Предложены способы, устройства и системы для объединения текучих сред с различными давлениями и расходами, например, в газосборных системах, газовых скважинах и на других участках, на которых применение компрессоров с независимым приведением в действие нежелательно. Предусматриваются также способы, устройства и системы для вращения вала, а также способы, устройства и системы для снижения давления в газопроводе.

 

(57) Реферат / Формула:
способы, устройства и системы для объединения текучих сред с различными давлениями и расходами, например, в газосборных системах, газовых скважинах и на других участках, на которых применение компрессоров с независимым приведением в действие нежелательно. Предусматриваются также способы, устройства и системы для вращения вала, а также способы, устройства и системы для снижения давления в газопроводе.

 

---

УСТРОЙСТВО И СПОСОБ ОБЪЕДИНЕНИЯ ДВУХ ПОТОКОВ ТЕКУЧЕЙ
СРЕДЫ
5 Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к системам и способам объединения потоков текучих сред с различными давлениями.
Предшествующий уровень техники 10 Во многих сферах деятельности, в которых имеют дело с потоком текучей
среды, бывает желательно объединить два потока текучей среды, которые имеют различные давления. Примером такой системы является скважина для добычи природного газа.
Газ, который выходит из самоизливающейся скважины, проходит через
15 сепаратор, в котором жидкости "выпадают" из потока газа. Эти жидкости являются весьма ценными, поскольку имеют высокую теплотворную способность. Жидкости извлекаются из сепаратора и помещаются в большой резервуар для хранения жидкости, а остающийся газ извлекается из сепаратора в газопровод. В резервуаре для хранения жидкости образуются пары, которые имеют давление несколько выше
20 атмосферного давления. Эти пары необходимо сжимать до давления, близкого к давлению газа, выходящего из сепаратора, что дорого, или же эти пары должны быть выпущены в атмосферу. В некоторых случаях объем паров достаточен для того, чтобы можно было использовать факел, однако, сжигание паров в факеле обычно приводит к неполному сгоранию и образованию нежелательных побочных
25 продуктов, что вызывает загрязнение среды. Кроме того, это создает неоправданную потерю энергии паров.
Поэтому имеется необходимость в способе, системе и устройстве, которые могут принять текучую среду, находящуюся под первым давлением (например, газ высокого давления, выходящий из сепаратора), и подмешать в эту текучую среду
30 первого давления вторую текучую среду с более низким давлением (например, пары из резервуара для хранения жидкости), избегая при этом обычных затрат на сжатие второго газа с более низким давлением.
В некоторых других примерах, имеются множественные скважины в нефте-и/или газодобывающей отрасли. Эти скважины могут добывать газ при различных
35 давлениях. Выведение множественных скважин (каждая из которых выдает газ с различным давлением) в отдельный газопровод, требует сброса давления из
потоков с высоким давлением или сжатия потоков с низким давлением в трубопроводе. В этом случае стоимость сжатия также велика; необходим компрессор с приводом от электрического двигателя или двигателя, работающего на газе. Как стоимость истраченного газа, так и затраты на электроэнергию или 5 затраты на топливо, необходимого для работы компрессора, являются нежелательными. Следовательно, существует необходимость в том, чтобы объединить текучие среды, имеющие различные давления, в отдельный трубопровод текучей среды без применения традиционного шага компрессии.
Во многих сферах деятельности, предусматривающих потребление
10 конечным потребителем природного газа, давление, при котором газ поступает к потребителю, значительно выше того давления, которое требуется потребителю. Примером такой системы является газовая электростанция.
Газ, который поступает на электростанцию для использования в качестве первичного топлива, проходит к тому моменту много километров через
15 газопроводную сеть высокого давления, в которой газ подвергается повторному сжатию через -различные интервалы вдоль этой сети. Такое компрессирование называют также "Насосными станциями" вдоль трубопроводной сети, которые требуют тысячи лошадиных сил с использованием соответствующего объема топливного газа. Природный газ транспортируется так далеко, как диктуется рынком,
20 обычно на сотни миль, а иногда и на тысячи миль, пока не достигает конечного пункта назначения. Газ поступает к коммерческому конечному потребителю при том же давлении, при котором он транспортировался (чем выше давление, тем более эффективна пропускная способность трубопровода). Однако коммерческому конечному потребителю для своих нужд высокое давление не требуется. Поэтому
25 прежде, чем коммерческий конечный потребитель сможет использовать газ для своих процессов, он должен понизить давление поступающего газа с помощью редукционного клапана. Это снижение давления приводит к тому, что энергия, запасенная в трубопроводе, теряется в виде тепла, уходящего в атмосферу.
Поэтому существует необходимость в способе, системе и устройстве,
30 которые могут понизить давление подачи природного газа до требований коммерческого конечного потребителя и используют энергию (давление), запасенную в трубопроводе.
В других случаях (например, в удаленных местах, не имеющих доступа к электроэнергии) существуют трубопроводы, транспортирующие различные текучие
35 среды (например, сырую нефть, природный газ, воду, сжиженные нефтяные газы и т.д.), где требуется электроэнергия. Примером такой системы может быть
трубопровод природного газа в удаленных областях штатов Западный Техас, Нью-Мексико или Аризона. Затраты на подвод новых линий электропередач к удаленным рабочим станциям зачастую непозволительно высоки, однако, наличие электроэнергии сделало бы доступными многие рабочие устройства для 5 трубопроводов или землевладельцев.
Поэтому существует необходимость в способе, системе и устройстве, которые могли бы преобразовать энергию (давление), содержащуюся в трубопроводе, в механическую энергию, которая может генерировать электроэнергию в виде автономного источника.
Сущность изобретения
В соответствии с первым аспектом изобретения предусматривается газосборная система, содержащая первую скважину; первый трубопровод для газа, поступающего из первой скважины; первый сепаратор, соединенный с первым
15 трубопроводом; первый трубопровод для сепарированного газа, соединенный с первым входом средств для объединения, по меньшей мере, двух потоков газа, имеющих разные давления; вторую скважину; второй трубопровод для газа, поступающего из второй скважины; второй сепаратор, соединенный со вторым трубопроводом; второй трубопровод для сепарированного газа, соединенный со
20 вторым входом указанных средств для объединения, причем средства для объединения содержат объем первого входа и объем второго входа, при этом обеспечено объединение части объема первого входа с частью объема второго входа в объеме выхода за счет перепада давления между объемом первого входа и объемом второго входа.
25 В другом аспекте изобретения предусматривается газосборная система,
которая содержит первый вход газа при первом давлении; второй вход газа при втором давлении, причем первое давление выше, чем второе давление; и средства для объединения первого и второго входов газа, причем средства для объединения приводятся в действие за счет использования разности давлений между первым
30 входом газа и вторым входом газа. По меньшей мере, одна такая система дополнительно содержит сепаратор газа и текучей среды, получающий газ и текучие среды из скважины, причем первый вход газа получает газ из сепаратора, и резервуар для жидкости, получающий жидкости из сепаратора, при этом второй вход газа получает пары из указанного резервуара.
35 В еще одном аспекте изобретения предусматривается устройство для
объединения, по меньшей мере, двух текучих сред с разными давлениями.
Устройство содержит корпус; первый ротор, установленный внутри корпуса; второй ротор, установленный внутри корпуса, причем первый ротор находится в зацеплении со вторым ротором, при этом первый и второй роторы находятся в контакте с корпусом; третий ротор, установленный внутри корпуса и находящийся в 5 зацеплении с первым ротором; четвертый ротор, установленный внутри корпуса и находящийся в зацеплении со вторым ротором, причем третий ротор находится в зацеплении с четвертым ротором, при этом третий и четвертый роторы находятся в контакте с корпусом, первый и второй роторы ограничивают объем первого входа, третий и четвертый роторы ограничивают объем второго входа, первый и третий
10 роторы ограничивают объем первого выхода, а второй и четвертый роторы ограничивают объем второго выхода.
По меньшей мере, в некоторых таких примерах, по меньшей мере, два ротора находятся в зацеплении друг с другом в уплотняющей конфигурации и имеют, по существу, один и тот же размер. В других примерах, первая пара роторов
15 имеет больший размер, чем вторая пара роторов. Во многих примерах роторы монтируются на подшипниках вокруг зафиксированных валов; тогда как в дополнительных примерах, по меньшей мере, один ротор зафиксирован на валу ротора.
В некоторых примерах корпус имеет, по существу, цилиндрическую форму и
20 содержит уплотняющие поверхности для прилегания с уплотнением к роторам. Входы также, по существу, перпендикулярны оси корпуса. В дополнительных примерах корпус содержит входы, по существу, параллельные оси корпуса.
В еще одном аспекте изобретения предусматривается ротор, выполненный с возможностью использования в устройстве для объединения, по меньшей мере,
25 двух текучих сред с различными давлениями. Ротор содержит ряд выступов; ряд углублений между выступами, причем выступы имеют уплотняющие поверхности, при этом, по меньшей мере, часть уплотняющей поверхности включает в себя часть первой окружности, причем углубления содержат уплотняющие поверхности, при этом, по меньшей мере, часть уплотняющей поверхности включает в себя часть
30 второй окружности, причем первая окружность и вторая окружность касаются друг друга, а центры первой окружности и второй окружности расположены на окружности, имеющей центр на оси ротора. Некоторые такие роторы имеют, по существу, цилиндрическую полость в своих центральных частях и вращаются на подшипниках вокруг вала. Другие роторы зафиксированы на вращающемся валу.
