CN105074223A - 具有磁性联轴器并由从过程流体提取的液体或气体冷却或润滑的海下多相泵或压缩机 - Google Patents

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Abstract

一种浸没在水体中运行的潜水流体系统包括电机和流体端。流体端包括流体端壳体，该流体端壳体具有通至流体转子的入口，该流体转子联接至电机并通过壳体中的轴承支承以在壳体中旋转的流体转子。流体分离系统接收多相流体并将流体流连通至入口以及将从多相流体提取的基本为液体的流连通至轴承。

Description

具有磁性联轴器并由从过程流体提取的液体或气体冷却或润滑的海下多相泵或压缩机
背景技术
诸如泵、压缩机、搅拌器、分离器及其它此类浸没在水下的流体系统的运行由于运行环境恶劣而是困难的，特别是如果环境是深层海水。该系统周围的水以及流经系统的过程流体通常是腐蚀性的。周围环境会很冷，使很多材料易碎并且由于设备在热的运行状态和冷的非运行状态之间循环而引起设备大的热膨胀/收缩。水和/或过程流体的流体静压会很大。此外，由于系统通常布置在地理上偏远地点并且在潜水员不能到达的深度，因此需要专门建造的容器、技术人员以及自动设备，因此安装以及接近流体系统来维护和修复是困难并且昂贵的。
发明内容
本文中的构思包括一种浸没在水体中运行的潜水流体系统。该系统可包括电机。该系统还可包括流体端，该流体端包括壳体，该壳体具有通至流体转子的入口。流体转子可联接至电机并通过壳体中的轴承支承以在壳体中旋转。流体分离系统可接收多相流体并将多相流体流分配到入口以及将从多相流体提取到的基本为液体的流分配到轴承(例如通过贮器)。在某些实施方式中，到轴承的流体可以是气体或基本上是气体。
本文中的构思包括一种方法，该方法包括在水下一定深度运行电机和流体端。流体端可包括流体端壳体，该流体端壳体具有通至流体转子的入口，该流体转子联接至电机并通过壳体中的轴承支承以在壳体中旋转。该方法可包括运行流体分离系统，该流体分离系统接收多相流体并将流体流连通至该入口以及将从多相流体提取的基本为液体的流连通至轴承。
本文中的构思包括一种浸没在水体中运行的潜水流体系统。潜水流体系统可包括电机和流体端。流体端可包括具有通至流体转子的入口的流体端壳体。流体转子可与电机联接并包括环绕流体转子的驱动端的腔。该系统还包括流体分离系统，该流体分离系统接收多相流体并将流体流连通至入口以及将从多相流体提取的另一基本为气体的流连通至环绕流体转子的驱动端的腔。
以上构思可包括下列特征中的一些或全部，或者不包括其中任何一个。
在某些情况下，流体转子通过在流体转子的一端附近的第一所述轴承和在流体转子的第二端附近的第二轴承传送以在壳体内旋转，以及其中流体分离系统将从多相流提取的液体流连通至第一所述轴承和第二轴承。在某些情况下，从多相流体提取的液体流的温度小于轴承的温度。在某些情况下，流体分离系统将流体分配到在驱动端附近的环绕流体转子的腔。在某些情况下，该流体转子的驱动端通过磁性联轴器与电机的电机转子联接，并且流体分离系统还将流体流分配到磁性联轴器的位于流体转子上的一部分和磁性联轴器的位于电机转子上的一部分之间的间隙。在某些情况下，流体分离系统还将从多相流体提取的基本为气体的流分配到环绕流体转子的驱动端的腔。在某些情况下，流体分离系统还将从多相流体提取的基本为气体的流分配到磁性联轴器的位于流体转子上的一部分和磁性联轴器的位于电机转子上的一部分之间的间隙。在某些情况下，流体分离系统包括分离罐。分离器可包括多相流体的入口。主出口可在分离罐的底部附近并联接到流体端的入口。该系统可包括出口，该出口在分离罐的顶部附近并联接到流体端壳体(例如通过电动机)以将气体基本供应给环绕流体转子的驱动连杆(stub)端的腔的。在某些情况下，附加出口包括构造成从流经液体出口的液体流释放沙子的向上延伸管。在某些情况下，系统可包括储存罐，储存罐在附加出口和流体端的壳体之间以从附加出口接收并储存液体，用于在没有液体从附加出口产生时供应给流体端。在某些情况下，分离罐还包括出口，该出口在分离罐的顶部附近并连接到流体端壳体以供应气体基本给包围流体转子的驱动端的腔。储存罐可在分离罐的顶部附近的出口和流体端之间，以当没有液体从附加出口产生并且出口关闭时，接收来自分离罐的流体来驱动来自贮器的流体。在某些情况下，该系统还可包括与轴承流体连通的辅助液体源。在某些情况下，辅助液体源包括也加到脱离潜水流体系统的多相流体的处理液体或来自流体端下游的出口的液体中的至少一种。
在某些情况下，运行流体端包括在由在流体转子的一端附近的第一所述轴承和在流体转子的第二端附近的第二轴承支承的同时旋转流体转子。在某些情况下，流体分离系统将从多相流提取的基本为液体的流连通至第一所述轴承和第二轴承。在某些情况下，流体分离系统还将从多相流体提取的基本为气体的流与环绕流体转子的驱动端的腔连通。在某些情况下，流体转子的驱动端通过磁性联轴器与电机的电机转子联接，并且流体分离系统还将流体流分配到磁性联轴器的位于流体转子上的一部分与磁性联轴器的位于电机转子上的一部分之间的间隙。在某些情况下，流体分离系统还将从多相流体提取的气体流分配到环绕流体转子的驱动端的腔。在某些情况下，多相流体在分离罐接收。分离罐可包括用于多相流体的入口。分离罐还可包括在分离罐下部附近并联接到流体端的入口的主出口。附加出口可在分离罐的底部附近并连接到流体端壳体。在某些情况下，流体转子的驱动端通过磁性联轴器与电机的电机转子联接，并且流体分离系统还将从多相流提取的基本为气体的流分配到磁性联轴器的位于流体转子上的一部分与磁性联轴器的位于电机转子上的一部分之间的间隙。在某些情况下，流体转子通过壳体中的轴承支承以在壳体内旋转并且流体分离系统将从多相流体提取的基本为液体的流分配到轴承。
附图说明
图1是示例流体系统的侧视图。
图2A是可用于图1的示例流体系统的示例集成电机和流体端的侧向剖视图。
图2B是图2A的示例流体系统中的流体入口部分以及电机转子和流体端转子之间的磁性联轴器的侧向剖视图。
图2C是图2A的示例流体端的流体出口部分和贮槽(sump)的侧向剖视图。
图3是图1的示例流体系统的流动示意图。
具体实施方式
本文所披露类型的流体系统作用在可包括例如水、油或气体的基本单相或不止一相(“多相”)的混合物的流体(“过程流体”)上，该多相混合物可包括两相或两相以上并且通常夹带例如沙子、金属颗粒和/或锈片、蜡和/或水垢结块的固体。图1是示例流体系统的侧视图。图1示出了根据本文所述想法构造的示例流体系统100。流体系统100包括与电机104联接的流体端102。在某些情况下，流体系统100还可包括流体分离系统108。
流体系统100可在浸没在开放水域中运行，开放水域例如是在湖泊、河流、海洋或其它水体中的烃生产或注入井的外面。为此，流体端102和电机104封装在密封成阻止压力容器的内部和周围环境(周围水域)之间的流体通过的压力容器内。流体系统100的部件构造成承受在流体系统100周围的环境压力和由周围环境施加的热载荷以及运行电机104和流体端102过程中引起的压力和热载荷。
在某些情况下，例如海底应用，流体端102、电机104和流体分离系统108可支承在流体系统100的滑架(skid)110或其它结构上，该滑架110例如通过捕获相应海底结构的导向桩的导向管112或通过大型锥对锥外加销与凸轮布置(未示出但为无导向海底系统领域的技术人员所熟知)的相互作用对准并配合其它海底结构。如果流体系统被称为“海底”流体系统，那甚至可以说，流体系统设计成仅在海面下运行。相反地，海底流体系统属于设计成在或靠近诸如海洋、湖泊、河流或其它咸水体或淡水体的开放水体的底部碰到的严酷环境下运行的类型。辅助液体源114可与滑架110接界以提供例如抑制腐蚀、水垢和水合物的化学制剂的液体给系统。
