BRPI1015154B1 - hydraulic power unit for use in remotely operated underwater vehicle and cooling method of hydraulic power unit - Google Patents
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Abstract
UNIDADE DE POTÊNCIA HIDRÁULICA PARA USO SUBMARINO, VEÍCULO SUBAQUÁTICO OPERADO REMOTAMENTE, E MÉTODO DE REVESTIMENTO DE UNIDADE DE POTÊNCIA HIDRÁULICA. A presente invenção refere-se a uma unidade de potência hidráulica para uso submarino compreendendo um alojamento (16) contendo um fluido, um motor elétrico (10) montado no alojamento, uma bomba de distribuição (17), uma unidade de troca de calor (20) provida externamente ao alojamento e pelo menos um conduite de distribuição (32) em comunicação fluida com a unidade de troca de calor e com o alojamento.HYDRAULIC POWER UNIT FOR SUBMARINE USE, REMOTE OPERATED UNDERWATER VEHICLE, AND HYDRAULIC POWER UNIT COATING METHOD. The present invention relates to a hydraulic power unit for underwater use comprising a housing (16) containing a fluid, an electric motor (10) mounted in the housing, a distribution pump (17), a heat exchange unit ( 20) provided outside the housing and at least one distribution conduit (32) in fluid communication with the heat exchange unit and the housing.
Description
[0001] A presente invenção refere-se a uma unidade de potência e mais especificamente, uma unidade de potência para uso submarino. A unidade de potência pode ser uma unidade de potência hidráulica uma bomba de água de alta pressão ou unidade de ferramenta específica de tarefa adequada para uso em um Veículo Submarino Operado Remotamente (ROV).[0001] The present invention relates to a power unit and more specifically, a power unit for subsea use. The power unit may be a hydraulic power unit, a high pressure water pump, or a task specific tool unit suitable for use in a Remote Operated Submarine Vehicle (ROV).
[0002] ROVs são comumente utilizados para realizar muitas tarefas submarinas offshore. A fim de realizar uma variedade de tarefas tal como inspeção, reparo ou instalação de novos equipamentos, o ROV normalmente terá luzes de trabalho e uma câmera para auxiliar no controle do ROV por um operador na superfície, e um manipulador com o qual realizar a tarefa.[0002] ROVs are commonly used to perform many offshore subsea tasks. In order to perform a variety of tasks such as inspecting, repairing or installing new equipment, the ROV will usually have work lights and a camera to assist in controlling the ROV by an operator on the surface, and a manipulator with which to perform the task .
[0003] Em um ROV, uma Unidade de Potência Hidráulica (HPU) é comumente utilizada para acionar os propulsores e outros subsistemas operados hidraulicamente do veículo tal como um pan e mecanismos de inclinação para as câmeras, e ferramentas operadas hidraulicamente para permitir que o ROV realize as tarefas de intervenção na infraestrutura submarina. Os propulsores são os componentes principais do sistema movedor principal utilizado para manobrar o ROV em e em torno de um local submarino como necessário para realizar suas tarefas designadas. A HPU tipicamente consiste de um motor elétrico acoplado a uma unidade de bomba hidráulica. O envoltório do motor é mais comumente preenchido com óleo e o mesmo é mantido a uma pressão aproximadamente um bar acima da pressão ambiente do mar de modo a fornecer um equilíbrio entre a pressão interna e externa quando o ROV é submerso. Isso evita a necessidade de um envoltório à prova de pressão e vedações de eixo sofisticadas, como seria o caso com um envoltório padrão preenchido com ar em pressão atmosférica visto que a pressão através das paredes do envoltório é equilibrada de modo que, consequentemente, o envoltório só precise ser projetado para oferecer cargas mecânicas associadas com a operação e montagem do motor. Permite também que a HPU seja utilizada se necessário para operações em profundidade total de oceano de muitos milhares de metros sem qualquer modificação adicional. O diferencial de pressão garante que qualquer vazamento entre o envoltório e a água do mar mova do envoltório para a água do mar, garantindo que a água do mar não entre no envoltório do motor.[0003] In an ROV, a Hydraulic Power Unit (HPU) is commonly used to drive thrusters and other hydraulically operated vehicle subsystems such as pan and tilt mechanisms for cameras, and hydraulically operated tools to allow the ROV perform the tasks of intervention in the subsea infrastructure. The thrusters are the main components of the main moving system used to maneuver the ROV in and around an underwater location as necessary to carry out its designated tasks. The HPU typically consists of an electric motor coupled to a hydraulic pump unit. The engine casing is most commonly filled with oil and it is maintained at a pressure approximately one bar above ambient sea pressure in order to provide a balance between internal and external pressure when the ROV is submerged. This avoids the need for a pressure-proof wrap and sophisticated shaft seals, as would be the case with a standard wrap filled with air at atmospheric pressure as the pressure through the wrap walls is balanced so that, consequently, the wrap it only needs to be designed to provide mechanical loads associated with engine operation and assembly. It also allows the HPU to be used if necessary for operations in the total ocean depth of many thousands of meters without any further modification. The pressure differential ensures that any leakage between the wrap and sea water moves from the wrap to sea water, ensuring that sea water does not enter the engine wrap.
