CN102953761A - 转子 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种转子。转子(1)具有用于使该转子转动的外叶片(2)，该转子还具有用于在转子转动期间推动流体穿过该转子的内叶片(5)。被推动的流体可用作动力源，例如，在水下碳氢化合物井中。

Description

转子
技术领域
本发明涉及转子，例如在提供动力源(诸如在碳氢化合物井设施中提供动力源)的设备中的转子。
背景技术
在离岸油和气生产控制系统中，许多控制装备安装在海床上。这种水下装备基本上打开和关闭水下阀，水下阀控制和容许来自井的碳氢化合物流体的流动。用来操作安装在海床上的装备和阀所需要的电能和液压动力通常由电能单元和液压动力单元（其安装在最上面，或者在钻探设备、浮动平台上，或者在岸上）提供。电能经由脐带电缆(umbilical cable)传送到水下装备，脐带电缆还包括通信链路(其传送控制信号和仪器信号)以及液压管路，液压管路传送用于电驱液压流体操作控制阀的液压流体。
脐带电缆可能是几公里长，并且重而昂贵，所以它的设计因而是关键性的。在典型的水下生产系统中的脐带电缆的成本已经估算出为多达整个水下系统总成本的40%，而节省成本的设计因此就是必需的。减少要被传送到水下的电能的量将减小脐带电缆中需要的电缆的尺寸、等级和成本。同样，减少脐带电缆中的液压管中的液压流体的量或者压力将产生显著的节约。
发明内容
从一方面根据本发明，提供有一种转子(转动体)，其包括转子，该转子具有用于使转子转动的外叶片，该转子还具有用于在转子转动期间推动流体穿过该转子的内叶片。
优选地，在所述转子中存在定子，使得可在所述转子和所述定子之间推动所述流体。在这种情况下，优选地，所述定子具有与转子的所述内叶片相交错的多个外叶片，从而转子的转动使所述流体在所述叶片之间被推动。典型地，在相邻的内叶片和外叶片之间的体积在所述流体在所述转子和所述定子之间被推动的方向上减小－例如，通过所述内叶片和外叶片的长度在所述流体在所述转子和所述定子之间被推动的方向上减小。
本发明还包括用于提供动力源的设备(其包括根据本发明的转子)，其中：
流体回路与所述转子连接，转子的转动推动回路中的流体穿过该回路；以及
该设备包括用于使用被推动穿过回路的流体作为动力源的器件。
转子可在用于第二流体的流动路径中，通过该第二流体流过所述路径，转子能够转动。在这种情况下，转子可在用于碳氢化合物井设施中的碳氢化合物流体的流动路径中，所述使用器件利用被推动穿过回路的流体作为用于该设施的动力源。
所述使用器件可包括用于液压地操作至少一个装置的器件和/或用于从被推动穿过所述回路的流体中产生电能的器件。
从另一方面根据本发明，提供有一种推动流体的方法，包括：提供具有外叶片和内叶片的转子；以及经由外叶片使转子转动，以在转子转动期间推动流体穿过转子。
典型地，流体回路与所述转子连接，转子的转动推动回路中的流体穿过该回路，并且被推动穿过回路的流体被用作动力源。
转子可在用于第二流体的流动路径中，通过第二流体流过所述路径使转子转动。在这种情况下，转子可在用于碳氢化合物井设施中的碳氢化合物流体的流动路径中，被推动穿过回路的流体被用作用于设施的动力源。
被推动的流体可用来液压地操作至少一个装置和/或用来产生电能。
该发明的一个实施例利用从井中流出的碳氢化合物流体中的动能在海床处产生局部能量，其可随后用于提供操作水下阀所必需的电能和/或一些或所有的动力，因此降低了需要经由脐带电缆传递到海床装备的总动力。这样做时，其将减轻置于脐带电缆上的要求，并且提供降低总的脐带成本的方式。
虽然已知提供通过使用碳氢化合物流体流来转动附接到发电机上的转子的叶片以便发电的方式，本发明的该实施例以如下方式操作：捕获来自碳氢化合物流体的动能中的一些，并且直接传递它以对液压系统加压以及提供动力，其可然后用于操作液压装置(诸如阀)和/或驱动涡轮驱动的发电机来提供电能以例如驱动促动器。
本发明不限于提供液压动力，而是如果需要可用于产生气动动力。
附图说明
图1示意性地示出了本发明的实施例。
具体实施方式
图1示出了本发明的、通过捕获水下碳氢化合物井设施中的碳氢化合物流体流中的一些能量来产生液压动力和/或电能的应用。安装在碳氢化合物流体流中的能量捕获装置是包括以下两个主要部分的新颖的涡轮型泵装置：
1)在剖视图中示出的转子1在它的外侧上具有翼型叶片2，其设计成以便优化对来自碳氢化合物流体的动能的捕获，碳氢化合物流体沿箭头A的方向流过生产流体管路3。转子1安装在相对的端部处的轴承4上，并且能够在流体流中自由转动。转子沿轴向位于流体流中以优化能量的捕获。碳氢化合物流体经由叶片2迫使转子1转动，产生旋转机械能。转子1的内部还具有叶片5，其用于在第二单独的液压流体回路6中推动液压流体。
2)转子1中的固定定子7在它本身和转子1之间限定了液压流体回路6的一部分。定子7通过由回路6的部分9携带的机械座架8而固定在传送碳氢化合物流体的生产流体管路3内，轴承4在转子1和部分9之间。定子7在它的外侧上具有与转子1内侧上的叶片5有效地匹配并且相交错的叶片10。在相邻的叶片5和叶片10之间的体积在回路6中的液压流体在这些叶片之间被推动的方向上减小。在该实施例中，这通过叶片5和叶片10在那个方向上长度减小来实现。
当转子1由于管路3中的碳氢化合物流体的流动而转动时，它在转子叶片5和定子叶片10之间推动和泵送回路6中的液压流体，产生高的流体压力。该流体然后被用作水下控制系统中的动力源。
控制系统控制由能量捕获装置产生的液压流体压力的量，并且经由阀11将来自回路6的液压流体引导到需要高压的液压流体的任何地方，诸如，驱动发电机13来发电的涡轮12 (液压流体经由阀14离开涡轮12)，和/或用来液压地操作至少一个阀15。参考标号16指代用于适当地向回路6供应液压流体的输入。液压流体的流动在图1中通过小箭头指出。
本发明的实施例依赖于碳氢化合物流体流的可用性。这种流体流的初始化需要适合的阀(在图1中的这种阀17)的操作，阀将必须经由脐带电缆从最上面的装备提供动力和控制。备选地，如果水下的电能可从其它的源得到，则可能只需要经由脐带电缆进行的流初始化控制。
使用本发明的优点阐明如下。
它提供了在海床处产生局部动力的方式。
液压动力和/或电能可在碳氢化合物流体流动的任何地方得到。
用于操作阀的执行时间通过使用局部液压动力显著地降低(从发出指令到结束)，因为将液压动力供应穿过脐带电缆取决于液压回路的时间常量，其在没有液压储能器的情况下可能是重要的。备选地，局部液压动力源的可用性可排除对水下液压蓄能器的需求。
产生的电能可存储在电池中和/或用来驱动水下传感器和仪器和/或用于加热目的。
如果能产生足够的电能，那么全电水下控制系统可能是可行的。
海床处的局部化的动力的可用性意味着脐带电缆的电气等级和液压等级以及因此它的物理直径和重量可被降低，这可显著地降低向海床装备传送电能和液压动力所需要的脐带电缆的成本。
减少了重量的脐带电缆将更易于操纵并且降低安装成本。
实施例实现了与传统的水下系统相比的增加的水下功能性。

