SYSTEME ET PROCEDE pour l'expansion d'un FLUIDE dans un boîtier scellé hermétiquement Inventeurs : Patrice Le Conte Jean-Pierre G. Mullier Hervé H. Dourlens Demandeur: Dresser-Rand Company SYSTEME ET PROCEDE pour l'expansion d'un FLUIDE dans un boîtier scellé hermétiquement
État de la technique 0001] Dans le domaine de la production d'ammoniac synthétique, les fluides, comme l'ammoniac, sont souvent portés à des températures élevées et des pressions au cours du processus de production. Au lieu de gaspiller l'énergie potentielle exposées par ces fluides de travail, il est clairement bénéfique pour capturer cette énergie et produire de l'énergie ainsi. Comme on peut apprécier, sur place de production d'énergie servira à compenser les coûts d'énergie qui, autrement, être orientée vers une puissance obtenue à partir de la grille. [0002] Bien que différents dispositifs de production d'énergie sont connus, il ya toujours un besoin de pouvoir améliorer les dispositifs générateurs. Sommaire de l'invention
Description brève des dessins 0006] La présente invention est mieux comprise par la description détaillée ci-après lorsqu'il est lu avec les figures annexées. Il est souligné que, conformément à la pratique courante dans l'industrie, diverses caractéristiques ne sont pas dessinés à l'échelle. En fait, les dimensions des différentes caractéristiques ne peut être arbitrairement augmenté ou réduit par souci de clarté de la discussion. [0007] La figure 1 illustre ... [0008] La figure 2 illustre ... [0009] La figure 3 montre ...
Description détailllée [0010] II est entendu que l'information suivante décrit plusieurs exemples de réalisation pour la mise en oeuvre des caractéristiques différentes, des structures ou des fonctions de l'invention. exemples de réalisation de composants, les arrangements et configurations sont décrites ci-dessous pour simplifier la communication actuelle, mais ces exemples de réalisation sont fournis uniquement à titre d'exemples et ne sont pas destinés à limiter la portée de l'invention. En outre, la présente invention peut répéter les chiffres de référence et / ou de lettres dans les divers modes de réalisation exemplaire et à travers les chiffres fournis ci-après. Cette répétition a pour but ,de simplicité et de clarté et de ne pas en elle-même dicter une relation entre les divers modes de réalisation exemplaires et / ou des configurations discuté dans les différentes figures. En outre, la formation d'un premier long métrage au-dessus ou sur un deuxième long métrage de la description qui suit peut inclure des modes de réalisation dans lequel les caractéristiques des premier et deuxième sont formés en contact direct, et peuvent aussi inclure des modes de réalisation dans lequel des fonctionnalités supplémentaires peuvent être formés en interposant le premier et les caractéristiques d'autre part, tels que les caractéristiques de premier et deuxième peut ne pas être en contact direct. Enfin, les exemples de réalisation présentés ci-dessous peuvent être combinés dans n'importe quelle combinaison de moyens, c'est à dire, tout élément d'un exemple de réalisation peut être utilisé dans tout autre mode de réalisation exemplaire, sans sortir du cadre de la divulgation. [0011] En outre, certains termes sont utilisés dans la description suivante et des revendications de se référer à des éléments particuliers. Comme l'homme de l'art apprécieront, les différentes entités peuvent se référer à la même composante par des noms différents, et en tant que telle, la convention de nommage pour les éléments décrits ci-après ne vise pas à limiter la portée de l'invention, sauf indication contraire expressément défini ci-après. En outre, la convention de nommage utilisés dans le présent document ne vise pas à établir une distinction entre les éléments qui diffèrent de nom, mais ne fonctionnera pas. En outre, dans la discussion qui suit et dans les revendications, les termes «y compris» et «comprend» sont utilisés de façon ouverte, et devraient donc être interprété en ce sens ", y compris, mais sans s'y limiter." Toutes les valeurs numériques dans cette divulgation peut être exacte ou approximative des valeurs sauf indication contraire stipulée. En conséquence, divers modes de réalisation de la divulgation peut s'écarter des chiffres, des valeurs et des fourchettes 'invention sans sortir du cadre prévu. En outre, comme il est utilisé dans les revendications ou les spécifications, le terme "ou" est destiné à englober à la fois exclusive et inclusive des cas, c'est à dire, "A ou B" est destiné à être synonyme de «au moins un de A et B», Sauf disposition contraire expressément aux présentes. [0012] Les figures 1 et 2 illustrent un détendeur-générateur de 100, selon un ou plusieurs modes de réalisation de la divulgation. La figure 1 donne une