DE69727484T2

DE69727484T2 - Leistungsanlage zur unterwasserbenutzung

Info

Publication number: DE69727484T2
Application number: DE69727484T
Authority: DE
Inventors: Graham Tolhurst Baynes; Christopher Rodwell
Original assignee: Alstom UK Ltd
Current assignee: GE Energy Power Conversion UK Ltd
Priority date: 1996-09-26
Filing date: 1997-09-11
Publication date: 2004-12-23
Anticipated expiration: 2017-09-12
Also published as: EP1310759B1; US6145584A; BR9711549B1; EP0928491A2; DE69734411D1; WO1998013838A3; BR9711549A; NO323663B1; NO991503D0; GB2342713B; EP0928491B1; GB2342713A; GB9926480D0; NO20071021L; NO335952B1; WO1998013838A2; DE69727484D1; EP1310759A1; DE69734411T2; GB2317686A

Description

Diese Erfindung betrifft eine Leistungsanlage zur Unterwasserbenutzung, z. B. unter dem Meer, wobei die Leistungsanlage zumindest eine Leistungseinrichtung aufweist.
In diesem Zusammenhang soll der Ausdruck „Leistungseinrichtung" allgemein interpretiert werden, so daß er alle Formen von Antriebsmaschinen abdeckt, z. B. Motoren, sowie Kraftübertragungseinrichtungen (z. B. mechanische, elektrische, pneumatische, hydraulische), aber die Erfindung ist insbesondere für Leistungsanlagen verwendbar, die eine Leistungseinrichtung in Form eines elektrischen Umspannwerks aufweisen, das einen Transformator und dessen zugehörige Steuerungsausrüstung aufweist.
Leistungsanlagen, die solche Leistungseinrichtungen aufweisen, werden immer Energie in der Form von Wärme erzeugen, und es ist nötig, die Wärme von der Anlage z. B. durch Leitung, Konvektion oder Abstrahlung zu entfernen.
Auf den ersten Blick könnte es scheinen, daß es für Leistungsanlagen, die unter Wasser benutzt werden, keine besonderen Kühlungsprobleme geben sollte, da das Wasser selbst als große Wärmesenke dient. Für bestimmte Anlagen, die relativ große Wärmemengen erzeugen, wird es jedoch notwendig sein, besondere und treffende Maßnahmen zu ergreifen, um eine effiziente und effektive Wärmeentfernung von der Leistungsanlage zu dem umgebenden Wasser sicherzustellen. Außerdem sind Wartungs- und Reparaturarbeiten für die Anlage zur Unterwasserbenutzung zeitaufwendig und teuer, und es ist notwendig sicherzustellen, daß die Anlage mit langen Wartungsintervallen betrieben werden kann.
Das Ziel der Erfindung ist es, eine Leistungsanlage mit einer effizienten Kühlungsvorrichtung zu schaffen, die an einem unterseeischen Ort für lange Zeitperioden unbeaufsichtigt betrieben werden kann.
Erfindungsgemäß wird eine Leistungsanlage zur Unterwasserbenutzung geschaffen, wobei die Leistungsanlage ein äußeres Gehäuse aufweist, das zumindest eine Leistungseinrichtung einer Art umgibt, die bei der Verwendung Wärme erzeugt, wobei das äußere Gehäuse in einem Wärmeaustauschverhältnis mit zumindest einer Leistungseinrichtung steht, so daß die zumindest eine Leistungseinrichtung in ein Wärmeaustauschverhältnis zu dem Wasser gesetzt ist, welches das äußere Gehäuse umgibt, wenn die Leistungsanlage eingetaucht ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Leistungsanlage außerdem einen Durchgang im Wärmeaustauschverhältnis mit der zumindest einen Leistungseinrichtung aufweist, der durch das äußere Gehäuse hindurchgeht und sich zumindest teilweise durch die Leistungsanlage erstreckt, wobei der Durchgang für das Eindringen von Wasser, das das äußere Gehäuse umgibt, offen ist, so daß die zumindest eine Leistungseinrichtung in ein Wärmeaustauschverhältnis zu dem Wasser in dem Durchgang gesetzt ist, wenn die Leistungsanlage eingetaucht ist.
