 давления. Этот второй регулятор 22 можно также присоединять для передачи значения второго рабочего параметра в средства регулирования спускного клапана 24. Второй рабочий параметр может представлять собой изменяемую величину ширины отверстия, создаваемого спускным клапаном 24. Таким образом, указанный второй рабочий регулирует поток газа через промежуточное выпускное отверстие 20 для газа при использовании спускного клапана 24. Заключение делается вторым регулятором 22, на основании по меньшей мере одного различия между результатами второго измерения давления и вторым заданным значением давления. Например, когда давление газа, действительно существующее у промежуточного выпускного отверстия 20 для газа, ниже второго заданного значения давления, ширину отверстия спускного клапана 24 можно уменьшить. Напротив, ширину отверстия спускного клапана 24 можно увеличить, когда давление газа у промежуточного выпускного отверстия 20 для газа выше второго заданного значения давления.

Третий регулятор, обозначенный 32, можно присоединять для приема третьего заданного значения давления, а также для приема результатов третьего измерения давления от датчика 31 давления. Третий регулятор 32 можно также присоединять для передачи по меньшей мере одного значения третьего рабочего параметра в средства 43 регулирования. Третий рабочий параметр может представлять собой частоту изменения уровня вытеснительной жидкости внутри цилиндра на ступени 4 компрессора, интенсивность его изменения или сочетание указанных частоты и интенсивности. Таким образом, данный третий рабочий параметр регулирует производительность газа на ступени 4 компрессора. Заключение делается третьим регулятором 32, на основании по меньшей мере одного различия между одним из результатов третьего измерения давления и третьим установленным значением давления. Например, когда давление газа, действительно существующее у концевого выпускного отверстия 30 для газа, ниже третьего заданного значения давления, производительность ступени 4 компрессора можно увеличить. Напротив, производительность ступени 4 компрессора можно снизить, когда давление газа у концевого выпускного отверстия 30 для газа выше третьего заданного значения давления. Возможно, третий регулятор 32 может также передавать по меньшей мере значение одного дополнительного рабочего параметра в средства 33 регулирования для одновременного регулирования производительности газа на ступени 3 компрессора способом, согласующимся с производительностью газа на ступени 4 компрессора.

Каждый из первого, второго и третьего регуляторов 12, 22, 32 может включать пропорционально-интегрально-дифференциальный регулятор.

Первое, второе и третье заданные значения давления можно получать с помощью интегрированной системы 40 регулирования по обращению с газом и направлять с помощью последней информацию в первый, второй и третий регуляторы 12, 22, 32, соответственно, возможно через предназначенные для этого линии передачи.

Для некоторых видов применения газовых компрессоров могут потребоваться резервные мощности для систем, которые являются критически важными для обеспечения тождественных функций, непрерывной работы или по причинам безопасности. Это может относиться к подаче природного газа на борту судна, в частности, к подаче газового топлива в тяговый двигатель судна. Таким образом, судно по перевозке сжиженного природного газа может включать две отдельные системы подачи сжатого газа в несколько питаемых газом устройств, где каждая система реализует настоящее изобретение. В частности, одно из промежуточного выпускного отверстия для газа и концевого выпускного отверстия для газа каждой системы может находиться в соединении с впускным отверстием для газового топлива тягового двигателя судна для обеспечения резерва подачи газового топлива в тяговый двигатель. На Фиг. 4 показано такое резервное оборудование для судна. Оба многоступенчатых газовых компрессоров 100' и 100'' с жидким поршнем соединены параллельными каналами с источником 101 газа. Они могут быть или не быть одинаковыми, но каждый из них состоит из компонентов и характеризуется расположением, которые описаны ранее для многоступенчатого газового компрессора 100 с жидким поршнем со ссылкой на Фиг. 1 и Фиг. 2, хотя все указанные компоненты и не представлены или не обозначены повторно на Фиг. 4. Концевые выпускные отверстия 30 для газа обеих систем 100' и 100'' находятся в соединении с впускным отверстием для газового топлива тягового двигателя 102, при этом промежуточные выпускные отверстия 20 для газа обеих систем 100' и 100'' могут находиться в соединении с впускным отверстием для газа системы 103 сжижения газа через их соответствующие спускные клапаны 24. Для полноты резервного оборудования, отдельные компрессоры 60' и 60'' предварительного сжатия и отдельные охладители 61' и 61'' газа могут быть обеспечены на пути между источником 101 газа и соответствующими впускными отверстиями 10 для газа систем 100' и 100''.

