СИСТЕМА, СОДЕРЖАЩАЯ ОХЛАЖДАЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ МАШИНЫ, ЗАКЛЮЧЕННОЙ В КОРПУС ПОД ДАВЛЕНИЕМ Российский патент 2023 года по МПК F25B31/00 

ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Варианты осуществления изобретения относятся по существу к машине, заключенной в корпус под давлением.

В частности, варианты осуществления изобретения относятся к охлаждающему устройству для машины, заключенной в корпус под давлением, и более конкретно к съемным уплотнительным элементам охлаждающего устройства для циркуляции охлаждающей среды через корпус под давлением.

Широко известны интегрированные мотор-компрессорные агрегаты, в которых электрический двигатель и компрессор герметично заключены в цилиндрический корпус.

При интеграции охлаждающего устройства в такую конфигурацию необходимо предусмотреть меры предосторожности, связанные с перепадом давления между охлаждающей средой, например водой, и газом под давлением внутри корпуса. Очевидно, что газ под давлением стремится перемещаться по направлению к охлаждающей среде с более низким давлением, смешивание этих сред создает потенциальный риск избыточного давления в системе охлаждения.

ОПИСАНИЕ ПРЕДШЕСТВУЮЩЕГО УРОВНЯ ТЕХНИКИ

Обычную интеграцию проводят посредством приваривания охлаждающего устройства к внутренней части корпуса, находящегося под давлением.

Тем не менее производство является сложным и, учитывая расположение сварных швов, возникают задачи по обеспечению доступа. Кроме того, на корпусе из чугуна сложно выполнять сварку.

В соответствии с другим широко используемым решением между охлаждающей рубашкой и корпусом устанавливают уплотнительные кольца круглого сечения. Несмотря на простоту, данный подход требует частого и сложного технического обслуживания для замены соединений, которое включает в себя полную разборку системы. Более того, потенциальное повреждение уплотнительного кольца во время сборки можно выявить только после ее завершения, что приведет к повторной полной разборке системы.

Существует потребность в устранении по меньшей мере некоторых из упомянутых выше недостатков, в особенности за счет предотвращения смешивания между контуром охлаждающей среды и газом, находящимся под давлением внутри корпуса.

ИЗЛОЖЕНИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В соответствии с одним аспектом предлагается система, содержащая корпус под давлением, ограничивающий полость для по меньшей мере одной машины и охлаждающего устройства.

Охлаждающее устройство включает в себя:

охлаждающую рубашку, расположенную внутри корпуса под давлением;

по меньшей мере один съемный уплотнительный элемент между охлаждающей рубашкой и одной из впускной или выпускной трубок охлаждающей среды, расположенных за пределами корпуса под давлением,

причем съемный уплотнительный элемент содержит внутреннюю и наружную цилиндрические детали, проходящие соосно через корпус, и фланец, прикрепленный к корпусу, для удержания цилиндрических деталей;

внутреннюю цилиндрическую деталь, позволяющую охлаждающей среде циркулировать между охлаждающей рубашкой и одной из впускной или выпускной трубок охлаждающей среды;

съемный уплотнительный элемент, содержащий уплотнительный барьер для охлаждающей среды, включающий в себя уплотнительное устройство, расположенное между внутренней цилиндрической деталью и охлаждающей рубашкой, и уплотнительный барьер для газа, включающий в себя уплотнительное устройство, расположенное между наружной цилиндрической деталью и охлаждающей рубашкой.

Предпочтительно внутренняя и наружная цилиндрические детали располагаются на расстоянии друг от друга таким образом, чтобы сформировать зазор, соединенный с вентиляционным отверстием, выходящим за пределы корпуса под давлением.

Преимущественно съемный уплотнительный элемент может содержать переходную деталь, расположенную между корпусом и фланцем, которая удерживает внутреннюю и наружную цилиндрические детали.

Преимущественно вентиляционное отверстие может располагаться в переходной детали.

Предпочтительно уплотнительный барьер для газа дополнительно содержит уплотнительное устройство, расположенное между наружной цилиндрической деталью и корпусом.

Предпочтительно уплотнительный барьер для газа дополнительно включает в себя уплотнительное устройство, расположенное между внутренней цилиндрической деталью и переходной деталью, или расположенное между внутренней цилиндрической деталью и фланцем, если съемный уплотнительный элемент не включает в себя переходную деталь. Или расположенное между внутренней цилиндрической деталью и корпусом.

