BR112017011745B1

BR112017011745B1 - Intensificador de pressão centrífuga e método para modificar ou construir um intensificador de pressão centrífuga

Info

Publication number: BR112017011745B1
Application number: BR112017011745-2A
Authority: BR
Inventors: Åge Hofstad; Tarje Olderheim
Original assignee: Aker Solutions As
Priority date: 2014-12-16
Filing date: 2015-12-15
Publication date: 2022-09-20
Also published as: US20170261004A1; NO339417B1; GB2547611A; AU2015363802A1; AU2015363802B2; WO2016099283A1; GB201709430D0; GB2547611B; NO20141512A1; BR112017011745A2

Abstract

INTENSIFICADOR DE PRESSÃO CENTRÍFUGA E MÉTODO PARA MODIFICAR OU CONSTRUIR UM INTENSIFICADOR DE PRESSÃO CENTRÍFUGA. A invenção fornece um intensificador de pressão centrífuga, para líquidos que intensificam a pressão, gás ou fluido multifásico, sendo que o intensificador de pressão compreende um motor elétrico preenchido de líquido com um estator e um rotor, com um vão de estator de rotor entre o rotor e o estator, uma parte que intensifica a pressão na forma de uma bomba ou um compressor operativamente acoplado ao rotor, e pelo menos um alojamento, uma entrada de fluido e uma saída de fluido. O intensificador de pressão é diferenciado em que compreende uma bomba de entrada de refrigerante de vão de estator de rotor, para melhorar o fluxo de refrigerante através do vão de estator de rotor. A invenção também fornece um método relacionado e uso de uma bomba de entrada de refrigerante de vão de estator de rotor.

Description

[001] CAMPO DA INVENÇÃO

[002] A invenção refere-se a bombas centrífugas e compressores, para conveniência também denominados intensificadores de pressão neste documento. Mais especificamente, a invenção se refere à refrigeração aprimorada de um intensificador de pressão, que melhora a potência máxima e velocidade e prolonga a vida útil do intensificador de pressão.

[003] ANTECEDENTES DA INVENÇÃO E TÉCNICA ANTERIOR

[004] Refrigeração aprimorada de intensificadores de pressão, fornecendo potência máxima e velocidade melhoradas e vida útil prolongada, é de interesse geral para usuários de intensificadores de pressão, particularmente usuários de intensificadores de pressão submarinos. No entanto, numerosos desafios especiais relacionados à intensificação de pressão submarina limitam o uso. A intensificação de pressão submarina de líquidos, gás ou fluido multifásico é de grande interesse para a indústria de petróleo, devido às enormes possibilidades disponíveis para a indústria. A intensificação de pressão submarina pode aumentar significantemente a produção de poços submarinos, tanto a taxa de recuperação quanto a taxa de produção, e permitir transporte do fluido de petróleo produzido, processado ou não processado, para localizações de plataforma ou remotas onshore. Dois desafios importantes para intensificação de pressão submarina são aprimorar a confiabilidade e aumentar a potência e velocidade máximas do intensificador de pressão submarino.

[005] Motores para bombas ou compressores são normalmente preenchidos de líquido. Uma grande perda de atrito no vão entre o rotor e o estator, especialmente em altas velocidades, restringe a rotação do rotor. O atrito em geral segue uma potência de três da velocidade. O atrito gera calor, que restringe a potência máxima nominal e rotações por minuto e que encurta a vida útil do intensificador de pressão. A prática corrente é para igualar um refrigerante através do vão para limitar a elevação de temperatura devido ao atrito, que usa uma bomba de circulação refrigerante comum que serve refrigeração dos enrolamentos de estator e do vão de estator de rotor. Mais especificamente, uma bomba de refrigerante única jorra o refrigerante através do vão de estator de rotor e também através de condutos de refrigerante através de enrolamentos de estator ou entre os mesmos, sendo que o fluxo através do vão de estator de rotor e os enrolamentos de condutos de estator são dispostos em paralelo.

[006] Uma primeira solução conhecida para aumentar a refrigeração do vão de estator de rotor é aumentar a distância do vão de estator de rotor, através do mesmo reduzir a resistência para fluxo de refrigerante. No entanto, isto reduzirá a eficiência do acoplamento magnético e consequentemente também a eficiência de motor. A segunda solução conhecida para aumentar a refrigeração do vão de estator de rotor é adicionar ou integrar palhetas no rotor, no vão de estator de rotor. A referência é feita a partir das publicações de patente GB2497667, US2001051097, JPH11230088, JPH1189180 e JP4770441. O ensino das publicações referidas é em geral inadequado para as velocidades de superfície relacionadas com a atual invenção.

