ИНТЕГРИРОВАННЫЙ ПЕРЕКАЧИВАЮЩИЙ АГРЕГАТ ДЛЯ ТРАНСПОРТИРОВКИ УГЛЕВОДОРОДОВ ПО ПОДВОДНЫМ И КОНТИНЕНТАЛЬНЫМ ТРУБОПРОВОДАМ
INTEGRATED PUMPING UNIT FOR HYDROCARBON IN UNDERWATER AND CONTINENTAL PIPELINES

Изобретение относится к транспортировке углеводородного и другого сырья по проложенным по морскому дну трубопроводам большой протяженности.
Известен газоперекачивающий агрегат (патент RU №2403416, опубл. 10.11.2010 г.), 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.
Недостаток заключается в том, что он не может быть применен для транспорта углеводородного сырья по магистральному газопроводу по морскому дну от места морской добычи газа на континент из-за невозможности его работы и обслуживания в подводном положении в условиях полной изоляции от атмосферного воздуха и большого давления окружающей среды - морской воды.
Известна компрессорная станция магистральных газопроводов с электроприводными газоперекачивающими агрегатами (патент RU №2272938, опубл. 27.03.2006 г.), 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 в невозможности применения для транспорта углеводородного сырья по магистральному газопроводу 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 наибольшей проблемой.
Известен подводный модуль компрессора (патент RU №2329405, опубл. 20.07.2008 г.). 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.
Известен подводный газоперекачивающий агрегат для многониточного трубопровода (патент RU №2485353, опубл. 20.06.2013), принятый за прототип. Агрегат состоит из охранного кожуха, разделенного уплотнениями на отсеки, и содержит в нем электродвигатель и компрессоры, приводным образом соединенные одним валом, который опирается на магнитные подшипники, а также 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.
Недостаток этого изобретения заключается в том, что для использования агрегата необходимо сооружать специальный фундамент для его установки в подводном положении, высокая металлоемкость, низкая надежность из-за наличия большого количества частей агрегат (трех магнитных подшипников - двух радиальных и одного осевого; большого количества сухих газодинамических уплотнений).
Техническим результатом является повышение надежности агрегата и эксплуатационных характеристик интегрированного перекачивающего агрегата для транспортировки углеводородов по подводным и континентальным трубопроводам.
Технический результат достигается тем, что интегрированный перекачивающий агрегат для транспортировки углеводородов по подводным и континентальным трубопроводам, имеющий охранный кожух, электродвигатель, компрессор, магнитные подшипники, отсек, в котором расположены система управления электродвигателем, система управления магнитными подшипниками, преобразователь частоты и силовые элементы магнитных подшипников, причем охранный кожух состоит из основной части кожуха и крышек кожуха, в основной части кожуха заложена обмотка статора электродвигателя, в крышки кожуха интегрированы статические части магнитных подшипников, также в крышки кожуха интегрированы статические части сухих газодинамических уплотнений, в компрессор агрегата заложена обмотка ротора, а также вращающие части магнитных подшипников и сухих газодинамических уплотнений, вал компрессора, на котором размещены рабочие лопатки, закреплен в специальных кольцах с удерживающими входными лопатками, основная часть кожуха и крышки кожуха соединены посредством болтовых соединений. Охранный кожух ориентирован вдоль трубопровода. В нем установлены два канонических магнитных подшипника. Преобразователь частоты состоит из автономного инвертора.
На фиг. 1 изображен общий вид устройства, где
1 - основная часть кожуха;
2 - крышки кожуха;
3 - обмотка статора;
4 - статические части магнитных подшипников;
5 - статические части газодинамических уплотнений;
6 - компрессор агрегата;
7 - короткозамкнутая обмотка;
8 - вращающие части магнитных подшипников;
9 - вращающие части газодинамических уплотнений;
10 - вал компрессора;
11 - рабочие лопатки;
12 - кольца;
13 - отсек;
14 - система управления электродвигателем;
15 - преобразователь частоты;
16 - система управления магнитными подшипниками;
17 - силовые элементы магнитных подшипников;
18 - ротор агрегата;
19 - удерживающие входные лопатки;
20 - торцевые части крышек.
