NO340425B1 - Tomotorspumpe for undervannsbruk - Google Patents

Description

Oppfinnelsens område

Foreliggende oppfinnelse vedrører en pumpe primært for bruk i undervannsoperasjoner, spesielt i olje- og gassindustrien.

Bakgrunn for oppfinnelsen

Leting etter olje- og gassreserver under havbunnen blir stadig mer viktig etter hvert som lagrene av mer tilgjengelige naturressurser tømmes og det blir nødvendig å lete i dypere og mer utfordrende områder. Ekstreme dyp og lengre avstander krever pumpeanordninger med høyere kapasitet, som også må være robuste og tåle de høye trykkene de utsettes under vannet og de vanskelige forholdene som møtes på store havdyp. I de senere år har det vært en tendens mot bruk av større pumper som krever større og sterkere elektriske motorer, men det er en grense for hvor langt denne teknologien kan strekkes. Videre må enhver ny teknologi på dette området gjennom omfattende testing og må bestå kvalifiseringsregimer som er tidkrevende og således resulterer i forsinkelser med å ta teknologien i bruk på feltet. De tar også opp betydelige personalressurser og er således dyre.

Oppsummering av oppfinnelsen

Ifølge foreliggende oppfinnelse tilveiebringes et apparat omfattende en pumpe med en pumpedrivaksel for å drive pumpen, en første motor tilkoblet via en første fleksibel kobling for å drive én ende av akselen og en andre motor tilkoblet via en andre fleksibel kobling for å drive den motsatte enden av akselen, og en drivenhet med variabel hastighet som forbinder hver av de første og andre motorene elektrisk for å drive pumpedrivakselen.

Fortrinnsvis er drivenheten med variabel hastighet felles for den første og den andre motoren. Elektriske ledere for motorene kan være anbragt i en navlestreng som kan være felles for begge motorene.

De fleksible koblingene er fortrinnsvis tilpasset for å tillate aksial termisk ekspansjon uten påvirkning av pumpens drift.

Oppfinnelsen kan tilveiebringe en pumpeenhet med høyere kapasitet ved anvendelse av utprøvd teknologi. Dette gjør pumpen mer akseptabel i bransjen og mer kostnadseffektiv å realisere siden den kan tas i bruk uten forsinkelsen og kostnaden forbundet med kompliserte lovpålagte kvalifiseringsprosesser. I tillegg vil pumpens pålitelighet trolig være høyere sammenliknet med en revolusjonært ny pumpe siden utprøvde og testede komponenter blir anvendt. Den har også den fordel at dersom én motor skulle svikte, den andre fortsatt vil drive pumpen, dog med redusert kapasitet.

Kort beskrivelse av tegningen

For en bedre forståelse av foreliggende oppfinnelse og for å vise hvordan denne kan realiseres, vil det nå bli henvist til den vedlagte tegningen, der: Figur 1 er et skjematisk tverrsnitt gjennom en pumpe ifølge foreliggende oppfinnelse.

Detaljert beskrivelse av tegningen

En pumpe 1 omfatter en pumpeaksel 2 som driver impellere 3. Fluid som skal pumpes kommer inn i impellerdelen 3 gjennom et innløp 17 og føres ut gjennom et utløp 18. Pumpen 1 er inneholdt i et pumpehus 4. Pumpeakselen 2 er anordnet for aksial rotasjon på lagerenheter 5 og 6 plassert i motsatte ender av pumpeakselen 2.

En første elektrisk motor 7 driver en første motoraksel 27 som er koblet til den ene enden av pumpeakselen 2 via en første undervannsmotorkobling 8. Koblingen er fleksibel og beskyttet av en tetning 9. En andre elektrisk motor 10 driver en andre motoraksel 28 som er koblet til den andre enden av pumpeakselen 2 av en andre fleksibel kobling 11 beskyttet av en tetning 12. De fleksible koblingene 8, 11 overfører dreiemoment fra de respektive aksler til pumpeakselen 2, men tillater aksial bevegelse for å muliggjøre termisk ekspansjon. Passende fleksible koblinger kan oppnås på mange kjente måter. Ett eksempel er å anvende en ytre krage koblet til den ene akselen av låseringer og til den andre akselen av drevtenner som tillater aksial glidebevegelse.

Hver av motorene 7 og 10 omfatter en stator 31 og en rotor 32 festet til de respektive aksler 27 og 28.

