RU2719270C2 - Устройство для расширения газа и способ расширения газа - Google Patents

Устройство для расширения газа и способ расширения газа Download PDF

Info

Publication number
RU2719270C2
RU2719270C2 RU2018133236A RU2018133236A RU2719270C2 RU 2719270 C2 RU2719270 C2 RU 2719270C2 RU 2018133236 A RU2018133236 A RU 2018133236A RU 2018133236 A RU2018133236 A RU 2018133236A RU 2719270 C2 RU2719270 C2 RU 2719270C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
gas
liquid
inlet
liquid injection
screw device
Prior art date
Application number
RU2018133236A
Other languages
English (en)
Other versions
RU2018133236A (ru
RU2018133236A3 (ru
Inventor
Хенрик ОМАН
Original Assignee
Атлас Копко Эрпауэр, Намлозе Веннотсхап
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Атлас Копко Эрпауэр, Намлозе Веннотсхап filed Critical Атлас Копко Эрпауэр, Намлозе Веннотсхап
Priority claimed from PCT/BE2017/000011 external-priority patent/WO2017143408A2/en
Publication of RU2018133236A publication Critical patent/RU2018133236A/ru
Publication of RU2018133236A3 publication Critical patent/RU2018133236A3/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2719270C2 publication Critical patent/RU2719270C2/ru

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01C—ROTARY-PISTON OR OSCILLATING-PISTON MACHINES OR ENGINES
    • F01C1/00—Rotary-piston machines or engines
    • F01C1/08—Rotary-piston machines or engines of intermeshing engagement type, i.e. with engagement of co- operating members similar to that of toothed gearing
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01C—ROTARY-PISTON OR OSCILLATING-PISTON MACHINES OR ENGINES
    • F01C1/00—Rotary-piston machines or engines
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04F—PUMPING OF FLUID BY DIRECT CONTACT OF ANOTHER FLUID OR BY USING INERTIA OF FLUID TO BE PUMPED; SIPHONS
    • F04F13/00—Pressure exchangers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01C—ROTARY-PISTON OR OSCILLATING-PISTON MACHINES OR ENGINES
    • F01C1/00—Rotary-piston machines or engines
    • F01C1/08—Rotary-piston machines or engines of intermeshing engagement type, i.e. with engagement of co- operating members similar to that of toothed gearing
    • F01C1/12—Rotary-piston machines or engines of intermeshing engagement type, i.e. with engagement of co- operating members similar to that of toothed gearing of other than internal-axis type
    • F01C1/14—Rotary-piston machines or engines of intermeshing engagement type, i.e. with engagement of co- operating members similar to that of toothed gearing of other than internal-axis type with toothed rotary pistons
    • F01C1/16—Rotary-piston machines or engines of intermeshing engagement type, i.e. with engagement of co- operating members similar to that of toothed gearing of other than internal-axis type with toothed rotary pistons with helical teeth, e.g. chevron-shaped, screw type
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01C—ROTARY-PISTON OR OSCILLATING-PISTON MACHINES OR ENGINES
    • F01C13/00—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of engines with devices driven thereby
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01C—ROTARY-PISTON OR OSCILLATING-PISTON MACHINES OR ENGINES
    • F01C21/00—Component parts, details or accessories not provided for in groups F01C1/00 - F01C20/00
    • F01C21/001—Injection of a fluid in the working chamber for sealing, cooling and lubricating
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01C—ROTARY-PISTON OR OSCILLATING-PISTON MACHINES OR ENGINES
    • F01C21/00—Component parts, details or accessories not provided for in groups F01C1/00 - F01C20/00
    • F01C21/001—Injection of a fluid in the working chamber for sealing, cooling and lubricating
    • F01C21/002—Injection of a fluid in the working chamber for sealing, cooling and lubricating with control systems for the injection of the fluid
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K25/00—Plants or engines characterised by use of special working fluids, not otherwise provided for; Plants operating in closed cycles and not otherwise provided for
    • F01K25/06—Plants or engines characterised by use of special working fluids, not otherwise provided for; Plants operating in closed cycles and not otherwise provided for using mixtures of different fluids
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K27/00—Plants for converting heat or fluid energy into mechanical energy, not otherwise provided for
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C18/00—Rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids
    • F04C18/08—Rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids of intermeshing-engagement type, i.e. with engagement of co-operating members similar to that of toothed gearing
    • F04C18/12—Rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids of intermeshing-engagement type, i.e. with engagement of co-operating members similar to that of toothed gearing of other than internal-axis type
    • F04C18/14—Rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids of intermeshing-engagement type, i.e. with engagement of co-operating members similar to that of toothed gearing of other than internal-axis type with toothed rotary pistons
    • F04C18/16—Rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids of intermeshing-engagement type, i.e. with engagement of co-operating members similar to that of toothed gearing of other than internal-axis type with toothed rotary pistons with helical teeth, e.g. chevron-shaped, screw type
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C29/00—Component parts, details or accessories of pumps or pumping installations, not provided for in groups F04C18/00 - F04C28/00
    • F04C29/0007—Injection of a fluid in the working chamber for sealing, cooling and lubricating
    • F04C29/0014—Injection of a fluid in the working chamber for sealing, cooling and lubricating with control systems for the injection of the fluid
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/16—Mechanical energy storage, e.g. flywheels or pressurised fluids