35 В еще одном аспекте предусматривается устройство для вращения вала. По
меньшей мере, в одном частном примере устройство содержит корпус; первый
ротор, установленный внутри корпуса; вал, связанный с первым ротором и выступающий из корпуса; второй ротор, установленный внутри корпуса, причем первый ротор находится в зацеплении со вторым ротором, а первый и второй роторы находятся в контакте с корпусом; третий ротор, установленный внутри 5 корпуса и находящийся в зацеплении со вторым ротором; четвертый ротор, установленный внутри корпуса и находящийся в зацеплении с первым ротором, причем третий ротор находится в зацеплении с четвертым ротором, а третий и четвертый роторы находятся в контакте с корпусом, при этом первый и второй роторы ограничивают объем первого входа, третий и четвертый роторы
10 ограничивают объем второго входа, первый и четвертый роторы ограничивают объем первого выхода, а второй и третий роторы ограничивают объем второго выхода. В некоторых таких примерах, по меньшей мере, два ротора находятся в уплотняющем зацеплении. Некоторые примеры также включают в себя подшипники вращения, установленные между валом, связанным с первым ротором, и корпусом,
15 причем в некоторых таких примерах подшипники расположены на торцевой пластине корпуса. В более частном примере подшипники установлены между вторым ротором и, по существу, не вращающимся валом, соединенным с корпусом.
В еще одном аспекте изобретения предусматривается способ вращения вала, содержащий следующие этапы: преобразование перепада давления на
20 первом вращающемся элементе во вращательное движение первого вращающегося элемента; сообщение вращательного движения валу; преобразование перепада давления на втором вращающемся элементе во вращательное движение второго вращающегося элемента; и сообщение вращательного движения второго вращающегося элемента первому вращающемуся элементу. По меньшей мере, в
25 одном частном примере способ дополнительно содержит этап преобразования перепада давления на третьем вращающемся элементе во вращательное движение третьего вращающегося элемента, и этап сообщения вращательного движения третьего вращающегося элемента первому вращающемуся элементу. В еще более частном примере способ дополнительно содержит этап преобразования перепада
30 давления на четвертом вращающемся элементе во вращательное движение четвертого вращающегося элемента, и этап сообщения вращательного движения четвертого вращающегося элемента второму вращающемуся элементу.
В следующем аспекте изобретения предусматривается система для вращения вала. В некоторых примерах система включает в себя средства для
35 преобразования перепада давления на первом вращающемся элементе во вращательное движение первого вращающегося элемента; средства для
сообщения вращательного движения валу; средства для преобразования перепада давления на втором вращающемся элементе во вращательное движение второго вращающегося элемента; и средства для сообщения вращательного движения второго вращающегося элемента первому вращающемуся элементу. 5 В более частном примере система дополнительно включает в себя средства
для преобразования перепада давления на третьем вращающемся элементе во вращательное движение третьего вращающегося элемента, и средства для сообщения вращательного движения третьего вращающегося элемента первому вращающемуся элементу. В еще более частном примере система включает в себя
10 средства для преобразования перепада давления на четвертом вращающемся элементе во вращательное движение четвертого вращающегося элемента, и средства для сообщения вращательного движения четвертого вращающегося элемента второму вращающемуся элементу. По меньшей мере, в одном таком примере средства для преобразования перепада давления на первом
15 вращающемся элементе содержат лопатку, отделяющую первый объем с первым давлением от второго объема со вторым давлением. В другом примере, средства для сообщения вращательного движения валу содержат механическое соединение между вращающимся элементом и валом. По меньшей мере, в некоторых примерах вал вращается, по существу, коаксиально с указанным первым вращающимся
20 элементом. В некоторых примерах вал запрессован в первых вращающихся элементах. В дополнительных примерах вал выполнен как единое целое с указанным первым вращающимся элементом или жестко соединен с вращающимся элементом.
В некоторых примерах средства для преобразования перепада давления на 25 втором вращающемся элементе во вращательное движение содержат лопатку, отделяющую третий объем от первого объема. Подобно этому, в некоторых примерах средства для преобразования перепада давления на втором вращающемся элементе содержат лопатку, отделяющую первый объем с первым давлением от второго объема со вторым давлением; средства для преобразования 30 перепада давления на третьем вращающемся элементе во вращательное движение третьего вращающегося элемента содержат лопатку, отделяющую четвертый объем от второго объема; и средства для преобразования перепада давления на четвертом вращающемся элементе во вращательное движение четвертого вращающего элемента содержат лопатку, отделяющую третий объем от четвертого 35 объема.
В еще одном аспекте предусматривается способ снижения давления в
трубопроводе природного газа. Способ содержит следующие этапы: прием природного газа на первом входе при давлении входа с установлением перепада давления на первом вращающемся элементе; преобразование указанного перепада давления во вращательное движение указанного вращающегося элемента; 5 регулирование нагрузки на первом вращающемся элементе; пропускание газа посредством вращения вращающегося элемента на выход, причем регулирование нагрузки на первом вращающемся элементе осуществляют таким образом, что давление газа на выпуске поддерживается в диапазоне давлений ниже давления входа. По меньшей мере, в одном примере способ дополнительно содержит этап
10 преобразования перепада давления на втором вращающемся элементе во вращательное движение второго вращающегося элемента, и этап сообщения вращательного движения второго вращающегося элемента первому вращающемуся элементу. По меньшей мере, в одном частном примере способ дополнительно содержит этап приема природного газа на втором входе при давлении входа с
15 установлением перепада давления на третьем вращающемся элементе; этап преобразования перепада давления на третьем вращающемся элементе во вращательное движение третьего вращающегося элемента; и этап сообщения вращательного движения третьего вращающегося элемента первому вращающемуся элементу, В некоторых таких примерах, способ дополнительно
20 содержит этап преобразования перепада давления на четвертом вращающемся элементе во вращательное движение четвертого вращающегося элемента: и этап сообщения вращательного движения четвертого вращающегося элемента второму и третьему вращающимся элементам.
В следующем аспекте изобретения предусматривается система для
25 снижения давления в трубопроводе природного газа. Система содержит средства для приема природного газа на первом входе при давлении входа с установлением перепада давления на первом вращающемся элементе; средства для преобразования перепада давления во вращательное движение указанного вращающегося элемента; средства для регулирования нагрузки на первом
30 вращающемся элементе; средства для пропускания газа посредством вращения вращающегося элемента к выходу, причем средства для регулирования нагрузки на первом вращающемся элементе обеспечивают поддержание давления газа на выходе в диапазоне давлений ниже давления на входе. В некоторых примерах система дополнительно содержит средства для преобразования перепада давления
35 на втором вращающемся элементе во вращательное движение второго вращающегося элемента; и средства для сообщения вращательного движения
второго вращающегося элемента первому вращающемуся элементу. В еще более частном примере система дополнительно содержит средства для приема природного газа на втором входе при давлении входа с установлением перепада давления на третьем вращающемся элементе; средства для преобразования 5 перепада давления на третьем вращающемся элементе во вращательное движение третьего вращающегося элемента; и средства для сообщения вращательного движения третьего вращающегося элемента первому вращающемуся элементу. В еще одном дополнительном примере система дополнительно содержит средства для преобразования перепада давления на четвертом вращающемся элементе во
10 вращательное движение четвертого вращающегося элемента; и средства для сообщения вращательного движения четвертого вращающегося элемента второму и третьему вращающимся элементам.
В некоторых таких примерах средства для приема природного газа на втором входе при давлении входа содержат корпус, находящийся под давлением, третий
15 ротор, четвертый ротор, причем третий ротор и четвертый ротор находятся в зацеплении друг с другом и в подвижном уплотняющем контакте с корпусом для ограничения объема второго входа. В некоторых примерах средства для преобразования перепада давления на третьем вращающемся элементе во вращательное движение третьего вращающегося элемента содержат выступы на
20 вращающемся элементе. Подобно этому, в некоторых примерах средства для сообщения вращательного движения третьего вращающегося элемента первому вращающемуся элементу содержат выступы третьего вращающегося элемента, находящиеся в зацеплении с выступами на первом вращающемся элементе.
По меньшей мере, в одном более частном примере, система дополнительно
25 содержит средства для преобразования перепада давления на четвертом вращающемся элементе во вращательное движение четвертого вращающегося элемента; и средства для сообщения вращательного движения четвертого вращающегося элемента второму и третьему вращающимся элементам.
По меньшей мере, в одном примере средства для приема природного газа на
30 первом входе при первом давлении входа содержат корпус, находящийся под давлением, который имеет, по меньшей мере, два ротора в зацеплении друг с другом и в подвижном уплотняющем контакте с корпусом для ограничения объема первого входа. В дополнительном примере средства для преобразования перепада давления во вращательное движение вращающегося элемента содержат выступы
35 на вращающемся элементе. В еще одном примере средства для регулирования нагрузки на первом вращающемся элементе содержат генератор, механически
связанный с первым вращающимся элементом. В еще одном примере средства для пропускания газа посредством вращения вращающегося элемента к выходу содержат множество выступов, улавливающих газ в объеме входа между ними самими и корпусом, и поворачивающих уловленный газ к объему выхода. В еще 5 одном дополнительном примере средства для преобразования перепада давления на втором вращающемся элементе во вращательное движение второго вращающегося элемента содержат выступы на втором вращающемся элементе. В еще одном примере средства для сообщения вращательного движения второго вращающегося элемента первому вращающемуся элементу содержат выступы 10 первого вращающегося элемента, находящиеся в зацеплении с выступами на втором вращающемся элементе.