[0004] O mecanismo para se manter o óleo no envoltório em ou acima da pressão ambiente da água do mar circundante é tipicamente ilustrado na indústria como um compensador. Compensadores conhecidos podem compreender tipicamente um diafragma de rolamento carregado por mola ou sanfonas para manter o óleo no envoltório em uma pressão necessária.[0004] The mechanism for keeping the oil in the wrapper at or above the ambient pressure of the surrounding seawater is typically illustrated in the industry as a compensator. Known compensators can typically comprise a spring loaded or diaphragm-bearing diaphragm to maintain the oil in the wrap at a required pressure.
[0005] Tais motores são comumente supridos com uma classificação normal de uso/tarefa. Essa classificação específica os limites entre os quais o motor deve ser utilizado a fim de impedir a sobrecarga e danos subsequentes ao motor.[0005] Such engines are commonly supplied with a normal use / task classification. This classification specifies the limits between which the engine must be used in order to prevent overload and subsequent damage to the engine.
[0006] Três dos parâmetros críticos para um sistema ROV competitivo são o tamanho e o peso do ROV e o diâmetro do umbilical que conecta o ROV a uma embarcação na superfície, tudo o que precisa ser mantido a um mínimo de modo a reduzir seu efeito no sistema de lançamento e recuperação e na capacidade de manobra do ROV.[0006] Three of the critical parameters for a competitive ROV system are the size and weight of the ROV and the diameter of the umbilical that connects the ROV to a vessel on the surface, everything that needs to be kept to a minimum in order to reduce its effect launch and recovery system and ROV maneuverability.
[0007] Um ROV com um peso mais baixo do que o ar pode utilizar um sistema de lançamento e recuperação com menor classificação de potência e minimiza o espaço de convés necessário na embarcação de lançamento. Além disso, para cada quilo de peso adicionado a um ROV, aproximadamente 2 quilos de flutuação devem ser adicionados ao ROV para manter a flutuação neutra quando submerso. Um ROV menor também possui uma maior capacidade de manobra quando trabalha em locais submarinos restritos.[0007] An ROV with a lower weight than air can use a launch and recovery system with a lower power rating and minimizes the deck space required on the launch vessel. In addition, for every pound of weight added to an ROV, approximately 2 pounds of fluctuation must be added to the ROV to maintain neutral fluctuation when submerged. A smaller ROV also has greater maneuverability when working in restricted undersea locations.
[0008] A redução do diâmetro do umbilical reduz a dragagem causada pelas correntes submarinas resultando em uma maior capacidade de manobra do ROV. A redução do diâmetro do umbilical também resulta em um guincho de umbilical menor e mais leve exigindo menos espaço de convés e uma estrutura de suporte menor.[0008] Reducing the umbilical diameter reduces dredging caused by underwater currents resulting in greater ROV maneuverability. Reducing the diameter of the umbilical also results in a smaller, lighter umbilical winch requiring less deck space and a smaller support structure.
[0009] As modalidades da presente invenção permitem um desempenho aumentado e uma saída de potência disponível de motores existentes, tal como os utilizados em um ROV sem aumentar o tamanho do motor. Alternativamente, o tamanho e o peso de um motor de substituição podem ser reduzidos enquanto se mantém o mesmo nível de saída de potência.[0009] The modalities of the present invention allow increased performance and an available power output from existing engines, such as those used in an ROV without increasing the size of the engine. Alternatively, the size and weight of a replacement engine can be reduced while maintaining the same level of power output.
[00010] De acordo com um primeiro aspecto da presente invenção, é fornecida uma unidade de potência hidráulica para uso submarino compreendendo um alojamento contendo um fluido, um motor elétrico montado no alojamento, uma bomba de distribuição, uma unidade de permuta de calor fornecida externamente com relação ao alojamento e pelo menos um conduto de distribuição em comunicação de fluido com a unidade de permuta de calor e o alojamento.[00010] In accordance with a first aspect of the present invention, a hydraulic power unit for subsea use is provided comprising a housing containing a fluid, an electric motor mounted on the housing, a distribution pump, an externally supplied heat exchange unit with respect to the housing and at least one distribution conduit in fluid communication with the heat exchange unit and the housing.
