CN105164423B - 带有分离器的多相泵,其中过程流体润滑和冷却该泵 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于泵送包含碳氢化合物的多相混合物的产品润滑多相泵。为了在没有许多操作流体和操作流体回路的情况下实现泵元件的良好的冷却和润滑，多相泵具有分离系统，所述分离系统具有第一分离级，用于至少部分地将多相混合物的至少一部分分离成多种相富集组分，并且所述多相泵还具有供应系统，用于将流体富集的流体组分作为润滑剂供应至待润滑的泵元件。

Description

带有分离器的多相泵,其中过程流体润滑和冷却该泵

技术领域

本发明涉及一种用于泵送包含碳氢化合物的多相混合物的多相泵。

背景技术

化石燃料不以纯净形式存在于油田或气田中，而是作为包含液体组分、气体组分和可能还有的固体组分的多相混合物存在。利用泵从油田或气田泵送原油、天然气和化学品的多相混合物，并将其向前运输；并且该多相混合物还可能存在有海水和不固定份额的沙。在化石燃料的这样的输送时，使用多相泵，其能够泵送气-液混合物，并且所述气-液混合物还可能包含例如沙这样的固体组分。这样的多相泵被设计成能够长距离并且还竖直地输送被输送产品的高压泵。这尤其适用于从水下场所输送原材料的水下泵。

尤其是在利用难以访问的泵的情况下，例如位于海床上的泵，如果冷却和润滑能在低维护的情况下并且在几乎没有外部回路（例如，用于润滑剂）的情况下发生，这将是很有利的。

发明内容

本发明的目的是提供一种多相泵，其采用尽可能少的特殊操作介质回路来进行管理。

该目的通过最初命名种类的多相泵满足，其根据本发明具有分离系统，所述分离系统具有用于将多相混合物的至少一些至少部分地分离成多种相富集组分的第一分离级。单独的相富集组分，尤其是液体富集的液体组分和/或气体富集的气体组分，能用于多相泵中的特殊操作工作，例如泵单元和/或马达单元的润滑和/或冷却。

在有利的实施例中，多相泵包括用于将液体富集的液体组分作为润滑剂供应至待润滑的泵单元的供应系统。以这样的方式，能免除外部润滑剂的润滑剂容器和润滑剂回路。另外，能免除用于在泵的高压侧和在低压侧分隔润滑剂与泵送产品的密封。

待润滑的泵元件能够是多相泵的马达单元和/或泵单元的轴承。泵元件尤其地仅由液体富集的液体组分润滑。液体富集的液体组分是包含碳氢化合物并且其液体份额比多相混合物的液体份额高的液体组分。液体份额按重量计算尤其地高于98%，其中，液体的体积份额超过70%是有利的。

分离系统用于将液体富集的液体组分与多相混合物分离，尤其还用于将气体富集的气体组分与多相混合物分离，并且进一步尤其用于将诸如沙的固体组分与多相混合物分离，使得液体富集的液体组分至少大致从固体释放。具有大于100μm的颗粒尺寸的、且按重量计算高达1%、尤其按重量计算高达0.2%的固体份额在这方面仍然是相容的，并且能由大致没有固体的表示所涵盖。

多相泵适宜地是用于以至少10巴的压差泵送多相混合物的高压泵。例如，多相泵是尤其设置成用于在水面下使用、尤其在水面下下至100m、下至500m或甚至下至超过1,000m的深度处使用的水下泵、顶侧泵(top-side pump)或另外的泵。该泵能够是准备用于原油的泵送的抽油泵。在这方面，多相混合物适宜地包含作为包含碳氢化合物的部分的石油或原油。此外，多相混合物还能包含甲烷、天然气或另外的气态燃料。

分离系统包括在多相泵的产品入口与产品出口之间的分支，用于分离多相混合物的一部分。分支能位于泵路径之前或之后，其能连接至泵的高压区域或连接至泵的低压区域。尤其是采用在高压范围内的布置，分支能够是泵送产品的、也就是说多相混合物的一部分能挤压穿过的部分可透的密封。为了允许分离组分（尤其是固体组分和/或气体组分）的进入产品入口与产品出口之间的产品通道中的回流，如果分离系统连接至泵的低压侧，使得能在那里引入被引出的组分，这将是有利的。