De elektriske motorene 7 og 10 kan være induksjonsmotorer eller permanentmagnetmotorer. De er fortrinnsvis væskekjølt av et barrierefluid som føres enten i enkelkrets eller en dobbelkrets (kapslet). Barrierefluidet beskytter motorene både mot det pumpede prosessfluidet og det aggressive omgivelsesmiljøet, som typisk vil være sjøvann med høyt trykk. Barrierefluidet isolerer motorene for å hindre inntrengning av sjøvann og hindre kontaminasjon fra fluidet som pumpes. Det sørger også for smøring til motorene og sørger for kjøling ved å transportere varme vekk fra de bevegelige motordelene, f.eks. lagrene. For dette formål sirkulerer barrierefluidet i en lukket krets rundt de bevegelige delene av motoren og lagrene, og deretter blir barrierefluiden selv kjølt ned ved at det føres gjennom rør 30 rundt hvilket det kan sirkulere sjøvann. Barrierefluidet føres så tilbake rundt de bevegelige motordelene igjen. Sirkulasjon av barrierefluidet bevirkes ved hjelp av en indre sirkulasjonspumpe (impellerpumpe). Barrierefluidet bidrar også til å forsegle de dynamiske tetningene i motorene og pumpen. Disse dynamiske tetningene har én stasjonær del og én roterende del og barrierefluidet holdes ved et trykk som er litt høyere enn trykket i prosessfluidet som pumpes slik at en liten mengde barrierefluid lekker inn i prosessfluidet. Dette hindrer skade på motorene eller pumpen som følge av inntrengning av prosessfluid. Dette krever en konstant tilførsel av barrierefluid til pumpen, som vanligvis tilføres via en navlestreng fra overflaten.

Barrierefluidet kan bli sirkulert i en dobbel krets dersom motoren inneholder en statorkapsling. Selv om den ikke er vist, er denne en mekanisk muffe mellom statoren og rotoren som muliggjør bruk av et eget statorfluid og isolerer statoren fra barrierefluidet. Magnetfluksen går gjennom statorkapslingen, men statorfluidet vil ikke slippe gjennom. En typisk dobbel kretsløsning er beskrevet i WO2008/127119. Den gjør det mulig å gjøre motor/pumpe-anordningen mer miljøvennlig siden den tillater mer fleksibilitet i valget av barrierefluid og et spesifikt statorfluid kan velges for å gi mer dielektriske egenskaper for statoren, dvs. gi isolasjon for statoren. Statorfluidet vil også bli kjølt ned i en egen kjølekrets. Bruk av en egen statorfluidkrets isolerer også motoren bedre siden det hindrer kontaminasjon gjennom navlestrengen.

Akselen 27 til den første motoren 7 roterer i motsatt retning av akselen 28 til den andre motoren 10.

Effekt blir tilført til den første motoren 7 av en kraftledning 13 via en elektrisk kobling 14, og til den andre motoren 10 av en kraftledning 15 via en elektrisk kobling 16. En felles effektforsyning (ikke vist) kan bli anvendt for å tilføre effekt til begge motorene 7 og 10, og kraftkablene er fortrinnsvis inneholdt i en navlestreng.

En drivenhet med variabel hastighet kan bli anvendt for å styre og endre effektforsyningens frekvens for å regulere pumpens hastighet, dvs. antallet omdreininger av pumpeakselen per minutt. Drivenheten med variabel hastighet kan befinne seg på toppsiden eller under vann og kan være separat for hver motor eller felles.

De første og andre motorkoblingene 8 og 11 overfører dreiemoment fra de respektive motorene til pumpeakselen 2. Deres elastisitet er slik at de tillater aksial utvidelse og sammentrekning som følge av temperaturendringer og tar opp for forskjellige driftstrekk ved de to motorene.

Claims (11)

1. Apparat, omfattende: en pumpe med en pumpedrivaksel for å drive pumpen, en første motor tilkoblet via en første fleksibel kobling for å drive én ende av akselen og en andre motor tilkoblet via en andre fleksibel kobling for å drive den motsatte enden av akselen; og en drivenhet med variabel hastighet som kobler hver av de første og andre motorene elektrisk for å drive pumpedrivakselen.

2. Apparat ifølge krav 1, hvor drivenheten med variabel hastighet er felles for den første og den andre motoren.

3. Apparat ifølge krav 1 eller 2, hvor i hvert fall den første motoren omfatter en induksjonsmotor.

4. Apparat ifølge et hvilket som helst av de foregående krav, hvor den første og den andre motoren omfatter induksjonsmotorer.

5. Apparat ifølge krav 1 eller 2, hvor i hvert fall den første motoren omfatter en permanentmagnetmotor.

6. Apparat ifølge krav 5, hvor både den første og den andre motoren omfatter en permanentmagnetmotor.

7. Apparat ifølge et hvilket som helst av de foregående krav, hvor i hvert fall den første motoren er væskekjølt.

8. Apparat ifølge krav 7, hvor motoren er væskekjølt av et barrierefluid som føres i en enkel krets.

9. Apparat ifølge krav 7, hvor motoren omfatter en statorkapsling omfattende en mekanisk muffe og et statorbarrierefluid.

10. Apparat ifølge krav 9, hvor motorbarrierefluidet føres i en dobbel krets.

11. Apparat ifølge et hvilket som helst av de foregående krav, hvor de fleksible koblingene er tilpasset for å tillate aksial utvidelse.