專利名稱：壓縮機(jī)單元和處理工作流體的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及壓縮機(jī)單元和處理工作流體的方法。
背景技術(shù)：
用于從在海底下面存在的油氣田(field)提取天然氣的工業(yè)設(shè)備通常置于海上的平臺上或海底上。特定而言，海底上的設(shè)備包括可浸沒壓縮機(jī)單元和在地面上預(yù)裝配且然后置于海底本身中的其它模塊。
可浸沒壓縮機(jī)單元通常包括將所提取的天然氣推送到大陸且被布置在帶有電動馬達(dá)的殼體中的離心壓縮機(jī)；該單元能夠與置于井和單元入口之間的外部分離機(jī)流體連接。這種類型的壓縮機(jī)單元可以是帶有豎直構(gòu)造的機(jī)器，該豎直構(gòu)造具有在其上布置電動馬達(dá)的轉(zhuǎn)子以及壓縮機(jī)的離心葉輪的豎直軸，該軸由多個機(jī)械軸承且優(yōu)選地磁力式的推力軸承來支撐。豎直構(gòu)造的主要益處是排出由重力引起和占地面積(footprint)減小。這兩個模塊(壓縮機(jī)單元和分離機(jī))通常設(shè)置有相應(yīng)的入口開口和出口開口，入口開口和出口開口在海底上的浸沒階段期間用閥門關(guān)閉；在安裝階段期間，這兩個開口使用管而流體聯(lián)接并且然后打開兩個閥門。最佳實(shí)踐包括首先打開在分離機(jī)一側(cè)的閥門；然后及時地打開在單元一側(cè)的閥門。這樣，能夠?qū)⒐軆?nèi)部的水排入分離器中；管從單元下降到分離器以便于排放。這種類型的機(jī)器的缺點(diǎn)在于，單元的閥門能在分離器的閥門之前由操作者打開，從而引起海水意外地排入壓縮機(jī)單元內(nèi)部并損壞單元本身的機(jī)械構(gòu)件。專利申請WO 2007/103, 248描述了一種用于處理包括氣體和液體的多相流體流的流體處理機(jī)器。殼體具有內(nèi)腔、與內(nèi)腔流體連接且?guī)в辛髟吹娜肟?、以及第一出口和第二出口。設(shè)置在殼體腔內(nèi)的分離器與入口流體聯(lián)接，使得流流到分離器并將流分離成氣體部分和液體部分。設(shè)置在腔內(nèi)的壓縮機(jī)接納并壓縮來自分離器的氣體部分，以通過殼體第一出口排放，壓縮機(jī)具有與殼體內(nèi)表面間隔開以限定流動通道的外表面。設(shè)置在腔內(nèi)的泵具有通過通道與分離器流體聯(lián)接的入口，與分離器豎直地間隔開使得液體由于重力而從分離器流到泵，并且對液體加壓以通過殼體第二出口排放。這種類型的機(jī)器的缺點(diǎn)是，它需要壓縮機(jī)單元內(nèi)部的分離器，從而增加了機(jī)械復(fù)雜性和成本。另一個缺點(diǎn)是，下部機(jī)械軸承置于殼體的下基板上，并且因此有必要提供密封殼以避免與水或廢物接觸。特定而言，如果軸承為磁力式，則該殼必須是高密封殼，從而增加了安裝和設(shè)計成本且同時降低了可靠性，高密封殼對于需要不間斷工作許多年的諸如浸沒應(yīng)用的應(yīng)用而言是特別有意義和重要的。此外，軸必須足夠長以在基板上放置上述軸承，從而顯著地增加了設(shè)計成本。另一缺點(diǎn)是軸的長度與腔的豎直長度有關(guān)，只有當(dāng)軸的長度同時變化時腔的豎直長度才能夠變化，從而增加了設(shè)計的成本和難度。
