具有用于从压缩机移除液体的系统的压缩机的制作方法

1.本文公开的主题的实施方案涉及离心式压缩机和离心式马达压缩机，以及用于操作此类压缩机和马达压缩机的方法。具体地，本公开的实施方案涉及耐液体性压缩机诸如竖直离心式压缩机，以及用于在启动时从压缩机中移除液体的方法。


背景技术：

2.使用压缩机增强气流中的压力。包括轴向压缩机和离心式压缩机(这些离心式压缩机也称为径向压缩机)的动态压缩机通过将动能添加到通过转子的连续流体流来升高流体的压力。然后通过减慢通过扩散片的气流将动能转换成静压。
3.压缩机被设计成处理气态流体。然而，在一些应用中，例如，气流可以含有呈小液滴形式的液相。适于耐受液相存在的压缩机有时被称为耐液体性压缩机。可以通过压缩机处理液相和气相的混合物的典型应用是在石油和天然气领域中。
4.液体应收集并且从压缩机中移除。为此目的，通常提供外部水系系统。这些系统增加了压缩机的复杂性和成本。它们可能易于发生故障，这可能变得非常关键，尤其是在维护或维修干预可能很困难的海底设施中。us2019/0048895公开了一种不需要外部水系系统的离心式马达压缩机。
5.虽然上述压缩机表示在耐液体性压缩机领域中的实质改进，但仍存在进一步改进的空间，尤其是在液体排出效率方面。


技术实现要素：

6.本文公开了一种离心式压缩机，该离心式压缩机包括壳体和布置在该壳体中以用于围绕竖直旋转轴线旋转的转子。该转子包括至少一个叶轮。在一些实施方案中，该压缩机包括以直线或任何其它合适的布置形式布置例如以背对背配置的多个叶轮。
7.该压缩机还包括从气体入口朝向该叶轮的抽吸侧延伸的入口充气室。为了便于移除收集在压缩机的底部区域中的液体，根据本文公开的实施方案，提供了一种具有布置在该入口充气室的底部处的下部抽吸端的抽吸管。该抽吸管朝向该压缩机的叶轮的抽吸侧向上延伸。如果该压缩机具有不止一个叶轮，则该抽吸管可以朝向第一叶轮即最上游叶轮的抽吸侧延伸。由旋转叶轮在叶轮抽吸侧处产生的低气体压力通过抽吸管传播，并且有利于移除在入口充气室的底部处收集的液体。
8.为了改善通过该抽吸管的液体的抽吸，该抽吸管的排放端可以布置在该叶轮抽吸侧的前面，尽可能接近叶轮叶片的前缘。
9.根据一些当前优选的实施方案，该抽吸管相对于该压缩机转子的旋转轴线与该气体入口相对布置。此处，可以形成沉降室，优选地邻近该入口充气室的底部。进入该沉降室中的气体的速度低，并且可以几乎为零。以此方式，可以在抽吸管的入口端与出口端之间建立较高的压差，这促进移除滞留在该入口充气室的底部处的液体。
10.根据一些实施方案，该入口充气室可通过分隔翅片分成两个入口充气室部分，该
分隔翅片定位成大约与该气体入口相对。该沉降室可以由该翅片形成。该抽吸管可以容纳在翅片中或由翅片形成。
11.为了进一步提高上述抽吸布置的效率，根据一些实施方案，可以提供顶出器，该顶出器适于促进在该抽吸管中的流体流动。顶出器可以通过以高于该入口充气室中的气体压力的压力的气态流来操作。例如，气流可以从叶轮的下游的气体流动路径的点转向。如果存在不止一个叶轮，则加压气体可以从压缩机叶轮中的一个叶轮的下游(例如在最后一个叶轮的下游)的气体流动路径的点转向。
12.该压缩机可以包括适于将液体收集在压缩机中的一个或多个水系导管。液体可以收集在该压缩机的底部部件中，例如在该入口充气室中和/或液体收集室中，该液体收集室至少部分地在该入口充气室的底部下方延伸，并且流体耦接到该入口充气室。该液体收集室可以与压缩气体源流体连通，使得该液体收集室中的压力维持高于在该入口充气室中的压力，以促进液体从该液体收集室转移到该入口充气室中。