一个或多个阻尼器120可外部固定到流体系统100以减弱流体系统100与诸如在海底结构或运输船舶甲板上的表面的撞击。阻尼器120可构造成保持流体系统100在表面不平的情况下的水平定向。阻尼器120可以是流体阻尼器或其它类型的冲击或撞击吸收装置。
如以下更详细描述的，电机104是具有包括永磁体的转子以及包括多个形成绕组或电缆绕组和(通常)叠片铁芯的定子的交流(AC)、同步、永磁(PM)电机。在其它情况下，电机104可以是另一种类型的电机，该电机诸如是其中转子和定子都包括绕组和叠片的AC、异步、感应式电机乃至另一种类型的电机。电机104可作为由电力产生机械运动的电动机、由机械运动产生电力的发电机运行或在发电和提供动力之间交替。在提供动力中，从电机104输出的机械运动可驱动流体端102。在发电中，流体端102提供机械运动给电机104，并且电机104将机械运动转换成电力。
在流体端102由电机104驱动的情况下，流体端102可包括各种不同装置中的任何一种。例如，流体端102可包括一个或多个旋转和/或往复式泵、旋转和/或往复式压缩机、混合装置或其它装置。泵的某些实例包括离心泵、轴流泵、转动叶片泵、齿轮泵、螺旋泵、凸轮泵、螺杆泵、往复式泵、活塞泵、隔膜泵和/或其它类型的泵。压缩机的某些实例包括离心压缩机、轴流压缩机、转动叶片压缩机、螺旋压缩机、往复式压缩机和/或包括有时称为“湿气压缩机”的压缩机类的其它类型的压缩机，该湿气压缩机可适应比通常用于传统压缩机的气体流更高的液体含量的气体流。在其它情况下，流体端102可包括可工作以将流体流转换成机械能的流体发动机、可工作燃烧空气/燃料混合物并将来自燃烧的能量转换成机械能的燃气涡轮系统、内燃机和/或其它类型原动机中的一种或多种。在任何情况下，流体端102可以是单级或多级装置。
虽然图1示出了与垂直定向的流体端102联接的垂直定向电机104，但其它实施方式可提供与水平定向的流体端102联接的水平定向电机104、与水平定向的流体端102联接的垂直定向电机104、与垂直定向的流体端102联接的水平定向电机104，以及还有包括非直线和非垂直布置的电机104和流体端102的其它定向。
虽然示出与单流体端102联接，但电机104还可与两个或两个以上的流体端102联接(以驱动流体端102或由流体端102驱动)。在某些情况下，一个或多个流体端102可设置在电机104的各端，并且设置在相对于电机104的任何方向上。例如，在具有两个流体端102的构型中，一个可设置在电机104的一端而另一个设置在电机的另一端，并且流体端102可相对于电机104以不同角度定向。在另一实例中，具有两个流体端102的构型可的一个设置在电机104的一端而其另一个与第一流体端102联接。而且，如果提供了多个流体端102，它们不必全部是同一类型的装置且它们不必对同一流体起作用，即，它们可对不同流体起作用。
图2A是可用于图1的示例流体系统100的示例电机202和流体端204的侧剖视图。流体端204包括设置在流体端壳体208中的流体转子206。流体端壳体208容纳从在电机202附近的入口250流到与该电机远离的出口272的过程流体。电机202由电机壳体210支承并容纳在电机壳体210内，该电机壳体210通过端盖214a附连到流体端204的流体端壳体208。电机壳体210在其上端附连到端盖214b，该端盖214b附连到盖233。上述附件密封成产生封装电机202的压力容器，该压力容器阻止在其内部和周围环境(例如，水)之间的流体通过。部件和接口(稍后在本发明中描述)的另一种组合阻止在电机202和流体端204之间的流体通过。由于所述屏障，电机202在其自身流体环境中运行，该流体环境根据具体权衡可以是气体或液体(从系统总效率观点看较佳的是，用气体)。图2A示出了紧密联接的潜水流体系统200，其中，电机202的结构元件直接附连到流体端204的结构元件。
设置在电机壳体210内的电机202包括电机定子218和电机转子220。电机壳体210连接到流体端壳体208并包括密封腔。该腔具有在一压力下的气体，该压力小于在指定水下深度处的流体静压。电机202设置在电机壳体的该腔内。电机定子218通过穿过下端盖214a的穿透器/连接器238与外部电源连接。为水下电力互连系统领域的技术人员所熟知的是，使作用在这些连接界面上的压差最小化是用于长期有效所推荐的。电机转子220通过磁性联轴器258磁性联接以随过程流体转子206旋转。在其它情况下，可使用机械联轴器。电机转子220，其可以是管状的，包括转子轴(或，就AC电机来说，芯)221和固定到转子轴221外部，具体地说，在靠近定子芯222的区域中的永磁体226。磁性联轴器258联接电机转子220和流体转子206以用相同速度旋转并且不接触(即不接触的磁性联轴器)。流体转子206设置成在流体端壳体208内旋转并接收从流体端壳体208的入口250流到出口272的过程流体且与该过程流体相互作用。流体转子206构造成旋转时向上推向上端。
永磁体226通过套筒228固定到转子轴221，该套筒228包括不负面影响磁场并满足所有其它设计和功能需求的任何材料和/或材料构造。在某些情况下，套筒228可由适当的例如美国钢铁协会(AISI)316不锈钢的有色金属或例如Inconel(Inco合金公司的产品)的镍铬合金制成，或其可包括在例如热塑或热固基质中的诸如碳纤维、陶瓷纤维、玄武岩纤维、芳纶纤维、玻璃纤维和/或其它纤维的高强度纤维的复合构造。永磁体226提供与定子218的磁场相互作用的磁场以响应供给定子218的电力相对于定子210旋转电机转子220，或当转子220相对于定子218移动时在定子218中发电中的至少一种。
电机转子220由磁性轴承230a和230b支承以在定子218中旋转，该磁性轴承230a和230b相对于电机转子220的长度分开显著距离，并且通常但不一定靠近电机转子220的端部。在图2A所示的构型的至少一个替代实施例中，磁性轴承230a可定位成更接近定子芯222，以便在为旋转机械领域的技术人员所熟知的悬垂构型中，磁性联轴器258的大部分乃至全部延伸超过磁性轴承230a。磁性轴承230a是既轴向又径向支承电机转子220的组合(“组合”)磁性轴承，而磁性轴承230b是径向磁性轴承。就垂直定向的电机202而言，被动磁性提升装置254可设置成支承电机转子220的大部分重量以减小磁性组合轴承230a的轴向部分所需的能力，从而使组合轴承230a能够有更小的尺寸以及改进的动态性能。包含磁性轴承的电机通常还包括支承轴承231a和231b以约束电动机转子220，而在磁性轴承例如由于掉电或其它故障而不再有效的情况下，其旋转到停止位置。每当磁性轴承230a、230b未得电，例如在流体系统100的运输期间，支承轴承231a、231b都会支承电动机转子220。电机202和流体端204中的轴承的数量、类型和/或定位对不同流体系统100构型来说可不同。
电机202的其它元件可与一体的流体端204密切关联，并且，潜水流体系统200的几个较高级属性的概述在此可有助于读者理解这些其它电机202元件的功能和集成的运行特性。