Для воплощения настоящего изобретения на борту судна по перевозке сжиженного природного газа необязательно, чтобы впускное отверстие для газового топлива тягового двигателя судна находилось в соединении с концевым выпускным отверстием 30 для газа многоступенчатого газового компрессора 100 с жидким поршнем. Альтернативно, но в зависимости от давления газа, которое необходимо у впускного отверстия двигателя, промежуточное выпускное отверстие 20 для газа многоступенчатого газового компрессора 100 с жидким поршнем может предназначаться для соединения с впускным отверстием для газового топлива тягового двигателя судна. Действительно, значение давления газа в пределах 0,6±0,15 МПа (6±1,5 бар) (абс.) или 1,6±0,4 МПа (16±4 бар) (абс.), которое существует в промежуточном выпускном отверстии 20 для газа многоступенчатого газового компрессора 100 с жидким поршнем, может подходить для подачи газового топлива в тяговый двигатель судна. В этом случае, тяговый двигатель судна образует по меньшей мере часть второго питаемого газом устройства 103 (Фиг. 1). Кроме того, концевое выпускное отверстие 30 для газа многоступенчатого газового компрессора 100 с жидким поршнем может предназначаться для подачи газа при более высоком давлении в любое другое питаемое газом устройство, выполняя функцию первого питаемого газом устройства 102. Например, сжатый под давлением примерно 4 МПа (40 бар) (абс.) газ можно подавать в систему для сжижения газа из концевого выпускного отверстия 30 для газа многоступенчатого газового компрессора 100 с жидким поршнем.

Следует понимать, что изобретение можно реализовать при адаптации некоторых деталей реализации с учетом приведенного выше описания со ссылкой на чертежи. В частности, изобретение можно реализовать, независимо от количества ступеней компрессора, превышающего одну, в многоступенчатом газовом компрессоре с жидким поршнем, и независимо от положения промежуточного выпускного отверстия для газа вдоль цепи ступеней компрессора. Кроме того, численные значения, которые приведены для давления газа, были представлены только для иллюстрации.

Кроме того, возможно, что несколько промежуточных выпускных отверстий для газа могут находиться в разных промежуточных каналах для газа вдоль цепи ступеней компрессора в многоступенчатом газовом компрессоре с жидким поршнем для подачи газа в более чем два питаемых газом устройства, с соответствующими требованиями по давлению газа, которые все отличаются друг от друга. Каждое промежуточное выпускное отверстие для газа может быть также снабжено соответствующим спускным клапаном и датчиком давления для регулирования спускного клапана, описанного ранее в тексте данной заявки, отдельно от других спускных клапанов.

Изобретение относится к системам подачи сжатого газа в несколько питаемых газом устройств, а также к транспортному средству для перевозки сжиженного газа, которое снабжено такой системой. Содержит многоступенчатый газовый компрессор (100) с жидким поршнем. Измерения давления газа, проводимые во впускном отверстии (10) для газа, промежуточном выпускном отверстии (20) для газа и в концевом выпускном отверстии (30) для газа системы позволяют регулировать соответствующую производительность газа на ступенях компрессора. Можно получить простое и надежное регулирование работы системы. Изменение числа ступеней компрессора обеспечивает соответствие любым требованиям в отношении давления для доставки газа во все питаемые газом устройства, а изменение производительности газа на ступенях ступени компрессора обеспечивает простую подстройку к изменяемому потреблению газа в питаемых газом устройствах. 2 н. и 15 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Система подачи сжатого газа в несколько питаемых газом устройств, включающая:

- впускное отверстие (10) для газа для присоединения к источнику (101) газа;

- концевое выпускное отверстие (30) для газа для присоединения к первому питаемому газом устройству (102);

- многоступенчатый газовый компрессор (100) с жидким поршнем, который имеет по меньшей мере две ступени (1-4) компрессора, соединенные последовательно в упорядоченную цепь между впускным отверстием (10) для газа и концевым выпускным отверстием (30) для газа, где каждая ступень компрессора включает по меньшей мере один цилиндр, снабженный вытеснительной жидкостью, а также включает устройство для подачи жидкости при высоком давлении, установленное для попеременного увеличения и уменьшения количества вытеснительной жидкости, содержащейся внутри цилиндра, для загрузки, сжатия и выгрузки газа на этой ступени компрессора, при этом каждая ступень компрессора, отличающаяся от первой ступени в цепи и называемая более высокой ступенью компрессора, присоединена для обработки газа, который выпускают с предыдущей ступени компрессора, расположенной в цепи непосредственно перед указанной более высокой ступенью компрессора, через промежуточный канал для газа, соединяющий указанную предыдущую ступень компрессора с указанной более высокой ступенью компрессора, так что давление газа, перетекающего из впускного отверстия для газа, возрастает каждый раз, когда его обрабатывают на одной из ступеней компрессора, а газ, выпускаемый из концевого выпускного отверстия для газа, был обработан последовательно на всех ступенях компрессора в цепи;

