Компрессорный блок и применение охлаждающей среды

Компрессорный блок (1) для сжатия добываемой среды (80), в частности для подводной эксплуатации, содержит компрессор (3) и электродвигатель (2), состоящий из статора (16) и ротора (15). Статор (16) электродвигателя (2) связан с отдельным охлаждающим устройством (40) и охлаждается посредством отдельного охлаждающего устройства (40), содержащего охлаждающую среду (56). При подводной эксплуатации из-за плохой доступности и запрета материального обмена с окружающим пространством охлаждение машин особенно затруднительно. Для решения проблемы в качестве охлаждающей среды (56) предложен сложный эфир пентаэритрита и тетракарбоновой кислоты. 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Изобретение относится к компрессорному блоку для сжатия добываемой среды, в частности для подводной эксплуатации, содержащему компрессор и электродвигатель, состоящий из статора и ротора, причем статор электродвигателя связан с отдельным охлаждающим устройством и охлаждается посредством отдельного охлаждающего устройства, содержащего охлаждающую среду. Помимо этого объектом изобретения является применение особой охлаждающей среды для охлаждения статора электродвигателя компрессорного блока для работы под водой.

Новейшие разработки в области компрессоростроения сконцентрированы на подводном расположении мощных компрессоров, которые должны служить для добычи природного газа. Вследствие особых эксплуатационных условий, в частности из-за сильно ограниченного доступа для обслуживания и соединительных линий, специалисты стоят перед большими требованиями. Требования защиты окружающей среды в этой области запрещают любой материальный обмен между устанавливаемыми агрегатами и окружающей их морской водой. К тому же морская вода является агрессивной средой, и на различных морских глубинах встречаются предельные условия давления и температуры. Другое требование состоит в том, что агрегаты, с одной стороны, должны иметь крайне длительный срок службы, а, с другой стороны, должны быть выполнены почти не требующими обслуживания. Дополнительным осложняющим обстоятельством является значительное загрязнение частично химически агрессивной добываемой среды.

Компрессорный блок описанного выше рода уже известен из международной патентной заявки WO 01/099286 A1. В описанном в ней компрессорном блоке для охлаждения предусмотрено, что от добываемой среды, большей частью природного газа, в зоне перетока радиальных ступеней компрессора отводится часть его количества, обтекающая охлаждаемые конструктивные элементы, так что потери тепла, составляющие порядка 100-200 кВт, отводятся с холодной добываемой средой.

Эта концепция охлаждения компрессорного блока предпочтительна, в частности, потому, что для отвода потерь тепла используется транспортируемая добываемая среда и между компрессорным блоком и другими компонентами окружающего пространства необязательно должен происходить дополнительный материальный обмен. Однако особые трудности возникают в этой концепции из-за агрессивности добываемых сред.

Нередко добываемая среда сильно загрязнена и вследствие обтекания восприимчивых деталей может нарушить их функционирование. Поэтому, например, подшипники - упорные и радиальные - заключаются в кожух, так что между окружающим пространством и этими деталями не происходит материального обмена. Вследствие этого приходится использовать магнитные подшипники. То же относится к ротору и статору, которые защищены от агрессивных добываемых сред аналогичным образом посредством кожуха. В то время как охлаждения ротора обтеканием достаточно, для охлаждения статора требуются дополнительные меры, чтобы отводить потери тепла. В одном решении из уровня техники предусмотрено, что статор снабжен охлаждающими каналами, а добываемая среда протекает для охлаждения по ним. Это выполнение скрывает в себе ту опасность, что загрязнения добываемой среды в процессе эксплуатации могут нарушить течение по каналам и засорить их. Другая опасность таится в пористой, как правило, изоляции статора, которая в зоне обтекания частично поглощает добываемую среду, вступающую в контакт со статором в качестве охлаждающей среды, так что при резком падении давления, например при остановке работы, происходит взрывоподобное расширение поглощенной среды в порах изоляции, которая вследствие этого разрушается.

Описанные недостатки с их высокими рисками в отношении готовности компрессорного блока к работе абсолютно неприемлемы, в частности, для подводной эксплуатации, например при добыче природного газа.

В основе изобретения лежит задача создания охлаждающего устройства для статора электродвигателя компрессорного блока, в частности для подводной эксплуатации, которое, с одной стороны, обеспечивало бы высокую эксплуатационную надежность, а, с другой стороны, не требовало бы во время эксплуатации материального обмена с окружающим пространством.

Эта задача решается за счет применения сложного эфира пентаэритрита и тетракарбоновой кислоты в качестве охлаждающей среды в охлаждающем устройстве для статора электродвигателя компрессорного блока.