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)
  • Pipeline Systems (AREA)
  • Feeding, Discharge, Calcimining, Fusing, And Gas-Generation Devices (AREA)
  • Control Of Turbines (AREA)
  • Filling Or Discharging Of Gas Storage Vessels (AREA)

Abstract

Винтовое устройство объемного расширения газа, содержащее элемент (2) для расширения газа с впускным отверстием (4) для подлежащего расширению газа и входной трубопровод (5) для подлежащего расширению газа, причем входной трубопровод (5) соединен с впускным отверстием (4), при этом винтовое устройство (1) содержит первую точку (13) инжекции жидкости для инжекции жидкости, отличающееся тем, что первая точка (13) инжекции жидкости расположена на одном уровне с впускным отверстием (4) или выше по потоку от впускного отверстия (4), при этом винтовое устройство (1) снабжено сепаратором (7) жидкости, предназначенным для отделения жидкости от газа, который расширяется в элементе (2) для расширения газа, при этом первая точка (13) инжекции жидкости соединена с выходом (9) для жидкости сепаратора (7) жидкости. Обеспечивается безопасный, надежный и быстрый путь ограничения крутящего момента в расширительном устройстве. Крайне быстрый и затратный быстродействующий клапан не является необходимым, и может быть использован обычный клапан, при этом возможная кратковременная перегрузка не происходит, и после аварийной ситуации устройство для расширения газа быстрее становится вновь действующим устройством. 2 н. и 11 з.п. ф-лы, 2 ил.