迄今為止，雖然技術(shù)在發(fā)展，但這造成了問題并且存在著制造用于從在海底下面存在的油氣田提取天然氣的更簡單且更便宜的機(jī)器從而改進(jìn)安裝階段且同時其工作階段的需求。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)第一方面，存在用于處理工作流體的壓縮機(jī)單元，該壓縮機(jī)單元包括在殼體內(nèi)部用于壓縮工作流體的壓縮機(jī)，其中，收集腔與所述殼體的工作流體入口流體聯(lián)接。根據(jù)另一方面，存在處理工作流體的方法，該方法包括以下階段提供帶有殼體的壓縮單元，該壓縮單元包括壓縮機(jī)和在殼體內(nèi)部且與殼體本身的工作流體入口流體聯(lián)接的收集腔；在工作場所中將壓縮機(jī)單元與外部輔助設(shè)備彼此關(guān)聯(lián)；以及操作壓縮單元而壓縮工作流體。


通過遵循描述和示出所述發(fā)明的非限制實(shí)用實(shí)施例的附圖，本發(fā)明將會更加顯而易見。更具體而言，在附圖中，相同的標(biāo)號表示相同或?qū)?yīng)的部分
圖I示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的機(jī)器的示意性豎直剖面 圖2示出圖I的截面II-II的示意 圖3示出圖I的截面III-III的示意 圖4示出圖I的細(xì)節(jié)的豎直剖面圖；以及 圖5示出根據(jù)本發(fā)明的特定實(shí)施例的包括圖I的機(jī)器的壓縮系統(tǒng)。
具體實(shí)施例方式在其中相同標(biāo)號對應(yīng)于所有各圖中的相同部分的附圖中，根據(jù)本發(fā)明的機(jī)器一般用數(shù)字I表示。參見圖1，該機(jī)器I包括位于加壓密封公共殼體7中的壓縮機(jī)3和馬達(dá)5。根據(jù)該示例性實(shí)施例，壓縮機(jī)3為多級離心壓縮機(jī)，其包括多個壓縮級9、11、13，每一個壓縮級分別具有分別在定子隔板(diaphragm)9B、IIB和13B內(nèi)部旋轉(zhuǎn)且沿軸線Xl聯(lián)接在軸15上的離心葉輪9A、IlA和13A ;參見圖4，在每個定子隔板9B、11B、13B之間存在著用于壓縮流體的定子通道14A、14B(每個定子通道由擴(kuò)散段和返回通道形成，出于簡潔和本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的目的，在附圖中未示出)。雖然如上所述的多級離心壓縮機(jī)3是目前優(yōu)選的，但壓縮機(jī)3可備選地被構(gòu)造為單級離心壓縮機(jī)或能夠壓縮氣體的任何其它類型的壓縮機(jī)，例如徑向壓縮機(jī)、往復(fù)式壓縮機(jī)、旋轉(zhuǎn)螺旋壓縮機(jī)或其它。在圖I示出的優(yōu)選實(shí)施例中，單元I具有豎直構(gòu)造，以便將分別包括上端15S和下端151的軸15 (和軸線XI)大致置于豎直位置(在單元I的工作期間)；然而，不排除單元可根據(jù)具體實(shí)施例或使用需要而具有不同的構(gòu)造，例如帶有大致置于水平位置的軸(和軸線)的大致水平構(gòu)造。有利的是，馬達(dá)5置于殼體7的內(nèi)部并且它由軸15機(jī)械聯(lián)接到壓縮機(jī)3，以便獲得特別緊湊且沒有外部動態(tài)密封的機(jī)器。然而，不排除根據(jù)本發(fā)明的特定實(shí)施例可將馬達(dá)置于殼體外部。、
在這里描述的構(gòu)造中，馬達(dá)5豎直地布置在壓縮機(jī)3上方以減小液體侵入馬達(dá)5中的可能性。然而，可以其它方式安裝馬達(dá)5，例如，安裝到殼體7的下端151或者提供在馬達(dá)上方的第一壓縮機(jī)和在馬達(dá)下方的另一個壓縮機(jī)；但是，在這些情況下，需要另外的構(gòu)件(例如，密封馬達(dá)5離開機(jī)器的剩余部分的機(jī)械密封件)，并且因此將增加機(jī)器的機(jī)械復(fù)雜性和成本。