vue isométrique de l'extenseur-générateur de 100, et la figure 2 illustre une vue de côté correspondant de celle-ci. Comme le montre, l'extenseur générateur 100 peut inclure une section à haute pression 102 et une section basse pression 104, disposé dans un boîtier hermétique ou le boitier 101. Bien que seulement la moitié inférieure du boîtier 101 illustré à la figure 1, il sera apprécié que le boîtier 101 comporte également une moitié supérieure (non représenté), et ensemble les moitiés supérieure et inférieure du boîtier 101 hermétiquement scellé le contenu qui y est disposé sorte que le fluide ou un gaz de procédé de travail est sensiblement qui y sont contenues. Comme le montre, les sections de turbine 102, 104 peuvent être disposés dans une configuration dos à dos. Dans d'autres réalisations, cependant, les articles 102, 104 peuvent être organisées consécutivement, sans sortir du cadre de la divulgation. Chaque section 102, 104 peut être couplé à un arbre rotatif 106 qui s'étend sensiblement sur toute la longueur du boîtier 101 et tourne autour d'un axe central X. [0013] Se référant à la figure 2, l'arbre 106 peut comprendre un piston 108 équilibre interposé entre la section à haute pression 102 et la section basse pression 104. Comme on le verra plus en détail ci-dessous, des modes de réalisation utilisant une configuration dos à dos peut exiger un piston 108 équilibre de taille réduite car il ne sera pas requise pour contrer autant la poussée axiale trouve couramment dans les sections montée en expansion. [0014] En outre, l'arbre 106 peut être pris en charge au moins à chaque extrémité avec un ou plusieurs paliers radiaux 110. Chaque palier radial 110 peut être directement ou indirectement supporté par le boîtier 101, et à son tour fournir un appui à la 106 'arbre.
Dans un mode de réalisation, les roulements à 110 peuvent être des paliers magnétiques, tels que les actifs ou passifs des paliers magnétiques. Dans d'autres réalisations, cependant, d'autres types de roulements à 110 peuvent être utilisés, tels que, mais sans s'y limiter, les roulements à rouleaux, roulements à billes, roulements à aiguilles, ou toute combinaison. En outre, au moins un palier de butée axial peut également être disposé autour de l'axe 106 et en combinaison avec la direction radiale 110 disposé à l'extrémité libre de l'arbre de 106 (soit le côté gauche de l'extenseur-générateur de 100 comme on le voit dans la figure 2). Le palier de butée axiale peut être un palier magnétique et peut être configurée pour supporter au moins partiellement poussées axiales générées par les 102 sections, 104. [0015] Le détendeur-générateur de 100 peut également comprendre un ou plusieurs sceaux, 112 ou arrangements joint disposé autour de l'axe 106 à ou près de chaque extrémité de la tige 106, et situé à l'intérieur des paliers radiaux 110. Dans au moins un mode de réalisation, chaque sceau 112 comprend un joint de gaz tandem sec ayant un joint labyrinthe intermédiaire disposé entre chaque sceau de gaz sec. joints exemplaires gaz sec peut être trouvée dans la co-propriété US. N ° 6.131.913; 6.267.382; 6.347.800; 6.601.854; 6.916.022, dont le contenu sont incorporées par référence dans la mesure où ne sont pas incompatibles avec la présente invention. Dans d'autres réalisations, les joints 112 peut être joints tampon, comme les phoques ou les joints brosse amortisseur de pétrole. Le boîtier 101 peut fournir à la fois soutien et de protection pour les 102 articles, 104, axe 106, 108 piston équilibre, roulements à 110, et les joints 112. Par conséquent, chacun de ces éléments les actions de la même boîtier contenant la pression. Dans un mode de réalisation, les composants logés dans le boîtier 101 peut être configuré comme un assemblage de grappes modulaires ou la cartouche généralement utilisés dans la ligne de référence produit des compresseurs ® disponible dans le commerce de La Société Dresser-Rand. La cartouche dans le présent exposé peut comporter en outre les diaphragmes et les autres composantes fixes voie d'écoulement, roulements, joints, et l'instrumentation nécessaires pour exécuter le générateur de 100 Expander. Comme on peut être apprécié, la cartouche peut être complètement pré-assemblés à l'extérieur du boîtier 101, et par la suite installé dans le boîtier du 101 comme un 2964694 -5 assemblage complet. En outre, il peut également être retiré du boîtier 101 de la même manière, ce qui réduit considérablement les délais d'exécution des opérations de maintenance. [0017] Se référant à nouveau à deux chiffres 1 et 2, les sections haute et basse pression 102, 104 peuvent chacun comprend au moins une roue radiale d'expansion suivie d'une série d'étapes axial. Par exemple, dans l'exemple représenté la section à haute pression 102 comporte une forte pression d'expansion