отличающаяся тем, что дополнительно содержит:

- промежуточное выпускное отверстие (20) для газа, расположенное в одном из промежуточных каналов для газа, соединяющих две ступени компрессора (2, 3), являющиеся последовательными в цепи, причем указанное промежуточное выпускное отверстие для газа предназначено для присоединения ко второму питаемому газом устройству (103) через регулируемый спускной клапан (24); и

- первый датчик (11) давления, установленный для регистрации давления газа во впускном отверстии для газа (10), второй датчик (21) давления, установленный для регистрации давления газа в промежуточном выпускном отверстии (20) для газа, расположенном выше по потоку от спускного клапана (24) относительно направления потока газа в указанном промежуточном выпускном отверстии для газа, и третий датчик (31) давления, установленный для регистрации давления газа в концевом выпускном отверстии (30) для газа;

и тем, что устройство для подачи жидкости при высоком давлении на первой ступени (1) компрессора в цепи включает первые средства (13) регулирования, установленные для изменения производительности газа на указанной первой ступени компрессора, на основании результатов первого измерения, полученных с помощью первого датчика (11) давления,

причем система дополнительно включает вторые средства регулирования, установленные для регулирования спускного клапана (24), на основании результатов второго измерения, полученных с помощью второго датчика (20) давления, и

система для подачи жидкости при высоком давлении на последней ступени (4) компрессора в цепи включает третьи средства регулирования (43), установленные для изменения производительности газа на указанной последней ступени компрессора, на основании результатов третьего измерения, полученных с помощью третьего датчика (31) давления.

2. Система по п. 1, дополнительно включающая:

- первый регулятор (12), присоединенный для приема первого заданного значения давления, а также для приема результатов первого измерения давления от первого датчика (11) давления, и присоединенный для передачи по меньшей мере значения одного первого рабочего параметра в первые средства (13) регулирования, причем указанный по меньшей мере один первый рабочий параметр регулирует производительность газа на первой ступени (1) компрессора в цепи и дает заключение с помощью первого регулятора, на основании по меньшей мере одного различия между одним из результатов первого измерения давления и первым заданным значением давления;

- второй регулятор (22), присоединенный для приема второго заданного значения давления, а также для приема результатов второго измерения давления от второго датчика (21) давления, и присоединенный для передачи значения второго рабочего параметра во вторые средства регулирования, причем указанный второй рабочий параметр регулирует поток газа через промежуточное выпускное отверстие (20) для газа с использованием спускного клапана (24) и дает заключение с помощью второго регулятора, на основании по меньшей мере одного различия между одним из результатов второго измерения давления и вторым заданным значением давления; и

- третий регулятор (32), присоединенный для приема третьего заданного значения давления, а также для приема результатов третьего измерения давления от третьего датчика (31) давления, и присоединенный для передачи по меньшей мере значения одного третьего рабочего параметра в третьи средства (43) регулирования, причем указанный по меньшей мере один третий рабочий параметр регулирует производительность газа на последней ступени (4) компрессора в цепи и дает заключение с помощью третьего регулятора, на основании по меньшей мере одного различия между одним из результатов третьего измерения давления и третьим заданным значением давления.

3. Система по п. 2, в которой каждый из первого (12), второго (22) и третьего (32) регуляторов включает пропорционально-интегрально-дифференциальный регулятор.

4. Система по п. 2 или 3, которая дополнительно включает интегрированную систему (40) регулирования по обращению с газом, выполненную с возможностью получения первого, второго и третьего заданных значений давления и передачи указанных первого, второго и третьего заданных значений давления, соответственно, в первый (12), второй (22) и третий (32) регуляторы.

5. Система по любому из предшествующих пунктов, в которой цепь включает от двух до шести ступеней (1-4) компрессора, включая значения два и шесть, в многоступенчатом газовом компрессоре (100) с жидким поршнем.

6. Система по п. 5, в которой по меньшей мере две ступени (1, 2) компрессора многоступенчатого газового компрессора (100) с жидким поршнем расположены в цепи между впускным отверстием (10) для газа и промежуточным выпускным отверстием (20) для газа и называются ступенями компрессора первого сегмента, и в которой устройство для подачи жидкости при высоком давлении на каждой из ступеней компрессора первого сегмента включает соответствующие средства (12, 23) регулирования, установленные для изменения соответствующей производительности газа на ступенях компрессора первого сегмента, на основании результатов первого измерения, полученных с помощью первого датчика (11) давления.