另外，馬達(dá)5優(yōu)選為構(gòu)造成使軸15繞其軸線Xl旋轉(zhuǎn)的電動馬達(dá)；通常，它可以備選地為液壓馬達(dá)、蒸汽渦輪或燃?xì)鉁u輪、或者任何其它合適的馬達(dá)或發(fā)動機(jī)。此外，如上所述，軸15優(yōu)選地直接由馬達(dá)5驅(qū)動，但可以備選地通過皮帶驅(qū)動、齒輪傳動或其它合適的傳動裝置(為了簡潔而未示出)來驅(qū)動。殼體7還包括與壓縮機(jī)3的流體入口 31流體連接的流體入口 71和與壓縮機(jī)3的流體出口 3U流體連接的流體出口 7U。必須注意到，根據(jù)豎直構(gòu)造，殼體7的流體入口 71和流體出口 7U —個置于另一個上方。收集腔19有利地設(shè)置在壓縮機(jī)3下方的殼體7內(nèi)部并與殼體7本身的流體入口71流體連接。必須注意到，如果機(jī)器I處于水平構(gòu)造，則收集腔19可置于另一個位置使得 流體能夠流入其中。根據(jù)第一有利實(shí)施例，收集腔19被構(gòu)造成完全地收集在單元I的浸沒安裝階段期間可能進(jìn)入所述單元I內(nèi)部的液體，以便基本上避免所述液體通過壓縮機(jī)3內(nèi)部。因此，有可能改進(jìn)安裝(和卸載)階段，特定而言，有可能基本上避免由于誤操作而導(dǎo)致液體進(jìn)入單元的壓縮機(jī)內(nèi)部。特定而言，對于單元本身的機(jī)械構(gòu)件而言，海水(當(dāng)壓縮機(jī)單元置于海下時)導(dǎo)致特別的危險。根據(jù)第二有利實(shí)施例，還可參見下面參照圖4的描述，收集腔19與壓縮機(jī)單元I的平衡系統(tǒng)23流體聯(lián)接，使得該腔19可由工作流體的一部分填充以在工作階段期間至少部分地平衡軸向推力；工作流體的其它部分進(jìn)入壓縮機(jī)3內(nèi)部而被壓縮。因此，有可能實(shí)現(xiàn)單元內(nèi)部的平衡系統(tǒng)，該平衡系統(tǒng)避免機(jī)械凸緣和外部管線，減少滲漏的風(fēng)險，在水下應(yīng)用的情況下是非常重要的。必須注意到，優(yōu)選實(shí)施例包括在相同的壓縮單元上一起實(shí)施的上述兩個實(shí)施例；不排除這兩個實(shí)施例可根據(jù)構(gòu)造或使用的特定需要而單獨(dú)地實(shí)施。根據(jù)有利實(shí)施例，該腔19具有至少與在安裝階段期間可被液體填充的上游體積相等的體積，參見以下描述。然而，有可能根據(jù)具體要求來按尺寸制作收集腔的體積而沒有任何機(jī)械限制，特別是不需要改變轉(zhuǎn)子長度。通常關(guān)閉的液體出口 20有利且優(yōu)選地設(shè)置在腔19的底部上；該液體出口 20在安裝階段期間可被打開以排放所述液體部分，參見以下描述。備選地，必須注意到，收集腔19可在殼體7外部實(shí)現(xiàn)，但是在這種情況下機(jī)器的機(jī)械復(fù)雜性和成本將增加。參見圖I、2、3，在這里描述的構(gòu)造中，殼體7包括內(nèi)表面7P，并且壓縮機(jī)3具有與殼體內(nèi)表面7P間隔開S的外表面3P ;壓縮機(jī)3在殼體7內(nèi)部可由從內(nèi)表面7P圍繞軸線Xl周向延伸的徑向支撐件21支撐，該徑向支撐件21具有多個孔21F。這些孔2IF可具有任何形狀或形式，特別是圓形孔。這樣，形成了從入口 71到腔19的上述流動通道。然而，根據(jù)具體需要或要求，可以另一方式形成該流動通道，例如，借助于相對于殼體7在外面延伸的通道。圖4示出了本發(fā)明的有利構(gòu)造，其中壓縮機(jī)3的平衡系統(tǒng)23與腔19流體聯(lián)接，使得當(dāng)腔19填充有在工作階段期間進(jìn)入入口 71中的工作流體的一部分時，有可能通過該部分工作流體至少部分地平衡壓縮機(jī)3的軸向推力；流體的其它部分可進(jìn)入壓縮機(jī)內(nèi)部。