13.该离心式压缩机可以被构造成马达压缩机，该马达压缩机包括驱动地耦接到该压缩机的转子并且容纳在该压缩机的同一壳体中的电动马达。
14.本文公开了一种用于从耐液体性离心式压缩机中移除液体的方法。该方法包括将液体收集在该压缩机的入口充气室中的步骤。该方法进一步提供通过至少一个抽吸管从该入口充气室抽吸液体，该至少一个抽吸管具有位于该入口充气室的底部处的下部抽吸端，并且从该抽吸端朝向该压缩机的第一叶轮的抽吸侧向上延伸到排放端。
15.本公开的压缩机和方法的另外的特征和实施方案在下面的详细描述中描述并且在所附权利要求书中阐述。
附图说明
16.当结合附图考虑时，通过参考以下详细描述，将容易地获得对本发明所公开的实施方案及其许多伴随的优点的更全面的理解，这同样变得更好理解，其中：
17.图1是根据轴向平面的根据本公开的马达压缩机的剖视图；
18.图2是图1所示的马达压缩机的横截面的放大图；
19.图3是根据图1的线iii-iii的剖视图；
20.图4是图2的细节iv的放大图；并且
21.图5是根据本公开的方法的流程图。
具体实施方式
22.本文公开了一种新颖且有用的离心式压缩机，其中更有效地移除在压缩机的底部区域中收集的液体。压缩机可以与马达成一体，即被构造为具有容纳马达和压缩机两者的共同壳体的马达压缩机。
23.该压缩机包括气体入口和气体出口，以及从该气体入口延伸到该气体出口的气体流动路径。气流通过一个或多个叶轮和一个或多个扩散片处理。通过使用旋转叶轮向其添加动能，并随后减慢静止扩散片中的气流来压缩气体。压缩机被构造为竖直压缩机，其中(当安装压缩机并且在操作时)转子围绕竖直轴线旋转。气体入口定位在压缩机的底部区域中，并且气体出口放置在比气体入口高的水平处。如果存在多于一个叶轮，则在气体入口与
叶轮或第一叶轮之间提供入口充气室。气流中可能存在的液体聚积在入口充气室的底部中。为了改善来自入口充气室的液相的排出，提供至少一个抽吸管，该至少一个抽吸管从入口充气室的底部朝向叶轮(或优选地第一叶轮，如果存在不止一个叶轮)的抽吸侧向上延伸。因此，由叶轮生成的抽吸通过抽吸管朝向入口充气室的底部传播，抽吸管的抽吸端定位在该入口充气室的底部中。因此，来自入口充气室底部的液体通过从入口充气室的底部抽吸而被有效地移除，并且促进其通过气体流动路径的前进，以便移除收集在压缩机的底部区域中的液相。
24.如上所述并且从下面的详细描述将变得显而易见，本公开涉及竖直压缩机，即具有适于当压缩机处于操作时围绕竖直轴线旋转的转子的压缩机。在本公开中，提到压缩机的各个部件的空间关系。除非另有不同指示，否则术语“上部”、“更高”、“下部”、“顶部”、“底部”、“在...上方”、“在...下方”、“在...下面”、“向上”、“向下”等是指当压缩机处于操作即旋转轴线处于竖直位置时各种组件的位置。除非另有不同指示，否则如本文所用的术语“上游”和“下游”是指流体流动穿过压缩机的方向。
25.现在转向图，图1示出了沿着含有压缩机的旋转轴线a-a的平面截取的马达压缩机1的横截面图。马达压缩机1包括壳体2，该壳体容纳马达区段3和压缩机区段5。壳体2又可以包括顶部闭合件2.1、上壳体部分2.2、下壳体部分2.3和底部闭合件2.4。
26.马达区段3容纳用于压缩机的驱动器。具体地，在所示实施方案中，马达区段3容纳电动马达7，该电动马达具有支撑用于围绕旋转轴线a-a在壳体2中旋转的转子。马达7的转子可由合适的轴承9、11支撑。在一些实施方案中，轴承9和11可以是有源磁性轴承。更具体地，马达7的转子可以具有被容纳用于在上部轴承9中旋转的上轴端7.1和被容纳用于在下部轴承11中旋转的下轴端7.2。
