КОМПЕНСАТОР ДАВЛЕНИЯ
PRESSURE COMPENSATOR

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Данное изобретение относится в целом к поддержанию заданного перепада давления между маслом, охлаждающим двигатель, и газообразной рабочей текучей средой интегрированной мотокомпрессорной установки.
ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Использование высокоскоростных электрических двигателей для приведения в действие компрессоров является общеизвестным во многих областях применения. В частности, во влажных, серосодержащих газовых средах широко используются двигатели с кожухом. Во время работы электрического двигателя с кожухом необходимо решать проблему, связанную с большим количеством тепла, создаваемого электрическим устройством, для сохранения целостности указанного двигателя. Охлаждение двигателя с кожухом обеспечивается охлаждающим маслом, находящимся в статоре двигателя. Кожух, окружающий статор двигателя, обеспечивает разделение рабочей текучей среды и охлаждающего масла с исключением протечек. Обычно кожух выполнен из тонкого слоя материала и поэтому чувствителен к перепадам давления между охлаждающим маслом и рабочей текучей средой.
Исходя из необходимости защитить кожух от поломки из-за чрезмерных перепадов давления между охлаждающим маслом и газовой рабочей текучей средой были разработаны механизмы для управления перепадом давления между указанными маслом и средой. Эти способы включают использование внешних сосудов, причем по меньшей мере один сосуд содержит по меньшей мере один сильфон и одно пружинное средство для поддержания перепада давления между охлаждающим маслом и рабочей текучей средой с сохранением, таким образом, более высокого давления на стороне охлаждающего масла для предотвращения прохождения потока рабочей текучей среды в охлаждающее масло.
Исходя из вышеописанных условий работы электрического двигателя/компрессора с кожухом, существует необходимость в системе и соответствующих способах, обеспечивающих систему для управления перепадом давления между охлаждающим маслом и газовой рабочей текучей средой мотокомпрессора. Указанная система должна обеспечивать по меньшей мере немного более высокое давление на стороне охлаждающего масла кожуха с предотвращением, таким образом, протечки газовой рабочей среды в охлаждающее масло. Система должна компенсировать изменения в давлении охлаждающего масла на основании теплового расширения масла и изменений в давлении газа, обусловленных использованием газа ниже по потоку.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Системы и способы согласно описанию данных иллюстративных вариантов выполнения обеспечивают удовлетворение вышеуказанных требований с помощью компенсатора давления, присоединенного к мотокомпрессору. Компенсатор давления в иллюстративных вариантах выполнения содержит камеры, образованные по меньшей мере одним сильфоном внутри указанного компенсатора, при этом одна камера присоединена к моторному отсеку электрического двигателя первой линией, а вторая камера соединена с роторным отсеком электрического двигателя второй линией. Иллюстративные варианты выполнения также предусматривают по меньшей мере одну пружину, относящуюся к компенсатору давления и предназначенную для обеспечения необходимого перепада между давлением газовой рабочей текучей среды и давлением охлаждающего масла.
Согласно иллюстративному варианту выполнения устройства электрический двигатель, содержащий кожух, который отделяет технологический газ, проходящий внутри кожуха и снаружи относительно ротора двигателя, от охлаждающего масла, содержащегося в статорном отсеке двигателя снаружи кожуха, и аксиально присоединен к компрессору. В иллюстративном варианте выполнения также предусмотрен компрессор, содержащий ротор, присоединенный к ротору электрического двигателя, причем часть технологического газа компрессора отводится через указанный кожух. Кроме того, в иллюстративном варианте выполнения имеется компенсатор давления по меньшей мере с одним сильфоном, герметично присоединенным к корпусу для предотвращения смешивания технологического газа с охлаждающим маслом и выполненным с первым резервуаром для охлаждающего масла и вторым резервуаром для технологического газа в корпусе. Кроме того, в иллюстративном варианте выполнения предусмотрена по меньшей мере одна пружина, обеспечивающая оказание сжимающего воздействия на охлаждающее масло так, что его давление превышает давление технологического газа. Далее, в иллюстративном варианте выполнения предусмотрено соединение, проходящее от первого резервуара до статорного отсека электрического двигателя, и соединение, проходящее от второго резервуара до технологического газа в кожухе.