Выше приведены только некоторые не ограничительные примеры осуществления изобретения.
15 Перечень фигур чертежей
На фиг. 1A-1D представлены схемы примера осуществления изобретения. На фиг. 2 представлен перспективный вид примера осуществления изобретения.
На фиг. 3 представлен вид сбоку примера осуществления изобретения. 20 На фиг. 4 представлен перспективный вид примера осуществления
изобретения.
На фиг. 5 представлен вид сбоку примера осуществления изобретения. На фиг. 6А-6Н представлены перспективные виды примеров осуществления изобретения.
25 На фиг. 7 представлен пример осуществления изобретения в разобранном
виде.
На фиг. 8-11 представлены разрезы примеров осуществления изобретения. На фиг. 12 представлен перспективный вид примера осуществления изобретения.
30 На фиг. 13 представлен разрез примера осуществления изобретения.
На фиг. 14 представлен перспективный вид примера осуществления изобретения.
На фиг. 15 представлена схема примера осуществления изобретения. На фиг. 16 представлен перспективный вид примера осуществления 35 изобретения.
На фиг. 17 представлен перспективный вид примера осуществления
изобретения.
На фиг. 18 представлено сечение примера на фиг. 17. На фиг. 19 представлен детальный вид участка на фиг. 18. На фиг. 20 представлен детальный вид участка на фиг. 18. 5 На фиг. 21 представлен перспективный вид примера осуществления
изобретения.
На фиг. 22 представлено сечение примера на фиг. 21. На фиг. 23 представлена деталь участка на фиг. 22.
На фиг. 24 представлен перспективный вид примера осуществления 10 изобретения.
На фиг. 25 представлено сечение примера на фиг. 24.
На фиг. 26 представлена деталь примера на фиг. 25.
На фиг. 27 представлена схема примера осуществления изобретения.
15 Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения
Фиг. 1А иллюстрирует пример осуществления изобретения, в котором самоизливающаяся скважина 10 направляет газ на сепаратор 12 через трубопровод 11. Из сепаратора 12 обычной конструкции, известной специалистам в данной области техники, жидкости проходят через трубопровод 15 передачи жидкости в
20 резервуар 13 для хранения. Газ проходит из сепаратора 12 в трубопровод 17 для газа. Пар из резервуара 13 для хранения жидкости удаляется через трубопровод 19 для пара. Давление в трубопроводе 17 выше, чем давление в трубопроводе 19. Поэтому для объединения текучей среды из трубопровода 17 и трубопровода 19 в единый объединенный трубопровод 28 для газа предусматривается блок 26
25 смесителя.
Трубопровод 19 проходит через расходомер 14 пара и входит в блок 26 смесителя в клапан 21. Трубопровод 17 проходит через расходомер 16 газа и входит в блок 26 смесителя в клапан 18Ь. Клапан 18а открывается и закрывается под действием датчика давления (не показан), который расположен на
30 трубопроводе 19 и регулирует, проходить ли газу высокого давления в трубопровод 28 для газа прямо через блок 26 смесителя, или же он будет объединяться с паром из трубопровода 19. Клапаны 18а, 18b, 18с, 18d, 18е, и/или 21 содержат ручные клапаны (в некоторых примерах), которые остаются в открытом положении до тех пор, пока не возникнет необходимость в их техническом обслуживании или ремонте;
35 тогда их закрывают для изолирования блока 26. Например, если клапан 18а закрыт, а клапаны 18Ь и 18с открыты, то газ вытекает из трубопровода 17 через фильтр 20
твердых веществ в компонент 22 смесителя (называемый также в настоящем документе средствами для смешивания). Когда клапан 21 открыт, пар, вытекающий при низком давлении из трубопровода 19, также входит в компонент 22 смесителя. В некоторых других примерах один или большее количество клапанов 18а - 18е или 5 21 содержат автоматические клапаны.
Компонент 22 смесителя объединяет поток газа с потоком пара, что приводит к образованию отдельного потока, который имеет давление, находящееся между давлением газа и пара, и этот отдельный поток пропускается через клапан 18е в объединенный трубопровод 28 путем открытия клапана 18d при закрытом клапане 10 18а.
По меньшей мере, в некоторых альтернативных вариантах осуществления фильтр 20 не используется. Подобно этому, в некоторых альтернативных вариантах осуществления расходомер 14 пара и/или расходомер 16 газа не используются. Клапан 19 сброса давления соединен с резервуаром 13 для хранения жидкости с
15 целью стравливания избыточного увеличения давления в резервуаре 13 для хранения жидкости либо в воздух, обычный компрессор, либо факелом (в случае возникновения проблемы вниз по потоку от резервуара 13 для хранения жидкости).
Обращаясь к фиг. 1 В, можно видеть другой пример варианта осуществления блока 26 смесителя, в котором, по меньшей мере, два трубопровода 11а и 11Ь от
20 независимых скважин (не показаны) подают поток в фильтры 20а и 20Ь твердых веществ через клапаны 110а и 110Ь. Клапаны 110с и 110d делают возможным сообщение между трубопроводами 11а и 11 b в открытом состоянии и изолируют трубопроводы 11а и 11Ь в закрытом состоянии. Обратные клапаны 110е и 11 Of препятствуют обратному потоку.
25 Трубопроводы 17а и 17Ь для газа запитываются через расходомеры 14а и
14Ь соответственно на входы la и lb компонента 22 смесителя. Газ из различных скважин может течь при разных давлениях и/или расходах, а поток из любой частной скважины может сильно колебаться. Например, скважины имеют механизмы накачки и/или чувствительные к давлению клапаны, которые
30 открываются при достижении давлением в скважине определенного уровня и разрешают поток до тех пор, пока давление в скважине не упадет ниже другого уровня; затем они вновь закрывают скважину, позволяя давлению увеличиваться. Поэтому без компонента 22 смесителя принять продукцию скважин и объединить ее в единый трубопровод 28 трудно и дорого. Кроме того, добыча из меньших скважин
35 помимо своей производительности ограничена добычей из больших скважин; и, к тому же, механизму насосно-компрессорной добычи приходится преодолевать
более высокое давление. Компонент 22 смесителя принимает потоки на входах la и lb и объединяет их в множество выходов для формирования трубопровода 28. В проиллюстрированном примере два выхода Оа и Ob имеют в данный момент времени, по существу, одинаковые давление и расход и объединяются вместе 5 (например, с помощью муфты, коллектора или другого варианта или средств для объединения, по существу, аналогичных потоков).
Когда клапаны 110а и 110Ь находятся в закрытом положении, а клапан 11 Ос находится в открытом положении, клапаны 110а, 110Ь и 110с позволяют выполнить обход фильтров 20а и 20Ь и компонента 22 смесителя. В таком случае трубопровод
10 11а или 11 b с более высоким давлением и расходом будет выдавливать поток в трубопровод 11 и далее в трубопровод 28. В системах, в которых расходы и давления скважин колеблются, преобладающий трубопровод будет колебаться между трубопроводами 11а и 11Ь. Однако такая система позволяет осуществлять техническое обслуживание фильтров 20а и 20Ь и компонента 22 смесителя.
15 Фиг. 1С иллюстрирует дополнительный пример варианта осуществления
блока 26 смесителя, в котором трубопровод 128 подает поток на фильтр 20а твердых веществ через клапаны 311а и 311Ь, а трубопровод 128' подает поток на фильтр 20Ь твердых веществ через клапаны 311с и 311 d. Когда клапан 311а находится в своем закрытом положении, поток из трубопровода 128 отсутствует.
20 Когда клапан 311а находится в открытом положении, то при открытом положении клапана 311е и закрытом положении клапан 311 b через тройниковую муфту 311 возникает поток по обводному трубопроводу 311. Когда клапан 311е находится в закрытом положении, а клапан 311 b находится в открытом положении, поток в обводном трубопроводе отсутствует, и поток идет далее на фильтр 20а твердых
25 веществ. Подобно этому, трубопровод 128' подает поток на фильтр 20Ь твердых веществ, когда клапаны 311с и 311d находятся в открытых положениях, в то время как клапан 311f находится в закрытом положении, а трубопровод 128' при закрытом положении клапана 311d и открытом положении клапана 311f обходит фильтр 20Ь через тройниковую муфту 310', когда клапан 311d находится в закрытом положении,
30 а клапан 311f находится в открытом положении. При байпасном положении системы клапан 218 закрыт.