該平衡系統(tǒng)23可基本包括平衡活塞23A，其在壓縮機(jī)3的最末葉輪13A附近與軸15聯(lián)接，以便它在一側(cè)呈現(xiàn)工作流體的最大壓力并在相反側(cè)呈現(xiàn)工作流體的入口壓力。圖4還示出了置于所述最末葉輪13A和軸承系統(tǒng)27之間的平衡活塞23A ;軸承系統(tǒng)27在能夠避免與液體(當(dāng)存在時)接觸的位置設(shè)置在軸15的下端151處。換而言之，軸承系統(tǒng)27優(yōu)選地置于收集腔19內(nèi)部的液體的最大液位之上。軸承系統(tǒng)27可包括軸頸軸承和/或推力軸承；優(yōu)選地，該軸承系統(tǒng)通過帶有與其相關(guān)聯(lián)的著陸軸承的磁力軸承來實(shí)現(xiàn)。此外，不排除活塞23A可置于軸15上的不同位置或者根據(jù)特定構(gòu)造或所需需要而可包括無關(guān)緊要的機(jī)械構(gòu)件。在該構(gòu)造中，徑向支撐件21可至少部分地包括內(nèi)部流動路徑或通道33，以將腔19流體連接到平衡系統(tǒng)23 ;此外，徑向支撐件21可至少部分地包括流體連接到出口 7U的壓縮機(jī)3的出口蝸殼31。有利的是，支撐件21可與殼體7 —起制成單件(如圖4中示意性地示出的)或分開制成且然后在內(nèi)部與殼體本身相關(guān)聯(lián)。圖5示意性地示出了本發(fā)明的有利實(shí)施例，其中，外部分離器37借助于管41而與上述單元I流體連接；該分離器37能夠?qū)碜詺饩?9或其它流體源的工作流體的液體部分至少部分地與氣體部分分離。特定而言，管41在一側(cè)連接到分離器37的出口 37U且在另一側(cè)連接到單元I的人口 71。第一閥門42A與入口 71相關(guān)聯(lián)，第二閥門42B與出口 37U相關(guān)聯(lián)。此外，在該圖中示意性地示出了壓力管道43和排出管道45，壓力管道43用于將單元I的出口 7U連接到生產(chǎn)管線(為了簡潔而未示出)，排出管道45用于將所述液體出口 20流體連接到分離器37，以便在安裝階段期間排放工作流體的液體部分。在安裝階段期間，壓縮單元I和分離器37可安裝在海底上，并且然后通過管41將它們彼此連接且通過管道43、45與其它機(jī)器和系統(tǒng)連接。特定而言，通過將管41機(jī)械地聯(lián)接到入口 71和出口 37U并且然后打開閥門42A和42B，可以實(shí)現(xiàn)單元I和分離器43之間的連接狀態(tài)。這樣，填充管41的水可流入分離器43中(管41可傾斜以便于水流入分離器43中)，但不排除該水的至少一部分可流入單元I內(nèi)部。在水的至少一部分流入單元I內(nèi)部的情況下，水然后沿著所實(shí)現(xiàn)的流動通道流動，在該特定實(shí)施例中借助于所述間隙S和孔21F流動，并且然后，水流入收集腔19內(nèi)部；通過打開通常關(guān)閉的液體出口 20，可以排放收集在腔19內(nèi)部的水。根據(jù)一有利實(shí)施例，所述工作場所在海底上并且階段(b)包括子階段，在子階段中，將可能進(jìn)入單元中的液體在單元自身的安裝階段期間排入收集腔19內(nèi)部，以便基本上避免所述液體通過壓縮機(jī)3內(nèi)部。