[00011] As modalidades da presente invenção permitem um motor elétrico com uma classificação de potência o dobro de um motor padrão e quatro vezes a classificação de um motor resfriado a ar. O peso e o tamanho dos novos motores são significativamente menores do que os de um motor padrão, enquanto permitem ganhos significativos em desempenho.[00011] The modalities of the present invention allow an electric motor with a power rating twice that of a standard motor and four times the rating of an air-cooled motor. The weight and size of the new engines are significantly less than those of a standard engine, while allowing significant gains in performance.
[00012] Opcionalmente, a unidade de potência é uma Unidade de Potência Hidráulica (HPU), adequada para uso em um Veículo Submarino Operado Remotamente (ROV). O aperfeiçoamento da eficiência de uma HPU tem a vantagem de aumentar a carga útil do ROV. Alternativamente, visto que o tamanho da unidade de potência necessária para um determinado ROV pode ser reduzido, o peso do ROV também pode ser reduzido.[00012] Optionally, the power unit is a Hydraulic Power Unit (HPU), suitable for use in a Remote Operated Submarine Vehicle (ROV). Improving the efficiency of an HPU has the advantage of increasing the payload of the ROV. Alternatively, since the size of the power unit required for a given ROV can be reduced, the weight of the ROV can also be reduced.
[00013] A economia de peso de acordo com uma modalidade da invenção pode ser de 300 kg. A redução do tamanho da unidade de potência e o aumento da eficiência ajudam a maximizar a densidade de potência da Unidade de Potência Hidráulica (HPU). A densidade de potência de uma HPU, de acordo com a técnica anterior, está tipicamente na faixa de 0,30 kW/kg a 0,25 kW/kg. A densidade de potência de uma HPU de acordo com a presente invenção é tipicamente de 0,45 kW/kg a 0,35 kW/kg. Esses números se referem à HPU completa compreendendo o motor e a unidade de bomba.[00013] The weight savings according to an embodiment of the invention can be 300 kg. Reducing the size of the power unit and increasing efficiency helps to maximize the power density of the Hydraulic Power Unit (HPU). The power density of an HPU, according to the prior art, is typically in the range of 0.30 kW / kg to 0.25 kW / kg. The power density of an HPU according to the present invention is typically 0.45 kW / kg to 0.35 kW / kg. These numbers refer to the complete HPU comprising the engine and the pump unit.
[00014] Opcionalmente, o motor elétrico compreende um rotor e um estator incluindo bobinas de estator que passam através do núcleo do estator e se estendem além de suas faces de extremidade.[00014] Optionally, the electric motor comprises a rotor and a stator including stator coils that pass through the stator core and extend beyond its end faces.
[00015] Opcionalmente, o motor elétrico é um motor submerso padrão. Opcionalmente, pelo menos um conduto de distribuição se estende radialmente em torno de pelo menos uma das quatro bobinas do estator. Tipicamente, são fornecidos dois condutos de distribuição cercando cada extremidade do estator.[00015] Optionally, the electric motor is a standard submerged motor. Optionally, at least one distribution duct extends radially around at least one of the four stator coils. Typically, two distribution ducts are provided surrounding each end of the stator.
[00016] Tipicamente, o pelo menos um conduto de distribuição compreende um anel de bocal. O anel de bocal pode ter formato de U em seção transversal com dois flanges retos formando uma câmara anular com a superfície interna do envoltório de motor ou alojamento, doravante referido como alojamento de motor. A porta ou portas no anel de bocal fornecem comunicação por fluido entre a câmara e o interior do envoltório do motor.[00016] Typically, the at least one distribution conduit comprises a nozzle ring. The nozzle ring can be U-shaped in cross section with two straight flanges forming an annular chamber with the inner surface of the motor housing or housing, hereinafter referred to as the motor housing. The port or ports on the nozzle ring provide fluid communication between the chamber and the interior of the engine casing.
[00017] Tipicamente, o conduto de distribuição é disposto em uma parede interna do envoltório de motor. Opcionalmente, os dispositivos de vedação vedam uma superfície coincidente entre os flanges retos e a parede interna do envoltório de motor.[00017] Typically, the distribution duct is arranged in an inner wall of the motor casing. Optionally, the sealing devices seal a matching surface between the straight flanges and the inner wall of the motor casing.
[00018] Vantajosamente, as portas são espaçadas circunferencialmente em torno do conduto. Tipicamente, as portas direcionam o fluido radialmente para dentro na direção das bobinas do estator. Tipicamente, as portas são cilíndricas. Opcionalmente, as portas são cônicas.[00018] Advantageously, the doors are spaced circumferentially around the duct. Typically, the ports direct the fluid radially inward towards the stator coils. Typically, the doors are cylindrical. Optionally, the doors are tapered.