In einer bevorzugten Ausführungsform besteht der Durchgang in einem im wesentlichen röhrenförmigen Element, das sich durch das Gehäuse erstreckt, wobei der Durchgang an zumindest einem Ende offen ist vorzugsweise hat das im wesentlichen röhrenförmige Element eine kreisförmige zylindrische Gestalt und ist an beiden Ende offen.
Es wird beabsichtigt, daß das im wesentlichen röhrenförmige Element so in dem Gehäuse angebracht ist, daß es sich beschränkt bewegen kann; in solch einer Ausführungsform können Stoßabsorptionseinrichtungen vorgesehen sein, um die Bewegung des im wesentlichen röhrenförmigen Elements zu beschränken und/oder zu steuern.
Zumindest eine Wärmesenke kann in dem Gehäuse neben dem Durchgang angebracht sein, um Wärme durch Leitung aus dem Inneren des Gehäuses aufzunehmen.
Außerdem kann eine Wärmesenke vorgesehen sein, um Wärme an das umgebende Wasser abzugeben, wobei die Wärmesenke entweder an dem röhrenförmigen Element oder dem Gehäuse angebracht ist.
Das Gehäuse kann zumindest eine Anordnung aus Kühlungsflügeln aufweisen, um Konvektionswärme aufzunehmen; solch eine Anordnung aus Kühlungsflügeln kann an de röhrenförmigen Element angebracht sein.
Außerdem kann die oder eine Anordnung an einer inneren Oberfläche des Gehäuses angebracht sein.
Das Gehäuse kann eine Flüssigkeit enthalten, die bei der Verwendung darin aufgrund freier Zirkulation und/oder erzwungener Zirkulation zirkuliert.
Ausführungsformen der Erfindung werden nun beispielhaft mit Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben werden, in denen:
1 einen Schnitt durch eine Leistungsanlage zeigt, die zur Verwendung an einem Ort unter Wasser, insbesondere unter dem Meer, angepaßt ist;
2 zeigt eine genaue Seitenansicht einer abgeänderten Version aus 1, wobei das röhrenförmige Element und die zugehörige Wärmesenke im Schnitt auf deren rechter Seite gezeigt sind;
3 zeigt eine Schnittansicht entlang der Linie II-II aus 2.
Die Anlage wird in der Regel fest unter Wasser positioniert sein, und unter solch Umständen kann sie an einem Bauwerk wie einem ablandigen Bohrturm angebracht sein, aber es wird insbesondere beabsichtigt, daß sie sich am Meeresboden befinden wird.
Die Anlage 10 wie sie in 1 veranschaulicht ist, umfaßt ein Gehäuse 11, das zum Aufstellen unter Wasser in der veranschaulichten Lage geeignet ist, und so aufgebaut ist, daß es extrem hohen Drucken widersteht; der Betrieb in Tiefen von 300 Metern oder mehr ist beabsichtigt. Das Gehäuse 11 umfaßt eine obere Halbschale 12 und eine untere Halbschale 13, die bei den entsprechenden Flanschen 15, 16 aneinanderstoßen. Die Halbschalen 12, 13 sind abgesehen von der Ausbildung der aneinander angrenzenden sich radial erstreckenden Oberflächen 17, 18 daran im wesentlichen symmetrisch. Wie gezeigt sind auf der Oberfläche 18 ringförmige Rillen 19 mit U-Profil zur Aufnahme der O-förmigen Dichtungsringe 20 ausgebildet und an beiden Flanschen sind Bohrlöcher 21 (die gewindet sind wenn es angemessen ist) ausgebildet, um Befestigungselemente, z. B. Schrauben oder Bolzen, aufzunehmen. Andere Formen von Dichtungs- und Befestigungsvorrichtungen bei den Flanschen sind möglich, z. B. können die Dichtungsrillen und O-förmigen Ringe an der oberen Flansch 15 ausgebildet sein.