Управляющие сигналы и электроэнергию интегрированный перекачивающий агрегат получает с контролирующего объекта, например расположенной вблизи плавучей платформы или береговой компрессорной станции, которая принимает углеводородное сырье от агрегата. На дне интегрированный перекачивающий агрегат расположен вдоль трубопровода так, что проточная часть компрессора 6 напрямую соединена с проточной частью трубопровода посредством сварного контакта с торцевыми частями 20.
Охранный кожух агрегата состоит из основной части кожуха 1 и крышек кожуха 2. В основной части кожуха 1 заложена обмотка статора 3 электродвигателя. В крышки кожуха 2 интегрированы статические части магнитных подшипников 4 и статические части газодинамических уплотнений 5. Крышки кожуха 2 соединяются с основной часть кожуха 1 с помощью болтовых соединений.
В ротор агрегата 18 интегрирована короткозамкнутая обмотка 7, компрессор агрегата 6, вращающие части магнитных подшипников 8, 8' и газодинамических уплотнений 9. Рабочие лопатки 11 компрессора 6 размещены на валу компрессора 10. Вал компрессора 10 удерживается с помощью удерживающих входных лопаток 19, которые закреплены в специальных кольцах 12. С помощью этих колец вал компрессора 10 закреплен во вращающемся роторе 18 и посредством магнитных подшипников удерживается в расточке статора 21. В агрегате используется канонический тип магнитных подшипников.
Система управления электродвигателем 14, система управления магнитными подшипниками 16, преобразователь частоты 15 и силовые элементы магнитных подшипников 17 расположены в отсеке 13.
Устройство работает следующим образом.
Пуск агрегата начинается с включения магнитных подшипников, состоящих из статических 4 и вращающихся частей 8. Система управления магнитными подшипниками 16 подает управляющие сигналы на силовые элементы магнитных подшипников 15, которые уже путем непосредственного электромагнитного воздействия обеспечивают центровку ротора 18 агрегата в расточке 21.
После этого начинают разгон ротора 18 с интегрированным в него компрессором 6. Для регулирования частоты вращения ротора 18 используют систему управления электродвигателем 14. Регулировку скорости вращения осуществляют частотным способом. Разгон ротора 18 осуществляет изменением частоты напряжения обмотки статора 3 с помощью преобразователя частоты 17. Преобразователь частоты 17 выполнен на полностью управляемых полупроводниковых элементах.
Посредством изменения частоты и амплитуды напряжения обмотки статора 3 изменяется частота вращения ротора 18 и компрессора 6, на валу 10 которого размещены рабочие лопатки 11. При вращении компрессора 6 обеспечивается компремирование и транспортировка углеводородного сырья. Вал компрессора 10 при вращении удерживается в специальных кольцах 12 посредством удерживающих лопаток 19.
Охранный кожух (основная часть - 1; крышки кожуха - 2) при нахождении агрегата в подводном положении обеспечивает полную герметизацию внутренних частей агрегата, а также исключает утечки транспортируемого углеводородного сырья наружу. Крышки кожуха 2 соединяются с трубопроводом посредством его сварки с торцевыми частями 20 крышек кожуха 2.
Газодинамические уплотнения, состоящие из статических 5 и вращающихся частей 9, обеспечивают герметизацию электродвигателя от рабочей среды, таким образом, транспортируемое сырье не может проникнуть в расточку статора 21 и нарушить работу агрегата.
Таким образом, обеспечивается повышение надежности агрегата и эксплуатационных характеристик интегрированного перекачивающего агрегата для транспортировки углеводородов по подводным и континентальным трубопроводам.