海底流体系统200的某些实施例可包括：电机202，电机202运行在名义上1个大气压的压力下的气体环境中的传递容量损失小于现有技术(例如，当其电机壳体210外部暴露于可能深水及相关高压时)；电机202，与使用例如滚动元件或流体膜轴承运行在浸没液体环境中的电机相比，该电机202利用磁性轴承230a、230b来节省额外损失；磁性联轴器258，对于磁性联轴器258，内部262包含在可能非常高压的过程流体中并通过静止(不旋转)套筒235与位于电机202的名义上1个大气压的压力环境内的其关联外部293隔离，该套筒235与其关联静态(不旋转)端密封246、248一起能够承受作用于此的大差压；电机202，与其它已知技术(用于潜水流体系统200应用)相比，该电机202由于其1个大气压的运行环境、使用磁性轴承230a、230b以及使用磁性联轴器258来接合一体流体端204而产生少得多的热量，并且因此可使用被动、耐用且廉价材料和技术(不包括循环冷却剂以及相关泵推动器等等)将其热量传递到周围环境；冷却磁性联轴器258的方式，该方式在某些情况下可允许该联轴器的过程流体浸没部分在气体芯内旋转(具有一致较低损失和其它优点)；一个或多个流体端204，该一个或多个流体端204使用由过程流体(例如，水或油或其组合)或可替换流体来进行润滑和冷却的流体膜轴承264a、264b、274或任何其它类型的轴承；一个或多个流体端204，该一个或多个流体端204使用轴承264a、264b、274，这些轴承为流体膜轴承、磁性轴承或在那些相同或不同位置设置的任何其它类型的轴承，或任何类型的轴承的组合；上入口/下出口的竖直流体端204布置，该流体端204布置提供位于其下端的贮槽271以确保在可供使用的环境中固定流体膜轴承264b、274。
虽然电机202的内含物前面描述为运行在名义上1个大气压的压力环境中，但流体系统200可替代地构造成将电机202的内含物保持在补偿成基本等于流体系统200周围的水压的环境中。
虽然磁性联轴器258前面描述成具有在过程流体中的内部262和在电机202的名义上1个大气压的压力环境中的外部293，作为替代实施例，磁性联轴器258可设有具有在电机的名义上1个大气压的压力环境中的内部和在过程流体中的外部的相反拓扑结构。
电机壳体210(以及相关部件)外加与套筒235(以及相关部件)结合的磁性联轴器258建立可利用潜水流体系统200的前所未有价值的三个基本独立环境，即：在流体端204的上端的套筒235内的可能过程气体环境(另外，过程多相流体或液体)；在套筒235外并在电机壳体210内的名义上1个大气压的气体环境；在电机壳体210外(并且也在流体端壳体208外)的水下环境。在替代实施例中，在对总体系统效率(增加的损耗)、例如电机壳体210、上套筒296和下套筒298的可能不同横截面、套筒235的减小横截面以及因此磁性联轴器258的提高效率、穿过例如电力穿透器的不同压力场、不同热量管理考虑等等进行一致权衡的情况下，在电机壳体210内的环境可被加压(例如用气体或液体)一点或很多(即，直到并包含过程流体的压力的各种水平中的任一种)。借助前文，现将提供电机202部件和其它海底流体系统200部件的附加描述。
与本发明一致，应该理解，过程流体可用于润滑并冷却流体端204中的流体膜或其它类型的轴承264a、264b、274，以及冷却磁性联轴器258。进一步理解，液体形式的过程流体会更好满足过程润滑并冷却轴承(如果流体端204使用磁性轴承的话，不适用)的需求，以及包含至少某些气体的过程流体可有利于联接-冷却应用，即通过降低与过程流体转子206运动关联的阻力损失并从套筒235内传导热量。根据在这些来源位置的过程流体(例如，水、油、气体、多相)的性质，这些源相对于使用点的压力以及流体在使用点所需的性质，所述应用的过程流体可来自相对于潜水流体系统200的几个位置中的任一个或多个。例如,过程流体可来自潜水流体系统200的上游,诸如来自缓冲罐278、贮液器284或包括不与通过潜水流体系统200的过程流关联的一些和/或在加入通过潜水流体系统200的过程流之前经受例如预调节的与通过潜水流体系统200的过程流关联的一些的其它源(例如，油井流，该油井流在与包括最终进入潜水流体系统200的流动流的一个或多个较低压力的流动流共同混合之前被抑制到较低压力)。过程流体可来源于潜水流体系统200自身内部(例如，来自潜水流体系统200的各增压级、靠近出口272、来自贮槽271和/或紧邻各自所需使用点)。过程流体可来源于潜水流体系统200的下游，例如，直接来自下游过程流流股或来自液体萃取单元287等等。非过程流流体也可用于润滑和冷却，诸如在海床位置可用的化学制品(该化学制品通常注入过程流以抑制腐蚀和/或例如水合物的形成和/或沥青质、水垢的沉积，等等)。
在上游过程流体用于润滑和/或冷却并且源在大于在预期使用点处的压力的压力下不存在的情况下，这种过程流体可能必须被“升压”。即，这种过程流体的压力可使用例如专用/单独辅助泵、与在海底流体系统200内的转动件形成一体的推动器或通过一些其它方式增加。在某些实施方式中，在流体端入口均化器(即、混合器)249上的压降可产生足以将所需流体从其上游传递到例如上径向轴承264a和联接室244的压差，联接室244是环绕磁性联轴器内部262并居于套筒235内的空间(该实施方式在本文中进一步讨论)。
不管过程流体源如何，其可在被送到使用点之前纯化和/或清洁。例如，多相流体可分离成气体、一种或多种液体流和固体(例如，沙子、金属颗粒等等)，其中，固体通常通过其主要入口250转向流入流体端204并且/或收集处理。这种流体分离可使用例如重力、旋流离心和/或磁性方法(在其它机构中)实现以获得每个使用点所需的流体性质。在流体已被清洁之后，其还可通过使精制流体经过例如暴露于环绕流体系统200的水的薄壁管和/或分离有小通道的薄板等(即换热器)而进行冷却。
电机202包括固定到上端盖214b的盖233。对于图2A所示的构型，连杆234通过在肩部轴承环240和肩部轴承环289之间起作用的弹簧机构239向下压到套筒235上。端盖214b、电机壳体210、端盖214a、流体端壳体208、套筒支承环270以及与上述物品关联的各种紧固件封闭用于连杆234和套筒235的轴向载荷路径。连杆234包括内轴向管道242，该管道242将套筒235内的过程环境与设置在连杆234的上端和盖233的下侧之间的腔相连。盖233包括将该下侧腔与外部服务管道290相连的管道245，该外部管道290将例如来自过程的冷却流体传送给联轴器(上述的)。通过所述管道输送的加压流体填充位于盖233下方的腔，并通过波纹管288、活塞286以及波纹管288和活塞286之间提供的液体作用在连杆234上。活塞286的密封直径取决于套筒235的密封直径和由弹簧机构239产生的力，并被指定成确保在套筒235上的基本不变的轴向压缩载荷，而不管例如内部和外部作用到海底流体系统200的压力和温度。对于海底流体系统200的其它变型，上述元件被改成确保基本不变的轴向拉伸载荷保持在套筒235上。套筒235可以是圆筒。套筒235可基本上无磁性，形成基本非磁性壁，例如由非磁性材料制成。在某些情况下，套筒235可由导电材料制成，虽然其经受关联磁场，但这个磁场的作用可实际上被减轻。套筒235可包括基本不导电壁。
在某些情况下，套筒235可以是通过集成支承系统对所有预期负载条件保持“受压”的不透气陶瓷和/或玻璃圆筒，例如用于径向支承的外部压缩套筒292和用于轴向支承的连杆234外加套筒支承环270。包括外部压缩套筒292的套筒235理想地由材料制成和/或以这样的方式构造，以便不会显著阻碍磁性联轴器258的磁场，并且如果有来自例如与联轴器旋转磁场关联的涡电流，就产生热量。在某些情况下，外部压缩套筒292可以是在例如热塑或热固基质中的诸如碳纤维、陶瓷纤维、玄武岩纤维、芳纶纤维、玻璃纤维和/或其它纤维的高强度纤维的复合结构。在某些情况下，套筒235可具有金属化端面和/或其它处理以有助于例如与连杆234和套筒支承环270的相应表面的金属对金属密封。