采用本发明的有利的实施例，分离系统具有除第一分离级之外的第二分离级，用于将液体富集的液体组分分离成更加高度富集的液体组分和气体富集的气体组分。分离级的另一功能是防止或至少抑制液体组分与气体组分的混合。因此能产生更加液体纯净的液体组分用于更加有效的润滑过程。

第一分离级有利地设置成将固体部分至少大致完全地与液体富集的液体组分分离。气体部分不必彻底地与液体富集的液体组分分离。液体富集的液体组分能在第二分离级中被分离成更加高度富集的液体组分和气体富集的气体组分，并且能单独地使用一种或两种组分。液体富集的液体组分从而能用于润滑和/或冷却泵元件，例如泵单元或马达单元的一个或多个轴承。

在本发明的特别有利的实施例中，气体富集的气体组分同样例如用于冷却泵单元或马达单元的元件。以这样的方式，液体组分与气体组分能以促进操作的方式用于多相泵，使得能减少用于润滑和/或冷却多相泵的元件的努力。

分离系统的第二分离级有利地在供应系统中布置在泵元件的上游。液体组分因此能从第一分离级经由第二分离级被引导至泵元件。在第一分离级中被分开的气体组分和/或固体组分适宜地不到达第二分离级，使得能在第二分离级产生更加高度富集的液体组分。第二分离级有利地直接布置在待润滑的泵元件处，例如布置在待润滑的多相泵的泵单元和马达单元的轴承处。

如果第二分离级具有带旋转离心元件的离心机，所述离心机具有向内设置的气体通道和向外设置的液体通道，则能在所述第二分离级内实现可靠的分离。液体由于较高的惯性质量，所以比气体被更加向外地离心推压，使得气体部分与液体部分分离。

离心机的液体通道有利地引导通过用于支撑离心元件的轴承。轴承的冷却和/或润滑因此能以非常紧凑的方式与第二分离级中的分离相关联，使得能实现紧凑、简单并且可靠的润滑和/或冷却以及分离。

多相泵的中心轴有利地由离心元件支撑。离心元件通过泵轴一起旋转，由此，能特别简单地实现离心驱动。离心分离因此能以简单且紧凑的方式与轴支撑相关联。

本发明的另一有利方面提出的是，供应系统具有冷却单元，尤其是在液体富集的液体组分的回路中具有冷却单元。液体组分能被冷却并能用于冷却泵元件。冷却单元被有利地布置在第一与第二分离级之间。在第一分离级中获得的液体富集的液体组分能被冷却，并能以被冷却的形式引导至待润滑和/或冷却的泵元件。这具有的优点是，不仅液体富集的液体组分中的液体、而且保持在液体组分中的气体部分被冷却，并因此能用于冷却目的。如果气体部分与液体部分在第二分离级中分离，则两种组分能相应地在它们特别有利的部位处被使用。在这方面，通常的情况是，由于从第一分离级开始通过全泵壳体使气体上升，所以出现了气流，使得这样的气体也是可用的。

泵元件能由液体组分冷却或由气体组分冷却。尽管液体组分具有较高的冷却功率的优点，但气体组分提供较低的与冷却相关联的摩擦。从而有利的是，当液体冷却产生不想要的摩擦并因此不利时，将气体组分用于冷却。如果多相泵具有从分离系统的气体出口到发热的泵元件的气体供应，那么在这方面将是有利的。气体出口有利地是分离系统的第二分离级的一部分，这带来的优点是，在第一分离级中分离的气体组分能用于将固体部分运走。

在本发明的一个方面中，气体出口是用于将液体富集的液体组分分离成更加高度富集的液体组分和气体富集的气体组分的第二分离级的出口。如果气体组分，尤其是从第二分离级发出的气体组分，用于冷却泵元件，那么将是更加有利的。为此，气体组分适宜地预先流过冷却单元，例如，与液体组分的液体部分一起。

多相泵具有以用于泵送的马达单元的形式的泵马达。马达单元适宜地包括设置在外的定子和设置在内的转子，其中，设置在外的定子能由冷却剂（例如由介电流体）冷却，使得能存在单独的冷却回路。然而，由于到转子的流体连接非常复杂和/或昂贵，所以转子的冷却是困难的。气体冷却对此是适宜的。