Description

Настоящее изобретение относится к устройству для расширения газа и способу расширения газа.
Случаи применения расширения многофазной текучей среды в элементе объемного расширения, соединенного с электрогенератором, включают широкий диапазон характеристик и ограничений.
Один пример известен из документа CN 204060830, в котором описана система для аккумулирования энергии сжатого газа. Система содержит компрессор, расширительную машину, нефтяной резервуар, резервуар для аккумулирования воздуха под высоким давлением и распылитель нефти.
В некоторых известных случаях практического применения давление и состав газа являются параметрами, относительно стабильными по времени, что обеспечивает постоянные рабочие характеристики и позволяет использовать низкий уровень регулирования.
В других случаях рабочие параметры могут изменяться в значительной степени, что создает проблемы, связанные со снижением производительности и/или надежности.
В некоторых случаях применения, в частности в пунктах редуцирования давления природного газа, обычно поддерживается постоянное давление ниже по потоку от упомянутых пунктов редуцирования давления, в то время как давление выше по потоку является переменным. Постоянное давление ниже по потоку необходимо для правильного распределения газа конечным потребителям, в то время как переменное давление выше по потоку определяется такими факторами, как колебания в подаче газа и нестабильное регулирование.
В подобных случаях применения энергия, генерируемая с помощью расширительного устройства, в значительной степени зависит от входного давления. Это обусловлено двумя причинами. Во-первых, более высокое входное давление обеспечивает более высокую степень расширения и, соответственно, более высокую разность энтальпии, приходящуюся на единицу расширенной массы. Во-вторых, повышение входного давления приводит к увеличению массового расхода вследствие увеличения плотности газа.
Поскольку это имеет существенное значение для систем, которые поддерживают давление ниже по потоку, расширительная машина может понижать давление потока только с массовым расходом, соответствующим текущей потребности газа в конечных пунктах газораспределительной сети.
Это приводит к необходимости усложнения изменения объемного расхода на входе в машине объемного расширения, работающей при переменном входном давлении.
Существующие решения для регулирования объемного расхода в устройстве объемного расширения включают использование ПРС, т.е. приводов с регулируемой скоростью, снижение расхода на входе и использование механических средств изменения рабочего объема машины.
Способ со снижением расхода на входе означает, что для управления массовым расходом потока, подлежащего расширению, можно использовать плотность газа. Недостаток такого решения заключается в явно выраженном снижении эффективности работы расширительного устройства, поскольку уменьшается степень снижения давления во всех случаях, за исключением редкого случая, когда необходим максимальный расход.
Для регулирования рабочего объема обычно используют подвижный золотниковый клапан или другой клапанный механизм, который изменяет рабочий объем машины. Такие решения могут быть крайне эффективны, но требуют больших затрат и усложняют конструкцию и, таким образом, создают опасность снижения эксплуатационной надежности.
Привод с регулируемой скоростью (ПРС) обеспечивает точное регулирование расширяемого объема и, кроме того, сохраняет высокую эффективность и простоту конструкции. Но крутящий момент машины объемного расширения обычно слабо зависит от скорости или даже находится в обратной от нее зависимости.
Это означает, что электрогенератор с ПРС должен быть способным хорошо работать при низкой скорости и высокой величине крутящего момента. Кроме того, это означает, что силы, которые действуют внутри устройства объемного расширения, будут определяться входным давлением, а не генерируемой мощностью. Другими словами, эти силы непосредственно зависят от механического крутящего момента, который действует на выходном валу.
В случаях использовании ПРС вероятность перегрузки конструкции расширительного устройства является очевидной, если входное давление изменяется в сторону повышения. При использовании расширительной машины с увеличенными габаритами эффективность ее работы при нормальных условиях работы будет ухудшаться при любом входном давлении. Если используется расширительное устройство с точно рассчитанными размерами, эффективность при нормальном входном давлении будет сохраняться оптимальной, в то же время при высоких пиках входного давления можно ожидать повреждения конструкции.
Кроме того, в условиях работы с очень высоким крутящим моментом и высокой скоростью вращения регулирование скорости вращения является сложным процессом и связано с большими затратами.
Смежная проблема заключается в затратных и сложных решениях проблемы, связанной со слишком высокой скоростью вращения. При отсутствии тормозящего момента расширительная машина будет быстро ускоряться, и поэтому создаются потенциально опасные условия функционирования, что снижает надежность системы и будет приводить к избыточной подаче газа в находящуюся ниже по потоку газораспределительную сеть.
Часто используемый способ смягчения указанной проблемы заключается в использовании быстродействующих клапанов, установленных перед расширительным устройством, с помощью которых массовый расход и крутящий момент прерываются эффективным образом в течение доли секунды.
Такие быстродействующие клапаны обуславливают создание кратковременного вакуума (разрежения) на входе расширительного устройства вследствие прекращения вращения. Разрежение быстро тормозит и останавливает расширительную машину. Вместе с тем использование быстродействующих клапанов означает очень высокие переходные нагрузки на механическую систему.
Кроме того, расширительная машина после остановки остается в нерабочем состоянии до тех пор, пока не будет надлежащим образом отрегулирована, после чего вновь запускается и синхронизируется с сетью электроснабжения.
Потеря тормозящего момента может быть связана с разрывом соединения с валом, поэтому прерывание работы с помощью быстродействующего клапана может быть необходимым. Но эта потеря может быть также обусловлена коротким или продолжительным разрывом электрической цепи электроснабжения, нестабильным контролем скорости вращения при использовании ПРС или перегрузкой генератора при торможении.
Выявление реальных или предполагаемых аварийных ситуаций, например, с помощью вспомогательных систем или аварийной кнопки может привести к необходимости использования быстродействующих клапанов.
Таким образом, желательно обеспечить безопасный, надежный и быстрый путь ограничения крутящего момента в расширительном устройстве и предпочтительно способ, который может осуществляться непрерывно при отсутствии потерь рабочего времени расширительной машины, даже если входное давление временами падает.
Задача настоящего изобретения заключается в устранении отмеченного выше и других недостатков за счет обеспечения устройства для расширения газа или газожидкостной смеси, при этом упомянутое устройство для расширения газа содержит элемент для расширения газа с впускным отверстием для подлежащего расширению газа и входной трубопровод для подлежащего расширению газа, причем входной трубопровод соединен с впускным отверстием, при этом устройство для расширения газа содержит первую точку инжекции жидкости для инжекции жидкости, причем упомянутая первая точка инжекции жидкости находится на одном уровне с впускным отверстием или выше по потоку от впускного отверстия, предпочтительно выше по потоку от впускного отверстия, при этом устройство для расширения газа снабжено сепаратором жидкости, предназначенным для отделения жидкости от газа, который расширяется в элементе для расширения газа, причем первая точка инжекции жидкости соединена с выходом для жидкости упомянутого сепаратора.