在海底流体系统200的某些实施例中，电机202充满在或接近1个大气压的压力的气体，例如空气或诸如氮气或氩气的惰性气体。除了难以建立和保持并且提供很差传热性质的真空，非常低的气体压力环境提供电机高效运行(例如，低阻力损失等等)的最佳条件，假设由电机产生的热量可高效去除。
当浸没在深水中时，充满气体的电机202外的压力会压塌例如电机壳体210，如果其没有足够强或内部支承。在海底流体系统200的某些实施例中，电机壳体210是薄的且可能“有鳍状物”以提高电机和周围环境之间的传热。电机壳体210可紧配合定子芯222和套筒296和298，并且其端部类似地可紧配合设置在端盖214a、214b上的支承面。为此，支承电机壳体210的结构大小设置成足够强，并且其中实际(例如，用于套筒296、298)那些结构可使用具有令人满意的强度与质量的平衡和传热性质的材料(例如，分别是碳钢、低合金钢以及包括316不锈钢的精选不锈钢和包括铜铍合金的高含铜量材料，等等)制成。
图2B是图2A的示例流体系统200中的流体入口部分以及电机转子220和流体端转子206之间的磁性联轴器258的侧向剖视图。永磁体236a、236b分别固定到电机转子轴221的外径和过程流体转子206的上端207的外径。磁铁236a、236b通过套筒237a、237b组成其各自转子，并且这些套筒也用于将磁铁与其各自周围环境隔离开。套筒237a、237b理想地由材料制成和/或以这样的方式构造以便不会显著阻碍磁性联轴器258的磁场，并且如果有来自例如与联轴器旋转磁场关联的涡电流，就产生一点热量。在某些情况下，套筒237a、237b可由适当的例如AISI316不锈钢的有色金属或例如Inconel(Inco合金公司的产品)的镍铬合金制成，或它们可包括在例如热塑或热固基质中的诸如碳纤维、陶瓷纤维、玄武岩纤维、芳纶纤维、玻璃纤维和/或其它纤维的高强度纤维的复合结构。由永磁体236a、236b产生的磁场穿过套筒235相互作用以磁性地锁定(为了旋转目的)电机转子220和过程流体转子206，从而形成磁性联轴器258。
旋转过程流体转子206和联接室244内的流体之间的摩擦趋向于(沿同一方向)“拖拽”后者和前者(并且抵抗前者的运动，从而消耗能量)，但由于摩擦也存在于静态套筒235和所述流体之间(趋向于抵抗流体运动)，因此流体通常将不以与过程流体转子206相同的速度旋转。离心力将形成在旋转过程流体中，这将致使较重成分(例如，固体和重液成分)向外(向套筒235)移动，而较轻成分(例如，在“旋转”之前已经与较重成分混合的轻液成分和气体)将转移到靠近旋转过程流体转子206的中央芯。机械部件和流体之间以及流体的不同成分之间的所述相对运动等现象产生热量，这些热量随后通过各种途径从联接室244去除。如果靠近旋转过程流体转子206的流体具有低密度并且容易被剪切(这是气体的特征)，那么由旋转过程流体转子206产生的热会较少并且消耗的能量会较少。每当气体可例如通过连杆234的内轴向管道242(以及关联管道)从过程流获得，流体系统100可供应气体到联接室244中。无论联接室244内的流体性质如何，该(通过剪切变热，等等)流体可与较冷流体置换以避免邻近和周围(例如，电动机)部件过热。
图2B的流体入口部分定位成靠近电机202和磁性联轴器258。过程流体通过三根管道进入流体端204，然后在位于所有输入流混合区243处的第一推动器241的紧上游结合。由于这三股流(以下更详细描述)通常都不是源于海底流体系统200的下游，因此，它们已不受海底流体系统200作用并且对于计算总系统效率，它们不构成“损失”。
过程流体的大部分通过主入口250进入流体端204。联轴器冷却剂通过盖233中的端口245进入电机202并通过管道242引到联接室244。径向轴承264a的冷却剂通过端口260进入以汇入通道(gallery)262，冷却剂从该通道262通过端口251导引到轴承室247。为了当前讨论，进入流体端204的过程流体应假设成来自靠近海底流体系统200(未在图2A中示出)的公共源，并且因此主入口通道252、联接室244和轴承室247中的压力可以达到成大致相同。致使流体稍微并“可微调”地优先于主入口250而通过端口260和245进入流体端204的机理是由入口均化器249产生的压降。输入流均化器室251内的压力以及因此冷却剂流混合室253的压力(由于它们受所有输入流混合区243的共同影响)低于所有输入流的源，这产生足以产生所需冷却流的压力场。
为了联接室244中的流体到达冷却剂流混合室253，其横穿轴承264a。通过设置在笼形环268中的旁通口269这样做。为了轴承室247中的流体到达冷却剂流混合室253，其首先通过两条路径中的任一条离开室247。大部分流体通过笼形环268的上部内孔和转子套筒267的外径之间的间隙离开室247。一旦在联接室244中，其与联轴器冷却流体混合并通过旁通口269到达冷却剂流混合室。
流体还可通过密封件256离开轴承室247以出现在冷却剂流混合室253。以下相对于与贮槽顶板280相关联的密封件282更充分地描述可用作密封件256的密封件的实例。密封件256具有相对于转子套筒267的间隙，该间隙比笼形环268(位于轴承264a的顶部)相对于转子套筒267的间隙小得多，并且因此具有低得多的泄漏率。这种构型促使进入轴承室247的流体在轴承264a的上端处由此离开。分别推动较重流体成分(例如液体)向下和径向向外的重力和离心力与该偏置组合还致使可能夹带在进入轴承室247的流体流中的任何气体径向向内移动，以便其立即经过笼形环268排出。
如果气体出现在轴承室247中，那么保持气体离开轴承室247并将其快速去除会提升流体膜轴承264a的良好性能和较长寿命。为了增加轴承264a活动表面一直浸没在液体中(即，倾斜垫266的内表面和邻接倾斜垫266的转子套筒267的外表面)的可能性，倾斜垫266定位成在比允许流体移动离开轴承室247的间隙(在倾斜垫上方和下方)大的直径上与转子套筒267相互作用。气体从液体分离并向旋转流体系统中的旋转中心移动的自然倾向会确保每当气体存在于轴承室247中，气体在液体之前移动离开轴承室247。增加位于轴承室247上方的额外密封256可提高管理固有存在于过程流中的气体的能力。
在海底流体系统200的某些实施例中，结合在所有输入流混合区243处的第一推动器241的紧接上游的过程流体是其压力通过水力级增加的下游，该水力级包括固定到与散布的静止扩散器(也称为定子)相互作用的过程流体转子206的推动器。静密封和动密封设置在水力级内的适当位置以使从较高压力区到较低压力区的回流最小，从而提高流体端204的液压性能。
图2C是图2A的示例流体端204的流体出口部分和贮槽的侧向剖视图。在由两个重要功能元件分开的这个区域中有五个主要关注区。这些元件是过程流体转子推力平衡装置259和贮槽顶板280。在推力平衡装置259上方、周围和下方分别是末级推动器255、流体端204出口通道257和平衡线路出口装置261(图2C中示出为与贮槽顶板280形成一体，这不是严格要求)。在贮槽顶板280上方和下方分别是平衡线路出口装置261和贮槽271。