如果多相泵下述冷却气体路径，则能实现这样的气体冷却，所述冷却气体路径从分离系统的气体出口起，将气体富集的气体组分引导通过泵马达，以冷却泵马达。气体部分从而能从第一或第二分离级被引导至泵马达，并且能在那里冷却所述泵马达。初始在第二分离级中分离并尤其地已预先经过冷却单元的气体部分被适宜地引导通过泵马达，用于所述泵马达的冷却。气体富集的气体组分从而例如能在泵马达的转子与定子之间被引导，并因此能穿过转子与定子之间的间隙。由于转子适宜地具有将设置在外的介电冷却液体与设置在内的转子屏蔽开的罐(所谓的密封马达就是这样的一个例子)，所以转子与定子之间的间隙可能非常窄，也就是说配置有小的容积，使得气体沿着转子以强制方式被引导，并且使有效的冷却变成可能。

在第二分离级中的多相混合物或液体富集的液体组分的分离时，几乎不能防止两种分离的组分通过分离被稍微加热。如果多相泵具有包含冷却单元的用于分离系统的气体富集的气体组分的气体回路，那么在这方面将是有利的。气体组分能被冷却并重复地引导至待冷却的泵元件，例如引导至泵马达的转子。

本发明附加地涉及用于操作多相泵的方法，所述多相泵泵送包含碳氢化合物的多相混合物。

为了采用尽可能少的特殊操作介质的回路来管理，提出的是，根据本发明，将多相混合物的一部分供应至多相泵的分离系统的第一分离级；分离系统将分离部分分离成至少一种液体富集的液体组分和一种气体富集的气体组分。一种或两种组分能用于润滑和/或冷却泵元件，并且能对应地省略操作介质容器。如果至少一个泵元件由多相混合物的一部分润滑或冷却，则多相泵是产品润滑的，或者是产品冷却的多相泵。例如能免除润滑剂储存器以及产品空间与润滑剂空间之间的以上所有密封，并且泵从而能保持紧凑。

为了保持多相泵的磨损小，如果沙或其他多相部分在多相混合物的一部分用于润滑之前从多相混合物被去除，那么这将是有利的。为此，适宜地在第一分离级中分离多相混合物的固体部分，并且液体富集的液体组分在大致没有固体的情况下用于润滑。液体富集的液体组分适宜地被冷却，并用于润滑和用于冷却泵元件。

通常返回到产品流的气体富集的气体组分同样在多相混合物被分离成多种相异组分时的分离时出现。相比之下，如果气体富集的气体组分中的至少一些被用于冷却泵元件，则在可能的情况下能免除其他冷却机构，并且泵能保持简单。

还提出的是，多相泵的泵单元和/或马达单元被划分成至少一个液体冷却区域和至少一个气体冷却区域，液体富集的液体组分被供应至液体冷却区域，并且气体富集的气体组分被供应至气体冷却区域。以这样的方式，能有利地使用两种组分，并且能有效地冷却泵。液体冷却区域适宜地是其中高的冷却功率优先的区域，然而气体冷却区域适宜地是在尽可能少的摩擦的情况下冷却的区域，例如泵马达的转子或多相泵的泵单元或马达单元之间的联轴器。

在本发明的一个方面中，液体组分在第二分离级中被划分成更加高度富集的液体组分以及划分成气体富集的气体组分，并且更加高度富集的液体组分冷却泵元件。为了使用组分以冷却和/或润滑泵元件，对应的组分应尽可能没有固体。为此有利的是，如果多相泵具有第一分离级和除所述第一分离级之外具有的第二分离级，在所述第一分离级中，固体组分至少在很大程度上完全与多相混合物分离，并且来自第一分离级的至少一种液体富集的液体组分被供应至所述第二分离级。所述至少一种液体富集的液体组分能在第二分离级中被分离成液体组分和气体组分。在第二分离级中出现的两种组分能在没有损伤泵的固体颗粒的情况下用于润滑或冷却。

当气体组分和液体组分用于润滑和/或冷却时，两种组分应相互分开地引导，以尽可能避免再次发生的混合。然而，为了避免多个单独的组分通道，有利的是，如果液体组分与气体组分在分离之后被导入公共空间，从所述空间，液体组分被导出至底部，并且气体组分被导出至顶部。在本发明的该实施例中，利用液体组分与气体组分的不同比重，来保持先前分离的组分相互分离，即使在一个公共空间中利用简单引导的情况下也如此。气体向上上升，并且液体向下流动，使得能从空间向下引导液体，并且能从空间向上导出气体。

