用于压力交换系统中改进的管道压力传递的系统和方法技术方案

一种旋转等压压力交换器(IPX)包括第一端盖，第一端盖具有第一表面，第一表面与转子的第一端面交界，其中，第一端盖具有至少一个第一流体入口和至少一个第一流体出口。IPX包括第二端盖，第二端盖具有第二表面，第二表面与转子的第二端面交界，其中，第二端盖具有至少一个第二流体入口和至少一个第二流体出口。IPX包括通过第一端盖的第一表面或通过第二端盖的第二表面设置的端口，其中，该端口构造成：在圆柱形转子绕旋转轴线的旋转期间，与转子内的多个通道中的至少一个通道流体连通。

System and method for improved pipe pressure transmission in a pressure exchange system

A kind of rotary pressure exchanger isobaric (IPX) includes a first end cap, a first end cap has a first surface, at the junction of the first end surface and the first rotor wherein the first end cap has at least a first fluid entrance and at least a first fluid outlet. The IPX comprises a second end cap, the second end cap has a second surface, and the second surface is coupled to the second end face of the rotor, wherein the second end cap has at least one second fluid inlet and at least one second fluid outlet. The IPX includes second surface through the first surface of the first end cover or the second cover of the port, wherein the port configured: during rotation of the cylindrical rotor around the axis of rotation, connected at least one channel and a plurality of fluid in the rotor channel.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于压力交换系统中改进的管道压力传递的系统和方法相关申请的交叉引用本申请是2014年8月6日提交的题为“SYSTEMANDMETHODFORIMPROVEDDUCTPRESSURETRANSFERINPRESSUREEXCHANGESYSTEM(用于压力交换系统中改进的管道压力传递的系统和方法)”的美国临时专利申请第62/034,008号的正式申请，该申请的全部内容通过参考纳入本文。
技术介绍
这部分意在为读者介绍可能与以下所描述和/或限定的本主题的各方面相关的技术的各方面。相信此讨论有助于为读者提供背景信息以便于更好理解本主题的各方面。因此，应理解，这些陈述应以此而非作为对现有技术的认可来阅读。本文中公开的主题涉及旋转设备，更具体地涉及用于改善压力交换系统中管道压力传递的系统和方法。诸如旋转流体处理设备之类的旋转设备可用于各种应用中。在某些应用中，上游和/或下游设备可依赖于旋转设备的基本连续和/或基本均匀的运行速度。例如，旋转流体处理设备(例如，泵)可确保从一个位置至另一位置的连续流体供应。遗憾的是，旋转流体处理设备在特定应用中可能易受到失速工况的影响。