АТОМНАЯ ПОДВОДНАЯ ГАЗОПЕРЕКАЧИВАЮЩАЯ СТАНЦИЯ
NUCLEAR SUBMERGED GAS PUMPING STATION

Изобретение относится к добыче газа и транспортировке газообразного углеводородного топлива по трубопроводам большой протяженности, проложенным по морскому дну.
Известна атомная подводная газоперекачивающая станция по патенту РФ на изобретение №2191321, которая содержит стальной герметичный корпус, разделенный прочными переборками на реакторный отсек, два жилых и аккумуляторных отсека и два концевых - турбинных отсека.
В реакторном отсеке размещен один автономный источник энергии, питающий все потребители атомной подводной газоперекачивающей станции - водо-водяной атомный реактор. Реактор соединен паропроводами с газовыми турбонагнетателями. В соседних симметрично расположенных относительно реакторного отсеках расположены жилые каюты, аккумуляторные батареи, пульты управления и все остальное общекорабельное оборудование, механизмы и устройства. В концевых герметичных отсеках размещены паротурбинные установки, которые через специальный вращающийся вал соединены с носовым концом ротора компрессора-нагнетателя, который размещен вне прочного корпуса и крепится к концевой сферической переборке. Роль дейдвудного сальника в данном случае выполняют носовое масляное уплотнение компрессора-нагнетателя и носовой его подшипник. Таким образом, весь тракт перекачиваемого атомной подводной газоперекачивающей станцией природного газа находится вне прочного легкого корпуса, причем приемные и напорные ветви газопроводов от компрессора-нагнетателя проходят по междубортному пространству.
Порядок посещения этой станции в подводном положении следующий. Открывается входной люк, через который обслуживающий персонал попадает в жилой отсек станции. Затем уже из жилого отсека производится газовый анализ воздуха в концевом отсеке и его замена в случае необходимости, открывается входной люк на переборке и обслуживающий персонал приступает к осмотру механизмов уплотнения компрессора-нагнетателя и замене расходных материалов. После окончания работ обслуживающий персонал покидает станцию до следующего посещения.
Недостатками этой станции являются очень низкая надежность, обусловленная наличием только одного атомного реактора, размещение компрессора-нагнетателя вне станции, что приводит к необходимости выполнения вращающегося вала в прочном корпусе и возможной его разгерметизации, а также невозможности обслуживания компрессора-нагнетателя на больших глубинах, например более 50 м.
Известна атомная подводная газоперекачивающая станция по патенту РФ на изобретение №2154231, прототип. Эта атомная газоперекачивающая станция, содержащая легкий и прочный корпус, разделенный прочными переборками на герметичные отсеки, в среднем из которых установлен водо-водяной атомный реактор, соединенный паропроводами с газовыми турбонагнетателями, приводная турбина которых соединена вращающимся валом с компрессором-нагнетателем, приемные и напорные ветви газопроводов которого проходят по междубортному пространству и соединены с выгородками стыковочных узлов станции с магистральным газопроводом, расположенных в килевой ее части.
Недостатки: низкая надежность станции обусловленная рядом причин.
1. Отсутствие дублирующих систем, в том числе второго атомного реактора.
2. Наличие одного газового нагнетателя.
3. Расположение газового нагнетателя вне станции.
4. Отсутствие внешнего источника питания электроэнергией.
5. Катастрофические последствия при поломке газового нагнетателя, приводящие к прекращению подачи газа в газовую магистраль.
6. Наличие задвижек вне станции и отсутствие дистанционного управления ими.
7. Отсутствие гидравлического движителя для самостоятельного перемещения станции.