Claims (18)

1.一种转子，包括具有外叶片的转子，所述外叶片用于使所述转子转动，所述转子还具有用于在所述转子转动期间推动流体穿过所述转子的内叶片。
2.根据权利要求1所述的转子，其特征在于，在所述转子中包括定子，使得所述流体能够在所述转子和所述定子之间被推动。
3.根据权利要求2所述的转子，其特征在于，所述定子具有与所述转子的所述内叶片相交错的多个外叶片，从而所述转子的转动使所述流体在所述叶片之间被推动。
4.根据权利要求3所述的转子，其特征在于，在相邻的内叶片和外叶片之间的体积在所述流体在所述转子和所述定子之间被推动的方向上减小。
5.一种用于提供动力源的设备，包括根据前述权利要求中的任何一项所述的转子，其中：
流体回路与所述转子连接，所述转子的转动推动所述回路中的流体穿过所述回路；以及
所述设备包括用于使用被推动穿过所述回路的所述流体作为动力源的器件。
6.根据权利要求5所述的设备，其特征在于，所述转子在用于第二流体的流动路径中，通过所述第二流体流过所述路径，所述转子能够转动。
7.根据权利要求6所述的设备，其特征在于，所述转子在用于碳氢化合物井设施中的碳氢化合物流体的流动路径中，所述使用器件利用被推动穿过所述回路的所述流体作为用于所述设施的动力源。
8.根据权利要求5至7中的任何一项所述的设备，其特征在于，所述使用器件包括用于液压地操作至少一个装置的器件。
9.根据权利要求5至8中的任何一项所述的设备，其特征在于，所述使用器件包括用于从被推动穿过所述回路的流体产生电能的器件。
10.一种推动流体的方法，包括：提供具有外叶片和内叶片的转子；和经由所述外叶片使所述转子转动，以在所述转子的转动期间推动所述流体穿过所述转子。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，在所述转子中存在定子，使得所述流体在所述转子和所述定子之间被推动。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述定子具有与所述转子的所述内叶片相交错的多个外叶片，从而所述转子的转动使所述流体在所述叶片之间被推动。
13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，相邻的内叶片和外叶片之间的体积在所述流体在所述转子和所述定子之间被推动的方向上减小。
14.根据权利要求10至13中的任何一项所述的方法，其特征在于，流体回路与所述转子连接，所述转子的转动推动所述回路中的流体穿过所述回路，并且被推动穿过所述回路的所述流体用作动力源。
15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，所述转子在用于第二流体的流动路径中，通过所述第二流体流过所述路径使所述转子转动。
16.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，所述转子在用于碳氢化合物井设施中的碳氢化合物流体的流动路径中，被推动穿过所述回路的所述流体用作用于所述设施的动力源。
17.根据权利要求14至16中的任何一项所述的方法，其特征在于，所述被推动的流体用于液压地操作至少一个装置。
18.根据权利要求14至17中的任何一项所述的方法，其特征在于，所述被推动的流体用来产生电能。
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