在海底流体系统200的某些实施例中，最高压力可出现在末级推进器255的紧接下游。通过经过设置在平衡装置定子263中的开口278，过程流体在稍低一点的压力下进入出口通道257并离开进入连接到下游管道系统的过程流体出口272。从末级推动器255到下游管道的入口点的总压变可减小(小，如果例如考虑到平衡装置定子263流体路径278的设计，蜗壳几何形状设置在出口通道257中，并且从出口通道257的过渡轮廓时精心设计的，等)或增加(对于具有涡旋执行良好的某些流体的某些实施例)。
当潜水流体系统200不运行时，即当过程流体转子206不旋转时，在入口250处进入流体端壳体208并且流经各液压级(推动器/扩散器)以通过出口272离开的流体会施加相对较小轴向力在过程流体转子206上。当过程流体转子206旋转时，推动器、扩散器以及相关部件的相互作用产生压力场，该压力场的量级根据存在于流体端204内的多个物理位置处的局部流体属性而变化。这些多量级压力场作用在过程流体转子206的各种几何区域上以产生有效推力。这种推力通常趋向于沿入口250的方向驱动过程流体转子206，然而，各种运行情况会产生“反推力”。根据推力量级和方向，推力轴承291可拥有足够能力来约束过程流体转子206。如果作用在过程流体转子206的推力超过实际推力轴承291的能力，考虑到为流体端设计领域的技术人员所熟知的很多复杂权衡，可使用推力平衡装置259。推力轴承291位于靠近流体端壳体204的下端。推力轴承291包括在推力环294(连接到流体转子206)上的面向上的轴承表面以及在流体端壳体208上的面向下的轴承表面。类似部件以及相关表面设置在推力环294的相对侧上以抵抗“反推力”以及致使流体转子206趋向于向下移动的其它情况。
各种类型的推力平衡装置是已知的，其中，两个最常用的被称为“圆盘”和“活塞”(或“滚筒”)类型。每种类型的装置具有正面和负面属性，并且有时两个和/或不同装置的组合全部适用于给定应用。本文所述实施例包括活塞式推力平衡装置；然而，其它类型可得以实施。
活塞式推力平衡装置本质上是仔细限定直径的径向间隙旋转密封件，其形成在过程流体转子206和相应界面之间，以通过利用已经存在于流体端204的压力场而产生所需压降，来基本上平衡作用在流体转子206上的推力载荷。推力平衡装置包括两个主要部件(不包括过程流体转子206)，但还提供了将推力平衡装置259的低压侧与入口250压力相连的流体管道(平衡线路管道276)。平衡装置转子265以提供在其间的耐压密闭密封的方式固定到过程流体转子206。作为替代实施例，平衡装置转子265的轮廓可设置为流体转子206的基本部分。平衡装置定子263藉由与其它部件密封的密封界面而固定到流体端壳体208。小间隙设置在平衡装置转子265和定子263之间以建立“旋转密封”。来自末级推动器255的高压作用在平衡装置转子265的一侧上，而对应于入口250中的压力的低压作用在另一侧上。不管穿过间隙(在平衡装置转子265和定子263之间)的高压到低压的流体泄漏，入口250压力保持在平衡装置259的低压侧上，因为与可由平衡线路管道276容纳的流体量相比，这种泄漏很小。平衡线路出口装置261收集并重新引导离开平衡装置259的流体以将其传送到平衡线路管道276。间隙的标称直径(该标称直径限定相关压力作用在其上的几何面积)选择成获得必需由推力轴承291支承的残留推力的所需程度(注意，某些残留从轴承负载和转子动态稳定性观点看是有价值的)。
简要回顾推力轴承291，运行中通常有负载的侧面被称为“作用”侧(图2C中的上侧)，而另一侧被称为“闲置”侧。在某些实施例中，推力轴承291的作用侧在高风险长期储存、装运、运输、以及部署活动期间通过在这些活动期间将其保持“不负载”而受保护。具体地说，每当海底流体系统200不运行(例如在储存、处理、装运和部署期间)，过程流体转子206在推力轴承291的闲置侧上“休息”。这种布置是有利的，因为增加对例如在部署期间的高冲击载荷的耐受性但可能降低正常运行能力的设计属性可实施用于推力轴承291的闲置侧而不影响流体端204的操作止推能力。这些设计属性(等等)可包括轴承垫材料的选择，该轴承垫材料能耐长期静态载荷和/或冲击载荷，但没有最高可用操作能力。此外，例如阻尼器、弹簧、柔性垫(由弹性体和/或热塑性材料等制成)等一个或多个能量吸收装置295和/或“可压碎”装置(参考汽车中的“撞击缓冲区”)可一体地加到推力轴承291和/或加到推力轴承291下方，以及在流体端壳体208的外部(包括在滑架110上和/或在装运台、运行工具等上——参见图1所述的阻尼器120)。可能也有利的是，“锁定”转子206、220，以便防止它们在例如运输、部署等等期间“乱跳”或将它们支承在防止例如关键轴承表面在这些事件期间接触的“僵持”装置上。这种锁定和僵持功能性可使用可手动接合和/或松开(例如锁定螺丝等等)的装置或较佳地根据转子206、220是否停止、旋转、转变到停止或转变到旋转自动接合/解开的装置实现。提供上述属性的装置包括永磁体和/或电磁吸引装置等等(“锁定装置”)以及轴承状轴称或垫/底座状支承件等等，该装置在转子206、220不旋转时具有适合僵持功能的几何形状而在转子206、220旋转时具有允许轴承实现其功能的例如“较少侵入”几何形状。可使“僵持”装置所需的“双几何形状”能力有效的替换机构包括机械、液压、热、电、电磁和压电等等。可使用承担锁定和/或僵持功能的被动自动装置，然而，控制系统也可设置成确保正确运行。
贮槽顶板280与密封282和273结合基本上将贮槽271中的流体隔离成不与流体端204过程流体相互作用。贮槽271包含流体膜式径向轴承264b和推力轴承291。为了实现良好的性能和较长的使用寿命，流体膜轴承用清洁液体润滑和冷却，而过程流体(尤其是原烃过程流体)可包含可能损害这些轴承的大量气体和/或固体。
密封件282可基本上与密封256相同，密封256与上述的上径向轴承264a相关联。密封件282固定到贮槽顶板280并且当过程流体转子206旋转时实现相对于转子套筒275(图2C中示出为与轴承套筒288形成一体，这不是严格要求)的流体动力流体膜密封(通常是微米级间隙)，以及当过程流体转子206不旋转时也实现静密封(通常是零间隙)。在某些情况下，密封件282可包括多个垫，该多个垫向内弹性地偏置抵靠转子轴以提供静密封，但当转子旋转时使流体动力流体密封形成。密封282可设计成在运行中当经受来自任一侧(上面或下面)的差压瞬变时，保持、增加或减小其流体动力间隙，甚至到零间隙，并且因此在特别急剧压力瞬变期间基本上分别保持、增加或减小其泄漏率。密封282包括每当其暴露于差压，使其流体动力性能有效的特征，该流体动力性能允许在动态(不管相对于转子套筒275的间隙大小)和静态模式中的小量泄漏，并且因此对于某些应用，其可具有作为限流器而不是绝对密封的特征。小量泄漏是贮槽271应用所需的。密封件273和282密封在流体端壳体208和流体转子206之间，并且限定流体端壳体208的贮槽271的上边界。流体轴承291居于贮槽271中，并且密封件282在经受流体端壳体的贮槽和另一部分之间的压差变化时反应以提供更大密封。
在部署以及使用为这些目的(用于气体和/或残渣的再填充槽和/或冲洗槽等等)提供的端口(多个端口)277之前，贮槽271可充满理论上具有对目标领域应用的吸引性质的流体，例如与过程流体以及可引入过程流和/或贮槽271的化学制剂化学相容、比过程流体大的密度、在整个宽稳定范围内的有用粘性、良好传热性能、低气体吸收倾向等等。随后安装和在启动时(在该时间期间，海底流体系统200已运行)，流体端204将根据其设计被加压并且贮槽271的温度将显著上升，贮槽271的温度致使贮槽流体膨胀。密封件282沿两个方向轴向转移流体的能力确保贮槽271中的压力不会因此显著上升，并且进一步确保贮槽271中的压力在运行和非运行状态期间会基本上匹配流体端204入口250的压力，除了在过程流体转子206轴向位置瞬变(以下解释)期间外。
