NO330192B1

NO330192B1 - Fluidpumpesystem.

Info

Publication number: NO330192B1
Application number: NO20071861A
Authority: NO
Inventors: Jorgen Eide; Aage Hadler Jakobsen
Original assignee: Framo Eng As
Priority date: 2007-04-12
Filing date: 2007-04-12
Publication date: 2011-03-07
Also published as: US8523540B2; RU2009138882A; CN101680455A; AU2008239947A1; NO20071861L; CA2683740C; RU2457363C2; ATE532965T1; CN101680455B; CA2683740A1; BRPI0810549A2; EP2134969B1; MX2009010986A; EP2134969A1; AU2008239947B2; US20100129237A1; WO2008127119A1

Abstract

Et fluidpumpesystem (1) innbefattet en elektrisk drivenhet (2) og en roterende pumpe (4) som har en roterbar aksel (6) og et drivelement (8) dannet av et antall impellere (9) tilknyttet akselen, for tilveiebringelse av en strøm i et prosessfluid (7). Den elektriske drivenheten (2) innbefatter en elektrisk stator (10) og en elektrisk rotor (12) tilknyttet akselen (6) via en kobling (13). Den elektriske statoren (10) er anordnet nærliggende den elektriske rotoren (12). Den elektriske statoren (10) er anordnet inne i et første hus (14). Den roterende pumpen (4) og den elektriske rotoren (12) er anordnet inne i et andre hus (16). Det første huset (14) inneholder et første fluid (18) og det andre huset (16) inneholder et andre fluid (20).

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører et fluidpumpesystem og vedrører særlig et fluidpumpesystem som innbefatter en elektrisk drivenhet og en rotasjonspumpe som egner seg for bruk neddykket i sjøvann.

Ved bruk av elektrisk drevne pumper er det behov for et system som er miljøvennlig, med ingen eller bare et minimum av lekkasjer til omgivelsene, samtidig som det bør være mulig å bruke så optimaliserte fluider i de ulike elementer i fluidpumpesystemet som mulig. Det foreligger også et behov for et system hvor det kan benyttes en konvensjonell og pålitelig stator, elektriske forbindelser og gjennomtrengningsutførelser for elektriske deler. Det foreligger også et behov for et slikt pumpesystem som kan brukes under vann. Foreliggende oppfinnelse vedrører en løsning som tilfredsstiller disse behovene.

Tidligere kjente løsninger:

WO 2007110281 vedrører en kompressorenhet, særskilt for benyttelse under vann, der motorens stator er koblet til separate kjølemidler. Tilveiebringelser for kjøleinnretninger er konfigurert slik at det er naturlig sirkulasjon av et kjølemedium i statorens kjølekrets når denne er i driftmodus.

EP 1069313, EP 009449, EP 305700, EP 163126, US 2568548 og US 4514652 viser alle tidligere kjente løsninger som ikke er av særlig relevans for oppfinnelsen.

I GB 743779 A er det vist et fluidpumpesystem med en elektrisk drivenhet og en rotasjonspumpe som har en roterbar aksling med tilknyttet drivelement for å drive prosessfluidet. Den elektriske drivenheten innbefatter en elektrisk stator og en elektrisk rotor som er tilknyttet akselen hvor statoren og rotoren kan anses å være anordnet i henholdsvis et første hus og et andre hus. I DE 1528876 Al er det også vist en lignende innretning for å pumpe et fluid.

Ingen av de fremtrukne publikasjonene viser oppfinnelsen slik den er angitt i kravsettet.

Ifølge et første inventivt aspekt foreslås det et fluidpumpesystem som innbefatter en elektrisk drivenhet og en rotasjonspumpe som har en roterbar aksel og et drivelement tilknyttet akselen, for å tilveiebringe en strømning i et prosessfluid. Den elektriske drivenheten innbefatter en elektrisk stator og en elektrisk rotor tilknyttet akselen. Den elektriske statoren er anordnet i et første hus mens rotasjonspumpen og den elektriske rotoren er anordnet i et andre hus. Det første huset inneholder et første fluid og det andre huset inneholder et andre fluid. Arrangementet er slik at den elektriske statoren er anordnet nærliggende den elektriske rotoren.

Ifølge ett oppfinnerisk aspekt foreslås det et fluidpumpesystem utformet til å kunne utnytte fordelene med en kapslet elektrisk motorstatorseksjon som er fylt med en olje som er optimalisert med hensyn til en beskyttelse av elektriske deler i en pumpe som er neddykket i sjøvann, samtidig som oljen som benyttes for smøring av lagrene og mekaniske pakninger, baserer seg på et miljøvennlig smøremiddel, et såkalt green fluid.