对本发明的有利方面的前述说明包含在单独的从属权利要求中再现、并且在有些情况下与多个从属权利要求结合的许多特征。然而，本领域的技术人员还将适宜地单独观察这些特征，并将它们组合，以形成合理的另外的组合。这些特征尤其能单独地和以任何期望的合适组合的形式与根据独立权利要求所述的根据本发明的方法和根据本发明的设备相应地组合。

本发明的上述特性、特征和优点以及它们实现的方式与实施例的以下说明结合，将变得更清楚并且更加清晰地理解，所述实施例将结合附图得到更详细地说明。实施例用于解释本发明，并且不会将本发明约束到其中给出的特征的组合，也不会相对于功能特征来约束本发明。另外，为此目的，每个实施例的合适特征还能明确地孤立地考虑，能从实施例移除，能被引入到另一实施例以补充所述实施例、和/或能与权利要求中的任何期望的权利要求组合。

附图说明

附图中示出的是：

图1是具有竖直取向以及设置在上方的马达单元和设置在下方的泵单元的多相泵的剖视侧视图；

图2是贯穿来自图1的多相泵的分离单元的第一分离级的剖视图；

图3是分离系统的第二分离级的剖视侧视图；

图4是分离系统的另一第二分离级；

图5是具有设置在下方的产品入口和设置在上方的产品出口的替代性多相泵；

图6是图5的多相泵的在其下部区域中的分离系统的第一分离级；

图6a是具有沙去除装置的分离系统的分离级；

图7是具有设置在下方的马达单元和设置在上方的泵单元的另一替代性多相泵；以及

图8是与图1类似的多相泵，其中具有附加的另一分离级。

具体实施方式

图1以侧视剖视图示出了第一多相泵2。第一多相泵2能够是用于水下操作的石油泵，例如在海床上，尤其地设置成用于在水面下使用，尤其是在水面下下至100 m、下至500m或甚至下至超过1,000 m的深度处使用。第一多相泵2设置成用于竖直操作；其由马达轴4和泵轴6组成的轴因此在操作中竖直取向，也就是说在重力的方向上取向。第一多相泵2被制成用于泵送能包括液体相、气态相和固体相的多相混合物，其中，液体组分能包括重原油、海水和化学品，气体组分能包括甲烷、天然气等，并且固体组分在第一多相泵2于多相混合物的泵送时不被损坏的情况下能包括沙、污泥和较小的石头。

第一多相泵2具有马达单元8和泵单元10。泵单元10设置有产品入口12，用于吸入待泵送的产品，也就是说多相混合物，并设置有产品出口14，泵送产品以相对于产品入口12提高的压力再次从所述产品出口14排出。具有旋转叶轮和静态扩散器的泵送路径16布置在产品入口12与产品出口14之间，其中，旋转叶轮紧固至泵轴6，并且扩散器被刚性地连接至泵壳体18。具有与产品入口12相同的压力的低压侧20被布置在泵送路径16的起点处，并且具有与产品出口14相同的压力的高压侧22被布置在泵送路径16的终点处。低压侧20与高压侧22之间的压差在正常操作中处于50巴与200巴之间。

马达单元8是具有定子24的电动马达，所述电动马达经由功率供应部26供应以电能。在操作期间，定子24驱动转子28，所述转子28在其端部形成马达轴4。马达轴4支撑在第一轴承30和第二轴承32中，并且泵轴6同样支撑在第三轴承34和第四轴承36中。马达轴4与泵轴6经由在图1中由点划线框指示的联轴器38被旋转固定地连接到彼此。

在第一多相泵2的操作期间，被泵送的多相混合物中的一些通过第一分离级42从高压侧22被去除，并被供应至分离系统40。分离系统40的第一分离级42将包含碳氢化合物的多相混合物分离成三种组分：气体富集的气体组分、液体富集的液体组分和固体组分，所述固体组分大致包括来自多相混合物的被去除部分的固体部分。在下文中相对于图2的详细表示来更详细地描述第一分离级42的动作。

图2以放大剖视侧视图示出了分离系统40的第一分离级42。第一分离级42的入口侧由密封件44形成，所述密封件44朝着第一分离级42的低压室46密封高压侧22。然而，密封不会完全发生，从而使得泵送的多相混合物的一小部分流动通过密封件44并到达低压室46。