В результате, если выявлена слишком высокая величина крутящего момента, жидкость может быть инжектирована в газовый поток выше по потоку от впускного отверстия или на одном уровне с впускным отверстием так, что эта жидкость поступает в расширительную камеру вместе с газом.
При работе с высокой скоростью вращения инжектируемая жидкость создает эффект торможения для входящего газа. Затрата энергии, необходимой для ускорения жидкости, приводит к снижению общего давления газа, так что степень снижения давления и объемный расход потока, поступающего в устройство для расширения газа, уменьшаются. В результате происходит ограничение крутящего момента.
При работе с низкой скоростью вращения инжектируемая жидкость заполняет большую часть объема камеры, который в ином случае может быть заполнен поступающим газом. Соответственно объемный расход потока, поступающего в устройство для расширения газа, уменьшается. Степень снижения давления сохраняется, но массовый расход уменьшается. В результате крутящий момент ограничивается.
Кроме того, в случае выявления аварийной ситуации, что требует быстрой остановки функционирования устройства для расширения газа, жидкость может быть инжектирована выше по потоку от впускного отверстия.
Жидкость, таким образом, оказывает отмеченное выше воздействие, но, помимо этого, по существу уменьшает высокую скорость вращения, которая в ином случае могла бы существовать в течение непродолжительного периода времени. Это означает, что предохранительный клапан, установленный перед расширительным усройством, может быть закрыт с меньшей рабочей скоростью, чем могло быть в ином случае. Соответственно, крайне быстрый и затратный быстродействующий клапан не является необходимым, и может быть использован обычный клапан, при этом возможная кратковременная перегрузка не происходит, и после аварийной ситуации устройство для расширения газа быстрее становится вновь действующим устройством.
Такая аварийная ситуация может возникнуть в случае технической неисправности, например отсоединения от энергетической сети, к которой подводится электроэнергия, или разрыва механического соединения между расширительным элементом и электрогенератором, и может быть выявлена разными способами, известными специалисту в данной области техники.
Аварийная ситуация может также возникать, если вспомогательное устройство корректно или некорректно генерирует сигнал тревоги или если активирована процедура экстренной остановки работы устройства посредством вмешательства оператора или с помощью компьютерной программы.
Помимо этого, благодаря тому, что устройство для расширения газа содержит сепаратор жидкости, та же жидкость, которая уже была отделена от газа, обычно нефть, может быть использована для подачи в первую точку инжекции жидкости.
В предпочтительном варианте осуществления изобретения устройство для расширения газа оборудовано средствами активирования или прерывания потока указанной жидкости, направляемого в первую точку инжекции жидкости, так что может быть использована указанная первая точка инжекции жидкости или другая точка в соответствии с необходимостью.
Предпочтительно упомянутые средства подключены к блоку управления, предназначенному для управления этими средствами, при этом элемент для расширения газа механически соединен с электрогенератором, за счет чего элемент для расширения газа может приводить в действие электрогенератор, причем блок управления подключен к электрогенератору.
В результате, условия функционирования и измеренные параметры электрогенератора могут быть использованы для управления указанными средствами.
Предпочтительно устройство для расширения газа содержит вторую точку инжекции жидкости, которая предназначена для инжекции этой жидкости в указанный элемент для расширения газа, при этом вторая точка инжекции находится ниже по потоку от входного отверстия, и, кроме того, устройство для расширения газа снабжено резервуаром или питающим трубопроводом для указанной жидкости, при этом и первая и вторая точки инжекции жидкости соединены с упомянутыми резервуаром или питающим трубопроводом.
В результате та же самая жидкость, которая уже была инжектирована через вторую точку инжекции жидкости с целью охлаждения и/или смазки, может быть также инжектирована в первой точке инжекции жидкости, благодаря чему конструкция устройства упрощается.
Предпочтительно указанное средство активирования и прерывания потока жидкости представляет собой трехходовой клапан с тремя соединительными отверстиями, при этом первое из соединительных отверстий соединено с питающим трубопроводом или резервуаром, а каждое из других соединительных отверстий соединено с одной из указанных точек инжекции жидкости.
В результате питание второй точки инжекции жидкости, необходимое при нормальном функционировании устройства, может быть легко переключено на первую точку инжекции жидкости, если функционирование устройства осуществляется таким образом, что необходимо использовать именно первую точку инжекции жидкости.
В предпочтительном варианте осуществления изобретения первая точка инжекции жидкости расположена таким образом, что направлением инжекции является направление вверх по потоку. Это создает максимальный эффект торможения в случае существования высокого крутящего момента при работе с высокой скоростью вращения, поскольку направление жидкости должно быть изменено протекающим газом на обратное.
Изобретение относится также к способу расширения газа, согласно которому этот газ направляют с помощью устройства для расширения газа, соответствующего изобретению, и согласно которому при выявлении нештатных условий функционирования устройства жидкость инжектируется только через первую точку инжекции жидкости.
При этом превышение в текущее время первой предельной величины крутящего момента является показателем реализации первого нештатного условия функционирования устройства.
Этот крутящий момент представляет собой крутящий момент механически соединенных валов электрогенератора и элемента для расширения газа. Указанный момент может быть измерен в нескольких местах или вычислен известным способом специалистом в данной области техники на основании результатов измерения других параметров, таких как скорость вращения и мощность.
Возникновение аварийной ситуации, которая требует прекращения работы устройства для расширения газа, является показателем, например, второго нештатного условия функционирования устройства.
Превышение, например, предельной величины скорости вращения элемента для расширения газа или второй предельной величины крутящего момента или превышение предельной величины генерируемой электрической мощности указывает на возникновение аварийной ситуации.
В качестве варианта, границы настоящего изобретения могут быть определены следующими пунктами:
1. Устройство для расширения газа, содержащее элемент для расширения газа с впускным отверстием, соединенным с входным трубопроводом для сжатого газа, при этом устройство для расширения газа имеет точку инжекции жидкости, расположенную перед впускным отверстием.
2. Устройство для расширения газа по пункту 1, которое дополнительно содержит основную точку инжекции жидкости, предназначенную для инжекции жидкости в элемент для расширения газа в точке, расположенной за впускным отверстием.
3. Устройство для расширения газа по пункту 1 и пункту 2, в котором указанная точка инжекции жидкости и основная точка инжекции жидкости обе соединены посредством трубопровода для жидкости с двумя соединительными отверстиями трехходового клапана, при этом третье соединительное отверстие трехходового клапана соединено с выходом для жидкости сепаратора жидкости, соединенного с выходом элемента для расширения газа.
4. Устройство для расширения газа по пункту 1 и пункту 2, в котором имеются средства регулирования инжекции, предназначенные для регулирования расхода жидкости, инжектируемой через точку инжекции жидкости, и расхода жидкости, инжектируемой через основную точку инжекции жидкости.