Регулирующая система 209 контролирует измерители 210а и 210Ь посредством сигнальных каналов 202а и 202Ь. В проиллюстрированном примере измерители 210а и 210Ь содержат дифференциальные манометры-расходомеры. В 35 других примерах используются другие средства для измерения давления, которые могут выбрать специалисты в данной области техники. Через сигнальные каналы
242а и 242b регулирующая система 209 управляет контрольными клапанами 223а и 223Ь (на основе входных сигналов от измерителей 210а и 210Ь, соответственно) для того, чтобы регулировать входные сигналы на компоненте 22 смесителя. Во взаимодействии с клапанами 203а и 203Ь, которые тоже управляются 5 регулирующей системой 209 (через сигнальные каналы 243с и 243d), клапаны 223а и 223Ь обходят компонент 22 смесителя при следующих условиях (среди прочего): (i) когда оба впускных потока 128 и 128' имеют давление, достаточное для входа в трубопровод 300 без отрицательного влияния на производственные источники, (ii) в трубопроводах 128 или 128' отсутствует поток или (iii) во время планового
10 технического обслуживания или ремонта.
В других ситуациях поток от фильтра 20а поступает на вход в компонент 22 смесителя, а поток от фильтра 20Ь поступает на другой вход в компонент 22 смесителя. Как упоминалось выше, давления и расходы объединяются в один трубопровод 300 через выходы, связанные с трубопроводами 214 и 214' через
15 муфту 216 (здесь крестовина), клапаны 218 и запорный клапан 205.
Обращаясь теперь к фиг. 1D, можно видеть дополнительный вариант, на котором трубопровод 401 для газа (например, отдельной скважины под давлением 25 фунтов на кв. дюйм) и второй газовый трубопровод 403 для газа (например, магистраль газосборной системы под давлением 500 фунтов на кв. дюйм) вводят
20 потоки в блок 26 смесителя (например, как показано на фиг. 1А, 1В, и/или 1С), когда клапан 405 находится в закрытом положении. Блок 26 смесителя (который называют также средствами для слияния, блоком слияния, и/или средствами для газового наддува) объединяет давления и расходы трубопроводов 401 и 403 в трубопровод 409 (давая в результате смешанное давление, находящееся в диапазоне между 500
25 фунт/кв. дюйм и 25 фунт/кв. дюйм), который затем подает поток в качестве входа на компрессор 412. Компрессор 412 повышает давление в трубопроводе 411 до более высокого давления (например, давления магистрали).
Во многих ситуациях более высокое давление и объем магистрали достаточны, и компрессор 412 не требуется. В такой ситуации выход 411 становится
30 входом в систему с базовой компоновкой, такой же, как компоновка, представленная на фиг. 1D. Магистральным трубопроводом является трубопровод 403, а выходом сборной системы является трубопровод 401. В некоторых таких примерах давление и расход трубопроводов 401 и 403 будут такими, что падение давления между трубопроводами 403 и 411 будет ничтожно мало, при этом, все-таки, будет иметь
35 место объединение объема трубопровода 401 на компрессоре 412, который повышает давление для использования другими находящимися вниз по потоку
системами 413 и/или 415.
Обращаясь теперь к фиг. 2, можно видеть пример компонента 22 смесителя (который иногда называют также средствами объединения) на фиг. 1А -1D. Например, трубопровод 17 для (фиг. 1А) подсоединен к нижнему входу 17i, 5 трубопровод 19 для пара (фиг. 1А) подсоединен к верхнему входу 19L Два потока текучей среды от трубопровода 17 и трубопровода 19 объединяются в компоненте 22 смесителя (как это будет более подробно объяснено ниже) и выводятся через выпуски 29а и 29Ь. Поток из выпуска 29а имеет, по существу, такие же давление и расход, что на выпуске 29Ь; потоки объединяются (например, через прямое
10 соединение типа муфты или коллектора), а затем подаются (в примере на фиг. 1А) через выпускной трубопровод 29 и регулирующий клапан 18е в объединенный трубопровод 28 для газа.
На фиг. 3 изображен вид сзади компонента 22 смесителя в примере по фиг. 2, на котором пар из трубопровода 19 поступает через верхний впуск 19i, для
15 формирования впускного объема Vli (ограниченного между роторами R1 и R2 и внутренней трубой 32 корпуса). Газ протекает из трубопровода 17 через нижний впуск 17i во второй впускной объем Vl2 (ограниченный между роторами R4 и R3 и внутренней трубой 32 корпуса).
Во время работы высокое давление во впускном объеме Vl2 заставляет
20 ротор R4 вращаться по часовой стрелке, тогда как ротор R3 вращается против часовой стрелки. Подобно этому, ротор R1 вращается против часовой стрелки, тогда как ротор R2 вращается по часовой стрелке. Выступы Р роторов, когда они вращаются, прилегают уплотненным образом к внутренней трубе 32 корпуса и снова входят в уплотненный контакт, когда входят в зацепление с соседними роторами.
25 Следовательно, текучая среда во впускных объемах VI, и Vl2 проходит между выступами Р и внутренней трубой 32 корпуса в выпускные объемы VO, and V02. Доходя до выпускных объемов Vd и V02l эти текучие среды объединяются. В обоих выпускных объемах VOi и V02 уровни давления находятся в диапазоне между уровнями давления во впускных объемах и Vl2. При этом давление в VOi
30 приблизительно такое же, как давление V02, а расход в выпускном объеме VOi равен расходу в выпускном объеме V02. Следовательно, выпуски 29а и 29Ь могут быть соединены напрямую (например, с помощью обычной муфты или коллектора).
Обращаясь теперь к фиг. 4, можно видеть перспективный вид примера ротора 40, который применим в примере на фиг. 3 для роторов R1, R2, R3 и R4.
35 Ротор 40 содержит элемент, который, по существу, обладает симметрией относительно оси 42, имея десять выступов Р1-Р10. Ротор 40 включает в себя также
цилиндрическую полость 44. По меньшей мере, в некоторых таких примерах ротор 40 содержит сталь, керамику и/или другие материалы, которые могут быть применены специалистами в данной области техники.
В некоторых примерах форма наружного диаметра ротора 40 формируется 5 станком для EDM. В данном применении EDM (electrical discharge machining) означает электроэрозионную обработку - процесс, который хорошо известен специалистам в данной области техники. В некоторых примерах цилиндрическая полость 44 также формируется EDM-процессом. В других примерах цилиндрическую полость 44 высверливают, а наружную форму вырезают с помощью EDM-процесса.
10 Другие примеры способов формирования роторов включают в себя обработку на станке с ЧПУ (числовым программным управлением), экструзию и другие способы, которые могут быть применены специалистами в данной области техники.
Несмотря на то, что пример на фиг. 3 и 4 показывает роторы с десятью выступами, изобретение только к такому примеру не сводится. Для других примеров
15 осуществления изобретения, как это будет более подробно объяснено ниже, могут быть применимы и другие количества выступов.
Обращаясь к фиг. 5, можно видеть вид в разрезе примера ротора 50, имеющего двенадцать выступов Р1-Р12. Каждый из выступов Р1-Р12 сформирован в соответствии с набором окружностей, каждая из которых имеет центр С1-С24,
20 расположенный на большей окружности СО. СО имеет центр на оси 52 ротора 50.
Вновь обращаясь к фиг. 3, можно сказать, что по мере того, как роторы R вращаются, выступы Р прилегают уплотненным образом к углублениям между выступами в смежных роторах. В вариантах примеров, в которых отношение количества выступов к диаметру окружности СО сохраняется, выступы Р находятся
25 в зацеплении, по существу, нескользящим образом, когда два ротора вращаются в соединении друг с другом. Отсутствие скользящего зацепления обеспечивает следующие преимущества: отсутствие трения, вытеснение материала в объеме (а не сжатие) и уменьшение износа. Несмотря на то, что в некоторых других примерах могут быть использованы некруглые формы, криволинейные формы (и, в частности,
30 круглая форма) обеспечивают преимущества изоляции наружных объемов VIч, Vl2> Vd и V02 друг от друга и от внутреннего объема, определяемого четырьмя роторами R1, R2, R3 и R4.
Обращаясь опять к фиг. 3, можно сказать, что чем больше выступов, тем лучше уплотнение между выступами Р и внутренней трубой 32 корпуса. Однако при
35 заданном одинаковом диаметре, чем больше выступов Р, тем меньше объем, который может быть перенесен за один поворот от впускного объема к выпускному
объему (например, от Vli к VCv). Дополнительные примеры роторов, используемых в соответствии с другими примерами осуществления изобретения, можно видеть на фиг. 6А-6Н, в которых цилиндрическая полость не показана. Теоретического предела на количество выступов в различных примерах осуществления 5 изобретения не существует.
Если еще раз обратиться к фиг. 3, то на ней роторы R1, R2, R3 и R4 для простоты показаны сплошными; однако в действительности цилиндрическая полость каждого из роторов включает в себя вал и подшипниковый элемент 62, как это можно видеть на фиг. 2. В примерах на фиг. 2 и 3 подшипниковый элемент 62
10 содержит узел шарикоподшипника (хотя применимы и другие средства для обеспечения вращения с низким коэффициентом трения между неподвижным валом и ротором в дополнительных примерах осуществления изобретения). Помимо этого, в других примерах роторы R не вращаются вокруг вала; напротив, они выполнены как единое целое с валом или крепятся на валу неподвижным образом, а вал
15 вращается на подшипниках, смонтированных на корпусе или торцевой пластине. С учетом настоящего описания специалисты в данной области техники могут применять дополнительные средства обеспечения вращательного движения роторов R, которые находятся в объеме настоящего изобретения.
