СПОСОБ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ КОМПРЕССОРНОГО УСТРОЙСТВА И СООТВЕТСТВУЮЩЕЕ КОМПРЕССОРНОЕ УСТРОЙСТВО
FUNCTIONING METHOD OF COMPRESSOR DEVICE, AND CORRESPONDING COMPRESSOR DEVICE

Изобретение относится к способу функционирования компрессорного устройства и соответствующему компрессорному устройству с электрическим приводом, компрессорной камерой и с граничащей с компрессорной камерой охлаждающей камерой, в котором компрессорная камера окружена разделительной стенкой в форме трубы, которая предусмотрена между электрическим статором привода и ротором, причем упомянутая разделительная стенка заключает в оболочку компрессорную камеру по отношению к охлаждающей камере, и охлаждающая камера является частью охлаждающего устройства и содержит охладитель, который через трубопровод контура охлаждения может транспортироваться из охлаждающей камеры и в нее, причем охладитель служит для отвода тепла, которое главным образом возникает из-за статорной части электрического привода.
В известных компрессорных устройствах обычным является охлаждать компрессорную камеру и для этого предусматривать охлаждающую камеру, граничащую с компрессорной камерой. Так в известных компрессорных устройствах с общим герметичным корпусом для привода и компрессора известно, что для разделения рабочей среды компрессора в компрессорной камере от охладителя в граничащей охлаждающей камере предусмотрена сравнительно тонкая разделительная стенка. Эта разделительная стенка может, например, представлять собой трубу, которая в компрессорном устройстве должна предусматриваться между электрическим статором и ротором. Подобная труба для реализации желательной электрической функциональности должна выполняться по возможности тонкой. Подобная тонкостенная труба в общем случае ограничена по своей устойчивости на сжатие, так что с учетом имеющейся ситуации с давлением между компрессорной камерой и охлаждающей камерой должна исключаться любая потенциальная опасность.
Для того чтобы даже при высоких давлениях компрессора иметь возможность работать со сравнительно тонкостенными трубками, известно, что давление охладителя поддерживается меньшим или равным компрессорному давлению с помощью поршневого накопителя. Подобную систему, известную, например, из ЕР 1482179 В1, очень трудно юстировать, и она при обстоятельствах за счет включения газов, например воздуха, в рабочую среду испытывает значительное мешающее воздействие при своем функционировании.
Из WO 98/53182 уже известен многофазный насос для подводного режима работы, в котором система выравнивания давлений обеспечивает положительные перепады давления между смазочной и охлаждающей жидкостью и рабочей средой, причем приводимый электродвигатель посредством уплотнения вала отделен от нагнетательного насоса, и объем со стороны привода полностью заполнен смазочной и охлаждающей жидкостью. WO 00/73621 A1, WO 2007/055589 A1, WO 2005/003512 A1, US 2423436, EP 0550381 A1 также рассматривают насосы или компрессоры, которые содержат привод, отделенный посредством уплотнения от гидравлического агрегата, так что нагнетаемая рабочая жидкость не вступает в контакт с приводом. Подобные уплотнения являются дорогостоящими, в частности, при высоких требованиях к герметизации. Из WO 2007/110281 А1 известен компрессорный блок, в котором статор электрического привода посредством цилиндрической разделительной стенки отделен от компрессорной камеры. Требования к прочности подобной разделительной стенки, особенно при высоком уровне давления, едва ли выполнимы с использованием обычных материалов, которые относительно их поведения в электрическом поле и химической стойкости выполняют профиль требований.
Задачей настоящего изобретения является создать способ функционирования компрессорного устройства и соответствующее компрессорной устройство, в которых вышеназванные проблемы решены экономичным способом и, в целом, создан безопасно функционирующий компрессор даже для высоких компрессорных давлений. Соответствующее изобретению решение должно быть применимым, в частности, для компрессорных устройств в нефтяной и газовой промышленности.
Эта задача в соответствии с изобретением решается способом функционирования компрессорного устройства по пункту 1 формулы изобретения и компрессорным устройством по пункту 4 формулы изобретения. Предпочтительные варианты выполнения соответствующего изобретению решения описаны в зависимых пунктах формулы изобретения.
Согласно изобретению задача решается способом и компрессорным устройством согласно независимым пунктам формулы изобретения. Соответствующие подчиненные им зависимые пункты содержат предпочтительные дальнейшие варианты осуществления изобретения.
За счет соответствующего изобретению решения давление охладителя во время работы компрессорного устройства поддерживается выше давления рабочей среды компрессора. В соответствии с изобретением это обеспечивается тем, что даже при негерметичностях на разделительной стенке между компрессорной камерой и охлаждающей камерой газ не может выйти из компрессорного устройства в охладитель. Соответствующее изобретению компрессорное устройство особенно хорошо защищено в отношении опасных ситуаций на разделительной стенке между компрессорной камерой и охлаждающей камерой. Объем газа компрессорной камеры за счет повышенного давления в охлаждающей камере и соответствующем контуре охлаждения надежным образом уплотнен.