Fordelaktig inneholder det første huset et miljøvennlig fluid mens det andre huset inneholder et andre miljøvennlig kjøle- og smørefTuid, idet de ulike fluidene er optimalisert for ulike funksjoner. Fluidet i det andre huset kan i noen tilfeller være basert på prosessfluidet, når dette behandles for fjerning av uønskede substanser fra prosessfluidet, eksempelvis faste partikler.

Rotasjonspumpesystemet kan ha en første ekstern fluidkjølekrets som innbefatter et innløpsavsnitt forbundet med det første huset, og et utløpsavsnitt som er forbundet med det første huset, samt midler for å bevirke en strøm av fluid fra det første huset og gjennom den første eksterne kjølekretsen.

Rotasjonspumpesystemet kan innbefatte en andre ekstern fluidkjølekrets som innbefatter et innløpsavsnitt som er forbundet med det andre huset, og et utløpsavsnitt som er forbundet med det andre huset, samt midler for å bevirke en strøm av fluid fra det andre huset og gjennom den andre eksterne kjølekretsen.

Det første huset kan ha statiske pakninger for grenseflatene mellom det innvendige området i det første huset og de ytre omgivelsene. Den fluide oljen inne i det første huset er fordelaktig anordnet i et trykktett rom uten roterende pakninger. Den fluide oljen i statoren er beregnet for ifylling før installasjonen, med etterfølgende permanent avtetting.

Fordelaktig innbefatter det andre huset statiske pakninger for grenseflatene mellom det indre rommet i det andre huset og de ytre omgivelsene. Både pumpe- og motoravsnittene er anordnet i trykkhus som kan utsettes for et rørlednings-stengetrykk (typisk 345 bar) uten roterende pakninger, dvs. bare med statiske pakninger mot omgivelsene.

Fluidpumpesystemet innbefatter fordelaktig et fluidbalansekammer for i hovedsaken å opprettholde samme trykk i det første og det andre huset. Den fluide oljen i det første huset og i statoren er trykksatt med det samme trykket som den fluide oljen i det andre huset ved hjelp av trykkbalansekammeret. Kammeret er dimensjonert slik at det er tatt hensyn til fluidets termiske ekspansjon i det lukkede første kammeret rundt statoren når statoren varmes opp under drift, så vel som kompresjonen av oljen med økende driftstrykk. Trykkforskjellen mellom oljen og smøremidlet holdes i hovedsaken nær null. Det andre kammeret kan være forsynt med et kontrollsystem for kontrollering av trykket i det andre kammeret.

Ifølge ett oppfinnerisk aspekt kan et avsnitt av det første huset utgjøre et avsnitt av det andre huset, idet det derved dannes en felles barriere mellom avsnittene i de to husene. Et slikt arrangement kan være gunstig når statoren er anordnet på utsiden av rotoren, rundt denne, med den felles barrieren mellom husene anordnet mellom statoren og rotoren. Dette avsnittet av husene som danner den felles barrieren, kan være fremstilt av et ikke-magnetisk materiale. Ifølge et annet aspekt kan systemet være utformet med separate hus av et ikke-magnetisk materiale i området mellom rotoren og statoren. Rotoren eller et belegg på rotoren kan ifølge et inventivt aspekt også danne en del av huset rundt rotoren, og derved eventuelt danne et avsnitt av begge husene.

Den aktuelle motoren som brukes i en innretning ifølge oppfinnelsen kan være en asynkron motor eller eventuelt en synkron motor med permanentmagneter anordnet på rotoren.

En utførelsesform av oppfinnelsen skal nå beskrives nærmere under henvisning til tegningen, hvor

Fig. 1 er et skjematisk vertikalsnitt gjennom et fluidpumpesystem ifølge oppfinnelsen.

I fig. 1 er det vist et fluidpumpesystem 1 som innbefatter en elektrisk drivenhet 2 og en roterende pumpe 4. Pumpen har en roterbar aksel 6 og et drivelement 8 bestående av tre impellere 9 som er tilknyttet akselen 6 for derved å tilveiebringe en strøm i et prosessfluid 7. Drivelementet 8 kan naturligvis ha færre eller flere impellere 9. Den elektriske drivenheten 2 innbefatter en elektrisk stator 10 og en elektrisk rotor 12 som er tilknyttet akselen 6 via en kobling 13. Den elektriske statoren 10 er anordnet nær den elektriske rotoren 12, og i den viste utførelsen er den anordnet rundt den elektriske rotoren 12 slik at den omgir denne. Den elektriske statoren 10 er anordnet i et første hus 14. Den roterende pumpen 4 og den elektriske rotoren 12 er anordnet i et andre hus 16. Det første huset 14 inneholder et første fluid 18 og det andre huset 16 inneholder et andre fluid 20. Det første fluidet 18 i det første huset 14 er isolert relativt det andre fluidet 20 i det andre huset 16. Prosessfluidet 7 går inn i drivelementet 8 gjennom en innløpsåpning 15 og går ut fra drivelementet 8 gjennom en utløpsåpning 17. Sirkuleringen av det første fluidet 18 i det første huset 14 er antydet med flere piler 11. Strømmen av fluidet 18 vil hovedsakelig gå fra husets 14 øvre område og til det nedre området, slik det er vist i figuren. Det øvre området i det første huset 14 skal her forstås å være det området av det første huset som vender fra rotasjonspumpen. Uttrykket "det øvre området" refererer til figuren og ikke nødvendigvis til den aktuelle installeringen av fluidpumpesystemet.