[007] O objetivo da presente invenção é fornecer potência e velocidade máximas melhoradas e prolongar a vida útil de um intensificador de pressão. Nenhuma das publicações mencionadas acima descreve ou ilustra uma refrigeração aprimorada ou alternativa em um intensificador de pressão centrífuga como um meio para satisfazer o dito objetivo.

[008] SUMÁRIO DA INVENÇÃO

[009] A invenção satisfaz o objetivo para fornecer um intensificador de pressão centrífuga, para líquidos que intensificam a pressão, gás ou fluido multifásico, sendo que o intensificador de pressão compreende um motor elétrico preenchido de líquido com um estator e um rotor, com um vão de estator de rotor entre o rotor e o estator, uma parte que intensifica a pressão na forma de uma bomba ou compressor operativamente acoplado ao rotor, e pelo menos um alojamento, uma entrada de fluido e uma saída de fluido. O intensificador de pressão é diferenciado por compreender uma bomba de entrada de refrigerante de vão de estator de rotor, para melhorar o fluxo de refrigerante através do vão de estator de rotor.

[010] Preferencialmente, o intensificador de pressão é um intensificador de pressão submarino, que compreende também pelo menos um alojamento de pressão e uma bomba de circulação refrigerante disposta para bombear refrigerante através do dito vão e canais através do estator.

[011] Em uma modalidade preferível, a dita bomba de entrada é um impulsor fixado a uma extensão axial e disposto como a mesma para laminações ou um anel em curto circuito do rotor. Em uma modalidade preferível alternativa, a dita bomba de entrada compreende pás anguladas ou palhetas fixadas a e dispostas como uma extensão axial para laminações ou um anel em curto circuito do rotor, ou disposto em um eixo de rotor adjacente o vão de estator de rotor.

[012] Preferencialmente, a bomba de entrada de refrigerante de vão de estator de rotor é um impulsor e anel de equilíbrio combinados, que tem o diâmetro externo maior que o diâmetro interno do vão de estator de rotor, mas menor que o diâmetro externo do vão de estator de rotor, sendo que o dito impulsor e anel de equilíbrio combinados têm saída para refrigerante diretamente no vão de estator de rotor. No entanto, o diâmetro externo do impulsor pode ser maior que o diâmetro externo do vão de estator de rotor, se uma cobertura externa de diâmetro ligeiramente maior ou similar direcionar o fluxo no vão de estator de rotor. Alternativamente, o diâmetro externo do impulsor pode ser menor que o diâmetro interno do vão de estator de rotor, se uma cobertura externa ou similar direcionar o fluxo no vão de estator de rotor, que pode ser uma modalidade favorável se a cavitação for um possível problema. Para o estado da técnica, intensificadores de pressão com um eixo comum para rotor/motor e bomba, o dispositivo de equilíbrio e o impulsor são em formato de anel. Um dispositivo de equilíbrio, também chamado de dispositivo de equilíbrio, anel de equilíbrio ou disco de equilíbrio, é usado para minimizar vibrações e quaisquer outros possíveis por pequenos desalinhamentos no eixo em que é anexado, por ajuste fino do peso ou extensão do material em torno do eixo rotacional.

[013] A invenção também fornece um método para modificar ou construir um intensificador de pressão centrífuga, para líquidos que intensificam a pressão, gás ou fluido multifásico. Para o método, o intensificador de pressão compreende um motor elétrico preenchido de líquido com um estator e um rotor, com um vão de estator de rotor entre o rotor e o estator, uma parte que intensifica a pressão na forma de uma bomba ou compressor operativamente acoplado ao rotor, uma entrada de fluido e uma saída de fluido, e pelo menos um alojamento de pressão se o intensificador de pressão for para operação submarina. O método é diferenciado por fornecer o intensificador de pressão com uma bomba de entrada de refrigerante de vão de estator de rotor, para melhorar o fluxo de refrigerante através do vão de estator de rotor.

[014] Preferencialmente, um impulsor e anel de equilíbrio combinados é disposto como a bomba de entrada de vão de estator de rotor, preferencialmente que tem o diâmetro externo maior que o diâmetro interno do vão de estator de rotor, mas menor que o diâmetro externo do vão de estator de rotor, sendo que o dito impulsor e anel de equilíbrio combinados estão dispostos tendo saída diretamente para o vão de estator de rotor e preferencialmente os mesmos são fixados a uma extensão e dispostos como a mesma para laminações ou um anel em curto circuito do rotor, como um anel em um eixo de rotor.