К тому же, несмотря на то, что проиллюстрированные примеры показывают
20 роторы, по существу, одинакового размера, в альтернативных примерах пара роторов имеет меньший диаметр, чем другая пара роторов, что позволяет учесть различия в объеме, обрабатываемом различными входами.
Обращаясь теперь к фиг. 7, можно видеть пример осуществления в разобранном виде, на котором каждый из валов 74а - 74d имеет по два подшипника.
25 Например, вал 74а имеет подшипник 72а и 72а'; вал 74Ь имеет подшипники 72Ь и 72b', и так далее. Роторы 70а - 70d поворачиваются на подшипниках 72а - 72d и 72а' - 72d'. Валы 74а - 74d зафиксированы.
Роторы 70а - 70d формируют впускной и выпускной объемы, взаимодействуя друг с другом и блоком 76, в котором видны одно впускное отверстие 78 и одно
30 выпускное отверстие 80. Другое впускное отверстие находится на нижней части блока 76 (не показано), а другое выпускное отверстие находится на четвертой стороне блока 76 (также не показано). В собранном состоянии внутренняя часть блока 76, валы 74а - 74d монтируются на торцевых пластинах 82 и 82' через отверстия 84а - 84d и 84а' - 84d'.
35 По меньшей мере, в одном примере способа сборки прокладки (не показаны)
оборачиваются вокруг роторов 70а - 70d с тем, чтобы задать постоянный зазор
между блоком 76 и роторами 70а - 70d. В этом случае через торцевые пластины 82 и 82' и в блоке 76 просверливаются отверстия для установочных штифтов (также не показаны). Затем прокладки удаляются и устройство собирается вновь с правильным зазором, используя отверстия для установочных штифтов в качестве 5 направляющих.
Обращаясь теперь к фиг. 8, можно видеть сечение вала, применимого для примера на фиг. 2, 3 или 7. В соответствии с примером на фиг. 8, вал 80 включает в себя корпус 83 вала, имеющий первый масляный канал 84 и второй масляный канал 84'. Смазываемая поверхность 86 вала 80 получает смазку через масляные каналы
10 84 и/или 84' и через масляную соединительную часть 88, которая включает в себя масляное отверстие 90. Резьбы 92 позволяют неподвижным образом соединить вал 82 с гайкой (не показана), находящейся снаружи торцевых пластин 82 и 82' (фиг. 4). Для прилегания вала 80 к торцевым пластинам 82 и 82' используется уплотнительное кольцо 94; стыковой выступ 96 примыкает к торцевым пластинам 82
15 и 82', обеспечивая торцевое уплотнение с тем, чтобы предотвратить протечку смазки со смазываемой поверхности 86.
На фиг. 9 представлено поперечное сечение примера корпуса 98 баббитового подшипника, который применим в качестве подшипника в различных примерах осуществления изобретения. По существу цилиндрическое тело 100
20 включает в себя отверстие 102 вала. Внутри отверстия 102 вала образована полость 104 для приема баббитового материала, который на фиг. 9 не показан. В отверстии 102 вала имеется также канавка 106 уплотнительного кольца.
В некоторых вариантах осуществления изобретения уплотнение между роторами или между ротором и не вращающимся корпусом или блоком усиливается
25 с помощью уплотнительных средств (например, уплотняющего элемента или лопатки), которые отходит от каждого выступа. Пример такого средства изображен на фиг. 10А, представляющей собой поперечное сечение ротора R, имеющего выступы Р, которые включают в себя продольную лопатку 108 и штифт 116. Если выступ не сопряжен с углублением 112 между двумя выступами Р другого ротора
30 или не находится в контакте с корпусом, лопатка 108 находится в растянутом положении 113 от нижней части канала 111 и смещается уплотнительным кольцом 118, которое удерживается в пазу 119 ротора 70. Как видно на фиг. 10В, когда выступ (здесь - средний выступ) находится в зацеплении с другим ротором, лопатка 108 вдавливается в выступ Р и штифт 116 слегка сжимает уплотнительное кольцо
35 118. Лопатка 108 может, тем не менее, слегка выступать от выступа Р, как это описано ниже. Для простоты стопорные поверхности, используемые для того, чтобы
удерживать лопатку 108 в выступе Р, не показаны, но хорошо известны специалистам в данной области техники. В некоторых примерах, как это показано, лопатка 108 плоская; в дополнительных примерах вытянутая поверхность лопатки 108 криволинейная.
5 Обращаясь теперь к фиг. 11, можно видеть поперечное сечение примера
собранного подшипника вала и ротора. Верхняя часть 110 выступа Р ротора 70 в показанном примере изображена пунктирной линией; лопатка 108 перемещается между нижней частью канала 111 лопатки в выступе Р и вытянутым положением на самом верхнем ходе лопатки 108. Как упоминалось ранее, лопатка 108 расположена 10 со смещением посредством штифта 116 и смещающих средств (например, уплотнительного кольца) 118, которое удерживается в канавке 120 и закрывается торцевым уплотнением 122. Как кратко описывалось ранее со ссылкой на фиг. 8, гайка 126, уплотненная шайбой 124, фиксирует вал 80 по отношению к торцевой пластине 82'.
15 Во время работы, по мере того, как ротор 70 поворачивается вокруг
подшипников 98, и, поскольку оба подшипника вращаются вокруг вала 80, смазочный материал, например, масло подается через смазочные каналы 84 и 84' под баббитовым материалом (не показан) в полости 104, смазочный материал перемещается между подшипниками 98, с тем чтобы, по существу, заполнить
20 масляную полость 128 и перетечь от вала 84' на вал 84 (или наоборот). Наличие текучей жидкости в контактном подшипнике 98 и/или роторе 70 действует как охлаждающие средства для элемента, который контактирует с этим охладителем.
Обращаясь опять к фиг. 11, можно сказать, что верхняя часть лопатки 108 подходит к боковой стенке блока 76 (или, например, внутренней трубы 32 фиг. 3) с
25 тем, чтобы обеспечить уплотнение. В некоторых примерах может быть очень небольшой зазор без лопатки 108. В некоторых примерах, в которых лопатка не используется, предполагается, что движение выступа в непосредственной близости к блоку 76 создает "лабиринтное уплотнение" или "акустическое уплотнение" благодаря турбулентности. В некоторых примерах осуществления изобретения, в
30 которых лабиринтное уплотнение может оказаться ненадежным, лопатка 108 добавляет дополнительное уплотнение. По мере того, как ротор 70 поворачивается для того, чтобы войти в зацепление с другим ротором, лопатка 108 сжимается в выступе Р. В дополнительных примерах не используется ни лабиринтное уплотнение, ни уплотнительные средства (такие, как лопатка 108).
35 Обращаясь теперь к фиг. 12, можно увидеть альтернативу для блока 76 на
фиг. 7. Блок 130 включает в себя отверстия, которые параллельны осям вращения
роторов. В отличие от этого, блок 76 на фиг. 7 снабжен впускным и выпускным отверстиями 78 и 80, которые перпендикулярны осям вращения роторов 70а - 70d. В частности, в блоке 130 на фиг. 12, впускные отверстия 132 и 132' предусмотрены напротив друг друга, и выпускные отверстия 134 и 134' также находятся друг против 5 друга. Такое параллельное расположение отверстий уменьшает возможность осевых перепадов давления внутри любого конкретного объема, находящегося под давлением.
Поперечное сечение блока 130 представлено на фиг. 13, где можно видеть, что отверстия 136, 136' и 138, 138', соответственно, больше, чем в примере
10 варианта осуществления на фиг. 2 и фиг. 3. В этом случае круглая конструкция трубы 32 корпуса (вместо блока 130 на фиг. 12 или блока 76 на фиг. 7) определяет меньшие объемы. С помощью регулировки длины ротора, количества зубьев и диаметра ротора обеспечиваются регулировка объема, передаваемого одним выступом, согласование объемов и изменение перепадов давления между входами.
15 Обращаясь к фиг. 14, можно видеть альтернативный ротор 140, который
включает в себя выступы Р (как в ранее описанных роторах), а также включает в себя уплотнительную поверхность 142, которая расположена, по существу, заподлицо с низом углубления 112 между выступами Р. Такая поверхность, работающая совместно с уплотнением в торцевой пластине, уменьшает
20 вероятность того, что текучая среда, которая оказывается уловленной между выступами Р, будет протекать в боковом направлении вокруг выступа. В уплотнительной поверхности 142 вырезается канавка 146, чтобы принять средства для уплотнения (например, кольцевое уплотнение из пружинной стали, уплотнительное кольцо, и тому подобное) в целях дополнительного уплотнения и
25 предотвращения осевого просачивания.
Вновь обращаясь к некоторым примерам, аналогичным фиг. 3, как только внутренняя труба 32 корпуса смонтирована с роторами R1, R2, R3 и R4, фланец 33 надевают на внутреннюю трубу 32 корпуса на обоих концах и приваривают к трубе 32. Предусматривается плоская выступающая поверхность 35 надетого фланца 33,
30 на которой сформирован канал 37 уплотнительного кольца. Вместо торцевых пластин 82 и 82' варианта осуществления на фиг. 7, фланцевая заглушка (не показана) совмещается с надетым фланцем 33 и крепится болтами 39 и гайками 39'. Уплотнительное кольцо 37 совмещается с дополнительной плоской выступающей поверхностью и уплотнительным кольцом на фланцевой заглушке (не показана).