27.压缩机区段5容纳压缩机13。压缩机13包括固定式部分，通常也称为“压缩机管束”，其被整体标记为15(也参见图2)。压缩机13的固定式部分15包括用于一个或多个叶轮的一个或多个扩散片。扩散片被标记为15.1、15.2和15.3。压缩机13还包括转子16，该转子被布置成用于围绕旋转轴线a-a旋转。转子包括轴17以及多个叶轮16.1、16.2、16.3和16.4。叶轮和扩散片的数量是以举例的方式，并且本领域的技术人员将理解，本文公开的压缩机的优点中的若干优点也可以在单级压缩机(即具有单个叶轮的压缩机)中实现。
28.压缩机13的轴17驱动地耦接到马达7的轴7.2，并且可由轴承11支撑，并且其底端可由布置在转子16下面的底部轴承21支撑。
29.每个叶轮具有叶轮抽吸侧和叶轮递送侧。在图2中，叶轮16.1的叶轮抽吸侧被标记为23，并且相关叶轮递送侧被标记为25。叶轮递送侧流体耦接到第一扩散片15.1。
30.最下游叶轮16.4流体耦接到涡旋机27，该涡旋机又与压缩机13的气体出口29流体连通。
31.压缩机13还包括入口充气室31，该入口充气室从气体入口28朝向第一叶轮16.1的抽吸侧延伸。入口充气室31从底部31.1朝向定位在叶轮16.1的抽吸侧23的前面的入口充气室的顶部延伸。从图3可以最好地理解，入口充气室31围绕马达压缩机1的旋转轴线a-a周向地延伸，并且在横截面图中具有锥形形状，其在顶部处具有较窄的横向尺寸并且在底部处具有较大的横向尺寸。
32.在一些实施方案中，入口充气室31的外边界由压缩机13的固定式部分15限定，并
且入口充气室31的内边界在形成入口充气室31的毂部的轴向内主体33a与包围内主体33a的护罩33b之间限定。内主体33a和护罩33b通过撑条35彼此耦接。如图2所示，撑条35可以具有空气动力学轮廓，例如翼型轮廓，以减少流动穿过入口充气室31的气体中的压头损失。
33.如上所述，入口充气室31流体耦接到气体入口28。与气体入口28相对，翅片37可以设置在入口充气室31中。翅片37将入口充气室31分成两个部分并且在入口充气室31的底部31.1处形成所谓的沉降区域或沉降室39，用于稍后描述的目的。
34.因此，在马达压缩机1中形成气体流动路径，该气体流动路径包括气体入口28、入口充气室31、叶轮16.1、16.2、16.3、16.4以及相关的扩散片15.1、15.2、15.3、涡旋机27和气体出口29。
35.形成径向内表面的内主体33a和入口充气室31的底表面还限定了支座，底部轴承21容纳在该支座中。底部轴承21可以是有源磁性轴承，类似于轴承9和11。
36.内主体33a具有内腔，并且液体收集室41形成在内主体33a中和其下方，在此内主体与壳体2的底部闭合件2.4之间。液体收集室41可以适于通过重力从压缩机5的剩余部分经由水系导管收集液体，其中一个水系导管以举例的方式在图2中示出并且标记为43。
37.液体收集室41可以与入口充气室31流体耦接。液体收集室41的底部(即其最低点)可以放置成低于入口充气室31的底部，如图1和图2所示。在一些实施方案中，液体收集室41与入口充气室31之间的流体连接可以通过至少一个连通导管45来建立。连通导管45具有位于液体收集室41中的下部入口45.1和位于入口充气室31中的上部出口45.2。在优选的实施方案中，上部出口45.2在低于轴承21的水平处布置。通过在稍后描述的方式中有效地将液体抽吸远离入口充气室31，液体收集室41内侧的液位将因此始终保持在轴承21下方，从而防止轴承21被淹没。