Согласно другому иллюстративному варианту выполнения предложен способ поддержания заданного перепада давления между охлаждающим маслом, относящимся к статорному отсеку электрического двигателя, и технологическим газом, относящимся к компрессору, которые разделены кожухом, встроенным в электрический двигатель. Далее, в иллюстративном варианте выполнения способа ротор электрического двигателя аксиально присоединяют к ротору компрессора. На следующем этапе иллюстративного варианта выполнения способа часть технологического газа отводят из линии подачи, относящейся к компрессору, через кожух. Затем в иллюстративном варианте выполнения способа компенсатор давления присоединяют к электрическому двигателю путем присоединения первого отсека компенсатора давления, содержащего охлаждающее масло, к статорному отсеку электрического двигателя, и присоединения второго отсека компенсатора давления, содержащего технологический газ, к роторному отсеку электрического двигателя, при этом давление в первом отсеке поддерживают на более высоком уровне, чем давление во втором отсеке.
В еще одном иллюстративном варианте выполнения предложена система для поддержания заданного перепада давления между охлаждающим маслом и технологическим газом, которые относятся к электрическому двигателю, аксиально присоединенному к компрессору. Иллюстративный вариант выполнения содержит средство для разделения охлаждающего масла и технологического газа. Кроме того, в иллюстративном варианте выполнения имеется средство для добавления заданного перепада давления между охлаждающим маслом и технологическим газом во всех режимах работы.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Прилагаемые чертежи изображают иллюстративные варианты выполнения, при этом на чертежах:
фиг. 1 изображает электрический двигатель с кожухом, аксиально присоединенный к компрессору и присоединенный к компенсатору давления,
фиг. 2 изображает увеличенный подробный разрез варианта выполнения компенсатора давления, показывающий элементы сильфона и пружинного узла,
фиг. 3 изображает увеличенный разрез второго варианта выполнения компенсатора давления, показывающий элементы сильфона и пружинного узла,
фиг. 4 изображает увеличенный разрез третьего варианта выполнения компенсатора давления, показывающий элементы сильфона и пружинного узла,
фиг. 5 изображает увеличенный разрез четвертого варианта выполнения компенсатора давления, показывающий элементы сильфона и пружинного узла,
фиг. 6 изображает увеличенный разрез пятого варианта выполнения компенсатора давления, показывающий элементы сильфона и пружинного узла,
фиг. 7 изображает блок-схему, иллюстрирующую способ выравнивания перепада давления между моторным отсеком с охлаждающим маслом и газовой фазой рабочей текучей среды, относящейся к электрическому двигателю, содержащему кожух и аксиально присоединенному к компрессору и компенсатору давления.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ
Нижеследующее подробное описание иллюстративных вариантов выполнения приведено со ссылкой на прилагаемые чертежи. Одинаковые номера позиций на различных чертежах обозначают одинаковые или аналогичные элементы. Кроме того, нижеследующее подробное описание не ограничивает изобретение, объем которого определен прилагаемой формулой изобретения.
На фиг. 1 изображена подробная схема иллюстративного варианта выполнения мотокомпрессорной системы 100. Указанный вариант выполнения содержит электрический двигатель 102, компрессор 104, аксиально присоединенный к электрическому двигателю, и компенсатор 106 давления, также присоединенный к двигателю 102. Следует отметить, что в данном иллюстративном варианте выполнения компенсатор 106 присоединен к двигателю 102 соединениями 112, 114, обеспечивающими возможность прохождения по меньшей мере технологической газовой рабочей текучей среды 108 и охлаждающего масла 110 между двигателем 102 и компенсатором 106. Кроме того, следует отметить, что в данном варианте выполнения часть среды 108 отводится из линии 116 подачи компрессора через линию 118 подачи двигателя и затем возвращается в линию 116 перед входом в компрессор 104. Отведенная среда 108 проходит через двигатель 102, действуя в качестве охлаждающей среды для ротора 120 двигателя 102, подшипников ротора 120 и для статора 122.