例如，旋转流体处理设备可能不能够可靠地处理载有颗粒的流体流。由于固体微粒可能进入旋转流体处理设备的转子与定子之间的空间，故而失速工况可能更容易发生在载有颗粒的流体流中。由此，旋转流体处理设备易受到速度的非期望波动、速度逐渐降低、速度快速显著降低或转子的完全失速的影响。所有这些工况可能导致用于检查、维修和/或修理的停机时间，或导致旋转流体处理设备的完全替换。如果旋转流体处理设备对于较大系统的运行是重要的，则该停机时间可能导致整个系统的停机时间，从而导致收益的显著损失和其它问题。附图说明当参考附图阅读以下的详细描述时，会更好地理解本主题的各种特征、方面和优点，各附图中相同字符代表相同的部分，其中：图1是带有液压能量传递系统的压裂系统的实施例的原理框图；图2是具有改进的管道压力传递的等压压力交换器(IPX)的实施例的原理简图；图3是旋转IPX的实施例的立体分解图；图4是在第一作业位置的旋转IPX的实施例的立体分解图；图5是在第二作业位置的旋转IPX的实施例的立体分解图；图6是在第三作业位置的旋转IPX的实施例的立体分解图；图7是在第四作业位置的旋转IPX的实施例的立体分解图；图8是旋转IPX的端盖(例如，具有用于在转子管道容积的减压期间改进的管道压力传递的端口或开口)的实施例的径向视图；图9是旋转IPX的端盖(例如，具有用于在转子管道容积的加压期间改进的管道压力传递的端口或开口)的实施例的径向视图；图10是旋转IPX的实施例的局剖视图，旋转IPX具有端盖，端盖具有端口或开口，以改善(例如，在转子管道容积的减压期间的)管道压力传递；图11是旋转IPX的实施例的局剖视图，旋转IPX具有端盖，端盖具有端口或开口，以改善(例如，在转子管道容积的加压期间的)管道压力传递；图12是旋转IPX的实施例的局剖轴向侧视图，旋转IPX具有端盖，端盖具有端口或开口，以改善(例如，在转子管道容积的减压期间的)管道压力传递；图13是旋转IPX的实施例的局剖轴向俯视图，旋转IPX具有端盖，端盖具有端口或开口，以改善(例如，在转子管道容积的减压期间的)管道压力传递；图14是旋转IPX的实施例的局剖轴向侧视图，旋转IPX具有端盖，端盖具有端口或开口，以改善(例如，在转子管道容积的加压期间的)管道压力传递；以及图15是旋转IPX的实施例的局剖轴向俯视图，旋转IPX具有端盖，端盖具有端口或开口，以改善(例如，在转子管道容积的减压期间的)管道压力传递。具体实施方式下面将描述本主题的一个或多个具体实施例。所描述的这些实施例仅为本主题的示例。此外，在提供这些示例性实施例的精确描述的努力中，可能不在说明书中描述实际实施方式的所有特征。应理解，就像任何工程或设计项目那样，在任何这样的实际实施方式的开发中，必须制定大量的具体实施决策，以达到开发者的具体目标，诸如符合在不同实施中可能有变化的、相关系统和相关商业的限制。此外，应理解，这种开发工作可能是复杂且耗时的，但对于能从本专利技术中受益的本领域技术人员却是设计、制作和加工的常规任务。在引入本主题的各实施例的元件时，术语“一”、“一个”、“这个”和“所述”意在表示有一个或多个元件。术语“包括”、“包含”和“具有”意在为包含性的并表示可能有除所列元件外的附加元件。如以下详细论述的，压裂系统(或液压压裂系统)包括液压能量传递系统，液压能量传递系统在第一流体与第二流体之间传递功和/或压力，第一流体和第二流体诸如是压力交换流体(例如，基本不含支撑剂的流体)和液压压裂流体(例如，载有支撑剂的压裂流体)。由于液压能量传递系统在阻碍或限制了压裂流体与各种液压压裂设备(例如，高压泵)之间的接触的同时与另一流体交换功和/或压力，故而液压能量传递系统还可被描述为液压保护系统、液压缓冲系统或液压隔离系统。液压能量传递系统可包括液压压力交换系统，诸如旋转等压压力交换器(IPX)。IPX可包括一个或多个腔室(例如，1至100个)，以便于第一流体与第二流体(例如，气体、液体或多相流体)的体积之间的压力传递和压力均衡。