35 Обращаясь теперь к фиг. 15, можно видеть еще один дополнительный
пример системы 26 блока смешивания, в которой входы 500а и 500Ь трубопроводов
соединяются через клапаны 503а и 503Ь и средства 505а и 505Ь измерения давления (например, дифференциальный манометр-расходомер) и далее через обратные клапаны 509а и 509Ь. Обводные трубопроводы 511а и 511 b работают, когда клапаны 513а и 51ЗЬ находятся в открытом состоянии, а клапаны 515а и 515Ь 5 находятся в закрытом состоянии, и соединяются на муфте 517 в выходящем трубопроводе 519. Когда клапаны 513а и 51 ЗЬ находятся в закрытом состоянии, а клапаны 515а и 515Ь находятся в открытом состоянии, газ протекает через измерительные модули 520а и 520Ь, каждый из которых, по меньшей мере, в одном примере содержит устройство 521 измерения давления, устройство 522 измерения
10 перепада давления и устройство 523 измерения температуры. Текучая среда далее протекает через клапаны 527а и 527Ь, через обратные клапаны 529а и 529Ь в сепараторы 531а и 531Ь, которые контролируются устройствами измерения перепада давления 533а и 533Ь, соответственно. Поплавковые клапаны 535а и 535Ь действуют так, чтобы удалять жидкость из сепараторов 531а и 531 b и передать
15 жидкость в резервуар 537.
Пар от сепараторов 531а и 531Ь проходит через клапаны 539а и 539Ь на входы la и lb компонента 22 смесителя, когда клапаны 539а и 539Ь находятся в открытом положении. Компонент 22 смесителя объединяет давления и потоки текучей среды, как говорилось ранее, в выходной трубопровод 543 через клапан 545
20 и измерительный модуль 547. Далее текучая среда протекает через клапаны 549 и обратный клапан 551 в трубопровод 519. При такой работе клапаны 513а и 51 ЗЬ находятся в закрытом положении.
В некоторых вариантах осуществления компонент 22 смесителя имеет валы, которые вращаются с роторами, а не фиксируются. По меньшей мере, в одном
25 таком варианте осуществления вал используется для вращения электрического генератора 553, который вырабатывает энергию, изображенную линиями 559 выходного электропитания. В дополнительном варианте осуществления вращающийся вал ротора используется для вращения насосов 561 и 562, имеющих входные клапаны 563а и 563Ь и выходные клапаны 565а и 565Ь, соответственно.
30 Примеры входов на клапанах 563а и 563Ь включают получение жидкости из нефти или воду на месте расположения скважины, избегая, таким образом, транспортных расходов, или для повторного закачивания.
Блок 567 управления управляет клапанами 563а и 563Ь, а также клапанами 513а и 51 ЗЬ, в зависимости от результатов измерений, получаемых от
35 измерительных модулей 520а и 520Ь и устройств 533а, 533Ь и 547 для измерения перепада давления. В некоторых вариантах осуществления используются фильтры
твердых веществ, подобные тем, что были показаны на предыдущих фигурах.
Как упоминалось выше, преобразование энергии, сохраненной в виде давления, в механическую энергию, является еще одним дополнительным преимуществом, по меньшей мере, некоторых примеров. При обеспечении 5 выходного вала, который вращает, по меньшей мере, один ротор, падение давления от объема входа к объему выхода вращает выходной вал. Это позволяет энергии сжатого газа превращаться в механическую энергию и использоваться в удаленных от энергообеспечения местах или там, например, где потребители газа должны понизить высокое давление газа на трубопроводе газа до более низкого давления,
10 которое можно использовать.
Обращаясь теперь к фиг. 16, можно видеть дополнительный пример осуществления, в котором источники давления (здесь резервуары) 1601а и 1601b обеспечивают находящийся под давлением поток через входные трубопроводы 1605а и 1605b в еще один пример блока 1610 смесителя, который включает в себя
15 выходной вал 1613. Выходной поток из блока 1610 смесителя входит в выходные трубопроводы 1603а и 1603b, которые соединены на соединительной муфте (не показана). Давления из резервуаров могут быть одинаковыми или отличаться друг от друга. Такой блок 1610 смесителя применим в других дополнительных примерах в системах, изображенных на предыдущих фигурах.
20 На фиг. 17 показан блок 1610 смесителя с удаленными болтами торцевых
пластин и входным и выходным трубопроводами. На фиг. 18 представлено поперечное сечение блока 1610 смесителя на фиг. 17, включая корпус 1810, который уплотнен торцевыми пластинами 1812а и 1810b внутри корпуса 1810. Видно, что выходной ротор 1814 находится в зацеплении с ведомым ротором 1816.
25 На фиг. 19 представлена деталь участка А фиг. 18, на которой вновь виден
выходной ротор 1814, находящийся в зацеплении с ведомым ротором 1816, а выходной вал 1910 выступает от торцевой пластины 1812а и поддерживается подшипниками 1912. Подобно этому, ведомый вал 1914 поддерживается подшипниками 1916, которые расположены внутри ведомого ротора 1816.
30 Обращаясь теперь к фиг. 20, можно видеть деталь участка В на фиг. 18, в
которой ведомый вал 1914 снова заканчивается торцевой заглушкой 1812b и поддерживается подшипниками 1916. Выходной вал 1910 выступает через торцевую крышку 1812b и поддерживается подшипниками 1912. Выходной вал 1910 включает в себя уплотнения с уплотнительными кольцами 2050а 2050b и 2050с.
35 На фиг. 21 представлен перспективный вид ведомого вала (такого, как вал
1914 на фиг. 20), который запрессовывается (по меньшей мере, в одном примере) в
ведомый ротор 1816. Выходные валы в некоторых примерах также запрессовываются. В альтернативных примерах валы (ведомые валы или выходные валы) могут быть выполнены как единое целое с ротором или соединяться в шпоночно-пазовой конфигурации. Специалисты в данной области техники могут 5 выбрать и другие конструкции вал-ротор. Можно видеть, что уплотнения с уплотнительными кольцами 2105а и 2105b находятся в пазах вала 1914.
Фиг. 22 иллюстрирует разрез узла вал-ротор на фиг. 21, а на валу 1914 в роторе 1816 видно уплотнение с уплотнительным кольцом 2105с. Отверстие 2103 предназначено для обращения с валом 1914 в процессе сборки. Подшипники 1916а
10 и 1916b находятся на каждом конце вала 1914 и вращаются с ротором 1816.
На фиг. 23 представлена деталь участка А на фиг. 22. Как можно видеть, подшипники 1916а и 1916b удерживаются на месте с помощью стопорного кольца 2217, которое вращается с ротором 1816. Тарельчатые пружинные шайбы 2219а и 2219b, которые находятся в контакте с пластиной кольцевого уплотнения 2215,
15 смещают внутренний диаметр подшипникового узла 1916b (по меньшей мере, в одном примере сверхточный радиально-упорный подшипник типа SKF S71910; угол acdga; посадка р4а) относительно подшипника 1916а (например, также сверхточный радиально-упорный подшипник) через разделительное кольцо 2301. Таким образом, ротор 1816, наружный диаметр подшипников 1916а и 1916b и кольцо 2217
20 вращаются совместно. Поршневое кольцо 2205 находится в пластине кольцевого уплотнения 2215 с целью уплотнения подшипников и нанесения смазки для защиты от возможного конденсата, возникающего от потока текучей среды (например, природного газа). В еще одном альтернативном примере используются магнитные подшипники, а не шариковые подшипники. Специалисты в данной области техники
25 могут выбрать примеры других подшипников.
Обращаясь снова к фиг. 20, подшипники 1912 имеют один тип с подшипниками 1916 (фиг. 19) и удерживаются в торцевой пластине 1812b стопорным кольцом, тарельчатыми шайбами и пластиной уплотнительного кольца подобно конструкции, изображенной на фиг. 22. Как упоминалось ранее, по
30 меньшей мере, в одном примере валы 1910 и 1914 запрессовываются в соответствующие им роторы. Запрессовка осуществляется благодаря малым допускам деталей; например, для ротора, имеющего внутренний диаметр 2,25 дюйма, вала, по меньшей мере, в одном примере, имеет наружный диаметр в диапазоне между 2,240 дюйма и 2,167 дюйма.
35 В еще одном примере, как видно на фиг. 24 и 25, можно видеть другой
пример блока 1610 смесителя, в котором все валы содержат ведомые валы. На фиг.
26 представлена деталь участка А на фиг. 25 и показано, что в примере на фиг. 24 и 25 все ведомые валы сконструированы как на фиг. 19. Обращаясь снова к фиг. 17, для тех валов, которые не являются выходными валами, торцевая крышка 1750 крепится с помощью болтов или ввинчивается в отверстие в торцевой пластине 5 1812.
В следующих дополнительных примерах используются множественные выходные валы, а не один вал.