根據(jù)另一有利實(shí)施例，在單元的操作階段(C)期間，提供了用工作流體的一部分填充收集腔19的子階段，以便借助于到平衡系統(tǒng)23的流體連接而至少部分地平衡壓縮機(jī)3的軸向推力；氣體部分的其它部分進(jìn)入壓縮機(jī)3內(nèi)部以被處理。在工作階段期間，工作流體從分離器37供給到壓縮機(jī)單元1，在壓縮機(jī)單元I中，大部分流體流入壓縮機(jī)3的內(nèi)部，并且同時，少量的所述流體可流入所述流動通道S和21F內(nèi)部而填充腔19。在壓縮機(jī)3中，工作流體被壓縮并在出口壓力下從出口 7U流出；在腔19中，工作流體被收集以供給平衡系統(tǒng)23，如上所述。顯然，圖5僅僅表示了本發(fā)明的可能實(shí)施例，其可根據(jù)特定的工業(yè)設(shè)備或系統(tǒng)而在形式和布置上變化。特定而言，根據(jù)本發(fā)明的特定實(shí)施例的壓縮機(jī)單元I可用來處理用 于陸地應(yīng)用的酸性氣體，其中需要密封壓縮機(jī)以基本上避免酸性氣體可從單元本身逸出。所公開的示例性實(shí)施例提供了壓縮單元和處理工作流體以容易地壓縮所述流體的方法。這些示例性實(shí)施例的機(jī)械復(fù)雜性相對較低，因此對于需要不間斷工作許多年的浸沒應(yīng)用而言是特別有意義和重要的。所述實(shí)施例也能夠安裝在海下并在沒有間斷和維護(hù)的情況下工作許多年(通常很多年)。此外，有可能在基本上維持上述優(yōu)點(diǎn)的其它工業(yè)應(yīng)用中使用這些實(shí)施例，例如以壓縮酸味和酸性的氣體或其它。應(yīng)當(dāng)理解，該描述并不意圖限制本發(fā)明。相反地，示例性實(shí)施例意圖覆蓋被包括在由所附權(quán)利要求限定的本發(fā)明的精神和范圍中的替代方案、修改和等同物。此外，在示例性實(shí)施例的詳細(xì)描述中，闡述了眾多具體細(xì)節(jié)，以便提供對要求保護(hù)的本發(fā)明的全面理解。然而，本領(lǐng)域技術(shù)人員將會理解，各種實(shí)施例可以在沒有這些具體細(xì)節(jié)的情況下實(shí)施。雖然所呈現(xiàn)的示例性實(shí)施例的特征和要素以特定組合在實(shí)施例中描述，但是每個特征或要素可以在沒有實(shí)施例的其它特征和要素的情況下單獨(dú)使用，或者在有或沒有本文所公開的其它特征和要素的情況下以不同組合使用。該書面描述使用示例來公開本發(fā)明，包括最佳模式，并且還使本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠?qū)嵤┍景l(fā)明，包括制造和使用任何設(shè)備或系統(tǒng)以及執(zhí)行任何包括在內(nèi)的方法。本發(fā)明的可專利范圍由權(quán)利要求限定，并且可包括本領(lǐng)域技術(shù)人員想到的其它示例。如果這種其它示例具有與權(quán)利要求的字面語言沒有不同的結(jié)構(gòu)元件，或者如果它們包括在權(quán)利要求的字面語言內(nèi)的等同結(jié)構(gòu)元件，則這種其它示例意圖在權(quán)利要求的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種用于處理工作流體的壓縮機(jī)單元，包括在殼體(7)內(nèi)部用于壓縮所述工作流體的壓縮機(jī)(3)，其中，收集腔(19)與所述殼體(7)的工作流體入口(71)流體聯(lián)接。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的壓縮機(jī)單元，其特征在于，所述收集腔(19)被構(gòu)造成排出在所述壓縮機(jī)單元的浸沒安裝階段期間可能進(jìn)入所述壓縮機(jī)單元內(nèi)部的液體，以便基本上避免所述液體通過所述壓縮機(jī)(3)的內(nèi)部。