在低压室46的下端布置有叶轮48，并且所述叶轮48被固定地连接至泵轴6。到达低压室46中的多相混合物由旋转的叶轮48引发快速旋转。

然而，多相混合物的某一部分如由图2中的实线箭头所指示地围绕叶轮48而不是在其下方流动。在该通道的下端，多相混合物被分成气体富集的气体组分(虚线箭头)，以及分成多相混合物的其余部分(实线箭头)。由于惯性质量，对于固体部分和液体部分而言，实际上不可能经由第一气体通道54径向向内上升回到低压室46中，如由图2中的虚线箭头所指示的那样。替代地，液体和固体被径向向外驱动，并因此到达收集室56，多相混合物的上述所有固体部分聚集在所述收集室56中。所述多相混合物的上述所有固体部分通过固体通道58再次供应至第一去除通道50，并从而经由连接管线52被导入产品流。例如，用于卸荷的第一去除通道50经由连接管线52(图1)连接至泵单元10的低压侧20，使得被去除的多相混合物被再次引入待泵送的产品流。

然而，某一液体部分从收集室56向下进入液体通道60，并经由冷却器62供应至待润滑并且待冷却的第一多相泵2的元件。液体通道60、冷却器62和第一供应空间64是用于将液体富集的液体组分作为润滑剂和冷却剂供应至多个泵元件的供应系统66的一部分。冷却器62例如连接至周围海水，使得来自冷却器62的热散发到周围海水中，并且相应地冷却流过冷却器62的液体组分。

如图2所示，在冷却器62中冷却的液体组分被推入第一供应空间64中。压力由于叶轮48而出现，所述压力推动液体组分通过供应系统66。液体组分在那里到达待冷却并且待润滑的泵元件中的一个泵元件、即泵轴6被支撑在其中的第四轴承36，第四轴承36是径向轴承。流体组分迫使其本身通过第四轴承36与泵轴6之间的径向间隙，并且润滑第四轴承36并同时冷却所述第四轴承36。液体组分被收集在位于泵壳体18的下端处的第一收集空间70(图1)中；液体组分被再次供应至低压室46，使得所述液体组分可再次用于回路，或者通过第一去除通道50被再次引入产品流中。

超出图2所示的示例之外，图1示出了液体富集在第一分离级中的液体组分不仅供应至在下的第四轴承36，而且供应至第一轴承30、第二轴承32和在上的第三轴承34。在图3中示出了到在上的第三轴承34的供应。

图3示出了在泵轴6的上端处的第三轴承34，液体组分通过供应系统66被引导至所述第三轴承34。第三轴承34包括第一离心元件76，所述第一离心元件76与泵轴6一起旋转，并使第二供应空间74中的液体组分经受离心作用。这样做时，气体(点线)与更加高度富集的液体(划线)分离，由此形成第二分离级78。气体富集的气体组分流过第一离心元件76中的径向向内设置的第二气体通道80，并在那里通过第一迷宫环82被导入空间84，其中，第一迷宫环82像泵一样作用，并将气体组分向上推入空间84。向外甩出的液体组分被推动通过第一轴承元件68与第一离心元件76之间的间隙，对第一轴承元件68进行润滑，并且由于冷却器62中液体组分的温度显著降低，所以所述液体组分还冷却所述第一轴承元件68。分离级的另一功能是防止或至少抑制液体组分与气体组分的混合。

第一离心元件76支撑第三轴承34中的泵轴6，使得其满足第二分离级78的离心功能和用于泵轴6的支撑功能。液体组分通过第一离心元件76与气体富集的气体组分对应地分离，并正好冷却在流过第三轴承34的轴承间隙时引起分离的该元件。

在进一步的过程中，冷却液体组分同样到达空间84，如图1所示，马达轴4与泵轴6之间的联轴器38布置在所述空间84中。尽管液体组分基本上没有到达联轴器38，而是相反地，通过第二去除通道86被向下引导离开，但气体富集的气体组分在空间84中向上升起，并围绕联轴器38流动。联轴器38因此在其摩擦不显著增大的情况被冷却。泵2在此利用气体向上升起并且液体组分向下流动的重力。因此严格分离的气体与液体引导不是必需的，并且两种组分能一起供应至空间84并仍然保持分离。

液体组分流动通过第二去除通道86向下流入低压侧20，并从而回到产品入口12中，并从而与待泵送的产品流结合。向上升起的气体组分通过第一多相泵2中的结构导致的切口向上升起，并聚集在马达壳体90的上端下方的第二收集空间88中。