Das derart ausgebildete Gehäuse 11 umgibt und trägt zumindest eine Leistungseinrichtung, die schematisch mit 30 bezeichnet ist und Leistung erzeugt und/oder überträgt und auch Wärme erzeugt. Solch eine Einrichtung (die z. B. eine elektrische Transformatoranlage umfaßt) wird geeignete Verbindung haben, z. B. Stromleitungen zu einem Basisort, z. B. einem stationären Schiff, ablandigen Anlagen, der Küste und/oder einer Lastanlage; die Verbindungen erstrecken sich durch das Gehäuse 11 über geeignete abgedichtete Öffnungen (nicht gezeigt).
Die Einrichtung 30 wird auf solch eine Art angebracht, daß die Wärme, die durch sie erzeugt wird von der Einrichtung 30 durch Kühleinrichtungen abgeführt wird.
Das Gehäuse 11 enthält eine Kühlungsflüssigkeit, die gewöhnlich ein Gas wie Luft oder Stickstoff sein wird. Das Gas kann unter Druck sein, wird aber im allgemeinen atmosphärischen oder nahezu atmosphärischen Druck haben. Entlang der inneren Oberflächen einer jeden Halbschale 12, 13 des Gehäuses 11 sind ringförmige Anordnungen aus Kühlungsflügeln 40 vorgesehen, die Konvektionswärme von dem Gas aufnehmen. An den Flügeln 40 ist ein zylindrisches Element 41 aus fasrigen Platten befestigt, welches seinerseits in einem Abstand von der inneren Oberfläche der entsprechenden Halbschalen von den Flügeln 40, die auch als Abstandshalter wirken, gehalten wird. Das Element 41 kann aus getrennten Einbauelementen bestehen, die miteinander befestigt sind.
Die Kühlungseinrichtung kann auch ein im wesentlichen röhrenförmiges Element 50 aufweisen, daß dazu dient, einen Durchgang zu schaffen, der sich axial durch das Gehäuse 11 erstreckt, wobei das Rohr 50 bei zumindest einem Ende offen ist, so daß das umgebende Wasser darein und daraus fließen kann. Es ist vorgesehen, daß das röhrenförmige Element 50 so angebracht ist, daß es sich begrenzt axial in dem Gehäuse 10 bewegen kann.
Entlang der radialen äußeren Oberfläche 52 des Rohrs 50 sind ein oder mehrere zylindrische oder teilweise zylindrische Isolierelemente 53 positioniert, die aus Faserplatten oder dergleichen bestehen. Diese werden von den Kühlungsflügeln 54, die auch die Konvektionswärme aus dem Gas in dem Gehäuse aufnehmen, in der Lage gehalten. An der Ober fläche 52 ist auch zumindest eine relativ große Wärmesenke 55 befestigt, um einen Großteil der Wärme, die von der Anlage 30 erzeugt wird, für die mögliche Leitung durch das Rohr 50 aufzunehmen.
Die Größe und Lage der Wärmesenke(n) 45 wird in Anbetracht der Größe und Gestalt der Einrichtung 30 und der Wärmemenge, die voraussichtlich von ihr erzeugt wird, bestimmt; und es wird insbesondere beabsichtigt, daß die Wärmesenke direkt an der Anlage, die Wärme erzeugt, und deshalb an dem röhrenförmigen Element 50 angebracht ist. Unter diesen Umständen wird Wärme von der Basisplatte einer solchen Anlage direkt über die Wärmesenke 55 zu dem Wasser in dem Rohr 50 übertragen.
Außerdem kann die Wärmesenke 55 mit mehreren sich radial nach innen erstreckenden länglichen Flügeln oder Rippen 55A versehen sein, die die Wärmeabfuhr unterstützen.