与另外“密封的”贮槽271结合的密封件282的低泄漏率、静密封和流体动力密封能力为流体端204提供了独特和有价值的属性。即使当经受急剧高压差时，密封282也提供了低泄漏率，并且因此主要根据所含流体(例如，液体、气体、多相、高/低粘性等等)的初始压差和性质逐渐地使压力或多或少地均衡。在一种情况下，在开始旋转过程流体转子206之前，操作员可将液体以足以产生穿过密封282的足以上升过程流体转子206的压差的速度注入端口277，从而避免在启动时可伴随从推力轴承291的“闲置”侧(正常不使用)到“活动”侧(在正常运行期间使用)的转变的潜在转子动态不稳定性。在另一种情况下，几乎可以采用反向过程。即，在停止过程流体转子206的旋转之前，液体可以以足以保持其上升的速度注入端口277。当停机时，过程流体转子206会继续上升直到其停止旋转，在该点，通过端口277的液体注入可中止以允许过程流体转子206柔和地下降到推力轴承的闲置表面而没有旋转。这将会降低损害可能性并且由此促进轴承寿命长久。在另一种情况下，驱动过程流体转子206进入贮槽271的任何倾向(“反推力”)由于流体必须通常绕过密封282(这仅缓慢发生)以使过程流体转子206轴向移动的事实将会碰到“阻尼阻力”。如果过程流体转子206被驱使成从其完全放下位置快速上升时，会碰到类似阻力，然而，在这种情况下流体必须经过密封282以进入贮槽271。上述“阻尼轴向转变”属性会保护推力轴承291并由此促进潜水流体系统200的长寿命。在另一种情况下，如果过程气体渗入贮槽流体，并且入口250(该入口250决定贮槽标称压力)随后经受急剧压降，密封282仅会逐渐使贮槽压力等于较低入口250压力并且由此防止否则可能抽空贮槽的贮槽气体急剧膨胀。这是一种情况，将密封282设计成“当经受差压瞬变时减小其相对于转子套筒275的间隙”(上述)可适用于该情况。如上所述，保持贮槽271中的液体会有助于轴承264b、291的健康。在可能使旋转过程流体转子206经受“反推力”的任何情况下，比在那时存在于入口250(以及因此贮槽271)中的压力高的压力可施加到贮槽端口277以抵抗该“反推力”并且由此保护例如推力轴承291的闲置侧元件。可能包括自动化算法、致动阀和高压流体源的基本传感器套件以及相关快速反应控制系统可用于实现本文所述的“过程流体转子活动轴推力管理”功能性。应该理解，施加压力到过程流体转子206(例如，通过稍后在本发明中讨论的补充流体管道308和气体管道321)的类似能力可开发成为流体端204提供精细的“主动推力管理”。
由流体剪切和与旋转过程流体转子206和附属推力环294关联的其它现象引起的大量热量会在贮槽271中产生。通过使流体经由位于环绕流体端204的水中的换热器301进行循环而实现冷却贮槽流体以优化其属性从而维护轴承性能。流路在轴承264b、291中和周围以及换热器301的入口和出口端口(分别是302和300)的仔细定位，结合自然发生的对流并辅以例如贮槽下腔285中的涡形和/或导流(例如，从周向到轴向)的几何形状，会产生贮槽271的“泵浦效应”。这种泵浦效应可通过将例如“扇形结构”、“螺旋结构”、“叶片”等等的特征加到包括过程流体转子206(例如在位置279、281；后者在端面上和/或可能在过程流体转子206的延长部分上)和/或推力环294(例如，在位置283)的旋转元件外面增强。可替代地或此外，推动器或类似装置可附连到过程流体转子206的下端。
过程流体携带的大尺寸或体积的固体会进入流体系统200的贮槽271是不太可能的。如上所述，贮槽271通常通过平衡线路管道276相对于入口250进行压力平衡，因此在贮槽271和流体端204的包含过程流体的区域之间通常没有流体流。此外，密封282仅允许小体积和低速流体由此转移(即使在高差压瞬变期间)。此外，具有多个散布的轴向和径向表面的旋绕路径存在于平衡装置转子挡板298的下侧和贮槽顶板280的顶部之间，因此固体在其可接近密封282的顶部之前必须间歇地抵抗重力向上移动以及抵抗离心力向内移动。不管怎样，两个或两个以上端口277可设置成使液体通过贮槽271和/或换热器301循环以有效冲洗贮槽271和/或换热器301，至少一个端口用于供应流体而一个用于排出流体(例如到位于入口250上游或出口272下游的任何管道或容器)。端口277可设置成与贮槽下腔285相交(如图2C所示)，该贮槽下腔285表示贮槽271中的大直径和最低点，并且也是固体可能聚集的区域。端口277的替代位置也可提供，并且可提供包括将高速液体流直接传送到换热器301中以冲洗固体和/或气体(后者的任一种会变成被捕集在其中)的额外优点。注意，除了图2C所示的形式外，换热器301可采用很多形式，包括优化成用于固体去除和/或气体去除的一些形式。
图3示出了可封装在图1的流体系统100内的示例海底流体系统300，用来从多相过程流中提取不连续服务流体流以满足海底流体系统300(同样，200)内的具体元件的需求。海底流体系统300包括集成电机301、流体端302和磁性联轴器303，如前面图2A-C的海底流体系统200所述。海底流体系统300还分别包含上游处理包304和下游处理包305。上游处理包304包括缓冲罐306、贮液器307、补充流体管道308和流量控制装置和互联管道工程的选择，其各种元件将稍后在本发明中描述。下游处理包305包括液体萃取装置339和流量调节装置(也叫作扼流阀或过程控制阀)309。包括隔离阀337的可选下游服务管道336可设置成将液体萃取装置339与例如液体管道330(原因以下解释)相连。
多相流体在入口310处进入海底流体系统300，通过入口管311输送到缓冲罐306。直接或通过例如歧管从油井传送到海底流体系统300的原烃产品流体在不同时间可能包括差不多100％气体或100％液体以及气体和液体的所有分数组合(另外，通常具有某些量的固体)。气体为主和液体为主的多相流之间的转变可经常(例如，秒或更小的时帧)或很少发生，并且这种转变可以是渐进的或突然的。从非常高的气体体积分数(GVF)流到非常低的GVF流的突然变化，反之亦然(通常被称为“节涌”)，由于为流体增加装置以及香港管道系统领域的技术人员所熟知的原因，可能对潜水流体系统300有害。缓冲罐306可适应在入口319更加快速变化的流体状态并降低在其主要出口320的这种流体状态变化的突然性，以及通过这样做，缓和对下游流体系统300的不利影响。缓冲罐306相当于入口管311中的“胖点”，该胖点允许流体驻留在那里足够长时间以用重力将较重流股/成分(液体、固体)驱动到罐底而同时强迫气体上升到罐顶。有孔竖管312或类似装置控制在主出口320处分离的流股/成分在离开罐之前重新会合的速度。显著地，当高GVF多相流流股进入缓冲罐306时，罐中的气体体积可相对于已在罐中的液体/固体体积增加，并且类似地，当低GVF流股进入罐时，相反现象可发生。同时，离开罐的GVF流体通常会不同于进入的GVF流体，因为离开流股GVF根据允许进入有孔竖管312的气体和液体/固体的体积自动地(并且逐渐地)调节。缓冲罐306中的气体/液体界面高度决定每个流股可进入的过流面积(孔数)。