radiale suivie par 202, ou autrement axialement décalée par rapport, deux étages axiaux 204A et 204B. En outre, la section basse pression 104 comporte une extension radiale basse pression 206 suivie, ou axialement décalée par rapport, quatre étages axiaux 208a, 208b, 208c, et 208D. Comme il sera apprécié, le nombre d'étages axiaux 204a, b, 208a-d peut être modifiée pour tenir compte des diverses applications de l'générateur de 100 Expander. Par exemple, le nombre d'étages axiaux 204a, b, 208a-d peut être augmentée ou diminuée pour tenir compte des caractéristiques différentes de travail fluide ou conditions, sans sortir du cadre de la divulgation. [0018] En fonctionnement, un fluide de travail à une pression élevée et la température est introduit dans l'extenseur-générateur de 100 via un défilement haute pression ou de l'entrée 210 définie dans le boîtier 101. Dans un mode de réalisation, le fluide de travail peut être le gaz ammoniac (NH3) provenant de synthèse des processus de production d'ammoniac. Dans d'autres réalisations, cependant, le fluide de travail peut inclure n'importe quel fluide compressible tel que, mais nullement limité à, l'air, CO2, N2, H2S, gaz naturel, le méthane, l'éthane, le propane, le i-C4, C4-n, i- C5, C5-n, et / ou de leurs combinaisons. [0019] L'entrée haute pression 210 peut être conçu pour accélérer le fluide de travail et de générer un tourbillon substantielle du fluide de travail avant son entrée dans le détendeur haute pression radiale 202. Transmettre agiter pour le fluide de travail peut permettre la conception de la buse ailettes 302 (Figure 3) de la haute pression d'expansion radiale 202 à incluent la rotation minimale, ce qui génère des pertes minimales tandis que le gaz de procédé se développe dans le corps de la haute pression d'expansion radiale 202 . [0020] Se référant brièvement à la figure 3, illustré est une roue d'extension exemplaires radiale 300, comme, par exemple, soit la haute ou basse pression détendeurs radiaux 202, 206, comme indiqué dans les figures 1 et 2. La roue d'extension radiale 300 est conçu pour avoir un fluide de travail entre radialement, comme indiqué par la flèche A. La circulation générale du fluide de travail peut alors être redirigé par la buse ailettes 302 et CES de sortie dans une direction essentiellement axiale, correspondant à la centrale axe X de 106 puits. Comme fluide de travail passe par la roue d'expansion radiale 300 II se dilate, provoquant ainsi l'arbre de 106 à tourner et produire un travail. [0021] En référence à nouveau aux figures 1 et 2, après avoir traversé la haute pression d'expansion radiale 202, le fluide de travail est dirigé vers les étapes axiale 204a, b de la section à haute pression 102 où il se développe plus loin et donne plus de force de rotation sur Sur les 106 puits. Chaque étape 204a, b peut comprendre un ensemble aubes axialement espacés et directement suivie par un ensemble correspondant de pales de rotor, où les aubes sont configurés comme un jeu de lames fixes circulaire ou semi-circulaire et les pales du rotor sont configurés en tant que circulaire jeu de lames mobiles montés symétriquement radial autour des 106 puits. Dans au moins un mode de réalisation, les aubes et les pales du rotor peut être complimentarily profilé de sorte que le fluide de travail se développe comme il se déplace tangentiellement à travers chaque étape 204a, b, et minimise également toute signature potentiel sonore. Exemplaire profilage des aubes fixes et les pales du rotor est divulgué dans la copropriétaire et co-instance US. App. Ser. N ° 12/472, 590, intitulé "Système et méthode pour réduire la signature acoustique utilisant profilés scénographie," dont le contenu sont incorporées par référence dans la mesure où ne sont pas incompatibles avec la présente invention. En conséquence, à la fois statiques et aubes en rotation peut être conçu pour des performances aérodynamiques maximum. [0022] Les sorties de fluide de travail de la section à haute pression 102 via une décharge à haute pression 212 à une température abaissée et la pression par rapport à la température et la pression sur les 210 d'entrée. Dans un mode de réalisation, la décharge à haute pression 212 alimente le fluide de travail à un échangeur de chaleur 214 (Figure 2) y couplée. L'échangeur de chaleur 214 peut être adapté pour augmenter la température du fluide de travail avant de l'injecter dans la section basse pression 104 par un rouleau à basse pression ou d'entrée 216 définie dans le boitier 101. L'échangeur de chaleur 214 peut également être configuré pour éliminer tout liquide condensé (le cas échéant) de refroidissement du fluide de travail dans la section à haute pression 102. Dans d'autres réalisations, toutefois, l'échangeur de chaleur 214 peut être omise et la décharge à