例如，这些流体(例如，压裂流体)中的一个可为多相流体，多相流体可包括气体/液体流、气体/固体微粒流、液体/固体微粒流、气体/液体/固体颗粒流或任何其它多相流。在某些实施例中，第一流体和第二流体的容积的压力可能不完全均衡。因而，在某些实施例中，IPX可能等压地运行，或IPX可能基本等压地运行(例如，其中，各压力在彼此的约百分之+/-1、2、3、4、5、6、7、8、9或10之内均衡)。在某些实施例中，第一流体(例如，压力交换流体)的第一压力可能大于第二流体(例如，压裂流体)的第二压力。例如，第一压力可为约5000kPa至25000kPa之间、20000kPa至50000kPa之间、40000kPa至75000kPa之间、75000kPa至100000kPa之间或大于第二压力。因而，IPX可用于将压力从高压下的第一流体(例如，压力交换流体)传递至低压下的第二流体(例如，压裂流体)。在某些实施例中，IPX可在第一流体(例如，压力交换流体，诸如不含支撑剂或基本不含支撑剂的第一流体)与可能为高黏性和/或包含支撑剂的第二流体(例如，包含砂、固体颗粒、粉末、碎屑、陶瓷的压裂流体)之间传递压力。在运行中，液压能量传递系统阻碍或限制了包含第二支撑剂的流体与各种压裂设备(例如，高压泵)之间在压裂运行期间的接触。通过阻碍或限制各种压裂设备与包含支撑剂的第二流体之间的接触，液压能量传递系统在增加了寿命/性能的同时减少了各种压裂设备(例如，高压泵)的磨蚀和磨损。此外，液压能量传递系统可使得在压裂系统中能够使用较廉价的设备，通过使用不是为磨蚀性流体(例如，压裂流体和/或腐蚀性流体)所设计的设备(例如，高压泵)。图1是带有液压能量传递系统12的压裂系统10的实施例的原理框图。在运行中，压裂系统10使得完井作业能够增加岩层中油气的释放。特别地，压裂系统10将包含水、化学物质和支撑剂(例如，砂、陶瓷)的组合物的压裂流体以高压泵送入井14中。压裂流体的高压增加了通过岩层的裂纹尺寸和裂纹扩展，从而释放本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种旋转等压压力交换器(IPX)，用于将压力能量从高压第一流体传递至低压第二流体，所述旋转IPX包括：圆柱形转子，所述圆柱形转子构造成绕旋转轴线周向地旋转且具有彼此相对设置的第一端面和第二端面，并带有在位于所述第一端面和所述第二端面中的相应孔之间轴向延伸的多个通道；第一端盖，所述第一端盖具有第一表面，所述第一表面与所述第一端面交界并滑动且密封地与所述第一端面接合，其中，所述第一端盖具有至少一个第一流体入口和至少一个第一流体出口，在所述圆柱形转子绕所述旋转轴线旋转期间，所述至少一个第一流体入口和所述至少一个第一流体出口交替地与所述多个通道中的至少一个通道流体连通；第二端盖，所述第二端盖具有第二表面，所述第二表面与所述第二端面交界并滑动且密封地与所述第二端面接合，其中，所述第二端盖具有至少一个第二流体入口和至少一个第二流体出口，在所述圆柱形转子绕所述旋转轴线旋转期间，所述至少一个第二流体入口和所述至少一个第二流体出口交替地与所述多个通道中的至少一个通道流体连通；以及通过所述第一端盖的所述第一表面或通过所述第二端盖的所述第二表面设置的端口，其中，在所述圆柱形转子绕所述旋转轴线的旋转期间，所述端口构造成与所述转子内的所述多个通道中的至少一个通道流体连通。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.08.06 US 62/034,008;2015.08.05 US 14/819,0081.