5. Устройство для расширения газа по пункту 3 и пункту 4, в котором указанные средства регулирования содержат трехходовой клапан.
6. Устройство для расширения газа по пункту 3, в котором трехходовой клапан подключен к контроллеру.
7. Устройство для расширения газа по пункту 6, в котором указанный контроллер, кроме того, подключен к электрогенератору, соединенному с элементом для расширения газа так, что указанный элемент для расширения может приводить в действие электрогенератор.
8. Способ работы устройства для расширения газа по пункту 1, в котором при нормальной работе устройства инжекцию жидкости через точку инжекции жидкости прерывают.
9. Способ работы устройства для расширения газа по пункту 1, в котором при работе с высокой скоростью вращения инжекцию жидкости через точку инжекции жидкости активируют, если крутящий момент или входное давление превышает первую предварительно заданную предельную величину.
10. Способ работы устройства для расширения газа по пункту 1, в котором при работе с низкой скоростью вращения инжекцию жидкости через точку инжекции жидкости активируют, если крутящий момент или входное давление превышает вторую предварительно заданную предельную величину.
11. Способ работы устройства для расширения газа по пункту 1, в котором при нормальной работе инжекцию жидкости через точку инжекции активируют, если величины мощности или крутящего момента находятся ниже предельных величин; или если превышен предел скорости вращения. Настоящее изобретение относится к способу согласования функционирования частей конструктивно-сочлененного агрегата.
С целью лучшей иллюстрации характерных особенностей изобретения предпочтительный вариант выполнения устройства для расширения газа в соответствии с изобретением и сопутствующего способа описаны ниже с помощью неограничивающего примера со ссылкой на сопровождающие чертежи.
На фиг. 1 показано схематическое представление устройства для расширения газа в соответствии с настоящим изобретением;
на фиг. 2 - иллюстрация принципа действия устройства для расширения газа.
В рассматриваемом примере устройство 1 для расширения газа представляет собой устройство для расширения природного газа с двумя винтовыми роторами и с инжекцией нефти при расширении.
Однако изобретение может быть в равной степени применимо к другим типам машин объемного расширения и текучим средам, которые отличаются от нефти и природного газа.
Устройство 1 для расширения газа, показанное на фиг. 1, содержит элемент 2 для расширения газа с двумя винтовыми роторами и электрический генератор 3, соединенные с помощью механического соединения.
Указанный расширительный элемент 2 содержит впускное отверстие 4 для природного газа, которое соединено с входным трубопроводом 5 для природного газа. На входном трубопроводе 5 установлен отсечной клапан 6.
Ниже по потоку относительно расширительного элемента 2 расположен сепаратор 7 нефти для разделения нефти и газа. Указанный сепаратор 7 содержит выход 8 для расширенного газа и выход 9 для нефти.
Выход 9 для нефти соединен посредством нефтяного насоса 11 с первым соединительным отверстием трехходового клапана 12.
Два других соединительных отверстия трехходового клапана 12 соединены с точками инжекции жидкости.
Это, в частности, относится к первой точке 13 инжекции жидкости, которая находится непосредственно выше по потоку от впускного отверстия 4 расширительного элемента 2 или во входном трубопроводе 5, и ко второй точке 14 инжекции жидкости, которая находится ниже по потоку от впускного отверстия 4.
Первая точка 13 инжекции жидкости обеспечивает направление инжекции, которое противоположно направлению течения газа.
Устройство 1 для расширения газа, кроме того, снабжено электронным блоком 15 управления, который подключен с возможностью передачи данных к отсечному клапану 6, трехходовому клапану 12 и электрогенератору 3.
Функционирование устройства 1 для расширения газа является простым и осуществляется следующим образом.
При нормальном функционировании, т.е. когда не выявлена большая величина крутящего момента по сравнению с требуемой, трехходовой клапан 12 устанавливается в такое положение, что вся нефть направляется во вторую точку 14 инжекции жидкости. Следовательно, в этом случае функционирование устройства происходит аналогично традиционному устройству для расширения газа.
Этот случай схематично проиллюстрирован на фиг. 2. Горизонтальная ось показывает увеличение скорости вращения ротора расширительного элемента 2. Вертикальная ось указывает объем камеры расширения.
При работе устройства в нормальных условиях входное отверстие 4 открыто для сообщения с расширительной камерой в интервале между точками, обозначенными на горизонтальной оси буквами А и В. Сразу после того, как впускное отверстие 4 закрывается, нефть инжектируется через вторую точку 14 инжекции жидкости, что схематически показано интервалом от точки С до точки D.
Такая последовательность действий связана с тем, что для экономически выгодного применения винтового расширительного устройства окружная скорость вращения роторов должна быть как можно больше. Следовательно, инжекция нефти на входе машины должна быть минимизирована, чтобы ограничить потери трения, которые уменьшают оптимальное заполнение камеры расширения. Поэтому инжекцию нефти обычно регулируют таким образом, чтобы нефть поступала в камеру расширения после закрытия впускного отверстия, когда эта нефть не оказывает дальнейшего влияния на процесс заполнения камеры газом.
Для получения хорошего эффекта инжекции нефти ее во многих случаях вводят под высоким давлением, непосредственно после закрытия впускного отверстия. Давление нефти обычно выше давления газа на входе трубопроводной линии, несмотря на то, что давление в камере снижается сразу после закрытия впускного отверстия.
В первых нештатных условиях функционирования, т.е. когда с помощью блока 15 управления измерен или вычислен более высокий крутящий момент, создаваемый электрогенератором 3, по сравнению с необходимым, трехходовой клапан 12 устанавливается в такое положение, чтобы вся нефть поступала в первую точку 13 инжекции жидкости.
Это приводит к созданию двух эффектов. Первый эффект заключается в том, что при инжекции нефть подвергается действию сжатия и изменению направления движения благодаря обтекающему ее газу, в результате чего действующее входное давление газа снижается. Второй эффект состоит в том, что в камере расширения расширительного элемента протекает нефть, в результате чего для газа остается объем меньшей величины. При этом в случае высокой скорости вращения в значительной степени будет преобладать первый эффект, а при низкой скорости вращения будет значительно усилен второй эффект.
В обоих случаях крутящий момент уменьшается, и поэтому превышение допустимой нагрузки устройства 1 для расширения газа будет предотвращено.
Во втором нештатном условии функционирования, в случае выявления аварийной ситуации, трехходовой клапан 12 также устанавливается в такое положение, при котором весь поток нефти протекает к первой точке 13 инжекции жидкости с реализацией вышеупомянутых эффектов, и дополнительно с помощью блока 15 управления закрывается отсечной клапан 6, так что устройство 1 для расширения газа быстро прекращает работу таким способом, который не приводит к какому-либо повреждению устройства 1 для расширения газа.
В приведенном выше описании термины «ниже по потоку» и «выше по потоку» относятся к направлению движения потока газа.
Настоящее изобретение никаким образом не ограничено вариантами осуществления, описанными в примере и проиллюстрированными на чертежах, при этом устройство для расширения газа и способ в соответствии с изобретением могут быть реализованы во всех видах форм и размеров без выхода за пределы объем изобретения.