Кроме того, в иллюстративном варианте выполнения в двигателе 102 используется кожух 124 для отделения моторного масляного отсека 126, содержащего по меньшей мере статор 122 и охлаждающее масло 110, от роторного отсека 128, содержащего по меньшей мере ротор 120 двигателя 102, подшипники ротора 120 и отведенную рабочую текучую среду 108. Следует отметить, что в иллюстративном варианте выполнения кожух 124 может быть изготовлен из любого материала, подходящего для использования в двигателе 102. В иллюстративном варианте выполнения также имеется рабочее колесо 132, присоединенное к ротору 120 двигателя 102 на входном конце корпуса 124, куда поступает отведенная технологическая газовая рабочая текучая среда, и предназначенное для увеличения давления указанной среды 108 с обеспечением потока через роторный отсек 128. Кроме того, в иллюстративном варианте выполнения двигатель 102 содержит соединения, обеспечивающие возможность прохождения масла 110 и среды 108 по независимым трактам, показанным в виде соединений 112, 114 между двигателем 102 и компенсатором 106.
Далее, в иллюстративном варианте выполнения компрессор 104 прикреплен к двигателю 102 путем аксиального присоединения ротора 120 двигателя 102 к ротору 130 компрессора 104. В иллюстративном варианте выполнения в компрессор подается текучая среда 108 из линии 116 компрессора. Следует отметить, что специалисту должно быть понятно, что компрессор 104, используемый в данном примере, является типичным центробежным компрессором с осевым приводом.
Согласно другому аспекту данного иллюстративного варианта выполнения компенсатор 106 давления присоединен к двигателю 102 с помощью двух линий 112, 114, описанных выше как соединение, ведущее к отсеку 126 и предназначенное для потока охлаждающего масла 110, и соединение, ведущее к роторному отсеку 128 и предназначенное для потока текучей среды 108. Согласно еще одному аспекту иллюстративного варианта выполнения текучая среда 108 и масло 110 находятся в отдельных отсеках компенсатора 106, разделенных по меньшей мере одним сильфоном 134.
Согласно еще одному аспекту иллюстративного варианта выполнения на указанный по меньшей мере один сильфон 134 действует по меньшей мере одно пружинное средство 136 для дополнительного приложения к маслу 110 упругого усилия, в дополнение к усилию, прикладываемому средой 108. Следует отметить, что давление масла 110 поддерживается на более высоком уровне, обычно немного более высоком уровне, чем давление текучей среды 108. Соответственно, в иллюстративном варианте выполнения, если в каком-либо барьере между маслом 110 и текучей средой 108 возникает протечка, она происходит в направлении от масла 110 к среде 108.
Следует принимать во внимание, что в резервуарах с природным газом может присутствовать кислый/сернистый газ и что устройство согласно данному изобретению обычно используется для сжатия такого природного газа.
2
2
Поскольку в качестве охлаждающей среды электрического двигателя используется технологический газ, т.е. природный газ, потенциально содержащий высокие проценты HS и CO, существует риск коррозии обмоток электрического двигателя и его пластин. По этой причине статор двигателя заключен в кожух, заполненный маслом.
В любом случае, если в масле присутствуют следы кислого/сернистого газа, риск коррозии исключается не с помощью простого кожуха. Поэтому, если масло снаружи кожуха находится при более высоком давлении, чем технологический газ внутри кожуха, указанный газ и любой содержащийся в нем кислый/сернистый газ не сможет попасть в кожух даже в случае наличия контакта между маслом и газом вследствие, например, трещин или отверстий в кожухе. Таким образом, масло служит как в качестве защитной среды, так и в качестве охлаждающей среды.
Как отмечено выше, технологический газ 108 используется для охлаждения ротора 126 внутри кожуха 124, а масло 110 используется для охлаждения статора 128 снаружи кожуха 124. Газ проходит по всему роторному отсеку 128 и кожуху 124. Масло сжимается компенсатором 106 и остается внутри статорного отсека 126. Таким образом, т.е. в отсутствие потока, проще поддерживать более высокое давление, обычно немного более высокое давление, во всем кожухе 124. В любом случае масло распространяется вследствие естественной конвекции внутри отсека 126 и обеспечивает охлаждение статора электрического двигателя.