Преимущественно охлаждающее устройство содержит:

первый съемный уплотнительный элемент для циркуляции охлаждающей среды между охлаждающей рубашкой и расположенной за пределами корпуса под давлением впускной трубкой охлаждающей среды, и

второй съемный уплотнительный элемент для циркуляции охлаждающей среды между охлаждающей рубашкой и расположенной за пределами корпуса под давлением выпускной трубкой охлаждающей среды.

В соответствии с одним вариантом осуществления охлаждающую рубашку и внутреннюю цилиндрическую деталь закрепляют с помощью дополнительных винтовых резьб таким образом, чтобы сформировать уплотнительный барьер для охлаждающей среды между внутренней цилиндрической деталью и охлаждающей рубашкой.

Преимущественно охлаждающая рубашка может содержать две независимые верхнюю и нижнюю части, охватывающие контур охлаждения и приваренные друг к другу по их краям.

В соответствии с альтернативным вариантом осуществления охлаждающую рубашку можно изготавливать посредством аддитивных технологий.

В соответствии с другим альтернативным вариантом осуществления охлаждающую рубашку можно изготавливать посредством метода литья.

Кроме того, корпус под давлением может охватывать по меньшей мере одну из следующих машин: турбину, электрический генератор, компрессор и электрический привод.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ

Другие преимущества и признаки изобретения станут понятными при изучении подробного описания вариантов осуществления, которые не являются ограничивающими, и прилагаемых чертежей, причем:

На [Фиг. 1] представлен вариант осуществления системы, содержащий охлаждающее устройство для машины, заключенной в корпус под давлением, в соответствии с изобретением;

На [Фиг. 2] представлен детальный вид съемного уплотнительного элемента в соответствии с вариантом осуществления изобретения, содержащим переходную деталь;

На [Фиг. 3] представлен детальный вид съемного уплотнительного элемента в соответствии с другим вариантом осуществления изобретения;

На [Фиг. 4] представлен детальный вид съемного уплотнительного элемента в соответствии с другим вариантом осуществления изобретения, включающим в себя резьбовое уплотнение; и

На [Фиг. 5] представлен другой вариант осуществления системы, содержащий охлаждающее устройство для машины, заключенной в корпус под давлением в соответствии с изобретением, содержащий канал для кабелей питания.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ

В вариантах осуществления изобретения в настоящем документе описаны конфигурации системы охлаждения компрессора, содержащей по меньшей мере один съемный уплотнительный элемент для циркуляции охлаждающей среды в охлаждающем устройстве, проходящий между внутренней стороной и наружной стороной корпуса под давлением.

Съемный уплотнительный элемент содержит по меньшей мере один уплотнительный барьер для охлаждающей среды и один уплотнительный барьер для газа, предотвращающие смешивание между охлаждающей средой, протекающей в контуре охлаждения, и газом, находящимся в корпусе под давлением.

Рассмотрим Фиг. 1, на котором представлен вариант осуществления системы 1, содержащий корпус 2 под давлением, ограничивающий полость для по меньшей мере одной машины 3 и охлаждающего устройства 4.

В показанном примере машина 3 представляет собой мотор-компрессорный агрегат. Однако корпус под давлением может охватывать по меньшей мере одну из следующих машин: турбину, электрический генератор, компрессор и электрический привод

Корпус 2 под давлением вытянут вдоль центральной оси A, которая совпадает с осью вращения мотор-компрессорного агрегата.

Охлаждающее устройство 4 включает в себя охлаждающую рубашку 5, расположенную внутри корпуса 2 под давлением, предпочтительно вплотную к внутренней поверхности корпуса 2 под давлением.

В качестве примера показанная охлаждающая рубашка 5 содержит две независимые верхнюю и нижнюю части, соответственно 5a и 5b, охватывающие контур 6 охлаждения. Верхняя и нижняя части 5a и 5b приварены друг к другу по их краям с помощью сварных швов 7 и 8.

В соответствии с альтернативными вариантами осуществления охлаждающую рубашку 5 можно изготавливать посредством аддитивных технологий или методом литья.

Контур 6 охлаждения может проходить в виде змеевика в охлаждающей рубашке 5.

Кроме того, в показанном примере охлаждающей средой является вода.

Охлаждающее устройство 4 дополнительно содержит по меньшей мере один съемный уплотнительный элемент между охлаждающей рубашкой 5 и одной из впускной или выпускной трубок охлаждающей среды, расположенных за пределами корпуса 2 под давлением.

Предпочтительно охлаждающее устройство 4 включает в себя два съемных уплотнительных элемента, первый съемный уплотнительный элемент 9a для циркуляции охлаждающей среды между охлаждающей рубашкой 5 и впускной трубкой 10 охлаждающей среды и второй съемный уплотнительный элемент 9b для циркуляции охлаждающей среды между охлаждающей рубашкой 5 и выпускной трубкой 11 охлаждающей среды.