Ниже приведены предпочтительные варианты осуществления изобретения.

Особенно предпочтительным вариантом эксплуатации охлаждающего устройства является применение сложного эфира пентаэритрита и тетракарбоновой кислоты в качестве охлаждающей среды для охлаждения статора электродвигателя при работе под водой.

Помимо этого важными преимуществами применения указанного сложного эфира являются высокая точка его воспламенения и связанная с этим уменьшенная опасность пожара. Важными преимуществами являются также низкие коррозионные свойства и хорошая совместимость с применяемыми в этой области изоляционными материалами, например слюдяными лентами и эпоксидной смолой или пропиточными смолами.

В качестве примера сложного эфира пентаэритрита и тетракарбоновой кислоты следует привести сложноэфирные жидкости «Midel» или «Shell Fluid 4600». Эти жидкости не только прекрасные изоляторы и совместимы с окружающими материалами, но и отвечают также высоким требованиям противопожарной охраны, а также высоким требованиям к экологической совместимости, поскольку они, в частности, не классифицируются как водоопасные.

Целесообразно остаток карбоновой кислоты является линейным и однократно метил-разветвленным. Предпочтительно, если он имеет среднее число атомов углерода ≥1.

Кроме того, учитывается восприимчивость статора к загрязнению, если охлаждающее устройство содержит замкнутый контур, в котором циркулирует охлаждающая среда (сложный эфир пентаэритрита и тетракарбоновой кислоты). При этом целесообразно, если охлаждающее устройство содержит теплообменник, который посредством подающей и сливной линий связан с охлаждаемым статором, причем охлаждающее устройство выполнено таким образом, что охлаждающая среда (сложный эфир пентаэритрита и тетракарбоновой кислоты) циркулирует между теплообменником, сливной линией, статором и подающей линией.

Циркуляция может приводиться в действие посредством естественной конвекции, так что возникает естественная циркуляция между вышеназванными конструктивными элементами охлаждающей среды. Однако предпочтительной является эксплуатация контура охлаждающей среды с принудительной циркуляцией посредством насоса. При этом не должно происходить смены фаз. Это обеспечивает особенно широкий диапазон теплового применения.

Также целесообразно, если охлаждающее устройство рассчитано на максимальное рабочее давление.

Особенно целесообразными в смысле изобретения являются, с одной стороны, отдельное охлаждающее устройство для статора электродвигателя компрессорного блока, а, с другой стороны, другая охлаждающая система для других элементов компрессорного блока. Отделение охлаждающего устройства от охлаждающей системы отвечает особым требованиям к теплоотводу от статора родового компрессорного блока.

В охлаждающей системе, которая охлаждает, в том числе, компрессор и ротор электродвигателя, в качестве охлаждающей среды особенно предпочтительно предусмотрена добываемая среда, так что потери тепла отводятся со сжимаемой добываемой средой. Это особенно целесообразно при подводной добыче природного газа, поскольку он, как правило, относительно холодный.

В частности, ротор может целесообразно обтекаться добываемой средой в открытом контуре.

Ниже изобретение более подробно поясняется с помощью специального примера его осуществления со ссылкой на чертежи, на которых изображают:

- фиг.1: схематичный продольный разрез предложенного в изобретении компрессорного блока.

На фиг.1 схематично изображен разрез вдоль компрессорного блока 1, который в качестве основных деталей содержит электродвигатель 2 и компрессор 3 в газонепроницаемом корпусе 4. Корпус 4 заключает в себе электродвигатель 2 и компрессор 3. В зоне перехода от электродвигателя 2 к компрессору 3 корпус 4 снабжен впускным 6 и выпускным 7 отверстиями, причем через впускное отверстие 6 посредством всасывающего патрубка 8 сжимаемая текучая среда всасывается, а через выпускное отверстие 7 вытекает.

При работе компрессорный блок 1 расположен вертикально, причем ротор 15 электродвигателя 2 и расположенный под ним ротор 9 компрессора 3 объединены в общий вал 19, вращающийся вокруг общей вертикальной оси 60 вращения.

Ротор 15 установлен в первом радиальном подшипнике 21 на своем верхнем конце.

Ротор 9 посредством второго радиального подшипника 22 установлен в нижнем положении.

На верхнем конце общего вала 19, т.е. на верхнем конце ротора 15, предусмотрен осевой подшипник 25. Радиальные и упорный подшипники работают от электромагнитов и соответственно заключены в кожухи. Радиальные подшипники расположены при этом в направлении периферии вокруг соответствующего места опоры вала 19, выполнены с возможностью вращения на 360° и неразъемными.