[015] A invenção também fornece uso de uma bomba de entrada de refrigerante de vão de estator de rotor em um intensificador de pressão, preferencialmente um intensificador de pressão submarino, para melhorar o fluxo de refrigerante através de um vão de estator de rotor do intensificador de pressão.

[016] A invenção fornece equilíbrio da taxa de fluxo através dos enrolamentos de estator e do vão de estator de rotor, que terá muitas características friccionais diferentes e consequentemente quedas de pressão diferentes. A invenção garante que a todas as velocidades de rotação relevantes, tanto os enrolamentos do estator como o vão de estator rotor tenham fluxo de líquido refrigerante suficiente, que fornece potência e velocidade máximas melhoradas e vida útil prolongada do intensificador de pressão da invenção. A dita bomba de entrada gira com o rotor, sem perturbar o fluxo do vão do estator do rotor que aumenta o atrito, através de resolver o que é pressuposto ser um problema importante com dispositivos da técnica anterior com palhetas em todo ou pelo menos em um comprimento significativo ao longo do vão de estator de rotor.

[017] O termo uma “bomba de entrada de refrigerante de vão de estator de rotor”, nesse contexto significa palhetas ou pás ou elementos estruturais similares dispostos na entrada de vão de estator de motor, bem como impulsores com pelo menos uma pá, dispostas não no vão do estator de motor como visto na direção radial, mas na entrada do mesmo, apenas fora do vão. Isto significa que o fluxo de refrigerante sai diretamente da saída da dita bomba de entrada para dentro da dita entrada de vão e a dita bomba de entrada está disposta adjacente ao dito vão, a qual está apenas para além do vão do estator do motor radial sem qualquer distância axial significativa entre, para melhorar o fluxo de refrigerante através do vão de estator de rotor. Axial significa paralelo ao eixo de rotação do rotor, radial significa radial ao eixo de rotação do rotor.

[018] Com o termo "impulsor", se entende, neste contexto, um dispositivo que tem tipicamente um componente de deslocamento de fluido radial durante a rotação, tal como fornecido pelo fato de ter pelo menos uma pá conduto de fluido. A entrada de fluido de um impulsor está tipicamente mais próxima do eixo de rotação do que a saída de fluido. Com os termos uma “pá” ou uma “palheta” se entende um componente de deslocamento de fluido axial em forma de pá ou similar, como visto nas publicações da técnica anterior, mas para a presente invenção não dispostos no vão do estator do rotor. A bomba de entrada de refrigerante do vão de estator de rotor pode, contudo, compreender elementos de qualquer tipo operativo que forneçam um efeito que bombeie ao rodar.

[019] Como os versados podem perceber, o refrigerante do motor dos intensificadores de pressão da invenção é um líquido, o vão de estator de rotor tem substancialmente superfícies lisas e parciais, sem pás de rotor como visto nas soluções da técnica anterior, e o intensificador de pressão tipicamente opera em alta velocidade e potência, como 2000 a 6000 rpm (rotações por minuto) e potência medida em megawatts.

[020] As pás ou palhetas são anguladas ou inclinadas para fornecer um efeito que bombeia durante a rotação. Preferencialmente, as pás são otimizadas em relação ao formato e ao número para efeito de bombeamento suficiente nas condições de operação pretendidas, tal como uma velocidade de rotação de 6000 rpm. O pelo menos uma pá é feita com um ângulo em relação à direção tangencial, de modo que ao girar a bomba ou o dispositivo impulsor, anexado às laminações do rotor ou à eixo do rotor ou ambos, é gerado um componente previsível de fluxo de refrigerante paralelo ao eixo de rotação, melhorando o fluxo de refrigerante através do vão de estator de rotor.

[021] Sem querer estar limitado pela teoria, é pressuposto que a solução da técnica anterior que arranja as palhetas no vão de estator de rotor que aumenta dramaticamente o atrito. Assim, a resistência ao fluxo e a geração de calor no vão do estator do rotor se tornam muito elevadas com as soluções do estado da técnica.

[022] A solução da presente invenção é também muito mais simples do que a solução da técnica anterior relativamente à usinagem e instalação. Para a modalidade mais preferida, um impulsor e anel de equilíbrio combinados será preferencialmente feito por um aço resistente ao desgaste especial ou latão ou liga ou outro material mais resistente ao desgaste e preferencialmente também mais viável para usinagem e fabricação do que o eixo de rotor e laminações.

[023] A invenção assegura um fluxo constante de refrigerante através do vão do estator do rotor, o que melhor irá remover o calor de atrito no intervalo. Isto fornece uma vida útil prolongada do motor, rpm máximo e potência nominal melhorada para o intensificador de pressão, e simplifica a fabricação, instalação e manutenção do intensificador de pressão comparado ao que tem pás no todo ou um comprimento significativo do vão de estator de rotor.