[00019] De acordo com uma modalidade da invenção, os anéis de bocal são vantajosos visto que a distribuição homogênea do fluido alcançada pela pulverização de fluido a partir dos bocais do anel simultaneamente em torno do alvo sendo resfriado reduz a ocorrência de pontos quentes desenvolvidos nas bobinas do estator enquanto o motor está em uso.[00019] According to an embodiment of the invention, nozzle rings are advantageous since the homogeneous distribution of fluid achieved by spraying fluid from the ring nozzles simultaneously around the target being cooled reduces the occurrence of hot spots developed in the stator coils while the motor is in use.
[00020] Opcionalmente, a unidade de permuta de calor está localizada fora do envoltório. Tipicamente, um tubo da unidade de permuta de calor tem formato de serpentina. Tipicamente, a bomba circula o fluido entre o envoltório do motor, a unidade de permuta de calor e a câmara anular do pelo menos um conduto de distribuição. Vantajosamente, o fluido também é um refrigerante ou um fluido de transferência de calor, o fluido sendo capaz de transferir calor produzido por pelo menos uma barra de rotor de motor e/ou perdas de ferro no núcleo de rotor, eixo, estator e bobinas do estator, para uma unidade de permuta de calor.[00020] Optionally, the heat exchange unit is located outside the wrap. Typically, a tube of the heat exchange unit has a serpentine shape. Typically, the pump circulates the fluid between the engine casing, the heat exchange unit and the annular chamber of the at least one distribution duct. Advantageously, the fluid is also a refrigerant or a heat transfer fluid, the fluid being able to transfer heat produced by at least one motor rotor bar and / or iron losses to the rotor core, shaft, stator and winding coils. stator, for a heat exchange unit.
[00021] Opcionalmente, o fluido pode ser água, glicol etileno, hidroclorofluorocarbono (HCFC) outro refrigerante desde que tipos de suporte adequados sejam utilizados e o sistema de isolamento de enrolamento seja compatível.[00021] Optionally, the fluid can be water, ethylene glycol, hydrochlorofluorocarbon (HCFC) or other refrigerant provided that suitable types of support are used and the winding insulation system is compatible.
[00022] Vantajosamente, o fluido é líquido em temperatura ambiente e pode ser óleo. Se o fluido for óleo, o mesmo pode ser pelo menos um dentre óleo de transformador, óleo mineral, óleo de silicone, ou óleo sintético com propriedades de isolamento elétrico. O óleo de transformador é altamente refinado e contém poucos aditivos fornecendo ao mesmo a capacidade de absorver uma quantidade de água enquanto mantém uma resistência dielétrica aceitável. O óleo do tipo hidráulico não é adequado devido aos aditivos que pode conter. Em temperaturas de funcionamento mais altas alguns dos aditivos, por exemplo, zinco, são depositados em superfícies internas mais quentes tal como nos enrolamentos e isso compromete as propriedades de isolamento resultando em falha prematura do isolamento.[00022] Advantageously, the fluid is liquid at room temperature and can be oil. If the fluid is oil, it can be at least one of transformer oil, mineral oil, silicone oil, or synthetic oil with electrical insulating properties. Transformer oil is highly refined and contains few additives providing it with the ability to absorb a quantity of water while maintaining an acceptable dielectric strength. Hydraulic type oil is not suitable due to the additives it may contain. At higher operating temperatures some of the additives, for example, zinc, are deposited on warmer internal surfaces such as windings and this compromises the insulation properties resulting in premature insulation failure.
[00023] Em modalidades específicas da presente invenção o fluido pode ter uma viscosidade na faixa de 10cSt a 40 cSt a 20 C. Isso garante a lubrificação adequada dos suportes de eixo e perdas de enrolamento aceitáveis de motor. Preferivelmente, a viscosidade está na faixa de 10 cST para 15 cSt a 20 C.[00023] In specific embodiments of the present invention the fluid can have a viscosity in the range of 10cSt to 40 cSt at 20 C. This ensures adequate lubrication of the shaft supports and acceptable winding losses of the motor. Preferably, the viscosity is in the range of 10 cST to 15 cSt at 20 C.
[00024] Vantajosamente, a bomba de circulação utilizada para circular o fluido é montada no eixo de motor. Vantajosamente, a bomba de circulação é localizada dentro do envoltório, evitando a necessidade de vedações de eixo de bomba e, dessa forma, reduzindo o risco de o fluido de circulação se tornar contaminado com fluidos ou sólidos estranhos de fora do envoltório.[00024] Advantageously, the circulation pump used to circulate the fluid is mounted on the motor shaft. Advantageously, the circulation pump is located inside the casing, avoiding the need for pump shaft seals and, thereby, reducing the risk of the circulation fluid becoming contaminated with foreign fluids or solids from outside the casing.