Кроме того, следует отметить, что давление охлаждающего масла 110 и рабочей текучей среды 108 может отслеживаться. Выравнивание или падение давления между этими двумя текучими средами показывает, что по меньшей мере один из барьеров между ними поврежден, и рекомендуется провести техническое обслуживание системы.
На фиг. 2 изображен иллюстративный вариант выполнения подробного разреза 200 компенсатора давления. Иллюстративный разрез 200 изображает пример компенсатора 106 давления, входящего в состав системы 100 компенсации давления (см. фиг. 1). На разрезе 200 показан корпус 202 и по меньшей мере один сильфон 204, присоединенный с образованием по меньшей мере двух изолированных камер 206, 208. Одна камера 208 иллюстративного варианта выполнения содержит технологическую газовую рабочую текучую среду, а другая камера 206 содержит охлаждающее масло.
Согласно другому аспекту иллюстративного варианта выполнения соединение 212 обеспечивает возможность присоединения камеры, содержащей охлаждающее масло, к моторному отсеку электрического двигателя с приложением, таким образом, давления охлаждающего масла моторного отсека к одной стороне сильфона 204 в компенсаторе 200 давления. Согласно еще одному аспекту иллюстративного варианта выполнения соединение 214 обеспечивает возможность присоединения камеры, содержащей технологическую газовую рабочую текучую среду, к роторному отсеку электрического двигателя с приложением, таким образом, давления технологической газовой рабочей текучей среды роторного отсека к другой стороне сильфона 204 в компенсаторе давления и с получением заданного перепада давления между указанными двумя текучими средами.
В иллюстративном варианте выполнения установлено по меньшей мере одно пружинное средство 216, причем усилие, создаваемое этим средством, служит для дополнительного приложения сжимающего усилия к охлаждающему маслу, в дополнение к усилию, создаваемому давлением газовой рабочей текучей среды на противоположной стороне сильфона 204. Соответственно, в иллюстративном варианте выполнения давление охлаждающего масла превышает давление газовой рабочей текучей среды, и любые протечки между отсеками, содержащими охлаждающее масло, и отсеками, содержащими указанную среду, приводят к протечке охлаждающего масла в рабочую текучую среду.
В соответствии с фиг. 3 другой иллюстративный вариант выполнения представляет собой компенсатор 300 давления, содержащий корпус 302, прикрепленный к монтажному основанию 304, по меньшей мере один сильфон 306, прикрепленный к внутренней пластине 308, и сжимающую пружину 310, расположенную в отсеке 312, образованном сильфоном, и прикладывающую сжимающее усилие к отсеку 314, содержащему охлаждающее масло. Следует отметить, что в иллюстративном варианте выполнения давление охлаждающего масла поддерживается на немного более высоком уровне, чем давление газовой рабочей текучей среды, благодаря комбинации давлений указанной среды и сжимающего усилия, создаваемого пружиной 310.
Кроме того, согласно иллюстративному варианту выполнения компенсатор 300 содержит соединение 316 для присоединения компенсатора 300 к моторному отсеку электрического двигателя и соединение 318 для присоединения компенсатора 300 к роторному отсеку мотокомпрессора. Следует отметить, что соединение 316 обеспечивает возможность прохождения охлаждающего масла от отсека 314 к моторному отсеку мотокомпрессора, а соединение 318 обеспечивает возможность прохождения газовой рабочей текучей среды от отсека 312 компенсатора давления к роторному отсеку мотокомпрессора. Следует отметить, что в иллюстративном варианте выполнения измерение, отражающее равное или обратное давление между газовой рабочей текучей средой и охлаждающим маслом, указывает на повреждение в барьере между указанными средой и маслом.
