ПОДВОДНЫЙ ГАЗОПЕРЕКАЧИВАЮЩИЙ АГРЕГАТ ДЛЯ МНОГОНИТОЧНОГО ТРУБОПРОВОДА
SUBMERSIBLE GAS PUMPING UNIT FOR MULTILINE PIPELINE

Изобретение относится к транспортировке углеводородного сырья по проложенным по морскому дну трубопроводам большой протяженности.
Известен газоперекачивающий агрегат (патент RU №2403416, опубл. 10.11.2010), который содержит газотурбинный двигатель и механизм сжатия газа, включающий ротор, установленный в подшипниках и снабженный уплотнениями, воздухоочистительное устройство, выхлопную систему с выхлопным трактом для удаления продуктов сгорания и шумоглушители.
Известна компрессорная станция магистральных газопроводов с электроприводными газоперекачивающими агрегатами (патент RU №2272938, опубл. 27.03.2006), которая содержит газоперекачивающие агрегаты с приводом от синхронных электродвигателей, внешнюю высоковольтную электрическую сеть, трансформаторы, шинопроводы, электрические выключатели, при этом компрессорная станция снабжена дополнительными энергетическими газотурбинными установками, содержащими воздушные компрессоры, камеры сгорания, силовые газовые турбины, электрогенераторы; силовые газовые турбины дополнительных энергетических газотурбинных установок соединены общим валом с электрогенераторами; камеры сгорания дополнительных энергетических газотурбинных установок соединены дополнительными трубопроводами топливного газа с магистральным газопроводом, которые подключены к нему по ходу газа перед газоперекачивающими агрегатами; компрессорная станция также снабжена дополнительными шинопроводами и электрическими выключателями, связывающими электрогенераторы дополнительных энергетических газотурбинных установок с электродвигателями газоперекачивающих агрегатов и трансформаторами.
Недостаток таких газоперекачивающих агрегатов заключается в том, что они не могут быть применены для транспорта углеводородного сырья по магистральному газопровода по морскому дну от места морской добычи газа на континент из-за невозможности их работы и обслуживания в подводном положении в условиях полной изоляции от атмосферного воздуха и большого давления окружающей среды - морской воды.
Известна атомная подводная газоперекачивающая станция (патент RU №2154231, опубл. 10.08.2000). Станция содержит легкий и прочный корпус, разделенный прочными переборками на герметичные отсеки. В среднем отсеке размещен водо-водяной атомный реактор, соединенный паропроводами с газовыми турбонагнетателями, которые расположены на агрегатных рампах в смежных с реакторным отсеках, а приемные и напорные ветви газопроводов турбонагнетателей проходят по межтрубному пространству и соединены с выгородками стыковочных узлов, с помощью которых станция подключается к магистральному газопроводу.
Недостатком станции является наличие ядерного реактора, что существенно усложняет структуру и снижает ее безопасность и экологичность. Сложная структура приводит к снижению ее надежности, что в условия подводной эксплуатации является наиболее актуальной проблемой.
Известен подводный модуль компрессора (патент RU №2329405, опубл. 20.07.2008), принятый за прототип. Модуль имеет охранный кожух, содержащий электродвигатель и компрессор, приводным образом соединенные, по меньшей мере, одним валом, причем компрессор и электродвигатель изолированы друг от друга по меньшей мере одним уплотнением, в результате чего охранный кожух разделен на первый и второй отсеки, в которых расположены компрессор и электродвигатель соответственно.
Недостаток этого изобретения заключается в том, что используется только один газовый компрессор, что снижает эффективность.
Технический результат изобретения - повышение надежности работы газоперекачивающего агрегата в подводном положении на несколько подводных магистральных газопроводов при эксплуатации одного электропривода.
Технический результат достигается тем, что подводный газоперекачивающий агрегат для многониточного трубопровода, имеющий охранный кожух, разделенный уплотнениями на отсеки, в которых размещены по отдельности электродвигатель и компрессоры, приводным образом соединенные одним валом, который опирается на магнитные подшипники, дополнительно снабжен компрессорами в количестве не менее двух, имеющими единый с электродвигателем вал, преобразователем частоты, системой управления электродвигателем, при этом магнитные подшипники снабжены силовыми элементами и системой управления магнитными подшипниками, а охранный кожух разделен на отсеки не менее трех, при этом в первом отсеке расположены система управления электродвигателем и система управления магнитными подшипниками, во втором отсеке - преобразователь частоты и силовые элементы магнитных подшипников, в третьем - электродвигатель, в последующих отсеках - компрессоры, причем отсеки компрессоров изолированы друг от друга с помощью уплотнений. Охранный кожух может быть ориентирован горизонтально.
В нем могут быть установлены два радиальных и один осевой магнитные подшипники.