[00025] Opcionalmente, a bomba de distribuição é uma bomba centrífuga. Opcionalmente, as aletas podem ser fornecidas na superfície externa do envoltório. O aumento da área de superfície efetiva do envoltório e, dessa forma, fornecendo o resfriamento adicional do fluido dentro do envoltório.[00025] Optionally, the delivery pump is a centrifugal pump. Optionally, the fins can be provided on the outer surface of the wrap. Increasing the effective surface area of the wrap and thereby providing additional cooling of the fluid within the wrap.
[00026] A Unidade de Potência Hidráulica (HPU) pode acionar os propulsores hidráulicos utilizados para manobrar um Veículo Operado Remotamente (ROV) em e em torno de um local submarino como necessário para realizar suas tarefas designadas. Tipicamente, o ROV possui dois ou mais propulsores verticais e/ou horizontais.[00026] The Hydraulic Power Unit (HPU) can drive the hydraulic thrusters used to maneuver a Remote Operated Vehicle (ROV) in and around an undersea location as necessary to perform its designated tasks. Typically, the ROV has two or more vertical and / or horizontal thrusters.
[00027] Opcionalmente, o ROV possui um ou mais braços de manipulação ou corte, um elemento de realização de amostras de água, sensores de luz e temperatura.[00027] Optionally, the ROV has one or more manipulation or cutting arms, an element for carrying out water samples, light and temperature sensors.
[00028] Opcionalmente, a unidade de potência pode compreender pelo menos duas bombas. Em uma opção preferida a unidade de potência compreende duas bombas montadas no alojamento.[00028] Optionally, the power unit can comprise at least two pumps. In a preferred option, the power unit comprises two pumps mounted in the housing.
[00029] De forma conveniente, cada bomba pode ser adaptada para bombear fluido ao longo de um circuito associado entre o alojamento e a unidade de permuta de calor.[00029] Conveniently, each pump can be adapted to pump fluid along an associated circuit between the housing and the heat exchange unit.
[00030] Unidades de permuta de calor independentes e/ou condutos de distribuição podem ser associados com cada bomba.[00030] Independent heat exchange units and / or distribution ducts can be associated with each pump.
[00031] De acordo com um segundo aspecto da presente invenção, é fornecido um método de resfriamento de uma unidade de potência elétrica para uso em um Veículo Submarino Operado Remotamente, o método compreendendo as etapas de: a) circular fluido dentro de um alojamento; b) transferir calor de um ou mais dos rotores de motor, estatores e uma ou mais bobinas de estator de um motor montado no alojamento para o fluido; c) circular o fluido através de uma unidade de permuta de calor fornecida externamente com relação ao alojamento para resfriar o fluido pela perda de calor para a água circundante; d) passar o fluido resfriado através de um conduto de distribuição dentro do alojamento.[00031] In accordance with a second aspect of the present invention, a method of cooling an electric power unit for use in a Remote Operated Submarine Vehicle is provided, the method comprising the steps of: a) circulating fluid within a housing; b) transfer heat from one or more of the motor rotors, stators and one or more stator coils from an engine mounted in the housing to the fluid; c) circulating the fluid through a heat exchange unit provided externally with respect to the housing to cool the fluid by loss of heat to the surrounding water; d) pass the cooled fluid through a distribution duct inside the housing.
[00032] Em algumas modalidades da presente invenção, o conduto de distribuição possui pelo menos uma porta de distribuição.[00032] In some embodiments of the present invention, the distribution duct has at least one distribution port.
[00033] O motor pode ser parte de uma Unidade de Potência Hidráulica (HPU) de um Veículo Operado Remotamente (ROV). Tipicamente, o fluido resfriado é direcionado a partir de pelo menos uma porta de distribuição para as partes de motor dentro do envoltório de motor.[00033] The engine can be part of a Hydraulic Power Unit (HPU) of a Remotely Operated Vehicle (ROV). Typically, the cooled fluid is directed from at least one distribution port to the engine parts within the engine casing.
[00034] Atualmente, a classificação de um motor utilizado em um ROV é baseada no uso submarino onde o resfriamento é fornecido apenas pela água circundante. O calor produzido pelo motor é dissipado através do envoltório de motor para a água onde o ROV está operando. O movimento do óleo dentro do envoltório do motor se baseia em correntes de convecção. A circulação do óleo é, portanto, limitada e pontos quentes podem ser desenvolvidos.[00034] Currently, the classification of an engine used in an ROV is based on underwater use where cooling is provided only by the surrounding water. The heat produced by the engine is dissipated through the engine casing into the water where the ROV is operating. The movement of the oil inside the engine casing is based on convection currents. Oil circulation is therefore limited and hot spots can be developed.