一种旋转等压压力交换器(IPX)，用于将压力能量从高压第一流体传递至低压第二流体，所述旋转IPX包括：圆柱形转子，所述圆柱形转子构造成绕旋转轴线周向地旋转且具有彼此相对设置的第一端面和第二端面，并带有在位于所述第一端面和所述第二端面中的相应孔之间轴向延伸的多个通道；第一端盖，所述第一端盖具有第一表面，所述第一表面与所述第一端面交界并滑动且密封地与所述第一端面接合，其中，所述第一端盖具有至少一个第一流体入口和至少一个第一流体出口，在所述圆柱形转子绕所述旋转轴线旋转期间，所述至少一个第一流体入口和所述至少一个第一流体出口交替地与所述多个通道中的至少一个通道流体连通；第二端盖，所述第二端盖具有第二表面，所述第二表面与所述第二端面交界并滑动且密封地与所述第二端面接合，其中，所述第二端盖具有至少一个第二流体入口和至少一个第二流体出口，在所述圆柱形转子绕所述旋转轴线旋转期间，所述至少一个第二流体入口和所述至少一个第二流体出口交替地与所述多个通道中的至少一个通道流体连通；以及通过所述第一端盖的所述第一表面或通过所述第二端盖的所述第二表面设置的端口，其中，在所述圆柱形转子绕所述旋转轴线的旋转期间，所述端口构造成与所述转子内的所述多个通道中的至少一个通道流体连通。2.根据权利要求1所述的旋转IPX，其特征在于，所述第二流体入口包括低压第二流体入口，所述第二流体出口包括高压第二流体出口，所述第二表面包括从所述高压第二流体出口至所述低压第二流体入口的第一过渡区域，且所述端口设置在所述第一过渡区域上。3.根据权利要求2所述的旋转IPX，其特征在于，所述端口构造成：在所述转子在所述高压第二流体出口与所述低压第二流体入口之间的旋转期间，与所述多个通道中的所述至少一个通道流体连通，以在所述低压第二流体入口与所述至少一个通道流体连通之前降低所述至少一个通道内的所述第二流体的压力。4.根据权利要求3所述的旋转IPX，其特征在于，所述端口设置在所述第一过渡区域上，且所述端口更接近所述低压第二流体入口，而不是更接近所述高压第二流体出口。5.根据权利要求3所述的旋转IPX，其特征在于，所述端口定向成：当所述第二流体流入所述端口时，沿所述圆柱形转子的旋转方向产生反作用力和动量。6.根据权利要求3所述的旋转IPX，其特征在于，所述端口在从所述高压第二流体出口朝向所述低压第二流体入口的方向上相对于所述圆柱形转子的所述旋转轴线成角度在0至90度之间。7.根据权利要求3所述的旋转IPX，其特征在于，所述端口在从所述第二表面的所述第一过渡区域至相对于所述第一过渡区域设置的第二过渡区域的方向上相对于所述圆柱形转子的所述旋转轴线成角度在0至90度之间。8.根据权利要求3所述的旋转IPX，其特征在于，所述端口包括复合角度。9.根据权利要求1所述的旋转IPX，其特征在于，所述第一流体入口包括高压第一流体入口，所述第一流体出口包括低压第一流体出口，所述第一表面包括从所述高压第一流体入口至所述低压第一流体出口的第一过渡区域，且所述端口设置在所述第一过渡区域上。10.根据权利要求9所述的旋转IPX，其特征在于，所述端口构造成：在所述转子在所述高压第一流体入口与所述低压第一流体出口之间的旋转期间，与所述多个通道中的所述至少一个通道流体连通，以在所述低压第一流体出口与所述至少一个通道流体连通之前降低所述至少一个通道内的所述第一流体的压力。11.根据权利要求1所述的旋转IPX，其特征在于，所述第一流体入口包括高压第一流体入口，所述第一流体出口包括低压第一流体出口，所述第一表面包括从所述低压第一流体出口至所述高压第一流体入口的第一过渡区域，且所述端口设置在所述第一过渡区域上。12.根据权利要求11所述的旋转IPX，其特征在于，所述端口构造成：在所述转子在所述低压第一流体出口与所述高压第一流体入口之间的旋转期间，与所述多个通道中的所述至少一个通道流体连通，以在所述高压第一流体入口与所述至少一个通道流体连通之前增加所述至少一个通道内的所述第一流体的压力。13.根据权利要求12所述的旋转IPX，其特征在于，所述端口设置在所述第一过渡区域上，且所述端口更接近所述高压第一流体入口，而不是更接近所述低压第一流体出口。14.根据权利要求12所述的旋转IPX，其特征在于，所述端口在从所述低压第一流体出口朝向所述高压...

【专利技术属性】
技术研发人员：J·G·马丁，J·L·爱勒克，
申请(专利权)人：能量回收股份有限公司，
类型：发明
国别省市：美国,US