Охлаждающая среда, поступающая из впускной трубки 10 охлаждающей среды, может таким образом проникать в корпус 2 под давлением, проходя через первый съемный уплотнительный элемент 9a, может циркулировать внутри охлаждающей рубашки 5, а затем выходить из корпуса 2 под давлением, проходя через второй съемный уплотнительный элемент 9b к выпускной трубке 11 охлаждающей среды.

Каждый съемный уплотнительный элемент содержит внутреннюю и наружную цилиндрические детали, соответственно 12 и 13, проходящие соосно через корпус 2 под давлением, в отверстии, предусмотренном для этой цели, соответственно 14 и 15 для съемных уплотнительных элементов 9a и 9b.

В другом варианте осуществления внутренняя и наружная цилиндрические детали 12 и 13 также могут быть объединены в единый элемент. В этом случае между уплотнениями просверливают вентиляционное отверстие.

Внутренняя цилиндрическая деталь 12 позволяет охлаждающей среде циркулировать между охлаждающей рубашкой 5 и одной из впускной или выпускной трубок 10, 11 охлаждающей среды.

Преимущественно в качестве меры предосторожности внутренняя и наружная цилиндрические детали 12, 13 располагаются на расстоянии друг от друга таким образом, чтобы сформировать зазор 16, соединенный с вентиляционным отверстием 17, показанным на Фиг. 2, выходящим за пределы корпуса 2 под давлением. Если через это вентиляционное отверстие 17 возникают утечки, можно быстро определить, что уплотнительный элемент работает неправильно.

Фланец 18 прикрепляют к корпусу 2 под давлением для удержания цилиндрических деталей 12 и 13. Например, фланец 18 можно прикрепить винтами. Во фланце 18 предусмотрено сквозное отверстие для циркуляции охлаждающей среды между съемным уплотнительным элементом 9a, 9b и впускной или выпускной трубкой 10, 11 охлаждающей среды.

Вариант осуществления съемного уплотнительного элемента, показанный на Фиг. 1 и 2, содержит переходную деталь 19. Переходная деталь 19 представляет собой промежуточную деталь, расположенную между корпусом 2 под давлением и фланцем 18, с помощью которой внутреннюю и наружную цилиндрические детали 12, 13 удерживают в положении внутри корпуса 2 под давлением. Например, фланец 18 можно прикрепить к корпусу 2 под давлением с помощью винтов, проходящих через переходную деталь 19.

Как показано, вентиляционное отверстие 17 можно расположить в переходной детали 19.

В соответствии с альтернативным вариантом осуществления, показанным на Фиг. 3, фланец 18 может быть выполнен с возможностью использования вместо переходной детали 19. В этом случае фланец 18 может содержать вентиляционное отверстие 17. Как показано на Фиг. 3, диаметр верхней части внутренней цилиндрической детали 12 может быть преимущественно адаптирован для сопряжения с фланцем 18.

Кроме того, каждый съемный уплотнительный элемент 9a, 9b содержит уплотнительный барьер для охлаждающей среды, включающий в себя уплотнительное устройство 20, расположенное между внутренней цилиндрической деталью 12 и охлаждающей рубашкой 5, предотвращающее утечку охлаждающей среды из контура 6 охлаждения за пределы внутренней цилиндрической детали 12.

Каждый съемный уплотнительный элемент 9a, 9b дополнительно содержит уплотнительный барьер для газа, включающий в себя уплотнительное устройство 21, расположенное между наружной цилиндрической деталью 13 и охлаждающей рубашкой 5, предотвращающее утечку газа из корпуса 2 под давлением внутрь наружной цилиндрической детали 13.

В примерах, показанных на фигурах, уплотнительные устройства уплотнительного барьера для охлаждающей среды и уплотнительного барьера для газа включают в себя прокладку, предпочтительно уплотнительное кольцо круглого сечения.

За счет этого формируют двойной уплотнительный барьер, предотвращающий смешивание охлаждающей среды и газа.

Уплотнительный барьер для газа дополнительно содержит уплотнительное устройство 22, предпочтительно расположенное между наружной цилиндрической деталью 13 и корпусом 2 под давлением.