Обращаясь теперь к фиг. 27, можно видеть пример варианта осуществления, в котором трубопровод передачи высокого давления разбит на два входа для блока 10 2722 смесителя, имеющего, по меньшей мере, один выходной вал 1613 для вращения генератора 2730. В проиллюстрированном примере генератор 2730 подключен к электрической сети. В других примерах выход генератора 2730 используется для других целей.
Вышеприведенное описание и чертежи даны только в качестве примера. Не 15 отклоняясь от сущности изобретения, которая выражена в нижеприведенной формуле, специалисты в данной области техники могут разработать и другие варианты осуществления изобретения.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Способ объединения, по меньшей мере, двух потоков текучей среды с 5 различными давлениями, содержащий следующие этапы: прием в первый объем
текучей среды с первым давлением; прием во второй объем текучей среды со вторым давлением; объединение в третьем объеме части текучей среды из первого объема с частью текучей среды из второго объема вследствие перепада давления между первым объемом и, по меньшей мере, третьим объемом; объединение в 10 - четвертом объеме части текучей среды из первого объема с частью текучей среды из второго объема, и соединение третьего и четвертого объемов в единый трубопровод.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что этап объединения в третьем объеме содержит улавливание части текучей среды из первого объема;
15 улавливание части текучей среды из второго объема; транспортировку уловленной части текучей среды из первого объема в третий объем; и транспортировку уловленной части текучей среды из второго объема в третий объем.
3. Система для объединения, по меньшей мере, двух текучих сред с различными давлениями, содержащая средства для приема в первый объем
20 текучей среды с первым давлением; средства для приема во второй объем текучей среды со вторым давлением; средства для объединения в третьем объеме части текучей среды из первого объема с частью текучей среды из второго объема вследствие перепада давления между первым объемом и, по меньшей мере, третьим объемом; средства для объединения в четвертом объеме части текучей
25 среды из первого объема с частью текучей среды из второго объема, и средства для соединения третьего и четвертого объемов в единый трубопровод.
4. Система по п. 3, отличающаяся тем, что указанные средства для объединения в третьем объеме содержит средства для улавливания части текучей среды из первого объема; средства для улавливания части текучей среды из
30 второго объема; средства для транспортировки уловленной части текучей среды из первого объема в третий объем; и средства для транспортировки уловленной части текучей среды из второго объема в третий объем.
5. Система по п. 4, отличающаяся тем, что средства для улавливания части текучей среды из первого объема содержат множество выступов ротора,
35 прилегающих с уплотнением к не вращающемуся элементу, причем уплотнение происходит в первом объеме, а множество уплотняющих выступов ограничивает
улавливаемую часть текучей среды, при этом средства для улавливания части текучей среды из второго объема содержат множество выступов ротора, прилегающих с уплотнением к не вращающемуся элементу, причем уплотнение происходит в первом объеме, а множество уплотняющих выступов ограничивает 5 улавливаемую часть текучей среды.
6. Система по п. 4, отличающаяся тем, что средства для транспортировки уловленной части текучей среды из первого объема содержат средства для поворота выступов ротора в неуплотненное положение в третьем объеме, а средства для транспортировки уловленной части текучей среды из
10 второго объема содержат средства для поворота выступов роторов в неуплотненное положение в четвертом объеме.
7. Система по п. 6, отличающаяся тем, что средства для поворота обеспечивают перепад давления между первым объемом и вторым объемом.
8. Система по п. 3, отличающаяся тем, что указанные средства для 15 объединения содержат первый выходной канал текучей среды, сообщающийся с
третьим объемом, второй выходной канал текучей среды, сообщающийся с четвертым объемом, причем первый и второй выходные каналы сообщаются с единым трубопроводом.
9. Устройство для объединения, по меньшей мере, двух текучих сред с 20 различными давлениями, содержащее корпус; первый ротор, установленный внутри
корпуса; второй ротор, установленный внутри корпуса, причем первый ротор находится в зацеплении со вторым ротором, при этом первый и второй роторы находятся в контакте с корпусом; третий ротор, установленный внутри корпуса и находящийся в зацеплении с первым ротором; четвертый ротор, установленный
25 внутри корпуса и находящийся в зацеплении со вторым ротором, причем третий ротор находится в зацеплении с четвертым ротором, при этом третий и четвертый роторы находятся в контакте с корпусом, первый и второй роторы ограничивают объем первого входа, третий и четвертый роторы ограничивают объем второго входа, первый и третий роторы ограничивают объем первого выхода, а второй и
30 четвертый роторы ограничивают объем второго выхода.
10. Устройство по п. 9, отличающееся тем, что, по меньшей мере, два ротора находятся в уплотняющем зацеплении.
11. Устройство по п. 9, отличающееся тем, что роторы имеют по существу одинаковый размер.
35 12. Устройство по п. 9, отличающееся тем, что первая пара роторов имеет
больший размер, чем вторая пара роторов.
13. Устройство по п. 9, отличающееся тем, что роторы смонтированы на подшипниках вокруг зафиксированных валов.
14. Устройство по п. 9, отличающееся тем, что, по меньшей мере, один ротор зафиксирован на валу ротора.
5 15. Устройство по п. 9, отличающееся тем, что корпус имеет по существу
цилиндрическую форму с уплотняющими поверхностями для уплотненного прилегания к роторам.
16. Устройство по п. 15, отличающееся тем, что корпус содержит входы, по существу перпендикулярные оси корпуса. 10 17. Устройство по п. 15, отличающееся тем, что корпус содержит входы, по
существу параллельные оси корпуса.
18. Ротор, выполненный с возможностью использования в устройстве для объединения, по меньшей мере, двух текучих сред с различными давлениями, содержащий ряд выступов; ряд углублений между выступами, причем выступы
15 имеют уплотняющие поверхности, при этом, по меньшей мере, часть уплотняющей поверхности включает в себя участок первой окружности, причем углубления содержат уплотняющие поверхности, при этом, по меньшей мере, часть уплотняющей поверхности включает в себя участок второй окружности, причем первая окружность и вторая окружность касаются друг друга, а центры первой
20 окружности и второй окружности расположены на окружности, имеющей центр на оси ротора.
19. Ротор по п. 18, отличающийся тем, что имеет по существу цилиндрическую полость.
20. Ротор по п. 18, отличающийся тем, что зафиксирован на валу.
25 21. Ротор по п. 18, отличающийся тем, что смонтирован с возможностью
вращения на подшипниках вращения, которые установлены на валу с обеспечением вращения ротора вокруг указанного вала.
22. Газосборная система, содержащая первый вход газа при первом давлении; второй вход газа при втором давлении, причем первое давление выше,
30 чем второе давление; и средства для объединения первого и второго входов газа, причем средства для объединения приводятся в действие за счет использования перепада давления между первым входом газа и вторым входом газа.
23. Газосборная система по п. 18, отличающаяся тем, что дополнительно содержит сепаратор газа и текучей среды, получающий газ и текучие среды из
35 скважины, причем первый вход газа получает газ из сепаратора, и резервуар для жидкости, получающий жидкости из сепаратора, при этом второй вход газа получает
пары из указанного резервуара.
24. Газосборная система, содержащая первую скважину; первый трубопровод для газа, поступающего из первой скважины; первый сепаратор, соединенный с первым трубопроводом; первый трубопровод для сепарированного
5 газа, соединенный с первым входом средств для объединения, по меньшей мере, двух потоков газа, имеющих разные давления; вторую скважину; второй трубопровод для газа, поступающего из второй скважины; второй сепаратор, соединенный со вторым трубопроводом; второй трубопровод для сепарированного газа, соединенный со вторым входом указанных средств для объединения, причем 10 средства для объединения содержат объем первого входа и объем второго входа, при этом обеспечено объединение части объема первого входа с частью объема второго входа в объеме выхода за счет перепада давления между объемом первого входа и объемом второго входа.
25. Устройство для вращения вала, содержащее корпус; первый ротор, 15 установленный внутри корпуса; вал, связанный с первым ротором и выступающий
из корпуса; второй ротор, установленный внутри корпуса, причем первый ротор находится в зацеплении со вторым ротором, а первый и второй роторы находятся в контакте с корпусом; третий ротор, установленный внутри корпуса и находящийся в зацеплении со вторым ротором; четвертый ротор, установленный внутри корпуса и
20 находящийся в зацеплении с первым ротором, причем третий ротор находится в зацеплении с четвертым ротором, а третий и четвертый роторы находятся в контакте с корпусом, при этом первый и второй роторы ограничивают объем первого входа, третий и четвертый роторы ограничивают объем второго входа, первый и четвертый роторы ограничивают объем первого выхода, а второй и третий роторы
25 ограничивают объем второго выхода.
26. Устройство по п. 25, отличающееся тем, что, по меньшей мере, два ротора находятся в уплотняющем зацеплении.
27. Устройство по п. 25, отличающееся тем, что дополнительно содержит подшипники вращения, установленные между валом, который соединен с первым
30 ротором, и корпусом.
28. Устройство по п. 27, отличающееся тем, что подшипники установлены на торцевой пластине корпуса.
29. Устройство по п. 28, отличающееся тем, что дополнительно содержит подшипники, установленные между вторым ротором и по существу не
35 вращающимся валом, связанным с корпусом.