В соответствии с изобретением, в особенности обусловленные температурой и/или давлением изменения объема в охлаждающей камере выравниваются посредством выравнивающего устройства путем шлюзования при впуске и выпуске охладителя, соответственно, в охлаждающую камеру или из охлаждающей камеры. Наряду с достигаемым при этом обеспечением защиты в ситуации давления в охлаждающей камере подобные соответствующие изобретению система и относящийся к ней способ, кроме того, являются независимыми в отношении фактической величины или объема контура охлаждения компрессорного устройства. Независимо от того, имеется ли большой или малый объем контура охлаждения, объем может полностью заполняться с помощью соответствующего изобретению выравнивающего устройства.
Кроме того, предпочтительным образом в соответствующем изобретению решении пузырьки газа из охладителя выводятся с помощью устройства вытяжной вентиляции. Это устройство вытяжной вентиляции также способствует обеспечению соответствующего изобретению, повышенного по сравнению с компрессорной камерой давления в охлаждающей камере.
Кроме того, предпочтительным образом в соответствии с изобретением вышеупомянутое выравнивающее устройство выполнено с регулятором дифференциального давления для регулирования дифференциального давления между охлаждающей камерой и компрессорной камерой, который имеет регулировочный поршень и приводимый им в действие регулировочный клапан. При этом на регулировочный поршень предпочтительным образом действует на одной стороне давление компрессора или давление, существующее в компрессорной камере. На другой стороне регулировочного поршня имеется, в частности, давление охладителя, которое, для того чтобы оно могло поддерживаться более высоким, чем давление в компрессорной камере, повышается за счет силы, дополнительно действующей на регулировочный поршень.
Особенно предпочтительным образом регулятор дифференциального давления выполнен с регулировочным поршнем, который имеет первую поршневую камеру, гидравлически связанную с охлаждающей камерой, и вторую поршневую камеру, гидравлически связанную с компрессорной камерой, и при этом регулировочный поршень на стороне второй поршневой камеры подпружинен с предварительным напряжением в направлении первой поршневой камеры. Подобное упругое предварительное напряжение формирует в первой поршневой камере повышение давления по сравнению со второй поршневой камерой, так что таким способом давление охладителя, как предусмотрено в соответствии с изобретением, поддерживается более высоким, чем давление компрессорной рабочей среды.
Кроме того, предпочтительным образом соответствующее изобретению выравнивающее устройство выполнено с устройством измерения дифференциального давления для измерения дифференциального давления между охлаждающей камерой и компрессорной камерой. Устройство измерения дифференциального давления определяет во время функционирования соответствующего изобретению компрессорного устройства упомянутое дифференциальное давление и вырабатывает сигнал, чтобы при малом или нулевом дифференциальном давлении с помощью вышеупомянутого выравнивающего устройства охладитель вводился посредством шлюзования в контур охлаждения в охлаждающую камеру.
Выравнивающее устройство предпочтительным образом выполнено с генератором давления для нагнетания охладителя в охлаждающую камеру, который, в частности, как описано выше, приводится в действие устройством измерения дифференциального давления.
Кроме того, выравнивающее устройство предпочтительным образом выполнено со средством сброса давления для выпуска охладителя из охлаждающей камеры, которое, в частности, приводится в действие от вышеназванного регулировочного поршня. В качестве средства сброса давления может, кроме того, предпочтительным образом предусматриваться редукционный клапан и/или предохранительный клапан в генераторе давления. Для защиты соответствующего изобретению компрессорного устройства, кроме того, предпочтительным образом предусмотрены так называемые предохранители дифференциального давления между стороной нагнетания охладителя и стороной нагнетания рабочей среды компрессора, которые при повышенном дифференциальном давлении между этими обеими сторонами соответствующего изобретению компрессора, начиная с предварительно определенного порога давления, обеспечивают разгрузку от давления посредством подвижной стенки.
Далее более подробно поясняется пример выполнения соответствующего изобретению решения со ссылками на приложенный схематичный чертеж.
На чертеже показана упрощенная схематичная диаграмма функционирования примера выполнения соответствующего изобретению компрессорного устройства.
Компрессорное устройство 10 выполнено в форме турбокомпрессора и имеет при этом компрессорную камеру 12 с частично встроенным в нее приводом (не показан) турбокомпрессора. В компрессорной камере 12 находится (детально не показанная) рабочая среда компрессора.
Компрессорная камера 12 окружена разделительной стенкой 14 в форме трубы, которая заключает в оболочку компрессорную камеру 12 относительно охлаждающей камеры 16. Охлаждающая камера 16 является частью охлаждающего устройства 18 и содержит (подробно не показанный) охладитель, который через трубопровод 20 контура охлаждения может выводиться из охлаждающей камеры 16 и нагнетаться в нее. При этом охладитель служит для отвода тепла, которое создается, в основном, статорной частью электрического привода. Для этого в трубопровод 20 контура охлаждения последовательно включены охлаждающий насос 22 с соответствующим приводом 22 охлаждающего насоса, а также радиатор.