[00035] Em algumas modalidades da presente invenção, as etapas de método (a), (c) e (d) podem ser alcançadas com o uso de uma bomba. Opcionalmente, a bomba é uma bomba centrífuga.[00035] In some embodiments of the present invention, method steps (a), (c) and (d) can be achieved with the use of a pump. Optionally, the pump is a centrifugal pump.
[00036] Em uma modalidade da presente invenção a etapa do método (c) pode incluir circulação de fluido através de uma unidade de permuta de calor localizada fora do envoltório de motor.[00036] In an embodiment of the present invention the step of method (c) can include fluid circulation through a heat exchange unit located outside the motor casing.
[00037] Em algumas modalidades da presente invenção o conduto de distribuição da etapa de método (d) pode ser um anel de bocal.[00037] In some embodiments of the present invention the distribution conduit of method step (d) can be a nozzle ring.
[00038] As modalidades da presente invenção serão descritas agora por meio de exemplo apenas e com referência a e como ilustrado nos desenhos em anexo, nos quais:[00038] The modalities of the present invention will now be described by way of example only and with reference to and as illustrated in the attached drawings, in which:
[00039] A figura 1 é uma vista em corte de uma unidade de potência hidráulica de acordo com um aspecto da presente invenção;[00039] Figure 1 is a sectional view of a hydraulic power unit in accordance with an aspect of the present invention;
[00040] A figura 2 é uma vista transversal de uma extremidade do estator da unidade de potência hidráulica da figura 1; e[00040] Figure 2 is a cross-sectional view of one end of the stator of the hydraulic power unit of Figure 1; and
[00041] A figura 3 é uma vista em corte de uma unidade de potência hidráulica alternativa de acordo com outro aspecto da presente invenção.[00041] Figure 3 is a sectional view of an alternative hydraulic power unit according to another aspect of the present invention.
[00042] A figura 1 ilustra uma modalidade ilustrativa de uma unidade de potência hidráulica para uso submarino compreendendo um motor elétrico 10 e uma bomba 17 utilizada para mover o óleo 15 em torno do interior de um envoltório de motor 16. Quando em uso, o motor 10 gera calor que é transferido para o óleo 15 em contato com o motor 10 dentro do envoltório 16. O óleo 15 é resfriado pela passagem do mesmo através de uma unidade de permuta de calor 20.[00042] Figure 1 illustrates an illustrative embodiment of a hydraulic power unit for subsea use comprising an
[00043] A modalidade particular descrita aqui compreende um rotor elétrico 10 dentro de um envoltório de motor periférico 16, dentro do qual um rotor de formato cilíndrico 11 é montado. O estator anular 12 cerca o rotor 11 dentro do envoltório de motor 16. O estator anular 12 possui extremidades 14 que se estendem além das extremidades do rotor 11, na direção do envoltório 16.[00043] The particular embodiment described here comprises an
[00044] O envoltório 16 é preenchido com óleo 15, apesar de ser notado que outros fluidos podem ser utilizados, por exemplo, óleo de transformador, óleo mineral, óleo de silicone ou óleos sintéticos com propriedades de isolamento elétrico.[00044]
[00045] Na modalidade ilustrada, o rotor 11 é montado centralmente dentro do envoltório 16. Um eixo 25 se estende a partir do centro do rotor 11 para dentro de uma bomba hidráulica 13 que é montada na extremidade de ou adjacente ao envoltório de motor 16. A outra extremidade do eixo 25 é montada em um suporte anular 33 em uma parede do envoltório 16. Se apoiando no suporte 33 na parede interna do envoltório de motor 16 encontra-se um propulsor 17 de uma bomba centrífuga 27. O eixo 25 passa através do centro do propulsor 17. Os versados na técnica perceberão que a bomba centrífuga 27, de acordo com essa modalidade da presente invenção, pode ser outro tipo de bomba rotodinâmica, bomba de deslocamento positivo ou qualquer outro dispositivo para movimentação de fluidos. O eixo 25 é suportado em uma extremidade do envoltório por uma saliência central 26 dentro da placa de extremidade 34 e suportes 33 na parede do envoltório 16. A placa de extremidade 34 forma uma câmara de bomba 28 onde o propulsor 17 é montado. Posicionadas radialmente fora da saliência central 26 encontra-se portas 36 permitindo que o óleo 15 mova da câmara de motor 37 para a câmara de bomba 28. As duas portas de saída 18 posicionadas em cima e em baixo da câmara 28 permitem a comunicação de fluido entre a câmara 28 e dois dutos 29 no exterior do envoltório 16. Os dois dutos 29 que se estendem a partir das portas de saída 18, convergem para dentro de um tubo 19. O tubo 19 está em comunicação por fluido com uma unidade de permuta de calor 20.[00045] In the illustrated embodiment, the
[00046] A unidade de permuta de calor 20 é um comprimento em serpentina contínuo de tubo. A modalidade particular descrita aqui se refere a uma unidade de permuta de calor tubular 20. Os versados na técnica perceberão que a unidade de permuta de calor 20 pode ser uma placa, envoltório, adiabático, mudança de fase ou outro tipo de dispositivo para a transferência eficiente de calor de um meio ou fluido para outro.[00046] The heat exchange unit 20 is a continuous coil length of pipe. The particular embodiment described here relates to a tubular heat exchange unit 20. Those skilled in the art will realize that the heat exchange unit 20 can be a plate, wrap, adiabatic, phase change or other type of device for the transfer efficient heat from one medium or fluid to another.