Claims (13)

1. Винтовое устройство объемного расширения газа, содержащее элемент (2) для расширения газа с впускным отверстием (4) для подлежащего расширению газа и входной трубопровод (5) для подлежащего расширению газа, причем входной трубопровод (5) соединен с впускным отверстием (4), при этом винтовое устройство (1) содержит первую точку (13) инжекции жидкости для инжекции жидкости, отличающееся тем, что первая точка (13) инжекции жидкости расположена на одном уровне с впускным отверстием (4) или выше по потоку от впускного отверстия (4), при этом винтовое устройство (1) снабжено сепаратором (7) жидкости, предназначенным для отделения жидкости от газа, который расширяется в элементе (2) для расширения газа, при этом первая точка (13) инжекции жидкости соединена с выходом (9) для жидкости сепаратора (7) жидкости.
2. Винтовое устройство (1) по п. 1, отличающееся тем, что упомянутая жидкость представляет собой нефть.
3. Винтовое устройство (1) по п. 1 или 2, отличающееся тем, что указанный элемент для расширения газа представляет собой элемент (2) для расширения газа с двумя винтовыми роторами.
4. Винтовое устройство (1) по любому из пп. 1-3, отличающееся тем, что оно снабжено средством (12) активирования и прерывания потока указанной жидкости к первой точке (13) инжекции жидкости.
5. Винтовое устройство (1) по п. 4, отличающееся тем, что оно содержит блок (15) управления для управления упомянутым средством (12).
6. Винтовое устройство (1) по п. 5, отличающееся тем, что указанный элемент (2) для расширения газа соединен с электрогенератором (3), так что указанный расширительный элемент (2) выполнен с возможностью приводить в действие электрогенератор (3), при этом блок (15) управления подключен к электрогенератору (3) с возможностью передачи данных.
7. Винтовое устройство (1) по любому из пп. 1-6, отличающееся тем, что оно содержит вторую точку (14) инжекции жидкости, выполненную с возможностью инжекции упомянутой жидкости в элемент (2) для расширения газа ниже по потоку относительно впускного отверстия (4).
8. Винтовое устройство (1) по п. 7, отличающееся тем, что оно снабжено резервуаром или питающим трубопроводом для указанной жидкости, при этом как первая точка (13) инжекции жидкости, так и вторая точка (14) инжекции жидкости соединены с упомянутым питающим трубопроводом или резервуаром.
9. Винтовое устройство (1) по любому из пп. 4-6, отличающееся тем, что оно содержит вторую точку (14) инжекции жидкости, выполненную с возможностью инжекции упомянутой жидкости в элемент (2) для расширения газа ниже по потоку относительно впускного отверстия (4), и снабжено резервуаром или питающим трубопроводом для указанной жидкости, при этом как первая точка (13) инжекции жидкости, так и вторая точка (14) инжекции жидкости соединены с упомянутым питающим трубопроводом или резервуаром, причем указанное средство содержит трехходовой клапан (12) с тремя соединительными отверстиями, при этом первое из соединительных отверстий соединено с питающим трубопроводом или резервуаром, а каждое из других соединительных отверстий соединено с одной из точек (13, 14) инжекции жидкости.
10. Винтовое устройство (1) по любому из пп. 1-9, отличающееся тем, что первая точка (13) инжекции жидкости расположена так, что инжекция жидкости направлена вверх по потоку.
11. Способ расширения газа, в котором этот газ направляют винтовым устройством (1) по любому из пп. 1-10, при этом в случае выявления нештатных условий работы устройства жидкость вводят только через первую точку (13) инжекции жидкости.
12. Способ по п. 11, отличающийся тем, что превышение первой предельной величины крутящего момента является показателем первого нештатного условия работы.
13. Способ по п. 11 или 12, отличающийся тем, что возникновение аварийной ситуации, которая требует остановки винтового устройства (1), указывает на второе нештатное условие работы.
RU2018133236A 2016-02-23 2017-02-13 Устройство для расширения газа и способ расширения газа RU2719270C2 (ru)