In der abgeänderten Vorrichtung, die in den 2, 3 gezeigt ist, ist jede Wärmesenke 55 angeschweißt oder auf andere Art an den sich axial und radial erstreckenden Vorsprüngen 50a angebracht, die Bestandteil der Wand des Elements 50 sind.
Wie oben erwähnt ist das röhrenförmige Element so angebracht, daß es sich beschränkt axial in dem Gehäuse 11 bewegen kann. Dies erfordert das Vorhandensein einer geeigneten Dichtungsvorrichtung, um das Eindringen von Wasser von außen in das Innere des Gehäuses 11 zu verhindern.
In 1 ist nur die Dichtungsvorrichtung für das Oberteil des Rohrs 50 gezeigt, aber eine ähnliche Vorrichtung ist für den Unterteil des Rohrs 50 vorgesehen, wo es die untere Schalenhälfte 13 verläßt.
Wie gezeigt wurde ein zylindrisches Element 60, an dem eine Bohrung 61 und ein umfangseitiger ringförmiger Flansch 62 ausgebildet ist, an der oberen Halbschale 12 beispielsweise durch Anschweißen befestigt, nachdem das Element 50 in das Gehäuse 10 eingesteckt worden war. Über dem Element 60 ist ein weiteres zylindrisches Element 63 angeordnet, an dem eine zylindrische Bohrung 64 und ein umfangseitiger ringförmiger Flansch 65 ausgebildet ist. Die zylindrischen Bohrungen 61, 64 sind aneinander ausgerichtet, so daß das röhrenförmige Element 50 durch sie hindurchgehen kann, und die Flansche 62, 65 sind so positioniert, daß die entsprechenden Oberflächen 66, 67 aneinander stoßen. Dichtungseinrichtungen sind zwischen dem röhrenförmigen Element 50 und einer oder beiden zylindrischen Bohrungen 61, 64 vorgesehen. Wie gezeigt sind an den zylindrischen Bohrungen entsprechende ringförmige Rillen 68, 69 mit U-Profil vorgesehen, die zur Aufnahme entsprechender O-förmiger Dichtungsringe 70, 71 geeignet sind, wobei die Dichtung 70 als Hauptdichtung wirkt und die Dichtung 71 als Zusatzdichtung wirkt.
Zumindest eine der aneinander stoßenden Oberflächen 66, 67 enthält eine Dichtungseinrichtung, und wie gezeigt ist an der Oberfläche 67 eine Rille 72 mit U-Profil ausgebildet, die den O-förmigen Dichtungsring 73 aufnimmt, der auch als Zusatzdichtung wirkt.
Wie oben erwähnt ist das Rohr 50 so angebracht, daß es axial beschränkt in dem Gehäuse 11 bewegt werden kann. Stoßabsorptionseinrichtungen sind vorgesehen, um die Beschädigung der Anlage während solch einer Bewegung zu verhindern. Wie gezeigt umfaßt die Stoßabsorptionseinrichtung einen Ring 80, der an der äußeren Oberfläche des Rohrs 50 angeschweißt oder anders befestigt ist und geeignet ist, in die Oberfläche 75 des Elements 60 bei der Aufwärtsbewegung einzugreifen oder beinahe einzugreifen, wobei der Ring 80 und/oder die Oberfläche 75 eine Federeinrichtung 81 aufwei sen, die dazu dient, die endgültige Bewegung des Rohrs 50 zu steuern. Solch eine Federeinrichtung kann eine oder mehrere Druckfedern oder Pufferelemente aufweisen, die aus elastischem Polymer bestehen. Es ist auch beabsichtigt, daß der Ring 80 an sich aus einem elastischen Polymer oder einem Federring oder einem faltbaren Werkstoff besteht.
Eine ähnliche Stoßabsorptionseinrichtung ist bei dem unteren Bereich des Rohrs 50 vorgesehen.
Aufgrund der beschriebenen Vorrichtung wird Wärme sowohl zu der äußeren Gehäusewand 90 als auch zu der Wand 91 des Durchgangs zugeführt, der aus dem Element 50 besteht, das sich durch das Gehäuse erstreckt, wobei Wärme, die in der Anlage erzeugt wird, an das umgebende Wasser abgegeben wird.