На фиг. 4 изображен еще один иллюстративный вариант выполнения компенсатора 400 давления. Данный вариант выполнения содержит корпус 402, прикрепленный к монтажному основанию 404, по меньшей мере один сильфон 406, прикрепленный к внутреннему цилиндру 408, и разжимную пружину 410, расположенную в отсеке 414 отдельно от отсека 412, образованного сильфоном 406, и прикладывающую сжимающее усилие к отсеку 414, расположенному снаружи от сильфона 406 и содержащему охлаждающее масло. Следует отметить, что в данном варианте выполнения отсек 414, содержащий пружину 410, также содержит охлаждающее масло. Компенсатор 400 содержит соединение 418, предназначенное для присоединения к роторному отсеку электрического двигателя и обеспечивающее возможность прохождения газовой рабочей текучей среды между роторным отсеком и компенсатором 400, и соединение 416, обеспечивающее возможность прохождения охлаждающего масла между моторным отсеком и компенсатором 400. Согласно еще одному аспекту иллюстративного варианта выполнения давление охлаждающего масла всегда больше давления газовой рабочей среды, так как к усилию газовой рабочей текучей среды, действующему на сильфонный барьер между указанной средой и охлаждающим маслом, добавлено усилие пружинного средства 410.
На фиг. 5 изображен еще один иллюстративный вариант выполнения компенсатора 500 давления. Данный вариант выполнения содержит корпус 502, прикрепленный к монтажному основанию 504, по меньшей мере один сильфон 506, прикрепленный к пластинчатому средству 508, и сжимающее пружинное средство 510, расположенное в отсеке 514 отдельно от отсека 512, образованного сильфоном 506, и прикладывающее сжимающее усилие к отсеку 512, расположенному в сильфоне 506 и содержащему охлаждающее масло. Следует отметить, что в иллюстративном варианте выполнения отсек 514, содержащий пружину 510, также содержит технологическую газовую рабочую текучую среду. Компенсатор 500 содержит соединение 516, предназначенное для присоединения к роторному отсеку электрического двигателя и обеспечивающее возможность прохождения газовой рабочей текучей среды между роторным отсеком и компенсатором 500, и соединение 518, обеспечивающее возможность прохождения охлаждающего масла между моторным отсеком и компенсатором 500. Согласно еще одному аспекту иллюстративного варианта выполнения давление охлаждающего масла всегда больше давления газовой рабочей текучей среды, так как к усилию газовой рабочей текучей среды, действующему на сильфонный барьер между указанной средой и охлаждающим маслом, добавлено усилие пружинного средства 510.
На фиг. 6 изображен еще один иллюстративный вариант выполнения компенсатора 600 давления. Данный вариант выполнения содержит корпус 602, прикрепленный к монтажному основанию 604, по меньшей мере один сильфон 606, прикрепленный к пластине 608, и сжимающую пружину 610, расположенную в отсеке 614 отдельно от отсека 612, образованного сильфоном 606, и прикладывающую сжимающее усилие к отсеку 614, расположенному снаружи от сильфона 606 и содержащему охлаждающее масло. Следует отметить, что в иллюстративном варианте выполнения отсек 614, содержащий пружину 610, также содержит охлаждающее масло. Компенсатор 600 содержит соединение 618, предназначенное для присоединения к роторному отсеку электрического двигателя и обеспечивающее возможность прохождения газовой рабочей текучей среды между роторным отсеком и компенсатором 600, и соединение 616, обеспечивающее возможность прохождения охлаждающего масла между моторным отсеком и компенсатором 600. Согласно еще одному аспекту иллюстративного варианта выполнения давление охлаждающего масла всегда больше давления газовой рабочей среды, так как к усилию газовой рабочей текучей среды, действующему на сильфонный барьер между указанной средой и охлаждающим маслом, добавлено усилие пружины 610.
На фиг. 7 проиллюстрирован типовой вариант выполнения 700 способа поддержания заданного перепада давления между охлаждающим маслом 110, относящимся к электрическому двигателю 102, и технологической газовой рабочей текучей средой 108, относящейся к компрессору 104. Следует отметить, что в иллюстративном варианте выполнения давление охлаждающего масла 110 поддерживается на немного более высоком уровне, чем давление текучей среды 108. Соответственно, результатом любых протечек в барьере между маслом 110 и текучей средой 108 будет прохождение охлаждающего масла в текучую среду 108.
На начальном этапе 702 иллюстративного варианта выполнения способа ротор 120 электрического двигателя 102 аксиально присоединяют к ротору 130 компрессора 104. Следует также отметить, что в иллюстративном варианте выполнения ротор 120 и статор 122 двигателя 102 окружены в осевом направлении кожухом 124, который обеспечивает барьер, создающий роторный отсек 128, отделенный от моторного отсека 126. Кроме того, согласно иллюстративному варианту выполнения охлаждающее масло 110 содержится в масляном отсеке 126 двигателя, в контакте с наружными стенками кожуха 124.