[024] FIGURAS

[025] A figura 1 ilustra um intensificador de pressão submarino da invenção, com um dispositivo de equilíbrio combinado e impulsor de circulação de vão de estator de rotor.

[026] A figura 2 é uma ilustração de um detalhe de um intensificador de pressão submarino da invenção.

[027] DESCRIÇÃO DETALHADA

[028] Referência feita à figura 1, que ilustra, em seção longitudinal, um intensificador de pressão submarino 1 da invenção, com um dispositivo de equilíbrio combinado e impulsor de circulação de vão de estator de rotor 2. A figura 2 ilustra a parte do motor do impulsor de pressão submarino da figura 1 em mais detalhes. Assim, na modalidade ilustrada, a bomba de entrada de refrigerante de vão de estator de rotor é um impulsor combinado e dispositivo de equilíbrio. Em algumas modalidades, de outro modo idêntico ou semelhante, a bomba de entrada de refrigerante do vão do estator do rotor não é um impulsor combinado e dispositivo de equilíbrio. A figura 2 ilustra o impulsor 2 em detalhe, e pode ser claramente visto que o impulsor compreende um número de pás 2b. O impulsor é fixado ao rotor 3 na entrada do vão de estator de rotor, como uma extensão axial do rotor laminações/anel de curto circuito. O impulsor tem diâmetro externo apenas menor que o diâmetro externo do vão de estator de rotor, para garantir folga a diferentes temperaturas. A saída do diâmetro externo do meão impulsor, não as pás, é idêntica ao diâmetro externo do anel em curto circuito e laminações de rotor. Em torno do rotor 3 está um estator 5, entre o rotor e o estator está o vão de estator de rotor 6, que é um volume anular com superfícies internas e exteriores lisas radialmente, sem palhetas que aumentam o atrito para fluxo. Além disso, a figura ilustra uma bomba de circulação de refrigerante 7 disposta para bombear refrigerante através dos referidos canais de vão e estator, na forma de um common impulsor de circulação 7 que alimenta tanto o canal do estator como o fluxo do refrigerante do vão do estator do rotor de refrigerante. É ilustrado um impulsor de circulação de tipo comum 7 da técnica anterior, e o fluxo de refrigeração do vão do estator do rotor 8 e o fluxo de refrigeração dos canais do estator 9.

[029] O intensificador de pressão centrífuga submarino da invenção pode incluir qualquer característica ou etapa como ilustrado ou descrito na presente invenção, em qualquer combinação operativa, cada uma dessas combinações é uma modalidade da invenção. O método da invenção pode incluir qualquer característica ou etapa como ilustrado ou descrito na presente invenção, em qualquer combinação operativa, cada uma dessas combinações é uma modalidade da invenção. O uso da invenção pode incluir qualquer característica ou etapa como ilustrado ou descrito na presente invenção, em qualquer combinação operativa, cada uma dessas combinações é uma modalidade da invenção.

Claims

1. Intensificador de pressão centrífuga, para líquidos que intensificam a pressão, gás ou fluido multifásico, sendo que o intensificador de pressão compreende um motor elétrico preenchido de líquido com um estator e um rotor, com um vão de estator de rotor entre o rotor e o estator, uma parte que intensifica a pressão na forma de uma bomba ou um compressor operativamente acoplado ao rotor, e pelo menos um alojamento, uma entrada de fluido e uma saída de fluido, em que o intensificador de pressão compreende uma bomba de entrada de refrigerante de vão de estator de rotor, para melhorar o fluxo de refrigerante através do vão de estator de rotor, caracterizado por a dita bomba de entrada de refrigerante de vão de estator de rotor ser um impulsor fixado a uma extensão axial e disposto como a mesma para laminações ou um anel em curto-circuito do rotor.

2. Intensificador de pressão, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por a dita bomba de entrada de refrigerante de vão de estator de rotor compreender pás anguladas ou palhetas fixadas a uma extensão axial e dispostas como a mesma para laminações ou um anel em curto-circuito do rotor.

3. Intensificador de pressão, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por a bomba de entrada de refrigerante de vão de estator de rotor ser um impulsor e anel de equilíbrio combinados, que tem diâmetro externo maior que o diâmetro interno do vão de estator de rotor, mas menor que o diâmetro externo do vão de estator de rotor, sendo que o dito impulsor e anel de equilíbrio combinados têm saída para refrigerante diretamente no vão de estator de rotor.