КОМПРЕССОРНАЯ УСТАНОВКА С ЦИРКУЛЯЦИОННЫМ КОНТУРОМ
COMPRESSOR UNIT WITH CIRCULATION LOOP

Изобретение - компрессорная установка с циркуляционным контуром относится к компрессорной технике.
Известна мобильная установка для откачки газа из отключенного участка магистрального газопровода, содержащая всасывающий и нагнетательный газопроводы, нагнетатель, состоящий из поточного компрессора и эжектора. Низконапорная полость эжектора соединена с откачиваемым участком газопровода, а выход из эжектора соединен с входом в компрессор. Высоконапорное сопло эжектора и выход компрессора соединены с участком работающего газопровода, и это соединение образует циркуляционный контур (см. патент RU №2108489 С1, F04D 25/02 от 10.04.98).
Известная мобильная установка для откачки газа имеет недостатки, снижающие эффективность использования этого устройства. Например, в этой мобильной установке газ сжимается до высоких давлений, поэтому поточный компрессор имеет несколько ступеней сжатия. Но в таких компрессорах при переходе сжимаемого газа от ступени к ступени возникают гидравлические потери. При этом известная мобильная установка малоэффективна, так как в тракте всасывания давление убывает, и возникает нарастающий дисбаланс потоков, ухудшающий работу составного нагнетателя. Следует отметить, что известная мобильная установка для откачки газа не предназначена для повышения давления газа в тракте нагнетания, потому что использование в ее составном нагнетателе эжектора направлено на то, чтобы эжектор как насос откачивал оставшийся в газопроводе газ для утилизации его в рабочем трубопроводе. Поэтому выход эжектора соединен с входом компрессора.
Заявляемое изобретение направлено на создание компрессорной установки с циркуляционным контуром, в которой для повышения давления газа в тракте нагнетания будут применяться циркуляционный контур, инжекторы и одноступенчатый компрессор, в которой компрессор обеспечит циркуляцию газа в циркуляционном контуре, имеющем сообщение через инжекторы с внешней газовой средой, в которой будут улучшены условия входа газа в компрессор, которая будет меньше потреблять энергии на сжатие газа.
Техническим результатом использования изобретения является то, что компрессорная установка с циркуляционным контуром позволит получать на ее выходе необходимое давление газа за счет применения циркуляционного контура, инжекторов и компрессора.
Техническим результатом использования изобретения является то, что в компрессорной установке с циркуляционным контуром будет осуществляться циркуляция газа в циркуляционном контуре за счет работы одноступенчатого компрессора при одновременной работе имеющих входы из внешней газовой среды параллельно включенных инжекторов, обеспечивающих эффективную подпитку газом рабочих полостей компрессорной установки с последующей подачей потребителю этого дожатого компрессором газа.
Техническим результатом использования изобретения является то, что в компрессорной установке с циркуляционным контуром будет улучшен вход газа в компрессор за счет повышения на его входе давления, что уменьшит гидравлические потери входа и, значит, энергетические потери на сжатие.
Техническим результатом использования изобретения является то, что в компрессорной установке с циркуляционным контуром уменьшится потребление энергии на сжатие газа за счет применения одноступенчатого компрессора с небольшим коэффициентом сжатия, при условии, что коэффициент сжатия компрессора будет превышать коэффициент суммарных гидравлических потерь газа в тракте нагнетания.
Техническим результатом использования изобретения является то, что компрессорная установка с циркуляционным контуром позволит уменьшить материальные затраты, так как в компрессоре дополнительные ступени сжатия исключаются.
Указанные технические результаты достигаются тем, что компрессорная установка с циркуляционным контуром содержит одноступенчатый компрессор поточного действия, как минимум, два инжектора, ресивер входа, ресивер выхода, фильтр, клапан и датчик давления, в которой выходы параллельно установленных инжекторов соединены с входом ресивера входа, активные сопла инжекторов соединены с трубопроводом, соединенным с ресивером выхода, в котором установлен датчик давления, пассивные камеры инжекторов соединены с трубопроводом, соединенным с фильтром, имеющим вход из внешней газовой среды, а выход ресивера входа соединен с входом одноступенчатого компрессора, при этом выход одноступенчатого компрессора, замыкая циркуляционный контур, соединен трубопроводом с ресивером выхода, выход которого соединен с входом клапана, выход которого соединен с нагнетательным трубопроводом.