Applications Claiming Priority (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201662298682P 2016-02-23 2016-02-23
US62/298,682 2016-02-23
BE2017/5006 2017-01-09
BE2017/5006A BE1024383B1 (nl) 2016-02-23 2017-01-09 Gasexpansie-inrichting en werkwijze voor het expanderen van gas
PCT/BE2017/000011 WO2017143408A2 (en) 2016-02-23 2017-02-13 Gas expansion device and method for expanding gas

Publications (3)

Publication Number Publication Date
RU2018133236A RU2018133236A (ru) 2020-03-24
RU2018133236A3 RU2018133236A3 (ru) 2020-03-24
RU2719270C2 true RU2719270C2 (ru) 2020-04-17

Family

ID=57796075

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2018133236A RU2719270C2 (ru) 2016-02-23 2017-02-13 Устройство для расширения газа и способ расширения газа

Country Status (10)

Country Link
US (1) US11156088B2 (ru)
EP (1) EP3420191B1 (ru)
JP (1) JP6683824B2 (ru)
CN (1) CN108699907B (ru)
AU (1) AU2017224783B2 (ru)
BE (1) BE1024383B1 (ru)
CA (1) CA3013864C (ru)
DK (1) DK3420191T3 (ru)
ES (1) ES2793394T3 (ru)
RU (1) RU2719270C2 (ru)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108468570A (zh) * 2018-05-07 2018-08-31 李小冬 叶片式气动马达真空泵
BE1028636B1 (nl) * 2020-09-24 2022-04-25 Atlas Copco Airpower Nv Werkwijze en inrichting voor het expanderen van een fluïdum

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU96408A1 (ru) * 1940-04-23 1952-11-30 А.Г. Сливинский Винтовой компрессор, детандер или тепловой двигатель
US3423017A (en) * 1966-07-29 1969-01-21 Svenska Rotor Maskiner Ab Screw rotor machine and rotors therefor
SU1399484A2 (ru) * 1986-02-26 1988-05-30 Всесоюзный Научно-Исследовательский Институт Горной Механики Им.М.М.Федорова Винтова машина
RU2118460C1 (ru) * 1995-04-25 1998-08-27 Закрытое Акционерное Общество "Независимая Энергетика" Паровая винтовая машина и способ преобразования тепловой энергии в механическую
RU2432465C1 (ru) * 2010-05-13 2011-10-27 Закрытое акционерное общество "МАЛЫЕ ПАРОВЫЕ МАШИНЫ" Пароводяной винтовой детандер
CN204060830U (zh) * 2014-07-11 2014-12-31 西安交通大学 压缩空气储能系统

Family Cites Families (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2299578A1 (fr) * 1975-01-28 1976-08-27 Secmer Sa Tete pour le melange et le deversement sous pression d'au moins deux produits
US4008573A (en) * 1975-12-09 1977-02-22 General Electric Company Motive fluids for external combustion engines
JPS6056104A (ja) * 1983-09-08 1985-04-01 Hokuetsu Kogyo Co Ltd スクリユ−膨張機の給油装置
JPS63215804A (ja) * 1987-03-03 1988-09-08 Hisaka Works Ltd スクリユ−エキスパンダ−の最適運転方法
JPS63202701U (ru) * 1987-06-19 1988-12-27
JP3169441B2 (ja) * 1992-07-09 2001-05-28 株式会社日阪製作所 油吸収型熱サイクル
JP4375171B2 (ja) * 2004-08-31 2009-12-02 ダイキン工業株式会社 冷凍装置
GB0511864D0 (en) * 2005-06-10 2005-07-20 Univ City Expander lubrication in vapour power systems
DE102006006129A1 (de) * 2006-02-10 2007-08-23 Piatkowski, Reimund, Dr.-Ing. Verfahren zum Betreiben eines Schraubenmotors sowie Schraubenmotor
US20100034684A1 (en) * 2008-08-07 2010-02-11 General Electric Company Method for lubricating screw expanders and system for controlling lubrication
DE102010002649A1 (de) * 2010-03-08 2011-09-08 Bitzer Kühlmaschinenbau Gmbh Schraubenverdichter
US8870166B2 (en) * 2010-05-25 2014-10-28 Caldwell Tanks, Inc. Misting array assembly of an abatement system
CN101864991A (zh) 2010-06-10 2010-10-20 姚镇 星旋式流体马达或发动机和压缩机及泵
GB2486503B (en) * 2010-12-17 2017-11-08 Vilter Mfg Llc Single screw expander
JP5698039B2 (ja) * 2011-03-11 2015-04-08 株式会社神戸製鋼所 水噴射式スクリュ圧縮機
CN103266924B (zh) * 2013-05-02 2015-04-29 上海维尔泰克螺杆机械有限公司 水蒸汽的高效发电系统及方法
US10415706B2 (en) * 2013-05-17 2019-09-17 Victor Juchymenko Methods and systems for sealing rotating equipment such as expanders or compressors
CN103629860B (zh) * 2013-12-04 2015-09-16 重庆大学 跨临界co2冷热电联合循环系统
CN104196689A (zh) * 2014-08-13 2014-12-10 山东建筑大学 一种太阳能有机朗肯循环发电系统