38.如本文所用，术语“抽吸(aspirate)”意指“通过抽吸来吸出或移除”。
39.为了促进液体从液体收集室41向上朝向入口充气室31的底部流动，在一些实施方案中，压力管线42将液体收集室41放置成与压力源(例如加压或部分加压的工艺气体源)流体连通。加压或部分加压的工艺气体可以在第一叶轮16.1的下游从压缩机5的气体流动路径转向。如图2所示，例如，压力管线42可以与涡旋机27流体连通。在其它实施方案中，压力管线42的入口端可以连接到气体出口29或者连接到气体压力高于入口充气室31中的气体压力的气体流动路径的任何其它部分。例如，压力管线42的入口端可以布置在第一或任何后续叶轮16.1、16.2、16.3与下游的叶轮之间或者布置在最下游叶轮16.4与气体出口29之间的任何点中。
40.在一些实施方案中，压力管线42可以延伸穿过将内主体33a连接到护罩33b的撑条35中的一个撑条。
41.利用上述布置，通过压缩机处理的流体中含有的液体通过重力收集在液体收集室41中，并且可能位于入口集气室31的底部，尤其是在马达压缩机1不活动期间。在启动时，液相应从压缩机13的底部(入口充气室31和液体收集室41)移除。
42.在安装期间或在长时间不活动之后，收集在压缩机区段5的底部部件中的液体的液位可以上升至填充第一叶轮和后续叶轮16.1、16.2、16.3、16.4。当压缩机启动时，转子16将以缓慢速度旋转，并且液体将通过叶轮泵送，而压缩机13作为泵操作。这种泵浦效应将液位降低至第一叶轮16.1的抽吸侧23下面。转子16的旋转速度将增加，并且液体自由液位以
上的压力降低，结合来自气体入口28的气流，将导致朝向叶轮16.1抽吸液体。
43.然而，随着入口充气室31中的液位下降，从入口充气室31中移除液体变得更加困难。
44.为了确保从入口充气室31的底部有效地抽吸液体，在图所示的实施方案中，提供了抽吸管51，该抽吸管具有第一下部抽吸端51.1和第二上部排放端51.2。尤其如图2所示，下部抽吸端51.1定位在入口充气室31的底部31.1处。如本文所理解的“在底部处”意指抽吸端51.1可以定位在入口充气室31内侧的最低位置处或者高于最低位置，但是优选地在入口充气室31的下半部中。抽吸管51朝向第一叶轮16.1的抽吸侧23向上延伸，并且其第二上部排放端51.2可以恰好定位在第一叶轮16.1的入口的前面或距其一定距离处。在任何情况下，抽吸管51的上部排放端51.2定位在当压缩机13处于操作时建立压力低于抽吸管51的第一下部抽吸端51.1处的压力的气体压力的位置中，从而从入口充气室31抽吸液体。
45.事实上，抽吸管51将存在于叶轮16.1的抽吸侧处或其附近的压力朝向入口充气室31的底部传播。当液体存在于入口充气室31的下部部件中，倾向于停滞在其中时，通过抽吸管51进行抽吸将导致所述液体通过抽吸管51朝向叶轮16.1的抽吸侧23输送。因此，将通过抽吸实现对滞留液体的有效移除。
46.在一些实施方案中，可以提供多于一个抽吸管51。
47.在图1和图2所示的示例性实施方案中，入口充气室31的底部31.1具有可变高度。更具体地，入口充气室31的底部31.1在气体入口28处的区域中处于更低水平，并且在相对区域即布置有抽吸管51的位置中处于更高水平。换句话说，入口充气室31沿着含有压缩机13的旋转轴线的平面的横截面围绕轴线变化。在入口充气室31的底部31.1的这种形状的情况下，可以利用进入气体的能量将滞留在入口充气室31的最下部件中的液体朝向抽吸管51拖拽。