Затем на этапе 704 иллюстративного варианта выполнения способа часть текучей среды 108, поступающей от линии 116 подачи, предназначенной для компрессора 104, отводят 118 через внутреннюю часть кожуха 124 с проведением ее вокруг ротора 120 и статора 122 двигателя 102. Следует отметить, что в иллюстративном варианте выполнения текучая среда 108, отведенная через кожух 124 двигателя 102, служит в качестве охладителя по меньшей мере для роторных подшипников ротора 120 и статора 122 двигателя 102. Затем в иллюстративном варианте выполнения способа отведенная текучая среда 108 в линии 118 может быть возвращена к линии 116 для поступления в компрессор 104 или может быть отдельно направлена в компрессор 104.
Затем на этапе 706 иллюстративного варианта выполнения способа компенсатор 106 присоединяют к двигателю 102. Следует отметить, что в иллюстративном варианте выполнения компенсатор 106 соединяют при помощи по меньшей мере линии 112, обеспечивающей возможность прохождения охлаждающего масла между моторным масляным отсеком 126 двигателя 102 и по меньшей мере одним отсеком компенсатора 106, и линии 114, обеспечивающей возможность прохождения технологической газовой рабочей текучей среды между роторным отсеком 128 двигателя 102 и вторым отсеком компенсатора 106. Согласно еще одному аспекту иллюстративного варианта выполнения способа выполняют по меньшей мере один сильфон 134, служащий в качестве барьера между указанными двумя текучими средами 108, 110 в компенсаторе 106.
Согласно еще одному аспекту иллюстративного варианта выполнения способа в компенсаторе 106 располагают по меньшей мере одну пружину 216 для создания усилия, добавляемого к усилию давления текучей среды 108, действующему на масло 110 и обеспечивающему немного более высокое давление для масла 110, чем для текучей среды 108. Кроме того, следует отметить, что в иллюстративном варианте выполнения способа нарушение барьера между маслом 110 и текучей средой 108 приводит к падению перепада давления между маслом 110 и средой 108 и, соответственно, к обнаружению нарушения барьера.
Согласно еще одному аспекту иллюстративного варианта выполнения к ротору 120 двигателя 102 присоединяют по меньшей мере одно рабочее колесо 132, которое обеспечивает повышенное давление газа для поддержания потока текучей среды 108 через кожух 124. Следует отметить, что рабочее колесо может быть присоединено к концу ротора 120. Согласно еще одному аспекту иллюстративного варианта выполнения способа давление охлаждающего масла всегда немного выше давления рабочей текучей среды 108.
Описанные иллюстративные варианты выполнения обеспечивают систему и способ поддержания давления охлаждающего масла на немного более высоком уровне, чем давление технологической газовой рабочей текучей среды на смежных сторонах кожуха в электрическом двигателе с кожухом. Следует понимать, что данное описание не ограничивает изобретение. Напротив, предполагается, что иллюстративные варианты выполнения охватывают варианты, модификации и эквиваленты, находящиеся в рамках сущности и объема изобретения, определяемых прилагаемой формулой изобретения. Кроме того, в подробном описании иллюстративных вариантов выполнения для обеспечения всестороннего понимания изобретения приведены многочисленные конкретные детали. Однако специалисту должно быть понятно, что различные варианты выполнения могут быть реализованы без таких конкретных деталей.
Несмотря на то, что особенности и элементы представленных иллюстративных вариантов выполнения описаны в вариантах выполнения в конкретных комбинациях, каждая особенность или элемент может использоваться отдельно без других особенностей и элементов либо в различных комбинациях с другими описанными особенностями и элементами или без них.
В предложенном описании примеры объекта изобретения используются для обеспечения возможности реализации изобретения на практике, включая изготовление и использование любых устройств или установок и осуществление любых предусмотренных способов, любым специалистом. Объем правовой охраны изобретения определен формулой изобретения и может охватывать другие примеры, очевидные специалистам в данной области техники. Подразумевается, что такие другие примеры находятся в рамках объема формулы изобретения.