在海底流体系统300的某些实施例中，分离的气体313和分离的液体314可分别通过气体阀门315和液体阀门316从缓冲罐306提取。没有固体进入气体阀门315和液体阀门316的下游是有利的。进入缓冲罐306的流体流中的固体通常会用液相携带穿过此处，因此，虽然某些情况可预见到，固体可能进入气体阀门315(通常伴有液体)或形成在气体管道321中，但海底流体系统300操作成使这些情况发生的机会最小。液体阀门316的大尺寸相对于其下游管道的小尺寸和其下游管道中的流速使基本上静态环境能够建立在液体阀门316内，这允许固体沉淀在其中。图3中建议的液体阀门316的陡峭角促进沉淀的固体被重力驱动返回到缓冲罐306的主腔室，沉淀的固体可随后从该主腔室通过主出口320离开。挡板(多个挡板)317以及/或类似装置(多个装置)和/或特征可增加到液体阀门316以提高固体分离效果和/或另外禁止固体转移到位于液体阀门316的下游处的区域。
液体阀门316的下游是常开阀318，理论上仅液体会穿过该常开阀318以进入贮液器307。如果缓冲罐306液位接近液体阀门316高度并且面临允许不可接受的气体量由该路径进入贮液器307，液位监测器327提供相关控制系统需要的传感反馈以命令阀门318关闭。贮液器307和包括阀门318的管道可垂直定向，并且它们以这样的方式附连到液体阀门316，以便可能保留在传送到这些空间的流体中的固体可沉淀并掉进液体阀门316(以及随后，缓冲罐306)以不会被携带到贮液器307下游。贮液器307中的流体通常会非常平静，并且在某些情况下在液相进一步下行之前驻留在其中几分钟，基本上没有固体和游离气体。
有进入/离开贮液器307的两个其它流路，具体是具有常开隔离阀323的气体管接(conduit-link)322以及具有常开隔离阀325的液体管接324。仅气体流经气体管接322以及仅液体流经液体管接324是有利的。如果贮液器307液位接近液体管接324高度并且面临允许游离气体进入其中，液位监测器329提供相关控制系统需要的传感反馈以命令阀门325关闭。阀门323可能关闭的主要情况涉及冲洗来自贮液器307的固体，这在本发明其它地方描述。
贮液器307液位可通过操作隔离阀323、325以及气体流量控制装置(也叫作扼流阀或过程控制阀)326强迫成在绝对意义上比缓冲罐306中的液位高。保持贮液器307基本充满液体是最佳性能必需的。使用扼流阀326以相对于缓冲罐306中(因此也在液体阀门316和贮液器307中)的压力降低气体管道321中的压力会致使贮液器307中的流体流向(流入)气体管道321。无论是通过液体阀门316(作为游离气体或溶解气)还是气体管接322引入的贮液器307中的气体，会自然聚集在贮液器307顶部附近并且因此在“贮液器填充”过程期间在液体从下方进入之前排到气体管道321中。液位监测器329提供所需传感反馈以实现贮液器307的液位控制系统。
贮液器307设置成保持足以润滑轴承264a(参照关于图3的描述，但在图2B中示出)一段特定时间的液体量，如果液体这段时间不再从缓冲罐306获得。这段时间依赖于几个因素，贮液器307尺寸、在流体端入口均化器249上的压降、从轴承室247的泄漏率、流体通过旁通端口269离开联接室244的速度以及液体粘性是其中一些因素。了解进入入口310的过程流体的流动特性和物理性质允许有正确大小的贮液器307。意识到难以预测新生产油田的这些属性并且难以预测在大部分油田期望产量下，这些属性在多年间可能如何变化，可使贮液器307能够在现场更换，例如独立于在潜水流体系统300、100内的其它元件和/或与在潜水流体系统300、100内的其它元件结合地用较大单元更换。虽然贮液器307的具体现场替换使能特征在本发明中不详细描述(图1示出了建议这种能力如何也可提供给包括贮液器307的流体系统100的过程连接器115)，但设计模块化可替换潜水系统领域的技术人员应明白如何可实现这种能力。
管嘴328是液体管接324的入口,并且其还可用作稍后在本发明中描述的功能的出口装置。其可用许多方式构造和/或与例如挡板和/或导流板关联以被动地抵抗可能留在进入或储存在贮液器307中的液体中的固体进入。通常可使用一个或多个基本上侧面定向或向下定向的端口，而不是向上倾斜的一个或多个端口，以避免后者聚集可能从贮液器307流体沉淀出的固体，接着该该固体转移到其下游元件的不良倾向。许多过滤特征和/或装置中的一个或多个也可设置成抵抗固体进入，无论所述端口的定向如何。
除非另外通过例如限流强制进行和/或增加增流装置，否则流体(例如液体)会以至少由在流体端入口均化器249上的压降、从轴承室257的泄漏速度、流体通过旁通端口269离开联接室244的速度以及液体粘性决定的速度离开贮液器307通过液体管道330流入轴承264a。与补充流体管道308关联的隔离阀331、332、333是常闭的，并且因此通常不影响通过液体管道330(或气体管道321)的流速。常开隔离阀334，当关闭或基本关闭时，使从诸如补充流体管道308或下游服务管道336(当通过打开常闭隔离阀337进入时)的能够在比缓冲罐306中的压力大的压力下传送流体的源供应的流体能够通过管嘴328引入贮液器307，以例如用液体填充贮液器307和/或将固体冲洗出贮液器307(经过阀门318进入液体阀门316和进入缓冲罐306)。如果要求增加关闭或基本上关闭的隔离阀的上游液体管道324中的压力以例如产生或增强通过例如管嘴328产生的“射流作用”，可增加泵335(通常下游服务管道336不需要，但对补充流体管道308可能有用)。隔离阀334的替代实施例是扼流阀或过程控制阀，通常能更好适应部分打开以及相关可能大压降而没有经受显著磨损。这种替代扼流阀或过程控制阀，当与例如上游、下游的合适仪表和/或差压传感器以及控制算法(控制器)关联时，有助于增加对提供给轴承264a的液体流以及因此贮液器307中的液体的消耗速度的可控性。
可能包括自动算法的足够复杂的控制系统将能够操作各种阀门以及尤其扼流阀/过程控制阀(326并且326是隔离阀334的替代)以优化轴承264a和磁性联轴器258的冷却流，并且可能实现用于流体端转子206的“主动推力管理”。控制器可构造成从位于潜水流体系统200内的相关点的一个或多个传感器接收气体和液体压力信息以及例如部件位置信息等等，并且进一步构造成控制一个或多个压力调节装置以调节潜水流体系统200中的气体或液体。在某些应用中，获得通过仪表化的扼流阀、过程控制阀或其它可变位置阀(隔离阀334的选项)传送的灵活性和性能增强的成本不合理，并且固定限流(例如，孔或文丘里管)或无限流可足以确保可接受的流体供应传送到轴承264a。无论如何，至少可使用打开/关闭式隔离阀334来引导流体，并且对于下文所述隔离阀338，也是同样目的。
常开隔离阀338设置在气体管道321中，以便其可在选择特定场合上关闭，例如紧随潜水流体系统200的停机，该停机的持续时间希望足够长以便过程流体可经受可能对流体系统300(以及200)的随后操作不利的性质变化。随着隔离阀338关闭，由补充流体管道308供应的化学制剂可选择性地运送到遍及潜水流体系统300的替代位置以置换可能不良的过程流体和/或另外抵抗不良后果，例如水合物、蜡的形成。注意，提供热量给本文所述的潜水流体系统内的关键位置的能力可能是令人满意的，并且可以使用已知技术实现，例如电热追踪和/或通过专用管道循环的热流体等等。