Уплотнительный барьер для охлаждающей среды каждого съемного уплотнительного элемента 9a, 9b в показанном варианте осуществления также включает в себя уплотнительное устройство 23, расположенное между внутренней цилиндрической деталью 12 и переходной деталью 19, как показано на Фиг. 2. Уплотнительное устройство 23 также можно расположить между внутренней цилиндрической деталью 12 и фланцем 18, как показано на Фиг. 3, или расположить между внутренней цилиндрической деталью 12 и корпусом 2 (здесь не показан), если съемный уплотнительный элемент 9a, 9b не включает в себя переходную деталь 19.

Каждое из уплотнительных устройств 20 и 23 уплотнительного барьера для охлаждающей среды расположено на одном конце внутренней цилиндрической детали 12, и каждое из уплотнительных устройств 21 и 22 уплотнительного барьера для газа расположено на одном конце наружной цилиндрической детали 13.

Внутренняя цилиндрическая деталь 12 может включать в себя верхний поясок 24, сопрягающийся с переходной деталью 19 или фланцем 18, если переходная деталь 19 не предусмотрена, чтобы обеспечить правильное положение и выравнивание внутри отверстия 14, 15 корпуса 2.

Как показано на Фиг. 4, на которой изображен другой вариант осуществления уплотнительного барьера для охлаждающей среды, охлаждающую рубашку 5 и внутреннюю цилиндрическую деталь 12 закрепляют с помощью дополнительных винтовых резьб таким образом, чтобы сформировать уплотнительное устройство 20 уплотнительного барьера для охлаждающей среды между внутренней цилиндрической деталью 12 и охлаждающей рубашкой 5. Уплотнительное устройство может представлять собой, например, газовую резьбу или резьбу NPT (National Pipe Thread, американская трубная резьба).

Кроме того, в корпусе 2 под давлением системы 1 также можно предусмотреть отверстие 25 для прохода кабелей питания от машины 3 к клеммной коробке 26, показанной на Фиг. 5.

В этом варианте осуществления охлаждающая рубашка 5 предпочтительно снабжена каналом 27.

Для защиты кабелей питания от газа наружную цилиндрическую деталь 13 и, например, переходную деталь 19 можно вставить в отверстие 25 корпуса 2 под давлением.

Далее со ссылкой на Фиг. 1, 2, 3, 4 и 5 описан один рабочий цикл системы 1. Во время работы охлаждающая среда из впускной трубки 10 охлаждающей среды может проникать в корпус 2 под давлением через внутреннюю цилиндрическую деталь 12 первого съемного уплотнительного элемента 9a и циркулировать через контур 6 охлаждения охлаждающей рубашки 5 для охлаждения мотор-компрессорного агрегата 3.

Первый съемный уплотнительный элемент содержит уплотнительный барьер для охлаждающей среды, включающий в себя уплотнительное устройство 20, расположенное между внутренней цилиндрической деталью 12 и охлаждающей рубашкой 5. Кроме того, уплотнительный барьер для газа, содержащий уплотнительное устройство 21, расположен между наружной цилиндрической деталью 13, которая установлена соосно с внутренней цилиндрической деталью 12, и охлаждающей рубашкой 5.

С помощью уплотнительного барьера для охлаждающей среды и уплотнительного барьера для газа системы предотвращают риск избыточного давления за счет предотвращения смешивания газа и охлаждающей среды.

Аналогичным образом охлаждающая среда может затем вытекать за пределы корпуса 2 под давлением, циркулируя через второй съемный уплотнительный элемент 9b к выпускной трубке 11 охлаждающей среды.

Конфигурация съемных уплотнительных элементов 9a, 9b обеспечивает быстрое и простое техническое обслуживание.