Задача создания изобретения: повышение надежности работы станции. Решение указанной задачи достигнуто за счет того, что атомная подводная газоперекачивающая станция, содержащая прочный корпус, разделенный переборками на герметичные отсеки, в одном из которых установлен, по меньшей мере, один водо-водяной атомный реактор, соединенный паропроводом с турбиной, и газовые нагнетатели с приводами, каждая турбина соединена валом с электрическим генератором, который электрическими связями через коммутатор соединен с приводами газовых нагнетателей и с аккумуляторными батареями. Внутрь прочного корпуса вертикально вверх герметично введены подводящий и отводящий газопроводы, на концах которых размещены разъемные соединения, имеющие возможность соединяться с подводящим и отводящим патрубками газовой магистрали, выполненные перпендикулярно к ней и подведенные к входной и выходной магистралям, имеющим запорные краны на их концах, а между запорными кранами выполнен байпасный трубопровод. Разъемные соединения выполнены быстроразъемными. Запорные краны могут быть выполнены с дистанционными приводами. Между всеми нагнетателями и их приводами установлены магнитные муфты. К коммутатору подсоединен силовой кабель, выведенный через герметичный разъем наружу. Атомная подводная газоперекачивающая станция может быть оборудована гребным винтом с приводом движителя. В нижней части прочного корпуса может быть выполнено, по меньшей мере, четыре кронштейна, к которым закреплены опоры для установки станции на грунт. Все опоры выполнены регулируемыми по длине.
Сущность изобретения поясняется на чертежах фиг.1…4,
где
на фиг.1 приведена схема атомной станции,
на фиг.2 приведен вид сбоку,
на фиг.3 приведена пневмогидравлическая и электрическая схема,
на фиг.4 приведена конструкция газового нагнетателя с магнитной муфтой.
Предложенное техническое решение обладает новизной, изобретательским уровнем и промышленной применимостью. Новизна подтверждается патентными исследованиями, а изобретательский уровень - достижением нового технического результате при использовании новых технических решений.
Атомная подводная газоперекачивающая станция (фиг.1…4) предназначена для повышения давления газа, подведенного по входной магистрали 1, и его передачи в выходную магистраль 2, между которыми установлен байпасный трубопровод 3 с запорными кранами 4 и 5. Входная и выходная газовые магистрали 1 и 2 установлены горизонтально на подставках 6 на морском дне. Станция содержит прочный корпус 7, разделенный переборками 8 на герметичные отсеки: двигательный отсек 9, жилой отсек 10, турбинный отсек 11, реакторный отсек 12, аккумуляторный отсек 13 и газоперекачивающий отсек 14. В реакторном отсеке 12 установлен, по меньшей мере, один водо-водяной атомный реактор 15, соединенный паропроводом 16 через нагнетатель 17, имеющий привод 18, с турбиной 19, выход из которой соединен с теплообменником 20, который установлен в турбинном отсеке 11. К теплообменнику 20 подсоединены патрубки подвода и отвода воды, соответственно 21 и 22, которые выходят через прочный корпус 7 в воду. Место выхода легко герметизировать, в отличие от вращающегося вала, например, сваркой. В турбинном отсеке 11 также установлены газовые нагнетатели 23 (не менее двух) с приводами 24, к которым они присоединены при помощи валов 25 через магнитные муфты 26. Каждая турбина 19 соединена валом 27 через магнитную муфту 28 с электрическим генератором 29. Электрический генератор 29 электрическими связями 30 через коммутатор 31 соединен с приводами нагнетателей 24, приводами 18 и с аккумуляторными батареями 32. К коммутатору 30 подсоединен блок управления 33. Внутрь прочного корпуса 7 герметично введены подводящий и отводящий газопроводы 34 и 35, на концах которых размещены разъемные соединения 36, имеющие возможность соединяться с подводящим и отводящим патрубками 37 и 38, выполненными строго перпендикулярно к байпасному трубопроводу 3 в одной плоскости и отстоящими друг от друга на строго регламентированном расстоянии «А», и имеющих два запорных крана 39 и 40. Разъемные соединения 35 выполнены быстроразъемными. Запорные краны 4, 5, 39 и 40 выполнены с дистанционными приводами 41. Дистанционный привод 41 может быть выполнен либо при помощи подстыкованных к ним кабелей или при помощи радиоканала. Несмотря на то, что радиоволны плохо распространяются в воде, радиоуправление на небольшом расстоянии в несколько метров вполне реально. Возможно также акустическое управление запорными кранами.