30. Способ вращения вала, содержащий следующие этапы:
преобразование перепада давления на первом вращающемся элементе во вращательное движение первого вращающегося элемента; сообщение вращательного движения валу; преобразование перепада давления на втором вращающемся элементе во вращательное движение второго вращающегося 5 элемента; и сообщение вращательного движения второго вращающегося элемента первому вращающемуся элементу.
31. Способ по п. 30, отличающийся тем, что дополнительно содержит этап преобразования перепада давления на третьем вращающемся элементе во вращательное движение третьего вращающегося элемента, и этап сообщения
10 вращательного движения третьего вращающегося элемента первому вращающемуся элементу.
32. Способ по п. 31, отличающийся тем, что дополнительно содержит этап преобразования перепада давления на четвертом вращающемся элементе во вращательное движение четвертого вращающегося элемента, и этап сообщения
15 вращательного движения четвертого вращающегося элемента второму вращающемуся элементу.
33. Система для вращения вала, содержащая средства для преобразования перепада давления на первом вращающемся элементе во вращательное движение первого вращающегося элемента; средства для
20 сообщения вращательного движения валу; средства для преобразования перепада давления на втором вращающемся элементе во вращательное движение второго . вращающегося элемента; и средства для сообщения вращательного движения второго вращающегося элемента первому вращающемуся элементу.
34. Система по п. 33, отличающаяся тем, что дополнительно содержит 25 средства для преобразования перепада давления на третьем вращающемся
элементе во вращательное движение третьего вращающегося элемента, и средства для сообщения вращательного движения третьего вращающегося элемента первому вращающемуся элементу.
35. Система по п. 34, отличающаяся тем, что дополнительно содержит 30 средства для преобразования перепада давления на четвертом вращающемся
элементе во вращательное движение четвертого вращающегося элемента, средства для сообщения вращательного движения четвертого вращающегося элемента второму вращающемуся элементу.
36. Система по п. 33, отличающаяся тем, что средства для преобразования 35 перепада давления на первом вращающемся элементе содержат лопатку,
отделяющую первый объем с первым давлением от второго объема со вторым
давлением.
37. Система по п. 33, отличающаяся тем, что средства для сообщения вращательного движения валу содержат механическое соединение между вращающимся элементом и валом. 5 38. Система по п. 37, отличающаяся тем, что вал вращается по существу
соосно с первым вращающимся элементом.
39. Система по п. 38, отличающаяся тем, что вал запрессован в первый вращающийся элемент.
40. Система по п. 38, отличающаяся тем, что вал выполнен как одно целое с 10 первым вращающимся элементом.
41. Система по п. 38, отличающаяся тем, что вал жестко связан с вращающимся элементом.
42. Система по п. 33, отличающаяся тем, что средства для преобразования перепада давления на втором вращающемся элементе во вращательное движение
15 содержат лопатку, отделяющую третий объем от первого объема.
43. Система по п. 42, отличающаяся тем, что средства для преобразования перепада давления на втором вращающемся элементе содержат лопатку, отделяющую первый объем с первым давлением от второго объема со вторым давлением.
20 44. Система по п. 34, отличающаяся тем, что средства для преобразования
перепада давления на третьем вращающемся элементе во вращательное движение третьего вращающегося элемента содержат лопатку, отделяющую четвертый объем от второго объема.
45. Система по п. 35, отличающаяся тем, что средства для преобразования 25 перепада давления на четвертом вращающемся элементе во вращательное
движение четвертого вращающегося элемента содержат лопатку, отделяющую третий объем от четвертого объема.
46. Способ снижения давления в трубопроводе природного газа, содержащий следующие этапы: прием природного газа на первом входе при
30 давлении входа с установлением перепада давления на первом вращающемся элементе; преобразование указанного перепада давления во вращательное движение указанного вращающегося элемента; регулирование нагрузки на первом вращающемся элементе; пропускание газа посредством вращения вращающегося элемента к выходу, причем регулирование нагрузки на первом вращающемся
35 элементе осуществляют таким образом, что давление газа на выпуске поддерживается в диапазоне давлений ниже давления входа.
47. Способ по п. 46, отличающийся тем, что дополнительно содержит этап преобразования перепада давления на втором вращающемся элементе во вращательное движение второго вращающегося элемента, и этап сообщения вращательного движения второго вращающегося элемента первому вращающемуся
5 элементу.
48. Способ по п. 47, отличающийся тем, что дополнительно содержит этап приема природного газа на втором входе при давлении входа с установлением перепада давления на третьем вращающемся элементе; этап преобразования перепада давления на третьем вращающемся элементе во вращательное движение
10 третьего вращающегося элемента; и этап сообщения вращательного движения третьего вращающегося элемента первому вращающемуся элементу.
49. Способ по п. 48, отличающийся тем, что дополнительно содержит этап преобразования перепада давления на четвертом вращающемся элементе во вращательное движение четвертого вращающегося элемента, и этап сообщения
15 вращательного движения четвертого вращающегося элемента второму и третьему вращающимся элементам.
50. Система для снижения давления в трубопроводе природного газа, содержащая средства для приема природного газа на первом входе при давлении входа с установлением перепада давления на первом вращающемся элементе;
20 средства для преобразования перепада давления во вращательное движение указанного вращающегося элемента; средства для регулирования нагрузки на первом вращающемся элементе; средства для пропускания газа посредством вращения вращающегося элемента к выходу, причем средства для регулирования нагрузки на первом вращающемся элементе обеспечивают поддержание давления
25 газа на выходе в диапазоне давлений ниже давления на входе.
51. Система по п. 50, отличающаяся тем, что дополнительно содержит средства для преобразования перепада давления на втором вращающемся элементе во вращательное движение второго вращающегося элемента; и средства для сообщения вращательного движения второго вращающегося элемента первому
30 вращающемуся элементу.
52. Система по п. 51, отличающаяся тем, что дополнительно содержит средства для приема природного газа на втором входе при давлении входа с установлением перепада давления на третьем вращающемся элементе; средства для преобразования перепада давления на третьем вращающемся элементе во
35 вращательное движение третьего вращающегося элемента; и средства для сообщения вращательного движения третьего вращающегося элемента первому
вращающемуся элементу.
53. Система по п. 52, отличающаяся тем, что дополнительно содержит средства для преобразования перепада давления на четвертом вращающемся элементе во вращательное движение четвертого вращающегося элемента; и
5 средства для сообщения вращательного движения четвертого вращающегося элемента второму и третьему вращающимся элементам.
54. Система по п. 52, отличающаяся тем, что средства для приема природного газа на втором входе при давлении входа содержат корпус, находящийся под давлением, третий ротор, четвертый ротор, причем третий ротор
10 и четвертый ротор находятся в зацеплении друг с другом и в подвижном уплотняющем контакте с корпусом для ограничения объема второго входа.
55. Система по п. 52, отличающаяся тем, что средства для преобразования перепада давления на третьем вращающемся элементе во вращательное движение третьего вращающегося элемента содержат выступы на вращающемся элементе.
15 56. Система по п. 52, отличающаяся тем, что средства для сообщения
вращательного движения третьего вращающегося элемента первому вращающемуся элементу содержат выступы третьего вращающегося элемента, находящиеся в зацеплении с выступами на первом вращающемся элементе.
57. Система по п. 52, отличающаяся тем, что дополнительно содержит 20 средства для преобразования перепада давления на четвертом вращающемся
элементе во вращательное движение четвертого вращающегося элемента; и средства для сообщения вращательного движения четвертого вращающегося элемента второму и третьему вращающимся элементам.
58. Система по п. 50, отличающаяся тем, что средства для приема 25 природного газа на первом входе при первом давлении входа содержат корпус,
находящийся под давлением, который имеет, по меньшей мере, два ротора в зацеплении друг с другом и в подвижном уплотняющем контакте с корпусом для ограничения объема первого входа.
59. Система по п. 50, отличающаяся тем, что средства для преобразования 30 перепада давления во вращательное движение вращающегося элемента содержат
выступы на вращающемся элементе.
60. Система по п. 50, отличающаяся тем, что средства для регулирования нагрузки на первом вращающемся элементе содержат генератор, механически связанный с первым вращающимся элементом.
35 61. Система по п. 50, отличающаяся тем, что средства для пропускания газа
посредством вращения вращающегося элемента к выходу содержат множество
выступов, улавливающих газ в объеме входа между ними самими и корпусом, и поворачивающих уловленный газ к объему выхода.
62. Система по п. 50, отличающаяся тем, что средства для преобразования перепада давления на втором вращающемся элементе во вращательное движение
5 второго вращающегося элемента содержат выступы на втором вращающемся элементе.
63. Система по п. 50, отличающаяся тем, что средства для сообщения вращательного движения второго вращающегося элемента первому вращающемуся элементу содержат выступы первого вращающегося элемента, находящиеся в
10 зацеплении с выступами на втором вращающемся элементе.
311а 310
128'3W20b
311C
_r31V
ФИГ. 1С
ФИГ. 2
ФИГ. 6А
ФИГ. 6В
ФИГ. 6G
ФИГ. 6Н
ФИГ. 10А
ФИГ. 11
ФИГ. 12
136
136' ФИГ. 13
ФИГ. 15
ФИГ. 16
ФИГ. 17
ФИГ. 19
1816 ФИГ. 18
2050Ь
ФИГ. 20
ФИГ. 22
ФИГ. 25
ФИГ. 27