Fluidpumpesystemet har en første ekstern fluidkjølekrets 22 med et innløpsavsnitt 24 som er forbundet med et øvre område i det første huset 14, og med et utløpsavsnitt 26 som er forbundet med et nedre område i det første huset. Videre forefinnes det midler for å bevirke en strøm av fluid fra det første huset og gjennom den første eksterne kjølekretsen. Fluidet 18 i det første huset 14 drives gjennom kjølekretsen 22 ved hjelp av en roterbar impeller 28 som er montert på en lagerenhet 30 og får sin rotasjonskraft fra akselen 6 via et magnetisk koblingsarrangement 32.

Det er også anordnet en andre ekstern fluidkjølekrets 34 med et utløpsavsnitt 36 som er forbundet med et mellomområde i det andre huset 16, og med et innløpsavsnitt 38 som er forbundet med et øvre område i det andre huset 16. En impeller 40 er festet på akselen 6 for tilveiebringelse av en strøm av fluid 20 fra det andre huset 16 og gjennom den andre eksterne kjølekretsen 34. Et øvre område i det andre huset 16 er anordnet nær det øvre området i det første huset 14.

På hver side av drivelementet 8 er det anordnet respektive lagerenheter 44, 45 for akselen 6, og på hver side av rotoren 12 er det anordnet respektive lagerenheter 46, 47.

Det andre huset 16 har en oljefluidtilførsel og har fordelaktig to oljetilførselsinnløp 42, 43. Et innløp 42 er anordnet mellom impelleren 40 og drivelementet 8, og det andre innløpet 43 er anordnet ved én ende av akselen 6, nær akselens 6 lagerenhet 45.1 en annen utførelsesform kan det eventuelt bare forefinnes ett oljetilførselsinnløp til det andre huset, idet det da forefinnes en intern forbindelse mellom de ulike områdene i det andre huset 16.

Den ytre overflaten til det første huset 14 er utformet med en serie av kjøleribber 50.1 noen fluidpumpesystemer vil et slikt arrangement med kjøleribber 50 kunne gi tilstrekkelig kjøling av fluidet 18 i det første huset 14, slik at man kan utelate den første eksterne kjølekretsen 22 med den roterbare impelleren 28 og lagerenheten 30. Elektrisk kraft tilføres statoren 10 via en elektrisk gjennomføring 52 som går gjennom veggen i det første huset 14 og er forbundet med en elektrisk tilførselsledning 54.

Oljefluidet 18 for statoren 10 befinner seg i det trykktette første huset 14, uten roterende pakninger. Oljefluidet 18 i huset 14 er fordelaktig beregnet for ifylling før installasjon, med tilhørende permanent avstengning.

Både pumpen 4 og den elektriske drivenheten 2 er anordnet i trykkhus 14 og 16 og kan utsettes for rørledningsinnstengingstrykk (typisk 345 bar) uten bruk av roterende pakninger. Det foreligger bare statiske pakninger mot omgivelsene.

Lagrene 46, 47 for den elektriske rotoren 12 og pumpeakselen 6 med impellerne 9, så vel som mekaniske pakninger 56 smøres og kjøles ved hjelp av et miljøvennlig smøreoljefluid 20. Fordelaktig er fluidet 20 et såkalt green fluid som definert i et EU-direktiv, og som således kan slippes ut i omgivelsene, samtidig som fluidet skal ha egenskaper som gir smøring og beskyttelse for delene inne i det andre kammeret 16.

Oljetrykket i det andre huset 16 holdes fordelaktig 15-20 bar over proses^strykket ved hjelp av et eksternt barriereoljetilførselssystem. Barriereoljetilførselssystemet kan være lik de systemer som brukes i Framo-subsea pumper og er derfor ikke nærmere beskrevet her. Derved er man sikret at lagerenhetene 44, 45, 46, 47, kobleren 13 og pakningene 56 er beskyttet mot forurensninger fra prosessfluidet 7

(forurensninger så som partikler, vann, etc, og eventuelle lekkasjer forbi de mekaniske pakningene 56 vil være fra inne i huset 16 og mot prosessiden).