已经描述了补充流体管道308的几种功能。另一功能是只要有必要就提供液体给轴承264，如果液体变成不能在连续的基础上从缓冲罐306以及一段额外时间从贮液器307(例如受其大小限制)获得。供应补充流体管道308的设施，例如水上液压动力单元(HPU)以及相关电源，外加将化学制剂从HPU运送到靠近水下使用点的单管或多管脐带管，提供给海底生产系统以理所当然地提供诸如贯穿本发明所述问题(例如，水合物、蜡、水垢等等)的可能“流量保证”问题的缓解。本文所述的有多相过程流体能力的潜水流体系统不要求：提供额外的水上HPU、电源、脐带管和其它昂贵设备(已知为“阻隔流体系统”)以冷却和润滑其轴承以及其它敏感部件。
本文所披露的流体系统是设计成长时间可靠地实施复杂且挑战性功能的复杂装置。它们包括很多活动装置，包括电机、流体端、辅助泵、阀门和灵敏仪表等等。这些装置和子系统的状态和性能监测(CPM)被推荐并且要求实施同样复杂的数据采集、还原、历史记录、控制和可能自动化系统。
已描述了一些实施例。然而，应该理解，可进行各种改进。因此，其它实施例包括在所附权利要求书的范围内。

Claims (28)

1.一种浸没在水体中运行的潜水流体系统，所述系统包括：
电机；
流体端，所述流体端包括流体端壳体，所述流体端壳体具有通至流体转子的入口，所述流体转子联接至所述电机并通过所述壳体中的轴承支承以在所述壳体中旋转；以及
流体分离系统，所述流体分离系统接收多相流体并将多相流体的各流分配到所述入口以及将从所述多相流体提取的基本液体流的各流分配到所述轴承。
2.如权利要求1所述的潜水流体系统，其特征在于，所述流体转子通过在所述流体转子的一端附近的第一所述轴承和在所述流体转子的第二端附近的第二轴承支承以在所述壳体内旋转，并且所述流体分离系统将从所述多相流提取的液体流连通到所述第一所述轴承和所述第二轴承。
3.如权利要求1所述的潜水流体系统，其特征在于，从所述多相流体提取的所述液体流的温度小于所述轴承的温度。
4.如权利要求1所述的潜水流体系统，其特征在于，所述流体分离系统将流体分配到在驱动端附近的环绕所述流体转子的腔。
5.如权利要求4所述的潜水流体系统，其特征在于，所述流体转子的所述驱动端通过联轴器与所述电机的电机转子联接，并且所述流体分离系统进一步将所述流体的流分配到所述联轴器的位于所述流体转子上的一部分和所述联轴器的位于所述电机转子上的一部分之间的间隙。
6.如权利要求5所述的潜水流体系统，其特征在于，所述联轴器包括磁性联轴器。
7.如权利要求4所述的潜水流体系统，其特征在于，所述流体分离系统进一步将从所述多相流体提取的基本为气体的流分配到环绕所述流体转子的所述驱动端的所述腔。
8.如权利要求7所述的潜水流体系统，其特征在于，所述流体分离系统进一步将从所述多相流体提取的基本为气体的流分配到所述联轴器的位于所述流体转子上的一部分和所述联轴器的位于所述电机转子上的一部分之间的间隙。
9.如权利要求1所述的潜水流体系统，其特征在于，所述流体分离系统包括分离罐，所述分离罐包括：
入口，用于所述多相流体；
主出口，所述主出口在所述分离罐的底部附近并联接到所述流体端的入口；以及
出口，所述出口在所述分离罐的顶部附近并联接到所述流体端壳体以将气体基本供应给环绕所述流体转子的驱动端的腔。
10.如权利要求1所述的潜水流体系统，其特征在于，所述流体分离系统包括分离罐，所述分离罐包括：
入口，用于所述多相流体；
主出口，所述主出口在所述分离罐的底部附近并联接到所述流体端的入口；以及
附加出口，所述附加出口在所述分离罐的底部附近并联接到所述流体端壳体以将基本为液态的流体供应给所述轴承。
11.如权利要求10所述的潜水流体系统，其特征在于，所述附加出口包括构造成从流经所述主出口的液体流释放沙子的向上延伸管。
12.如权利要求10所述的潜水流体系统，还包括储存罐，所述储存罐在所述附加出口和所述流体端的所述壳体之间以从所述附加出口接收并储存液体，以用于在没有液体从所述附加出口产生时供应给所述流体端。
13.如权利要求12所述的潜水流体系统，其特征在于，所述分离罐还包括出口，所述出口在所述分离罐的顶部附近并联接到所述流体端壳体以将气体基本供应给环绕所述流体转子的驱动端的腔；以及
其中，所述储存罐位于所述分离罐的顶部附近的所述出口和所述流体端之间，以当没有液体从所述附加出口产生并且所述附加出口关闭时接收来自所述分离罐的流体来驱动来自所述储存罐的流体。
14.如权利要求1所述的潜水流体系统，还包括与所述轴承流体连通的辅助液体源。
15.如权利要求14所述的潜水流体系统，其特征在于，所述辅助液体源包括也加到脱离所述潜水流体系统的多相流体的处理液体或来自所述流体端的下游出口的液体中的至少一种。
16.如权利要求1所述的潜水流体系统，其特征在于，所述轴承构造成每当气体存在于所述轴承内时，致使气体优先于液体离开所述轴承。
17.一种方法，包括：
在水下一定深度运行电机和流体端，所述流体端包括流体端壳体，所述流体端壳体具有通至流体转子的入口，所述流体转子联接至所述电机并通过所述壳体中的轴承支承以在所述壳体中旋转；以及
运行流体分离系统，所述流体分离系统接收多相流体并将所述流体的流连通至所述入口以及将从所述多相流体提取的基本为液体的流连通至所述轴承。
18.如权利要求17所述的方法，其特征在于，运行所述流体端包括由在所述流体转子的一端附近的第一所述轴承和在所述流体转子的第二端附近的第二轴承支承的同时旋转所述流体转子。
19.如权利要求18所述的方法，其特征在于，所述流体分离系统将从所述多相流提取的基本为液体的流连通至所述第一所述轴承和所述第二轴承。
20.如权利要求17所述的方法，其特征在于，所述流体分离系统将从所述多相流体提取的基本为气体的连通至环绕所述流体转子的驱动端的腔。
21.如权利要求20所述的方法，其特征在于，所述流体转子的所述驱动端通过联轴器与所述电机的电机转子联接，并且所述流体分离系统进一步将流体的流分配到所述联轴器的位于所述流体转子上的一部分与所述联轴器的位于所述电机转子上的一部分之间的间隙。
22.如权利要求21所述的方法，其特征在于，所述联轴器包括磁性联轴器。
23.如权利要求20所述的方法，其特征在于，所述流体分离系统进一步将从所述多相流体提取的基本为气体的流分配到环绕所述流体转子的所述驱动端的腔。
24.如权利要求17所述的方法，其特征在于，在分离罐处接收所述多相流体，所述分离罐包括：
入口，用于所述多相流体；
主出口，所述主出口在所述分离罐的底部附近并联接到所述流体端的入口；以及
附加出口，所述附加出口在所述分离罐的底部附近并联接到所述流体端壳体。
25.一种浸没在水体中运行的潜水流体系统，所述系统包括:
电机；
流体端，所述流体端包括流体端壳体，所述流体端壳体具有通至流体转子的入口，所述流体转子联接至所述电机并包括环绕所述流体转子的驱动端的腔；以及
流体分离系统，所述流体分离系统接收多相流体并将所述流体的流连通至所述入口以及将从所述多相流体提取的另一基本为气体的流连通至环绕所述流体转子的所述驱动端的所述腔。
26.如权利要求25所述的潜水流体系统，其特征在于，所述流体转子的所述驱动端通过联轴器联接至所述电机的电机转子，并且所述流体分离系统进一步将从所述多相流提取的所述基本为气体的流分配到所述联轴器的位于所述流体转子上的一部分与所述联轴器的位于所述电机转子上的一部分之间的间隙。
27.如权利要求26所述的潜水流体系统，其特征在于，所述联轴器包括磁性联轴器。
28.如权利要求25所述的潜水流体系统，其特征在于，所述流体转子由所述壳体中的轴承支承以在所述壳体内旋转并且所述流体分离系统将从所述多相流体提取的基本为液体的流分配到所述轴承。
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