haute pression 212 peuvent au contraire être couplée directement à l'entrée basse pression 216. [0023] L'entrée basse pression 216 est en communication fluide avec extension de la basse pression radiale 206 et alimente ainsi le fluide de travail provenant de la section à haute pression 102 à la faible pression d'expansion radiale 206. La conception générale de la faible pression d'expansion radiale 206 peut être essentiellement similaire à la roue d'extension radiale 300 décrit ci-dessus en référence à la figure 3. Par conséquent, la faible pression d'expansion radiale 206 ne sera pas décrite en détail. En outre, les étages axiaux 208a-d axialement espacés et directement après la faible pression d'expansion radiale 206 peut être essentiellement similaire à la phase axiale 204a, b, généralement décrites ci-dessus. Par conséquent, les étages axiaux 208A-D ne sera également pas être décrite en détail. Comme il sera apprécié par l'homme de l'art, cependant, les dimensions générales de la faible pression d'expansion radiale 206 et d'accompagnement étages axiaux 208A-D peut être supérieure à la haute pression d'expansion radiale 202 et 204A d'accompagnement axiale étapes, b. [0024] Comme les cours du fluide de travail par la faible pression d'expansion radiale 206 et accompagne les étapes ultérieures axiale 208a-d le long de l'axe central X, le fluide de travail se développe encore plus loin et permet ainsi ajouté un couple à l'arbre 106 et produit un travail supplémentaire. Le fluide de travail consacrées peut alors être libéré du boîtier via la décharge à basse pression 218 qui est en communication fluide avec le 208D dernier étage axial. [0025] Afin de produire de l'électricité, l'extrémité libre de l'arbre de 106 (soit le côté gauche de l'extenseur-générateur de 100 comme le montre la figure 2) peut être couplé à un générateur (pas montré) ou similaire. Dans au moins un mode de réalisation, le générateur peut être un générateur d'électricité asynchrones capable de fournir l'électricité aux environs des applications ou même l'énergie entrant de nouveau dans la grille. Dans d'autres réalisations, le moteur peut être remplacé par un compresseur ou une pompe pour fournir un travail utile à cet effet. [0026] Ayant les sections haute et basse pression 102, 104 dans une configuration dos à dos, de façon généralement représenté sur les figures 1 et 2, peut servir à minimiser les forces de poussée globale soutenue par les 106 puits. Par conséquent, un piston 108 solde d'une taille réduite peuvent être employés, permettant ainsi à l'arbre de 106 à être de plus courte durée et en réduisant le poids total de 106 puits. Comme on peut être apprécié, un briquet axe 106 peut fournir un expandeur plus efficace-générateur de 100. [0027] En référence à la figure 4, illustre un diagramme enthalpie par rapport à l'entropie qui montre comment l'extension-générateur de 100 maintient le fluide de travail dessus de la ligne liquide saturé. Ce faisant, l'extenseur générateur 100 est capable de fonctionner plus efficacement et éviter la corrosion et l'érosion dans le boitier 101. [0028] Dans des modes de réalisation où le fluide de travail est l'ammoniac, l'ammoniac peut être introduit dans l'entrée haute pression 210 à une température comprise entre environ 180 ° C à environ 210 ° C, et à une pression allant de 190 bar à environ 210 bar. [0029] Dans le présent document, "environ" fait référence à un certain degré d'écart fondée sur l'erreur expérimentale typique de la propriété notamment identifié. La latitude à condition que le terme «environ» dépendra du contexte particulier et notamment la propriété et peut être facilement perçu par l'homme de l'art. Le terme «environ» ne vise pas à' étendre ou limiter le degré d'équivalents qui peuvent par ailleurs se voir accorder une valeur particulière. En outre, sauf indication contraire, le terme «environ» en font expressément mention «exactement», compatible avec la discussion ci-dessous concernant les gammes et les données numériques. [0030] Ce qui précède a mis en évidence les caractéristiques de plusieurs modes de réalisation de sorte que l'homme de l'art peut mieux comprendre le présent exposé. L'homme de l'art doivent comprendre qu'ils peuvent facilement utiliser la présente invention en tant que base pour la conception ou la modification d'autres processus et des structures pour la réalisation des mêmes objectifs et / ou la réalisation des mêmes avantages des modes de réalisation présenté ci-après. L'homme de l'art devrait également se rendre compte que ces constructions équivalentes ne s'écartent pas de l'esprit et la portée de la présente invention, et qu'ils peuvent apporter divers changements, des substitutions et des modifications aux présentes, sans s'écarter de l'esprit et la portée de la présente invention.