Силовые элементы магнитных подшипников могут быть выполнены на полностью управляемых полупроводниковых ключах IGBT, собранных по мостовой схеме.
Система управления магнитными подшипниками может быть выполнена по дифференциальной схеме регулирования положения вала агрегата по всем направлениям.
Уплотнения могут быть выполнены в виде уплотнительной пары, одна из частей
которой вращающаяся и закреплена на валу, а другая неподвижная и закреплена на охранном кожухе, при этом на рабочей поверхности вращающейся части нанесены динамические пазы.
На чертеже представлена структура подводного газоперекачивающего агрегата для многониточного трубопровода с тремя компрессорами для трех ниток трубопровода. Управляющие сигналы и электроэнергию подводный газоперекачивающий агрегат получает с контролирующего объекта (не показано), например, расположенной вблизи плавучей платформы или береговой компрессорной станции, которая принимает углеводородное сырье от агрегата. На дне подводный газоперекачивающий агрегат расположен горизонтально. Охранный кожух 12 содержит шесть изолированных друг от друга с помощью уплотнений отсеков. В первом отсеке 8 расположены система управления электродвигателем 1 и система управления магнитными подшипниками 2. Через входы первого отсека 8 поступают управляющие сигналы с контролирующего объекта и электроэнергия. Выходы системы управления электродвигателем 1 и системы управления магнитными подшипниками 2 соединены с преобразователем частоты 3 и силовыми элементами магнитных подшипников 4 соответственно. Установлены уплотнения 13 (13′ 13′′), выполненные в виде уплотнительной пары, одна из частей которой вращающаяся 15 (15′ 15′′) и закреплена на валу, а другая неподвижная 14 (14′ 14′′) и закреплена на охранном кожухе 12, при этом на рабочей поверхности вращающейся части нанесены динамические пазы.
Преобразователь частоты 3, установленный во втором отсеке 9, электрически соединен с электродвигателем 5, расположенным в третьем отсеке 10. Вращаясь, электродвигатель 5 приводит во вращательное движение компрессоры 7, 7′, 7′′, которые расположены в отсеках 11, 11′, 11′′. Электродвигатель 5 и компрессоры 7, 7′, 7′′ имеют единый вал, который опирается на два радиальных магнитных подшипника 6, 6′ и один осевой магнитный подшипник 6′′.
Электроэнергию радиальные магнитные подшипники 6, 6′ и осевой магнитный подшипник 6′′ получают от силовых элементов магнитных подшипников 4, расположенных в отсеке 9. Регулирование скорости и производительности компрессоров производится путем частотного регулирования скорости электродвигателя 5.
Система управления магнитными подшипниками 2 выполнена по дифференциальной схеме регулирования положения вала агрегата по всем направлениям. Например, из пяти каналов регулирования положения вала агрегата: по два в каждом радиальном магнитном подшипнике и один в осевом.
Устройство работает следующим образом. Пуск агрегата начинается с включения радиальных магнитных подшипников 6, 6′ и осевого магнитного подшипника 6′′. Система управления магнитными подшипниками 2 подает управляющие сигналы на силовые элементы магнитных подшипников 4, которые уже путем непосредственного электромагнитного воздействия обеспечивают центровку вала агрегата в зазоре радиальных магнитных подшипников 6, 6′ и осевом магнитном подшипнике 6".
После этого начинают разгон электродвигателя 5. Для регулирования скорости электродвигателя 5 используют векторные алгоритмы управления. Регулировку скорости вращения осуществляют частотным способом. Разгон электродвигателя 5 осуществляют изменением частоты напряжения с помощью преобразователя частоты 3. Преобразователь частоты 3 выполнен на полностью управляемых полупроводниковых элементах. Посредством электродвигателя 5 осуществляют вращение всех компрессоров 7, 7′, 7′′, которые обеспечивают компремирование и транспорт сырья по подводным магистральным газопроводам. Охранный кожух 12 при нахождении агрегата в подводном положении обеспечивает полную герметизацию внутренних частей агрегата, а также исключает утечки транспортируемого сырья наружу.
Уплотнения 13 (13′ 13′′) обеспечивают герметизацию отсеков друг от друга, таким образом, транспортируемое сырье из отсеков с компрессорами 7, 7′, 7′′ не может проникнуть и заполнить отсеки с электродвигателем 5, преобразователем частоты 3 и силовыми элементами магнитных подшипников 4 и отсек с системой управления магнитными подшипниками 2 и системой управления электродвигателем 1 и нарушить работу агрегата.
Таким образом, обеспечивается повышение надежности работы газоперекачивающего агрегата в подводном положении на несколько подводных магистральных газопроводов при эксплуатации одного электропривода.