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的壓縮機(jī)單元，其特征在于，所述收集腔(19)與所述壓縮機(jī)(3)的平衡系統(tǒng)(23)流體聯(lián)接，并且所述腔(19)填充有所述工作流體的一部分以在工作階段期間至少部分地平衡所述壓縮機(jī)(3)的軸向推力；所述工作流體的其它部分進(jìn)入所述壓縮機(jī)(3)的內(nèi)部以被處理。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求中的一項(xiàng)或多項(xiàng)所述的水下壓縮單元，其特征在于，所述收集腔(19)具有至少與在所述安裝階段期間能夠被所述液體填充的上游體積相等的體積。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求中的一項(xiàng)或多項(xiàng)所述的水下壓縮單元，其特征在于，所述收集腔(19)包括能夠被打開以排放所述液體的通常關(guān)閉的排放開口(20)。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求中的一項(xiàng)或多項(xiàng)所述的壓縮機(jī)單元，其特征在于，馬達(dá)(5)置于所述殼體(7)的內(nèi)部并且它被機(jī)械聯(lián)接到所述壓縮機(jī)(3)。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求中的一項(xiàng)或多項(xiàng)所述的壓縮機(jī)單元，其特征在于，所述壓縮機(jī)單元為豎直型，包括能夠圍繞基本上沿豎直方向延伸的中心軸線(Xl)旋轉(zhuǎn)的所述軸(7);所述軸(7)包括下端(151)，所述下端(151)具有在當(dāng)液體存在時能夠避免與所述液體接觸的位置置于所述壓縮機(jī)(3)和所述收集腔(19)之間的軸承系統(tǒng)(27)。
8.—種處理工作流體的方法，包括 提供帶有殼體(7)的壓縮單元(I)，所述壓縮單元(I)包括壓縮機(jī)(3)和在所述殼體(7)內(nèi)部且與所述殼體(7)的工作流體入口(71)流體聯(lián)接的收集腔(19)； 在工作場所將所述壓縮單元(I)與外部輔助設(shè)備(37)相關(guān)聯(lián)；以及 操作所述壓縮單元(I)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，所述工作場所是在海底上并且所述階段(b)包括子階段，在所述子階段中，可能進(jìn)入所述單元(I)中的液體被排入所述收集腔(19)的內(nèi)部，以便基本上避免在所述安裝階段期間所述液體通過所述壓縮機(jī)(3)的內(nèi)部。
10.根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的方法，其特征在于，在所述操作階段(c)期間，提供了用所述工作流體的一部分填充所述收集腔(19)的子階段，以便至少部分地平衡所述壓縮機(jī)(3)的軸向推力；所述工作流體的所述其它部分進(jìn)入所述壓縮機(jī)(3)的內(nèi)部以被處理。
全文摘要
一種用于處理工作流體的壓縮機(jī)單元，包括在殼體(7)內(nèi)部用于壓縮工作流體的壓縮機(jī)(3)，其中收集腔(19)與所述殼體(7)的工作流體入口(7I)流體聯(lián)接。
文檔編號F04D31/00GK102725533SQ201080063031
公開日2012年10月10日 申請日期2010年11月22日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月4日
發(fā)明者F.弗羅西尼, G.文尼尼, L.梅, M.平佐蒂 申請人:諾沃皮尼奧內(nèi)有限公司