[00047] A outra extremidade da unidade de permuta de calor 20 está em comunicação por fluido com o tubo 27 que também está em comunicação por fluido com o elemento de desvio de fluido 35, de onde se estendem dois dutos 30. As portas de entrada 31 são fornecidas no envoltório 16, para correção para os dutos 30.[00047] The other end of the heat exchange unit 20 is in fluid communication with the tube 27 which is also in fluid communication with the
[00048] Dentro do envoltório de motor 16, estão localizados dois condutos de distribuição 32, cada conduto de distribuição 32 englobando as extremidades 14 do estator 12. Os condutos de distribuição 32 têm formato de U em seção transversal. Dois flanges retos 32 se estendem a partir de cada conduto de distribuição 32 e unem as vedações 38 à superfície interna do envoltório 16, formando câmaras anulares 21. Cada câmara 21 está em comunicação por fluido com um duto 30, através de uma porta de entrada 31. Cada conduto de distribuição 32 forma uma câmara 21 e possui três fileiras circunferenciais de aberturas radiais 22, entre os dois flanges 23. Os versados na técnica perceberão que qualquer número de aberturas pode ser utilizado. As aberturas 22 fornecem comunicação por fluido entre a câmara 21 e o interior do envoltório 16, perto das extremidades 14 do estator 12. Os condutos de distribuição 32 ilustrados na figura 1 são anéis de bocal com aberturas ou portas de distribuição 22, cilíndricos em formato. Em uma modalidade alternativa as aberturas 22 são cônicas em formato. Qualquer número de aberturas ou portas 22 é adequado. A superfície externa do envoltório 16 é coberta com aletas 24 que aumentam a área de superfície do envoltório 16 e, dessa forma, fornecem um resfriamento aperfeiçoado.[00048] Within the
[00049] Em uso, o movimento circular do eixo 25 é utilizado para energizar a bomba centrífuga 27. O óleo 15 é movido em torno do envoltório de motor 16 pela bomba centrífuga 17, tempo durante o qual é aquecido através do contato com o rotor 11 e o estator 12 do motor 10.[00049] In use, the circular movement of
[00050] O óleo 15 entra em contato com o propulsor da bomba 17 adjacente ao eixo 25 e é acelerado pelo propulsor rotativo 17 para dentro da câmara de bomba 28. O óleo 15 é então forçado através de portas de saída 18 no envoltório 16 e para dentro de dois dutos 29. O óleo 15 é então bombeado ao longo do tubo 19 e através das bobinas de uma unidade de permuta de calor 20. À medida que óleo 15 passa ao longo da tubulação da unidade de permuta de calor 20 a temperatura do óleo 15 é reduzida pela transferência de calor do óleo 15, através das paredes do permutador de calor 20 e para dentro da água circundante relativamente fria (não ilustrada). O óleo 15 resfria à medida que passa ao longo do percurso tortuoso do tubo na unidade de permuta de calor 20.[00050] The oil 15 comes into contact with the
[00051] Uma vez que o óleo 15 sai pela extremidade das bobinas da unidade de permuta de calor 20, o mesmo move ao longo de um tubo 27 antes sendo dividido entre dois dutos 30. O óleo resfriado 15 então passa através das portas de entrada 31 para dentro das câmaras 21 dos anéis de bocal 32. O óleo 15 nas câmaras 21 é então bombeado através das aberturas 22 e pulverizado para dentro do envoltório.[00051] Once the oil 15 exits the end of the coils of the heat exchange unit 20, it moves along a tube 27 before being divided between two
[00052] O óleo 15 que sai das aberturas 22 é distribuído de forma homogênea através de ambas as extremidades 14 do estator 12. Depois do contato com as extremidades 14, o óleo 15 é capaz de circular dentro do envoltório 16, e em particular fluir ao longo do comprimento das bobinas do estator 14, antes de ser novamente jogado para dentro da câmara de bomba 28 para recirculação e resfriamento.[00052] The oil 15 coming out of the
[00053] Em uso o óleo 15 ajuda a resfriar os componentes do motor 10, permitindo que o motor 10 continue a rodar sem danos com cargas muito maiores do que as determinadas por sua classificação normal.[00053] In use, oil 15 helps to cool
[00054] A figura 2 ilustra uma vista transversal de uma extremidade 14 do estator 12. As partições do estator 41 no estator 12, recebem as bobinas do estator 40.[00054] Figure 2 shows a cross-sectional view of an