Выполненный центробежным компрессор 3 содержит три ступени 11, соответственно сообщенные посредством перетока 33. Возникающие на ступенях 11 разности давления создают тягу на роторе 9, которая передается на ротор 15 и направлена навстречу массе образованного роторами 9, 15 общего ротора, так что в номинальном режиме происходит значительная компенсация тяги.

Электромагнитные подшипники 21, 22, 25 охлаждаются охлаждающей системой 31 до рабочей температуры, причем охлаждающая система 31 предусматривает ответвление 32 в одном перетоке компрессора 3. Из ответвления 32 по трубопроводам через фильтр 35 направляется часть добываемой среды, преимущественно природного газа, а затем по двум отдельным трубопроводам - к внешним местам опоры (первый 21 и четвертый 24 радиальный подшипники и упорный подшипник 25). Это охлаждение посредством холодной добываемой среды 80 делает ненужными дополнительные питающие линии.

Ротор 15 окружен статором 16, содержащим кожух 39, так что агрессивная добываемая среда 80 не повреждает обмотки статора 16. При этом кожух рассчитан предпочтительно так, что он способен выдерживать полное рабочее давление. Это происходит потому, что предусмотрено отдельное охлаждающее устройство 40 для статора 16, содержащее собственную циркулирующую охлаждающую среду 56 (сложный эфир пентаэритрита и тетракарбоновой кислоты). Насос 42 обеспечивает при этом контур через теплообменник 43.

По меньшей мере, кожух 39 выполнен таким образом, что участок, расположенный между статором 16 и ротором 15, хотя и имеет небольшую толщину стенки, однако при полном заполнении охлаждающего устройства 40 охлаждающей средой 56 способен выдерживать расчетное давление. Таким образом, в этой зоне предотвращаются потери от вихревых токов и повышается кпд всего устройства.

Ротор 9 целесообразно содержит вал 10, на котором смонтированы ступени 11 компрессора. Это может осуществляться предпочтительно горячей прессовой посадкой. Точно так же возможно геометрическое замыкание, например посредством многоугольников. В другом варианте предусмотрена сварка различных ступеней 11 компрессора друг с другом, в результате чего возникает монолитный ротор 9.

На фиг.2 изображены ротор 15, статор 16 и охлаждающее устройство 40. Оно содержит охлаждающий контур 50, который образован охлаждающими каналами 51, расположенными с обеих сторон от охлаждающих каналов 51 коллекторами 52, присоединенными к ним линиями, а именно подающей 53 и сливной 54, а также расположенным между обеими линиями 53, 54 теплообменником 55. Охлаждающая среда 56, а именно сложный эфир пентаэритрита и тетракарбоновой кислоты под торговым названием «Midel», течет, начиная с охлаждающих каналов 51 статора 16, по подающей линии 53 в теплообменник 55, где она охлаждается, и поступает по сливной линии 54 в коллектор 52, находящийся на конце охлаждающих каналов 51 со стороны слива. Контур замкнут. Преимущественно разность температур между подающей 53 и сливной 54 линиями составляет 10 К. Теплообменник 55 находится геодезически в наивысшей точке (разность высот ΔН), так что поддерживается естественная конвекция. Насос 42 расположен в сливе. Статор заключен в кожух, и в щели между ротором 15 и статором 16 охлаждение происходит посредством добываемой среды 80, которая обтекает ротор 15.

1. Компрессорный блок (1) для сжатия добываемой среды (80), в частности для подводной эксплуатации, содержащий компрессор (3) и электродвигатель (2), состоящий из статора (16) и ротора (15), причем статор (16) электродвигателя (2) связан с отдельным охлаждающим устройством (40) и выполнен с возможностью охлаждения посредством отдельного охлаждающего устройства (40), содержащего охлаждающую среду (56), отличающийся тем, что охлаждающей средой (56) является сложный эфир пентаэритрита и тетракарбоновой кислоты.

2. Блок по п.1, отличающийся тем, что остаток карбоновой кислоты является линейным и однократно метил-разветвленным.

3. Блок по п.2, отличающийся тем, что остаток карбоновой кислоты имеет среднее число атомов углерода ≥7.

4. Блок по одному из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что охлаждающее устройство (40) содержит замкнутый контур (охлаждающий контур 50) с циркулирующей охлаждающей средой (56).