48.例如，为了促进抽吸管51的抽吸效率，其下部抽吸端51.2可以定位在形成为例如翅片37中的空腔的沉降室39中。如本文所用，术语“沉降室”或“沉降区域”被理解为填充有通过气体入口28进入压缩机13的流体的体积，其中流体的速度减小并且可以几乎为零。此处，流体流的动能因此转换为压力能量，从而有利于通过抽吸管51抽吸液体。
49.在图1、图2和图3所示的实施方案中，抽吸管51形成在翅片37内侧，使得压缩机13的组件的数量减少，并且抽吸管51始终保持在与气体入口28相对的入口充气室31内侧的正确定位中。
50.在一些实施方案中，为了进一步促进来自入口充气室31的底部31.1的液体的抽吸，可以在抽吸管51的入口端中或入口端处提供顶出器(即顶出器泵)。通过在第一下部抽吸端51.1处或在沿抽吸管51的任何合适的位置中注入加压流体(例如，加压或部分加压的工艺气体)来操作顶出器。加压气体可以沿着气体流动路径从主气体流转向。例如，上述相同压力管线42可以用于此类目的。然而，在所示实施方案中，提供了单独的压力管线55，以对顶出器进行进料。压力管线55可以例如在叶轮16.1、16.2、16.3和16.4中的一个叶轮的下游或在扩散片15.1、15.2、15.3中的一个扩散片的下游与气体流动路径的高压部分流体连通。在其它实施方案中，压力管线55与涡轮机27流体连通(如图2所示)或与气体出口29流体连通。
51.压力管线55可以流体耦接到布置在抽吸管51中或其抽吸端51.1处的顶出器57(参
见图4中的放大图)。
52.当需要增强的抽吸来从入口充气室31的底部31.1移除液体时，压力管线55可以打开以将加压气体递送到顶出器57。当不需要加压气体时，压力管线55可以例如使用受控阀59(图2)闭合。这将提高压缩机13的总体效率。
53.利用上述马达压缩机1，用于从压缩机13中移除液体的方法和其开始操作可以如下执行。当压缩机13至少部分地用液体灌注时，启动马达压缩机1。例如，液体可以存在于压缩机13的以下区域中的一个或多个区域中：液体收集室41；入口充气室31；一个、一些或全部叶轮16.1、16.2、16.3、16.4。
54.如果液体存在于抽吸管51的上部排放端51.2的水平上方，则液体通过叶轮被抽走。在叶轮16.1的抽吸侧处生成的抽吸通过抽吸管51传播，以促进通过连通导管45从入口充气室31的底部31.1和液体收集室41抽吸液体。
55.逐渐移除在压缩机13的下部中收集的液体，直到全部气体流动路径基本上不含液体为止。压缩机13中仍含有的液体可以收集在液体收集室41中，保持在抽吸管51的第一下部抽吸端51.1的水平下面。该方法汇总在图5的流程图中。
56.在马达压缩机1的操作期间，液相可以存在于通过气体入口28进入压缩机13的气体中，例如以小液滴的形式，或者可以沿着气体流动路径在气体流中冷凝。压缩机13可以包括适于将液相与气相隔开的特征(本身已知)，使得此类液相通过重力收集在液体收集室41中并且可以通过抽吸管51被抽吸走。因此，获得在启动时以及在马达压缩机1的正常操作期间液体的有效移除。
57.虽然已经依据各种特定实施方案描述了本发明，但本领域技术人员将明白，在不脱离权利要求的精神和范围的情况下，许多修改、变化和省略是可能的。此外，除非本文另外指明，否则任何过程或方法步骤的顺序或序列可根据另选的实施方案改变或重新排序。