[00055] A figura 3 ilustra uma modalidade ilustrativa de uma unidade de potência hidráulica 10 compreendendo todas as características ilustradas na figura 1 com as seguintes diferenças. As portas 18 fornecem comunicação por fluido entre a câmara de bomba 28 e uma câmara de circulação 43. Uma porta de saída 44 fornece comunicação por fluido entre a câmara de circulação 43 e o duto 19 no exterior do envoltório 16. O tubo 19 está em comunicação por fluido com a unidade de permuta de calor 20.[00055] Figure 3 illustrates an illustrative embodiment of a
[00056] Em uso, o óleo 16 entra na câmara de bomba 28 e é então forçado através de portas de saída 18 no envoltório 16 e para dentro da câmara de circulação 43. O óleo 15 então sai da câmara de circulação 43 através da porta 44 para dentro do tubo 19 e através das bobinas da unidade de permuta de calor 20.[00056] In use,
[00057] Modificações e aperfeiçoamentos podem ser feitos ao acima exposto sem se distanciar do escopo da invenção como definido pelas reivindicações. Nas modalidades acima, a unidade de potência hidráulica é descrita como compreendendo um motor elétrico 10, e uma bomba 17. É vislumbrado que em uma modalidade da presente invenção uma segunda bomba possa ser fornecida dentro da unidade de potência hidráulica. Cada bomba pode ser controlada independentemente e também pode ser adaptada para bombear o fluido para a unidade de permuta de calor, através do mesmo conduto de distribuição e voltar para o alojamento. Alternativamente, cada bomba pode ser adaptada para bombear fluido em torno de um circuito independente a partir do alojamento para as mesmas unidades de permuta de calor ou outras independentes através dos mesmos condutos de distribuição ou outros independentes e de volta para o alojamento.[00057] Modifications and improvements can be made to the above without departing from the scope of the invention as defined by the claims. In the above embodiments, the hydraulic power unit is described as comprising an
[00058] Pelo aumento do fluxo de fluido dentro da unidade de potência hidráulica, a saída de potência pode ser aumentada sem aumentar a pressão de operação. Componentes disponíveis são baratos para operação a pressões de até cerca de 300 bar. Acima dessa classificação, os componentes tendem a ser mais especializados e, portanto, mais caros. Portanto, pela incorporação de uma segunda bomba e pelo aumento da taxa de fluxo efetiva através da unidade de potência hidráulica, enquanto se opera a uma classificação de pressão em linha com os componentes disponíveis tal como em torno de 250 bar, isso permite que mais ferramentas sejam operadas simultaneamente e também resulta em um fator de utilização reduzido para componentes individuais o que estende sua confiabilidade e vida útil.[00058] By increasing the fluid flow within the hydraulic power unit, the power output can be increased without increasing the operating pressure. Available components are inexpensive to operate at pressures up to about 300 bar. Above this rating, the components tend to be more specialized and therefore more expensive. Therefore, by incorporating a second pump and increasing the effective flow rate through the hydraulic power unit, while operating at a pressure rating in line with available components such as around 250 bar, this allows more tools operated simultaneously and also results in a reduced utilization factor for individual components which extends their reliability and service life.
[00059] Tal bomba adicional pode ser montada adjacente à primeira, com um aumento consequente no comprimento do eixo do rotor para acomodar a bomba ou, alternativamente, o alojamento da unidade de potência hidráulica pode ser estendido no lado oposto a partir da primeira bomba para fornecer um assento para uma segunda bomba dentro do alojamento.[00059] Such an additional pump can be mounted adjacent to the first, with a consequent increase in the length of the rotor shaft to accommodate the pump or, alternatively, the hydraulic power unit housing can be extended on the opposite side from the first pump to provide a seat for a second pump inside the housing.
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