5. Блок по п.1, отличающийся тем, что охлаждающее устройство (40) содержит теплообменник (55), который посредством подающей линии (53) и сливной линии (54) связан с охлаждаемым статором (16), причем охлаждающее устройство (40) выполнено с возможностью циркуляции охлаждающей среды (56) между теплообменником (55), сливной линией (54), статором (16) и подающей линией (53).

6. Блок по п.1, отличающийся тем, что в сливной линии (54) предусмотрен насос (42), выполненный с возможностью подачи охлаждающей среды (56), в результате чего происходит принудительная циркуляция.

7. Блок по п.1, отличающийся тем, что охлаждающее устройство рассчитано на максимальное рабочее давление.

8. Блок по п.1, отличающийся тем, что компрессор (2), подшипники (радиальные подшипники 21, 24 и упорный подшипник 25) и ротор (15) электродвигателя (2) связаны с дополнительной охлаждающей системой с возможностью охлаждения ею.

9. Блок по п.2, отличающийся тем, что охлаждающая система (31) содержит охлаждающую среду, которой является добываемая среда.

10. Блок по п.1, отличающийся тем, что добываемой средой является природный газ.

11. Блок по п.1, отличающийся тем, что охлаждающая система (31) выполнена с возможностью обтекания ротора (15) охлаждающей средой.

12. Применение сложного эфира пентаэритрита и тетракарбоновой кислоты в качестве охлаждающей среды (56) охлаждающего устройства (40) для статора (16) электродвигателя (2) компрессорного блока (1) для работы под водой.

13. Применение по п.12, отличающееся тем, что остаток карбоновой кислоты является линейным и однократно метил-разветвленным.

14. Применение по п.13, отличающееся тем, что остаток карбоновой кислоты имеет среднее число атомов углерода ≥7.

15. Применение по пп.12, 13 или 14, отличающееся тем, что охлаждающее устройство выполнено с возможностью эксплуатации с принудительной циркуляцией.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к гидромашиностроению. .

Изобретение относится к роторно-вихревым машинам. .

Изобретение относится к погружным центробежным насосам, используемым для перекачивания агрессивных сред, в том числе и содержащих абразивные механические примеси, и может быть использовано для добычи полезных ископаемых в жидкой форме, в том числе углеводородов из нефтяных скважин, а также с использованием щелочного или кислотного выщелачивающего вещества.

Изобретение относится к гидромашиностроению и может быть использовано при создании погружных центробежных насосов для добычи нефти из скважин с высоким содержанием газа в пластовой жидкости.

Изобретение относится к области химического машиностроения и может быть использовано в магнитной муфте герметичного центробежного насоса с проточной частью, защищенной полимерным покрытием.

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в охлаждающей системе двигателя внутреннего сгорания. .

Изобретение относится к гидромашиностроению и может быть использовано, в частности, при создании погружных центробежных насосов для добычи нефти из скважин с высоким содержанием газа в пластовой жидкости.

Изобретение относится к области насосостроения и может быть использовано для изготовления рабочих органов (ступеней) погружных центробежных и центробежно-вихревых насосов, предназначенных для откачки агрессивных пластовых вод (в частности, после кислотной обработки скважин) с высокой концентрацией абразивных частиц.

Лопасть // 2172434
Изобретение относится к лопасти, подлежащей креплению к ступице вентилятора. .

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано при создании погружных центробежных насосов для добычи нефти, в частности износостойких погружных насосов, предназначенных для работы в скважинах с осложненными условиями эксплуатации, Создание повышенных депрессий при эксплуатации залежей и форсированный отбор жидкости характеризуется ростом обводненности скважинной продукции, увеличением вибрации, пескопроявлением, кавитацией, увеличением интенсивности накопления продуктов коррозии, увеличением интенсивности отложения солей и минералов, сопровождается повышенными нагрузками и вибрациями и, соответственно, повышенным износом и коррозией деталей насоса

Изобретение относится к гидромашиностроению и может быть использовано при разработке погружных многоступенчатых центробежных насосов для добычи нефти и пластовой жидкости из скважин с высоким содержанием свободного газа и механических примесей

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано при создании пульповых центробежных насосов, предназначенных для перекачки рудных пульп на горно-обогатительных комбинатах

Изобретение относится к нефтяному машиностроению, в частности к многоступенчатым погружным насосам для откачки пластовой жидкости из скважин

Изобретение относится к центробежному компрессору и способу изготовления центробежного компрессора