Unter gewissen Umständen kann das Gas in dem Gehäuse 11 durch eine Flüssigkeit ersetzt sein. Die Zirkulation des Gases oder der Flüssigkeit im Inneren des Gehäuses kann nur auf natürlicher Zirkulation beruhen, oder zusätzlich oder alternativ erzwungene Zirkulation mit Hilfe eines Ventilators oder einer Pumpe im gewissen Maß verwenden.

Claims

Leistungsanlage (10) zur Unterwasserbenutzung, wobei die Leistungsanlage ein äußeres Gehäuse (11) aufweist, das zumindest eine Leistungseinrichtung (30) einer Art umgibt, die bei der Verwendung Wärme erzeugt, wobei das äußere Gehäuse in einem Wärmeaustauschverhältnis mit zumindest einer Leistungseinrichtung steht, so daß die zumindest eine Leistungseinrichtung in ein Wärmeaustauschverhältnis zu dem Wasser gesetzt ist, welches das äußere Gehäuse umgibt, wenn die Leistungsanlage eingetaucht ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Leistungsanlage (10) außerdem einen Durchgang (50) im Wärmeaustauschverhältnis mit der zumindest einen Leistungseinrichtung (30) aufweist, der durch das äußere Gehäuse (11) hindurchgeht und sich zumindest teilweise durch die Leistungsanlage erstreckt, wobei der Durchgang (50) für das Eindringen von Wasser, welches das äußere Gehäuse umgibt, offen ist, so daß die zumindest eine Leistungseinrichtung in ein Wärmeaustauschverhältnis zu dem Wasser in dem Durchgang gesetzt ist, wenn die Leistungsanlage eingetaucht ist.
Leistungsanlage nach Anspruch 1, wobei der Durchgang aus einem im wesentlichen röhrenförmigen Element besteht, das sich durch das Gehäuse erstreckt, wobei der Durchgang an zumindest einem Ende offen ist.
Leistungsanlage nach Anspruch 2, wobei das im wesentliche röhrenförmige Element eine kreisförmige zylindrische Form hat und an beiden Enden offen ist.
Leistungsanlage nach Anspruch 2 oder Anspruch 3, wobei das im wesentliche röhrenförmige Element so angebracht ist, daß es in dem Gehäuse axial eingeschränkt bewegbar ist.
Leistungsanlage nach Anspruch 4, wobei Stoßabsorptionseinrichtungen vorgesehen sind, um die Bewegung des im wesentlichen röhrenförmigen Elements zu beschränken und/oder zu steuern.
Leistungsanlage nach einem vorhergehenden Anspruch, wobei zumindest eines Wärmesenke in dem Gehäuse neben dem Durchgang angebracht ist, um Wärme durch Leitung aus dem Inneren des Gehäuses abzuführen.
Leistungsanlage nach einem der Ansprüche 2 bis 5, wobei eine Wärmesenke vorgesehen ist, um Wärme an das umgebende Wasser abzugeben, und wobei die Wärmesenke entweder an dem röhrenförmigen Element oder dem Gehäuse angebracht ist.
Leistungsanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Gehäuse zumindest eine Anordnung aus Kühlungsflügeln aufweist, um Konvektionswärme aufzunehmen.
Leistungsanlage nach Anspruch 8, wobei die Anordnung aus Kühlungsflügeln an dem röhrenförmigen Element angebracht ist.
Leistungsanlage nach Anspruch 8 oder Anspruch 9, wobei die Anordnung aus Kühlungsflügeln an der inneren Oberfläche des Gehäuse angebracht ist.
Leistungsanlage nach einem vorhergehenden Anspruch, wobei das Gehäuse eine Flüssigkeit enthält, die bei der Verwendung darin aufgrund von natürlicher Zirkulation und/oder erzwungener Zirkulation zirkuliert.