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU96408A1 (ru) * 1940-04-23 1952-11-30 А.Г. Сливинский Винтовой компрессор, детандер или тепловой двигатель
US3423017A (en) * 1966-07-29 1969-01-21 Svenska Rotor Maskiner Ab Screw rotor machine and rotors therefor
US3423017B1 (ru) * 1966-07-29 1986-12-30 Svenska Rotor Maskiner Ab
SU1399484A2 (ru) * 1986-02-26 1988-05-30 Всесоюзный Научно-Исследовательский Институт Горной Механики Им.М.М.Федорова Винтова машина
RU2118460C1 (ru) * 1995-04-25 1998-08-27 Закрытое Акционерное Общество "Независимая Энергетика" Паровая винтовая машина и способ преобразования тепловой энергии в механическую
RU2432465C1 (ru) * 2010-05-13 2011-10-27 Закрытое акционерное общество "МАЛЫЕ ПАРОВЫЕ МАШИНЫ" Пароводяной винтовой детандер
CN204060830U (zh) * 2014-07-11 2014-12-31 西安交通大学 压缩空气储能系统

Also Published As

Publication number Publication date
AU2017224783A1 (en) 2018-08-23
US11156088B2 (en) 2021-10-26
ES2793394T3 (es) 2020-11-13
JP2019511663A (ja) 2019-04-25
CN108699907A (zh) 2018-10-23
BE1024383A1 (nl) 2018-02-05
US20210207482A1 (en) 2021-07-08
RU2018133236A (ru) 2020-03-24
DK3420191T3 (da) 2020-06-08
CA3013864C (en) 2023-10-17
CA3013864A1 (en) 2017-08-31
RU2018133236A3 (ru) 2020-03-24
AU2017224783B2 (en) 2020-07-09
EP3420191B1 (en) 2020-04-08
CN108699907B (zh) 2020-07-17
EP3420191A2 (en) 2019-01-02
JP6683824B2 (ja) 2020-04-22
BE1024383B1 (nl) 2018-02-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11614084B2 (en) Gas compressor
RU2719270C2 (ru) Устройство для расширения газа и способ расширения газа
AU2015261544A1 (en) Operating method for a pump, in particular for a multiphase pump, and pump
JP5377626B2 (ja) 潤滑油システム
TWI759680B (zh) 一種用於朝向無負載狀態控制壓縮機的方法及壓縮機
US5601414A (en) Interstage liquid/gas phase detector
KR20170028381A (ko) 진공 펌프들의 시스템에서의 펌핑 방법 및 진공 펌프들의 시스템
Kurz et al. Upstream and midstream compression applications: part 2—implications on operation and control of the compression equipment
WO2015192142A1 (en) Air compressor discharge system
EP3832140B1 (en) Method for operating a pump, in particular a multiphase pump
JP7466392B2 (ja) 給油機器及びその異常検出方法
JP2011163128A (ja) 水量調整弁制御装置
JP2006316759A (ja) 圧縮装置
EP3832135A1 (en) Compressor and method of operating same
JP2019094894A (ja) 水分配網
JPH109147A (ja) 往復型圧縮機の制御方法
Korenkova et al. The system of the pumping plant hydrodynamic protection in the event of an emergency shutdown of the power supply.
WO2017040807A1 (en) Turbomachine anti-surge system
KR20150022137A (ko) 윤활유 공급 장치
JP2018053724A (ja) 水添加式の圧縮機の水添加開始方法
Niu Operating Requirements and Control Objectives
Gurevich et al. Methods for improving the realiability of fuel supply system of gas turbine engines with using electrically driven pumps
JP2005344655A (ja) 流体圧縮機の容量制御方法及び容量制御装置
Kurz et al. Control concepts for centrifugal compressor applications
WO2017143408A2 (en) Gas expansion device and method for expanding gas