Изобретение относится к нефтяному машиностроению и может быть использовано в погружных центробежных скважинных насосах для добычи нефти из скважин с высоким содержанием солей, свободного газа и механических примесей. Ступень погружного многоступенчатого центробежного насоса содержит рабочее колесо со ступицей и направляющий аппарат, состоящий из стакана, верхнего диска с осевой опорой, нижнего диска и лопаток. При этом верхний диск направляющего аппарата с осевой опорой выполнены монолитно со стаканом, причем стакан выполнен из перфорированного металлического цилиндра с покрытием из полимерного материала на его внутренней поверхности. Полимерный материал покрытия заполняет перфорации металлического цилиндра, а металлический цилиндр выполнен на одном конце с буртиком, внедренным внутрь материала верхнего диска направляющего аппарата. Изобретение направлено на уменьшение массы изделия и повышение надежности его работы. 23 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к нефтяному машиностроению и может быть использовано в погружных центробежных скважинных насосах для добычи нефти из скважин с высоким содержанием солей, свободного газа и механических примесей. Ступень погружного многоступенчатого центробежного насоса содержит рабочее колесо 2 с втулкой 3 и направляющий аппарат 7, состоящий из стакана 1, верхнего диска 9 с осевой опорой 13, нижнего диска 11 и лопаток 10. Верхний диск 9 с осевой опорой 13 выполнены монолитно со стаканом 1, причем стакан 1 выполнен из полимерного материала с расположенным внутри него металлическим каркасом 5, обеспечивающим жесткость стакана 1. Изобретение направлено на уменьшение массы изделия и повышение надежности его работы. 24 з.п. ф-лы, 3 ил.

Группа изобретений относится к насосостроению, а именно к погружным многоступенчатым центробежным насосам, предназначенным для добычи нефти из скважин. Погружной многоступенчатый модульный насос содержит головку, основание и корпус, в котором установлены ступени. Каждая из ступеней содержит полимерное рабочее колесо со ступицей и направляющий аппарат, включающий стакан с наружной втулкой, верхний диск и осевую опору, которые выполнены из металла, лопасти и нижний диск, которые выполнены из полимерного материала. В корпусе установлены радиальные промежуточные подшипники с двумя твердосплавными втулками, одна из которых установлена на валу насоса, а другая в корпусе подшипника. Направляющий аппарат содержит ступицу, выполненную из полимерного материала. Расстояние между промежуточными радиальными подшипниками с твердосплавными втулками составляет не более чем 0,5 метра. Изобретения направлены на повышение эксплуатационной надежности насоса, а также снижение его себестоимости. 2 н. и 9 з.п. ф-лы, 4 ил.

Группа изобретений относится к двигателям погружных насосов. Двигатель 10 погружного насоса содержит вал 18, металлическую втулку и роторную секцию 20, соединенные с валом 18 для совместного с ним вращения. Кожух 12 двигателя 10 заполнен диэлектрической смазкой и вмещает вал 18, втулку 26, роторную секцию 20 и соединенную с ним статорную секцию 14. Двигатель 10 содержит металлический цилиндрический корпус 28 подшипника, погруженный в смазку и имеющий внутреннюю цилиндрическую поверхность, сопряженную с размещаемой внутри нее наружной цилиндрической поверхностью втулки 26. Корпус 28 подшипника расположен в кожухе 12 и соединен с ним без возможности вращения в нем. По меньшей мере цилиндрическая поверхность втулки 26 или корпус 28 подшипника имеет покрытие, состоящее из никель-бора, толщина которого составляет примерно 0,00075 дюйма ±0,00025 дюйма. Группа изобретений направлена на снижение износа подшипника. 2 н. и 9 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к устройству центробежного компрессора и способу его изготовления. Центробежный компрессор включает по меньшей мере одну ступень для разделения жидкой и газовой фазы, содержащую входную направляющую лопатку, расположенную в кожухе рабочего колеса, и направляющий аппарат, имеющий прямой раструб с выходным изогнутым участком. По меньшей мере на одном из указанных элементов по меньшей мере одной ступени для разделения жидкой и газовой фазы расположен гидрофобный и/или сверхгидрофобный поверхностный слой. Использование изобретения обеспечивает эффективное отделение газовой фазы от жидкой и препятствует эрозии направляющих лопаток рабочего колеса. 2 н. и 12 з.п. ф-лы, 5 ил., 17 пр.

Изобретение относится к компрессорному блоку для сжатия добываемой среды, в частности для подводной эксплуатации, содержащему компрессор и электродвигатель, состоящий из статора и ротора, причем статор электродвигателя связан с отдельным охлаждающим устройством и охлаждается посредством отдельного охлаждающего устройства, содержащего охлаждающую среду

Наверх