Сущность изобретения поясняется чертежом. На чертеже изображена принципиальная схема компрессорной установки с циркуляционным контуром.
Компрессорная установка с циркуляционным контуром (см. чертеж), далее компрессорная установка, представляет модульный агрегат, предназначенный для сжатия газов. В компрессорной установке применен циркуляционный контур, по которому циркулирует сжатый газ, обеспечивающий работу, например, двух инжекторов 1 (струйных аппаратов). Инжекторы 1 отличаются только своей производительностью, а остальные параметры их должны быть одинаковыми. Циркуляция сжатого газа в циркуляционном контуре обеспечивается одноступенчатым компрессором 2 - это компрессор, который имеет только одну ступень сжатия, далее компрессор 2. В циркуляционном контуре компрессорной установки, в технологической последовательности выходы двух параллельно установленных инжекторов 1 соединяются со своим коллектором, который соединяется с трубопроводом, представляющим участок циркуляционного контура. Затем этот трубопровод соединяется с входом ресивера входа 3. Ресивер входа 3 предназначен для накопления необходимого количества сжатого газа и отвода от его стенок в окружающую среду тепла сжатия газа в инжекторах. Выход ресивера входа 3 соединен с входом одноступенчатого компрессора 2. Активные сопла параллельно установленных инжекторов 1, в которые для их работы подается под давлением сжатый (активный) газ, соединяются со своим коллектором, который соединяется с трубопроводом, представляющим участок циркуляционного контура. Этот трубопровод соединяется с ресивером выхода 4. Пассивные камеры инжекторов, в которые поступает засасываемый (пассивный) газ, соединяются со своим коллектором, который соединяется с трубопроводом, соединенным с выходом фильтра 5. Фильтр 5 обеспечивает очистку от пыли поступающего в пассивные камеры инжекторов 1 газа окружающей среды. При этом вход в фильтр 5 является входом газа в циркуляционный контур из внешней среды, то есть является входом газа на сжатие в компрессорную установку. Выход одноступенчатого компрессора 2, замыкая циркуляционный контур, соединен с трубопроводом, представляющим участок циркуляционного контура, совмещенного с нагнетательным участком, который соединен с ресивером выхода 4. Ресивер выхода 4 предназначен для накопления, аккумуляции достаточного количества сжатого газа, чтобы сгладить колебания давления при потреблении газа. Ресивер выхода 4 имеет выходной патрубок, к которому крепится клапан 6. Выход клапана 6 соединяется с нагнетательным трубопроводом (трубопровод, находящийся под давлением нагнетания), из которого потребитель получает сжатый газ. Компрессор 2 приводится в действие двигателем. Ресивер входа 3, ресивер выхода 4 и трубопроводы рассчитаны на давление, существующее в объеме тракта циркуляционного контура компрессорной установки. При этом в ресивере выхода 4 установлен датчик давления 7, реагирующий на повышение давления и связанный электрической цепью с клапаном 6 и с блоком управления двигателем компрессора. Датчик давления 7 при неровном потреблении сжатого газа будет переводить работу двигателя, приводящего в действие компрессор 2, в соответствующий режим.
В компрессорной установке повышения давления газа компрессор 2 имеет небольшой коэффициент сжатия, но этот коэффициент должен превышать коэффициент суммарных гидравлических потерь газа в тракте нагнетания. В соответствии с этим производительность по выходу газа в компрессорной установке зависит напрямую от производительности инжекторов 1, а ее эффективность работы - от производительности одноступенчатого компрессора 2. Компрессоры по принципу действия могут быть как объемного действия, так поточного действия. Поэтому использование в компрессорной установке компрессора поточного действия имеет преимущество.