На подводящем и отводящем трубопроводах 34 и 35 внутри прочного корпуса установлены запорные клапаны 42 и 43, соединенные электрическими каналами связи с блоком управления 33. Управление этими клапанами затруднений не вызывает
Атомная подводная газоперекачивающая станция может быть оборудована гидравлическим движителем 44 с приводом движителя 45. К коммутатору 31 подсоединен силовой кабель 46, выведенный через герметичный разъем 47 наружу. В верхней части прочного корпуса 7 выполнены шлюзы 48. В нижней части прочного корпуса выполнено, по меньшей мере, четыре кронштейна 49, к которым прикреплены опоры 50 для установки станции на грунт 51. Все опоры 50 выполнены регулируемыми по длине за счет устройства регулировки 52. На переборках 8 выполнены люки 53.
Пневмогидравлическая и электрическая схема систем атомной подводной газоперекачивающей станции приведена на фиг.3.
Конструкция газового нагнетателя 21 приведена на фиг.4. Газовый нагнетатель 21 содержит корпус 54, внутри которого на валу 25 установлено центробежное рабочее колесо 55. Центробежное рабочее колесо 55 имеет переднее и заднее уплотнения 56 и 57 соответственно. Между валом 25 и задним уплотнением 57 образована разгрузочная полость 58. Полость 58 отверстиями 59, выполненными в ступице 60 центробежного рабочего колеса 55, соединяет эту полость с полостью центробежного рабочего колеса 55. Вал 25 установлен на подшипнике 61. По обе стороны подшипника 61 выполнены масляные полости 62 и 63, к которым подсоединены трубопроводы 64 и 65. В линии трубопровода 65 установлен маслонасос 66, а перед ним теплообменник 67. К теплообменнику 67 подсоединены патрубки забора и отвода воды 21 и 22.
Вал 25 через магнитную муфту 26 соединен с приводом 24 (привод 25 на фиг.4 не показан). Магнитная муфта 26 содержит ведущую и ведомую полумуфты, соответственно 68 и 69, с постоянными магнитами 70 и магнитопроницаемую перегородку 71 между ними.
При эксплуатации в порту отправления запускают атомный реактор 12 и проверяют работу всех систем, потом включают привод 45 и гребной винт 44, станция свом ходом транспортируется до места назначения и опускается под воду методом заполнения балластных цистерн водой (на фиг.1…4 не показано). Станция подсоединяется к газовой магистрали с участием экипажа, а потом работает автономно. Краны 4, 5, 39, 40, 42 и 43 в исходном положении закрыты. Соединяют разъемные соединения 36, потом открывают запорные краны 39, 40, 42 и 43 при помощи дистанционных приводов 41 и с блока управления 33 подают сигнал на коммутатор 31 и подают электрическую энергию на привод 24, который раскручивает газовый нагнетатель 23 и повышает давление перекачиваемого газа и подает его через запорные клапаны 39, 42, 43 и 40 в напорную газовую магистраль 2.
При отказе привода 24 с газовым нагнетателем блок управления 33 автоматически включает второй привод 24 со вторым газовым нагнетателем 23. Так как все системы дублированы, то вероятность полного прекращения работы станции невелика. При серьезной аварии на газоперекачивающей станции возможна подача электрической энергии по силовому кабелю 46 с берега или с плавучей ремонтной базы. Применение магнитных муфт предотвращает перегрев и воспламенение электрогенераторов и приводов, например, при разрушении подшипника и заклинивании вала привода или приводимого им агрегата. Кроме того, размещение подводящего и отводящего газопроводов 34 и 35 внутри прочного корпуса позволяет повысить безопасность и предотвращает их деформацию или повреждение в отличие от схем с внешним расположением. Газовый отсек 14 постоянно заполнен инертным газом, что полностью исключает возгорание от любых причин. Периодическое посещение станции для проведения регламентных работ осуществляется через шлюзы 48.
Применение предложенного изобретения позволило значительно увеличить надежность его работы за счет:
1. Дублирования атомного ректора, турбин, электрогенераторов и газовых нагнетателей.
2. Применения электрических приводов во взрывозащитном исполнении.
3. Применения аккумуляторов.
4. Применения силового кабеля и внешнего источника энергии.
5. Применения быстроразъемных соединений, разнесенных относительно друг друга на строго заданное расстояние.
6. Применения байпасного трубопровода.
7. Применения регулируемых по длине опор.
8. Дистанционного управления запорными кранами.