7. Система по п. 5 или 6, в которой по меньшей мере две ступени (3, 4) компрессора многоступенчатого газового компрессора (100) с жидким поршнем расположены в цепи между промежуточным выпускным отверстием (20) для газа и концевым выпускным отверстием (30) для газа и называются ступенями компрессора последнего сегмента, и в которой устройство для подачи жидкости при высоком давлении на каждой из ступеней компрессора последнего сегмента включает соответствующие средства (33, 43) регулирования, установленные для изменения соответствующей производительности газа на ступенях компрессора последнего сегмента, на основании результатов третьего измерения, полученных с помощью третьего датчика (31) давления.

8. Система по любому из предшествующих пунктов, дополнительно включающая устройства (62-65) промежуточного охлаждения, каждое из которых расположено в одном промежуточном канале для газа между двумя ступенями (1, 4) компрессора, являющимися последовательными в цепи, и между последней ступенью (4) компрессора в цепи и концевым выпускным отверстием (30) для газа, для охлаждения газа, протекающего в указанном промежуточном канале для газа или в указанном концевом выпускном отверстии для газа.

9. Система по любому из предшествующих пунктов, выполненная для установки на борту работающего на газу транспортного средства, в частности работающего на газу судна, и в которой одно из промежуточного выпускного отверстия (20) для газа и концевого выпускного отверстия (30) для газа предназначено для соединения с впускным отверстием для газового топлива тягового двигателя транспортного средства.

10. Система по п. 9, в которой промежуточное выпускное отверстие (20) для газа или концевое выпускное отверстие (30) для газа, отличающееся от отверстия, предназначенного для соединения с впускным отверстием для газового топлива тягового двигателя транспортного средства, предназначено для соединения с газовой горелкой или системой для сжижения газа.

11. Система по п. 9 или 10, в которой концевое выпускное отверстие (30) для газа предназначено для соединения с впускным отверстием для газового топлива тягового двигателя транспортного средства, причем указанный тяговый двигатель транспортного средства образует при этом по меньшей мере часть первого питаемого газом устройства (102), и давление газа в концевом выпускном отверстии для газа составляет от 10 МПа (абс.) до 45 МПа (абс.) (от 100 бар (абс.) до 450 бар (абс.)).

12. Система по п. 11, дополнительно включающая компрессор (60) предварительного сжатия, установленный на пути газа между впускным отверстием (10) для газа и соединением с источником (101) газа.

13. Система по п. 9 или 10, в которой промежуточное выпускное отверстие (20) для газа предназначено для соединения с впускным отверстием для газового топлива тягового двигателя транспортного средства, причем указанный тяговый двигатель транспортного средства образует при этом по меньшей мере часть второго питаемого газом устройства (103), и давление газа в промежуточном выпускном отверстии для газа составляет 0,6±0,15 МПа (абс.) (6±1,5 бар (абс.)) или 1,6±0,4 МПа (абс.) (16±4 бар (абс.)).

14. Система по любому из пп. 9-13, в которой впускное отверстие (10) для газа системы предназначено для соединения так, чтобы принимать испарившийся газ, источником которого служит сжиженный газ, содержащийся по меньшей мере в одной цистерне, установленной на борту транспортного средства, причем указанная цистерна образует по меньшей мере часть источника (101) газа.

15. Система по любому из пп. 9-14, предназначенная для обработки газа, более чем на 80% по массе состоящего из метана.

16. Работающее на газу транспортное средство, включающее тяговый двигатель и по меньшей мере одну систему подачи сжатого газа в несколько питаемых газом устройств, причем указанная система соответствует любой из указанных в пп. 1-15, в которой одно из промежуточного выпускного отверстия (20) для газа и концевого выпускного отверстия (30) для газа системы находится в соединении с впускным отверстием для газового топлива тягового двигателя транспортного средства.

17. Работающее на газу транспортное средство по п. 16, включающее две отдельные системы подачи сжатого газа в несколько питаемых газом устройств, где каждая система соответствует любой из указанных в пп. 1-15, в которой одно из промежуточного выпускного отверстия (20) для газа и концевого выпускного отверстия (30) для газа каждой системы находится в соединении с впускным отверстием для газового топлива тягового двигателя транспортного средства для обеспечения резерва для подачи газового топлива в тяговый двигатель.