到达供应系统66中的在上的第一轴承30的液体组分以如参考图3所描述的那样非常类似的方式来处理，并且在图4中更详细地示出了该轴承。第二分离级78在此同样地呈现有第二离心元件92、第三气体通道94和用于将气体富集的组分向上泵送（在该情况下为泵送到第二收集空间88中）的第二迷宫环96。通过第二离心元件92的旋转被径向向外分离的液体组分再次被引导通过第二离心元件92与第二轴承元件98之间的轴承间隙，从而冷却第一轴承30并附加地润滑所述第一轴承30。另外，泵轴6经由第二离心元件92被支撑。

在此已免除详细表示的第二轴承32也以相同的方式被处理。第二轴承32同样具有第二离心元件92，并因此具有第二分离级78，在所述第二分离级78中，以与第一轴承30中和第三轴承34中相同的方式，由供应系统66引进的液体富集的液体组分被从气体部分中释放出来，并因此形成更加高度富集的液体组分。更加高度富集的液体组分冷却第二离心元件92还有第二轴承32，并且同时润滑所述第二轴承32。

气体富集的气体组分上升并到达马达单元8的转子28与定子24之间的环形间隙100。该环形间隙100被罐径向地从外面封闭，使得冷却定子24并被引导通过冷却回路中的冷却器102的介电液体不能进入环形间隙100并从而到达转子28。气体组分在环形间隙100中向上升起并绕其施加冷却效应的转子28流动。该组分还通过由结构引起的中间空间进入第二收集空间88，并富集在那里。

在图1所示的实施例中，来自第一轴承30的液体组分和来自第二收集空间88的气体组分以第三去除通道104中的回路的方式被引导回低压室46。替代性地，能在分离的气体去除管线中将来自上收集空间88的气体富集的气体组分供应至气体冷却器，以在那里冷却所述气体冷却器，并在进一步的范围中将所述气体富集的气体组分供应至待冷却的第一多相泵2的气体区域。气体冷却器例如能被海水围绕流动，使得简单地实现冷却。

如图1所指示地，第一多相泵2能调整成在第一多相泵2中一个在另一个上方的竖直分层布置的气体区域106和液体区域108。气体区域106是气体富集的气体组分被供应至的那些区域，例如用于冷却联轴器38或用于冷却转子28。液体区域108是液体富集的液体组分被供应至的那些区域，用于冷却并用于润滑诸如第一轴承30、第二轴承32、第三轴承34和第四轴承36。由于第一分离级42中的多相混合物的分离和因此从固体部分对其进行净化，所以在该过程出现的液体组分能以净化形式被供应至在第一轴承30、第二轴承32、第三轴承34处的多个第二分离级78，用于进一步分离成为液体富集的液体组分和气体富集的气体组分。在该过程出现的液体组分能用于液体区域108中的冷却和润滑，例如，其中，定子24由介电流体单独冷却。在第二分离级产生的气体组分能供应至气体区域106，用于在没有与高的摩擦相关联的冷却的情况下进行冷却。气体区域106中的元件从而仅由气体组分冷却，并保持没有液体组分。

总而言之，第一多相泵2的诸如第一轴承30、第二轴承32、第三轴承34、联轴器38的内部部件由泵送的多相混合物的组分冷却并润滑。在这方面，多相混合物至少大部分在第一分离级42中从固体部分释放出来，并且净化的富集液体的组分用于冷却和润滑。然而，在这方面，该液体组分在一个或多个分离级78中再次分离成更加高度富集的液体组分和气体富集的气体组分，其中，这两种组分都用于冷却泵元件。气体组分被供应至至少一个气体区域，其中所述气体组分具有冷却效应。液体组分被供应到至少一个液体区域108，所述液体区域108与气体区域106不同，并且在所述液体区域108中，液体组分具有冷却和润滑效应。以这样的方式，多相混合物的多种组分能用于冷却多相泵的元件。

在这方面，第一多相泵2被分成一个在另一个上方竖直布置的多个层或区域106、108，并且液体组分和气体组分被供应至相应相关联的气体区域106或液体区域108，用于冷却。分离和供应在这方面能通过重力驱动发生，使得液体从公共空间84向下下沉，并且气体组分向上上升到气体区域106中。

尽管在图1至图4中示出了本发明的基本变体，但图5至图8则示出了第一多相泵2的单独部件的替代性变体。以下的说明大致限于相对于图1至图4的实施例的差异，其中针对保持相同的特征和功能对图1至图4进行参考。大致保持相同的部件总体上由相同的附图标记指定，并且未提及的特征在以下的实施例中被继承而不被再次描述，以便不使说明不必要地长。