Работа компрессорной установки с циркуляционным контуром, помещенного в окружающую газовую (воздушную) среду, осуществляется следующим образом. Клапан 6 в компрессорной установке (см. чертеж) закрывается, а двигатель одноступенчатого компрессора 2, далее компрессора 2, например, от электрической сети приводится в действие. В результате компрессор 2 закачивает газ, находящийся в момент пуска в ресивере входа 3 под давлением окружающей среды, сжимает его и нагнетает в циркуляционный контур. На место ушедшего из ресивера входа 3 газа в него поступает газ из окружающей внешней среды. Газ окружающей среды проходит через фильтр 5, затем по трубопроводу, и через коллектор попадает в объемы пассивных камер инжекторов, а из них через коллектор выходов инжекторов в объем ресивера входа 3. Поступающий в ресивер входа 3 газ также закачивается компрессором 2, сжимается и нагнетаться в циркуляционный контур. Соответственно давление в нем повышается. Первоначально сжатый поток газа из ресивера выхода 4 по трубопроводу поступает в коллектор, где разъединяется на два потока, и входит в активные сопла инжекторов, соединенных параллельно. В результате сжатый газ выходит из активных сопел, проходит объемы пассивных камер с большой скоростью и входит в конфузоры инжекторов. При этом он увлекает в конфузоры газ, находящийся в пассивных камерах инжекторов 1. В результате в объемах пассивных камер инжекторов возникает разрежение. Поэтому в их объемы непрерывно поступает прошедший через фильтр 5 газ из окружающей среды. А в объемах конфузоров газ из активных сопел и из пассивных камер смешивается и продвигается с большой скоростью в объемы диффузоров инжекторов 1. В расширяющихся объемах диффузоров кинетическая энергия движения газа переходит в потенциальную энергию давления газа. В результате газ, имеющий в пассивных камерах давление окружающей среды, сжимается в инжекторах 1. Поэтому газ, имея большее промежуточное давление, отличное от первоначального, поступает из инжекторов 1 в объем ресивера входа 3. Соответственно газ с промежуточным давлением закачивается из ресивера входа 3 компрессором 2, сжимается с присущим компрессору коэффициентом сжатия уже до нового значения давления и нагнетается на циркуляцию в циркуляционный контур. Соответственно давление в нем повышается. Сжатый до нового значения давления газ выходит из ресивера выхода 4 и вновь по трубопроводу поступает в активные сопла инжекторов 1. Газ с новым значением давления выходит из активных сопел, проходит объемы пассивных камер уже с большей скоростью и входит в конфузоры инжекторов. Проходящий по объемам пассивных камер газ увлекает за собой в конфузоры большее количество газа, поступающего эффективней в пассивные камеры инжекторов 1 из окружающей среды. Газ из активных сопел и из пассивных камер смешивается в объемах соответствующих конфузоров инжекторов, продвигается с большей скоростью в объемы диффузоров инжекторов 1, где кинетическая энергия движения газа переходит в потенциальную энергию давления газа. В результате газ, имеющий в пассивных камерах давление окружающей среды, сжимается в инжекторах 1 уже до нового значения давления. Газ, имея большее промежуточное давление, отличное от предыдущего, поступает из инжекторов 1 в объем ресивера входа 3. Соответственно газ с новым промежуточным давлением закачивается из ресивера входа 3 компрессором 2, сжимается (дожимается) с присущим компрессору коэффициентом сжатия уже до следующего нового значения давления и нагнетается на циркуляцию в циркуляционный контур. Сжатый газ заполняет объемы циркуляционного контура и ресивера выхода 4, из которого он вновь по трубопроводу поступает в активные сопла инжекторов 1, для сжатия газа, поступающего в инжекторы из окружающей среды. То есть имеем, что в результате производимой компрессором 2 работы по дожатию и непрерывной циркуляции поступившего и сжатого инжекторами 1 газа окружающей среды, сопровождающейся новым поступлением и сжатием инжекторами 1 газа окружающей среды, давление газа в циркуляционном контуре достигает расчетного значения. В этом случае срабатывает датчик давления 7, и он дает команду на открытие клапана 6. В результате сжатый газ начнет поступать потребителю. При этом потребителю будет поступать столько газа, сколько его войдет через инжекторы 1 в циркуляционный контур из окружающей среды. То есть имеем, что производительность инжекторов 1 определится как
ИНЖ
КОМПР
КОНТУРА
КОМПР
КОНТУРА
Q=Q-Q, где Q - производительность компрессора 2, Q - количество газа, находящегося под давлением и циркулирующего в циркуляционном контуре. Следует отметить, что при неровном потреблении сжатого газа датчик давления 7 переводит работу двигателя, приводящего в действие компрессор 2, в соответствующий режим.