В компрессорном устройстве 10 предусмотрено устройство 28 регулирования дифференциального давления, которое имеет регулировочный поршень 30. Регулировочный поршень 30 отделяет первую поршневую камеру 32 от второй поршневой камеры 34, причем в первой поршневой камере 32 существует давление охладителя, а во второй поршневой камере 34 - давление рабочей среды компрессора. Во второй поршневой камере 34 находится также пружинный элемент 36, посредством которого регулировочный поршень 30 упруго смещается в направлении первой поршневой камеры 32. Таким образом, в первой поршневой камере 32 существует повышенное давление по сравнению со второй поршневой камерой 34.
Регулировочный поршень 30 приводит в действие клапан 38, посредством которого охладитель из трубопровода 20 контура охлаждения может выводиться путем шлюзования. Такой вывод шлюзованием осуществляется, когда объем охладителя в трубопроводе 20 контура охлаждения в области между охлаждающей камерой 16 и охлаждающим насосом 22 (в частности, из-за нагревания охладителя) расширяется. Подобное расширение охладителя приводит к тому, что регулировочный поршень 30 смещается в направлении второй поршневой камеры 34 и вследствие этого клапан 38 открывается. Клапан 38 затем освобождает проход к устройству 40 доливки и накопления, через который может стекать охладитель.
Клапан 38 во встроенном состоянии в системе размещен на самом высоком месте. Тем самым гарантируется то, что клапан 38 берет на себя функцию устройства вытяжной вентиляции, и система через клапан 38 вентилируется. Устройство 42 измерения дифференциального давления предусмотрено для того, чтобы путем технических измерений определять дифференциальное давление между первой поршневой камерой 32 и второй поршневой камерой 34. Устройство 42 измерения дифференциального давления содержит для этого измерительное средство 44 и генератор 46 сигнала предварительно определенного верхнего порога измерений и генератор 48 сигнала предварительно определенного нижнего порога измерений. Когда дифференциальное давление между первой поршневой камерой 32 и второй поршневой камерой 34 падает ниже нижнего порога измерений, то генератор 48 сигнала генерирует электрический сигнал, который направляется к блоку управления 50 привода 52 насоса доливки. Привод 52 насоса доливки относится к насосу 54 доливки, посредством которого охладитель из накопительного бака 56 устройства 40 доливки и накопления может подаваться шлюзованием в трубопровод 20 контура охлаждения в обход предохранительного клапана 58 через прибор 60 обратного действия и запорный элемент 62.
Предохранительный клапан 58 защищает устройство 40 доливки и накопления и, по существу, сквозной трубопровод за насосом 54 от избыточного давления, например, при закрытом приборе 60 обратного действия или запертом запорном элементе, в то время как прибор 60 обратного действия препятствует обратному потоку охладителя из трубопровода 20 контура охлаждения назад в накопительный бак 56 во время остановки насоса 54 доливки.
Охладитель посредством насоса 54 доливки вводится в трубопровод 20 контура охлаждения между охлаждающей камерой 16 и охлаждающим насосом 22, так что тем самым также давление в охлаждающей камере 16, а также в первой поршневой камере 32 повышается. Это повышение давления осуществляется до тех пор, пока генератором 46 сигнала не будет определен верхний порог измерений для разности давлений между первой поршневой камерой 32 и второй поршневой камерой 34.
Таким образом, устройство 28 регулирования дифференциального давления с его клапаном 28, устройство 42 измерения дифференциального давления, а также устройство 40 доливки и накопления с его насосом 54 доливки образуют совместно выравнивающее устройство 64, посредством которого гарантируется то, что во время функционирования компрессорного устройства 10 давление охладителя в охлаждающей камере 16 поддерживается выше давления рабочей среды компрессора в компрессорной камере 12.
На устройстве 40 доливки и накопления предусмотрен, наконец, еще один регулировочный клапан 66 для шлюзования азота в накопительный бак 56, что производится в случае охладителей, которые чувствительно реагируют на влажность воздуха или кислород воздуха или которые должны экранироваться от внешней атмосферы. Также предусмотренный на накопительном баке 56 редукционный клапан 68 защищает накопительный бак 56 от избыточного давления.
Кроме того, между охлаждающей камерой 16 и компрессорной камерой 12 включены еще два предохранителя 70 и 72 дифференциального давления, которые при избыточном дифференциальном давлении между компрессорной камерой 12 и охлаждающей камерой 16 по обе стороны (то есть один в направлении компрессорной камеры 12 и один в направлении охлаждающей камеры 16) могут формировать декомпрессию начиная с предварительно определенного порога давления.