在图5所示的替代中，第二多相泵110具有大致与图1的第一多相泵2相同的设计，但具有布置得比产品出口14低的产品入口12。多相混合物的用于冷却和润滑部件的部分相应地自高压侧22从泵单元10的顶部被去除。第一轴承30、第二轴承32、第三轴承34、联轴器38和转子28如上所述地被冷却。参考图6描述对在下的第四轴承36的冷却。

图6示出了第二多相泵110下区域，其中具有泵轴6被向下支撑在其中的第四轴承36。预提纯液体组分的供应经由进入第三收集空间112的去除通道102来发送。所述第三收集空间112连接至低压侧20，使得多相混合物同样能流入第三收集空间112，或者取决于压力状况，返回的液体组分能返回低压侧20并因此进入产品流。第一分离级42由叶轮48形成，通过所述分离级，气体富集的气体组分(点线)被径向向内吸，并从而与液体组分分离，所述液体组分被进一步径向向外引导(划线)，并且被推动通过第四轴承36，从而润滑和冷却所述第四轴承36。然而，液体组分的较大部分被径向向外推，并且被引导通过冷却器62，在那里冷却并被引导回到第四收集空间114中。冷却的液体组分因此存在于那里，使得能冷却第四轴承36。如果不提供沙去除装置，则如图6所示，则压力关系应使得过高的压力在可能的情况下存在于第三收集空间112、第四收集空间114中，使得在可能的情况下，仅提纯的液体组分(具有仍然存在的气体部分)存在，并且没有固体组分进入供应系统66并损伤第一轴承30、第二轴承32、第三轴承34、第四轴承36。另外，根据图6a，提供了附加的沙去除装置124，然而，这不是必需的。

在图7所示的替代性第三多相泵110的实施例中，泵单元10布置在上方，并且马达单元8布置在下方。多相混合物的一部分在高压侧通过密封件44分离，并且如参考先前实施例所描述地，在第一分离级42中分离，使得能润滑并冷却第四轴承36。在该实施例中，液体组分通过重力被向下引导到马达单元8中，并因此到达联轴器38以及转子28与定子24之间的环形间隙100。因此能实现对马达单元8的特别有效的冷却；然而，由于与气体组分比较起来，液体组分具有显著高得多的粘性，所以与较高的摩擦损失相关联。向下聚集在第三多相泵110中的液体组分被再次向上引导通过冷却器62并到达第四轴承36、第三轴承34、第二轴承32。在存在有第二轴承32、第三轴承34的第二分离级中，液体组分与气体组分分离，并且气体组分能冷却联轴器38，并返回产品入口12中。液体组分向下流动，并重复到达马达单元8。

在图8所示的实施例中，第一多相泵2与图1的多相泵相同。与此对比，第一多相泵2具有另一分离级118，在所述另一分离级118中，分离的气体组分被供给回产品入口12。提纯的液体组分被引导到低压室46中。另外，来自第三轴承34的返回液体组分没有通过第二去除通道86被引导到产品入口12中，而是还经由返回管线120被再次供应至回路，在所述返回管线120中，所述返回液体组分经由分离级118被引导并且然后进入低压室46中。可用的液体部分因此能增加，并且能被更清楚地设计，使得能更有效地实现润滑和冷却。

如能从图1、图5、图7和图8看到地，用于冷却马达单元8的介电液体经由冷却器102冷却并被保存在回路中。冷却器102布置在泵壳体外，并浸入海水中，使得能有效地发生对引入的热的去除。定子24内的压力经由压力补偿元件122与在定子24外的压力匹配。作为马达单元8的替代性冷却，定子24能提供冷却通道，通过所述冷却通道，能从多相混合物引导液体富集的液体组分，使得能免除利用介电流体的分离的回路。由于全部冷却都通过冷却器62运行，所以能免除具有冷却器102的外部回路，也就是说，液体组分和用于下述两者的冷却（即用于定子的冷却和用于对诸如第一轴承30、第二轴承32、第三轴承34、第四轴承36的泵元件的冷却）都相同。