Изобретение относится к системе, содержащей охлаждающее устройство для машины, заключенной в корпус под давлением. Охлаждающее устройство (4) включает в себя: охлаждающую рубашку (5), расположенную внутри корпуса (2) под давлением, по меньшей мере один съемный уплотнительный элемент между охлаждающей рубашкой (5) и одной из впускной или выпускной трубок (10, 11) охлаждающей среды, расположенных за пределами корпуса (2) под давлением. Причем съемный уплотнительный элемент (9a, 9b) содержит внутреннюю и наружную цилиндрические детали (12, 13), проходящие соосно через корпус (2), и фланец (18), прикрепленный к корпусу (2), для удержания цилиндрических деталей (12, 13). При этом внутренняя цилиндрическая деталь (12), позволяет охлаждающей среде циркулировать между охлаждающей рубашкой (5) и одной из впускной или выпускной трубок (10, 11) охлаждающей среды. Съемный уплотнительный элемент (9a, 9b) содержит уплотнительный барьер для охлаждающей среды, включающий в себя уплотнение (20), расположенное между внутренней цилиндрической деталью (12) и охлаждающей рубашкой (5), и уплотнительный барьер для газа, включающий в себя уплотнение (21), расположенное между наружной цилиндрической деталью (13) и охлаждающей рубашкой (5). Изобретение предотвращает риск избыточного давления за счет предотвращения смешивания газа и охлаждающей среды. 11 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Система, содержащая охлаждающее устройство для машины, заключенной в корпусе под давлением, причем корпус (2) под давлением ограничивает полость для по меньшей мере одной машины (3), а охлаждающее устройство (4) включает в себя: охлаждающую рубашку (5), расположенную внутри корпуса (2) под давлением, по меньшей мере один съемный уплотнительный элемент (9а, 9b) между охлаждающей рубашкой (5) и одной из впускной или выпускной трубок (10, 11) охлаждающей среды, расположенных за пределами корпуса (2) под давлением, причем съемный уплотнительный элемент (9а, 9b) содержит внутреннюю и наружную цилиндрические детали (12, 13), проходящие соосно через корпус (2), и фланец (18), прикрепленный к корпусу (2), для удержания цилиндрических деталей (12, 13), внутреннюю цилиндрическую деталь (12), позволяющую охлаждающей среде циркулировать между охлаждающей рубашкой (5) и одной из впускной или выпускной трубок охлаждающей среды, съемный уплотнительный элемент, содержащий уплотнительный барьер для охлаждающей среды, включающий в себя уплотнительное устройство (20), расположенное между внутренней цилиндрической деталью (12) и охлаждающей рубашкой (5), и уплотнительный барьер для газа, включающий в себя уплотнительное устройство (21), расположенное между наружной цилиндрической деталью (13) и охлаждающей рубашкой (5).

2. Система по п. 1, в которой внутренняя и наружная цилиндрические детали (12, 13) располагаются на расстоянии друг от друга таким образом, чтобы сформировать зазор (16), соединенный с вентиляционным отверстием (17), выходящим за пределы корпуса (2) под давлением.

3. Система по п. 1 или 2, в которой съемный уплотнительный элемент (9а, 9b) содержит переходную деталь (19), расположенную между корпусом (2) и фланцем (18), которая удерживает внутреннюю и наружную цилиндрические детали (12, 13).

4. Система по п. 2 или 3, в которой вентиляционное отверстие (17) расположено в переходной детали (19).

5. Система по любому из предшествующих пунктов, в которой уплотнительный барьер для газа дополнительно содержит уплотнительное устройство (22), расположенное между наружной цилиндрической деталью (13) и корпусом (2).

6. Система по любому из предшествующих пунктов, в которой уплотнительный барьер для газа дополнительно содержит уплотнительное устройство (23), расположенное между внутренней цилиндрической деталью (12) и переходной деталью (19), или расположенное между внутренней цилиндрической деталью (12) и корпусом (2), или расположенное между внутренней цилиндрической деталью (12) и фланцем (18), если съемный уплотнительный элемент (9а, 9b) не включает в себя переходную деталь (19).

7. Система по любому из предшествующих пунктов, в которой охлаждающее устройство содержит первый съемный уплотнительный элемент (9а) для циркуляции охлаждающей среды между охлаждающей рубашкой (5) и расположенной за пределами корпуса (2) под давлением впускной трубкой (10) охлаждающей среды и второй съемный уплотнительный элемент (9b) для циркуляции охлаждающей среды между охлаждающей рубашкой (5) и расположенной за пределами корпуса (2) под давлением выпускной трубкой (11) охлаждающей среды.

8. Система по любому из предшествующих пунктов, в которой охлаждающую рубашку (5) и внутреннюю цилиндрическую деталь (12) закрепляют с помощью дополнительных винтовых резьб таким образом, чтобы сформировать уплотнительный барьер для охлаждающей среды между внутренней цилиндрической деталью (12) и охлаждающей рубашкой (5).

9. Система по любому из предшествующих пунктов, в которой охлаждающая рубашка (5) содержит две независимые верхнюю и нижнюю части (5а, 5b), охватывающие контур охлаждения и приваренные друг к другу по их краям.

10. Система по любому из предшествующих пунктов, в которой охлаждающая рубашка (5), изготовленная посредством аддитивных технологий, охватывает контур (6) охлаждения.

11. Система по любому из предшествующих пунктов, в которой охлаждающая рубашка (5), изготовленная посредством процесса литья, охватывает контур (6) охлаждения.

12. Система по любому из предшествующих пунктов, в которой корпус (2) под давлением охватывает по меньшей мере одну из следующих машин (3): турбину, электрический генератор, компрессор и электрический привод.