Oljefluidet 18 i det første huset 14 og statoren 10 trykksettes med samme trykket som oljefluidet 20 i det andre huset 16. Dette skjer ved hjelp av et trykkbalansekammer 58. Kammeret 58 er dimensjonert slik at det er tatt hensyn til termisk ekspansjon når statoren 10 varmes opp under drift eller som følge av trykkfall, og det er også tatt hensyn til kompresjon av oljefluidet 18 ved et økende driftstrykk eller når motoren er stengt og fluidet 20 kjøles. Kammeret 58 kan enten være et stempelarrangement med pakningsmidler, en gummibelg eller en annen membrantype som skiller fluidene men muliggjør en trykkbalanse mellom fluidene. Kammeret 58 kan være tilknyttet det andre huset 16 nær impelleren 40 og det første huset 14 er utløpsavsnittet 26 i den første eksterne kjølekretsen. Et slikt trykkbalansekammer kan være anordnet på andre måter mellom de to husene 14, 16. Trykkforskjellen mellom det første og det andre fluidet 18, 20 holdes fordelaktig nær null.

Man vil forstå at i rotor- og pumpeavsnittene vil et utslipp av potensielt miljøuvennlig barrierefluid inn i prosessen (i tilfelle av en multifasepumpe eller en prosessvanninjeksjonspumpe) eller til omgivelsene (i tilfelle av en sjøvanninjeksjonspumpe) kan i hovedsaken elimineres.

Oppfinnelsen er nå blitt beskrevet med en utførelse, men fagmannen vil forstå at ulike endringer og modifikasjoner av den beskrevne utførelse kan utføres, innenfor rammen av oppfinnelsen slik den angis i de vedlagte kravene.

Claims

1. Fluidpumpesystem innbefattende en elektrisk drivenhet (2) og en rotasjonspumpe (4) som har en roterbar aksling (6) med et tilknyttet drivelement (8), for å tilveiebringe en strøm i et prosessfluid, hvilken elektrisk drivenhet (2) innbefatter en elektrisk stator (10) og en elektrisk rotor (12) som er tilknyttet akselen, idet den elektriske statoren (10) er anordnet nærliggende den elektriske rotoren (12), og den elektriske statoren (10) er anordnet i et første hus (14) og rotasjonspumpen (4) og den elektriske rotoren (12) er anordnet i et andre hus (16), og hvor det første huset (14) inneholder et første fluid (18) og det andre huset (16) inneholder et andre smørefluid (20), karakterisert vedat det roterende pumpesystemet innbefatter en andre ekstern fluidkjølekrets (34) med et innløpsavsnitt (38) som er forbundet med det andre huset (16), og med et utløpsavsnitt (36) som er forbundet med det andre huset (16), og midler (40) for å bevirke en strøm av fluid (20) fra det andre huset (16) og gjennom den andre eksterne kjølekretsen (34).

2. Fluidpumpesystem ifølge krav 1, karakterisert vedat det første huset (14) inneholder et miljøvennlig fluid (10) og at det andre huset (16) inneholder et andre kjølefluid (20).

3. Fluidpumpesystem ifølge krav 1 eller 2, karakterisert vedat det roterende pumpesystemet innbefatter en første ekstern fluidkjølekrets (22) med et innløpsavsnitt (24) som er forbundet med det første huset (14), og med et utløpsavsnitt (26) som er forbundet med det første huset (14), og midler (28, 30, 32) for å bevirke en strøm av fluid (18) fra det første huset (14) og gjennom den første eksterne kjølekretsen (22).

4. Fluidpumpesystem ifølge et av de foregående krav 1-3,karakterisert vedat det første huset (14) har statiske pakninger for grenseflatene mellom det interne området i det første huset (14) og de ytre omgivelsene.

5. Fluidpumpesystem ifølge et av de foregående krav 1-4,karakterisert vedat det andre huset (16) har statiske pakninger for grenseflatene mellom det indre området i det andre huset (16) og de ytre omgivelsene.

6. Fluidpumpesystem ifølge et av de foregående krav 1-5,karakterisert vedat det innbefatter et fluidbalansekammer (58) for i hovedsaken å holde likt trykk i det første huset (14) og det andre huset (16).

7. Fluidpumpesystem ifølge et av de foregående krav 1-6,karakterisert vedat den elektriske rotoren (12) er anordnet inne i den elektriske statoren (10), slik at den elektriske statoren således omgir den elektriske rotoren (12).

8. Fluidpumpesystem ifølge krav 7, karakterisert vedat et avsnitt av det første huset (14) utgjør et avsnitt av det andre huset (16).

9. Fluidpumpesystem ifølge krav 8, karakterisert vedat avsnittet er av ikke-magnetisk materiale og er plassert mellom den elektriske statoren (10) og den elektriske rotoren (12).