附图标记列表

2 第一多相泵

4 马达轴

6 泵轴

8 马达单元

10 泵单元

12 产品入口

14 产品出口

16 泵送路径

18 泵壳体

20 低压侧

22 高压侧

24 定子

26 功率供应部

28 转子

30 第一轴承

32 第二轴承

34 第三轴承

36 第四轴承

38 联轴器

40 分离系统

42 第一分离级

44 密封件

46 低压室

48 叶轮

50 第一去除通道

52 连接管线

54 第一气体通道

56 收集室

58 固体通道

60 液体通道

62 冷却器

64 第一供应空间

66 供应系统

68 第一轴承元件

70 第一收集空间

74 第二供应空间

76 第一离心元件

78 第二分离级

80 第二气体通道

82 第一迷宫环

84 空间

86 第二去除通道

88 第二收集空间

90 马达壳体

92 第二离心元件

94 第三气体通道

96 第二迷宫环

98 第二轴承元件

100 环形间隙

102 冷却器

104 第三去除通道

106 气体区域

108 液体区域

110 第二多相泵

112 第三收集空间

114 第四收集空间

116 第三多相泵

118 分离级

120 返回管线

122 压力补偿元件

124 沙去除装置

Claims (15)

1.一种用于泵送包含碳氢化合物的多相混合物的多相泵，所述多相泵具有分离系统，所述分离系统具有第一分离级，用于至少部分地将所述多相混合物的至少一部分分离成多种相富集组分，并且所述多相泵具有供应系统，用于将液体富集的液体组分作为润滑剂供应至待润滑的泵元件，其中，所述第一分离级包括附接到所述多相泵的泵轴的叶轮。

2.根据权利要求1所述的多相泵，

其特征在于，所述分离系统具有第二分离级，其用于将所述液体富集的液体组分分离成更加高度富集的液体组分和气体富集的气体组分。

3.根据权利要求2所述的多相泵，

其特征在于，所述第二分离级在所述供应系统中布置在泵单元上游。

4.根据权利要求2或权利要求3所述的多相泵，

其特征在于，所述第二分离级具有带旋转离心元件的离心机，所述离心机具有向内设置的气体通道和向外设置的液体通道，其引导通过用于支撑所述离心元件的轴承。

5.根据权利要求4所述的多相泵，

其特征在于中心轴，所述离心元件由所述中心轴支撑。

6.根据权利要求2所述的多相泵，

其特征在于，所述供应系统在所述第一分离级和所述第二分离级之间具有冷却单元。

7.根据权利要求1所述的多相泵，

其特征在于，从所述分离系统的气体出口到产生热的泵元件的气体供应。

8.根据权利要求7所述的多相泵，

其特征在于，所述气体出口是用于将所述液体富集的液体组分分离成更加高度富集的液体组分和气体富集的气体组分的第二分离级的出口。

9.根据权利要求1所述的多相泵，

其特征在于，从所述分离系统的气体出口通过泵马达(8)的冷却气体路径，用于气体富集的气体组分以及用于冷却所述泵马达。

10.根据权利要求1所述的多相泵，

其特征在于，用于所述分离系统的气体富集的气体组分的气体回路，以及所述气体回路中的冷却单元。

11.一种操作多相泵的方法，其中，所述多相泵泵送包含碳氢化合物的多相混合物，所述多相混合物的一部分被供应至所述多相泵的分离系统的第一分离级，所述分离系统将所分离的部分分离成至少一种液体富集的液体组分和一种气体富集的气体组分，并且所述液体富集的液体组分至少被用于润滑泵元件，其中，所述第一分离级包括附接到所述多相泵的泵轴的叶轮。

12.根据权利要求11所述的方法，

其特征在于，所述多相混合物的固体部分在所述第一分离级中被分离，并且所述液体富集的液体组分在没有固体部分的情况下用于润滑。

13.根据权利要求11或权利要求12所述的方法，

其特征在于，所述多相泵的泵单元和/或马达单元被划分成至少一个液体冷却区域和至少一个气体冷却区域，所述液体富集的液体组分被供应至所述液体冷却区域，并且所述气体富集的气体组分被供应至所述气体冷却区域。

14.根据权利要求11所述的方法，

其特征在于，所述液体组分在所述分离系统的第二分离级中被分离成更加高度富集的液体组分和气体富集的气体组分，并且所述更加高度富集的液体组分冷却泵元件。

15.根据权利要求11所述的方法，

其特征在于，所述液体组分和所述气体组分在分离之后被引导到公共空间中，从所述公共空间，所述液体组分被向下引导走，并且所述气体组分被向上引导走。