EP2265824B1 - Unterwasserförderaggregat - Google Patents

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EP2265824B1
EP2265824B1 EP20090730124 EP09730124A EP2265824B1 EP 2265824 B1 EP2265824 B1 EP 2265824B1 EP 20090730124 EP20090730124 EP 20090730124 EP 09730124 A EP09730124 A EP 09730124A EP 2265824 B1 EP2265824 B1 EP 2265824B1
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EP
European Patent Office
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housing
pump
pressure
module housing
delivery unit
Prior art date
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Not-in-force
Application number
EP20090730124
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English (en)
French (fr)
Other versions
EP2265824A2 (de
Inventor
Axel JÄSCHKE
Jörg LEWERENZ
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
ITT Bornemann GmbH
Original Assignee
Joh Heinr Bornemann GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Joh Heinr Bornemann GmbH filed Critical Joh Heinr Bornemann GmbH
Publication of EP2265824A2 publication Critical patent/EP2265824A2/de
Application granted granted Critical
Publication of EP2265824B1 publication Critical patent/EP2265824B1/de
Not-in-force legal-status Critical Current
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    • F04C13/00—Adaptations of machines or pumps for special use, e.g. for extremely high pressures
    • F04C13/008—Pumps for submersible use, i.e. down-hole pumping
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C11/00—Combinations of two or more machines or pumps, each being of rotary-piston or oscillating-piston type; Pumping installations
    • F04C11/008—Enclosed motor pump units
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
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    • F04D13/00—Pumping installations or systems
    • F04D13/02—Units comprising pumps and their driving means
    • F04D13/06—Units comprising pumps and their driving means the pump being electrically driven
    • F04D13/08—Units comprising pumps and their driving means the pump being electrically driven for submerged use
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F04D13/08—Units comprising pumps and their driving means the pump being electrically driven for submerged use
    • F04D13/086—Units comprising pumps and their driving means the pump being electrically driven for submerged use the pump and drive motor are both submerged
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    • F04D25/06—Units comprising pumps and their driving means the pump being electrically driven
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    • F04D29/108—Shaft sealings especially adapted for liquid pumps the sealing fluid being other than the working liquid or being the working liquid treated
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    • F04C13/007—Venting; Gas and vapour separation during pumping
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    • F04C2210/00—Fluid
    • F04C2210/24—Fluid mixed, e.g. two-phase fluid
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    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C2240/00—Components
    • F04C2240/30—Casings or housings

Definitions

  • the invention relates to an underwater conveyor with a pump and a drive device, wherein the drive device is sealed against the surrounding water and against a process medium.
  • the invention is particularly suitable and intended to promote multiphase mixtures.
  • the DE 37 21 398 A1 describes a delivery unit of a pump with a drive device, wherein the pump is surrounded on all sides by a pump housing having a suction chamber with a suction port and a pressure chamber with an outlet port.
  • the pump housing is waterproof and connected to a likewise waterproof trained, the drive device receiving motor housing which encloses an encapsulated drive unit surrounding the engine compartment, which is divided liquid-tight with respect to the suction chamber.
  • the engine compartment is filled with a barrier medium, in this case with oil, which serves to lubricate the bearings, any gears or the like and acts on the seals and releases the heat through the motor housing to its surroundings.
  • a barrier medium in this case with oil, which serves to lubricate the bearings, any gears or the like and acts on the seals and releases the heat through the motor housing to its surroundings.
  • Such underwater conveyors are used to transport hydrocarbons in the sea.
  • the temperatures of the surrounding water and those of the conveying or process medium are different, while the water temperature is between 1 and 4 ° C, the process medium will be warm to over 100 ° C, so that correspondingly high thermal loads occur. All components that are integrated in a conveyor system must be able to withstand at least the loads listed above.
  • Pump systems for the production of hydrocarbons in the deep sea are usually carried out so that the pump and the drive means such as motor and clutch are installed in a common housing.
  • the two areas are separated by shaft seal; the area of engine, bearing and clutch space not filled with the process medium is filled with a barrier medium, usually with water or oil.
  • a disadvantage of this concept is a close link between the pressure-bearing housing and the necessary for the operation of tight tolerances for rotating elements and sealing components. Deformations due to the occurring pressures of + 350 to -500 bar and temperature fluctuations of 1 ° C to over 100 ° C must be at several sensitive to shape and position changes points, such. As bearings, shaft seals and engine gap, can be added. These are accompanied by large viscosity fluctuations in the barrier medium, if this as Oil is running. If no delivery phase is present, the motor and the pump cool down to the ambient temperature at standstill; During operation, they heat up to 60 ° C to 80 ° C due to the temperature of the process medium and friction.
  • the resulting barrier oil viscosities of about 100 cSt in a cold system and less than 2 cSt in a hot system require special measures in the barrier oil system.
  • the lubricity and carrying capacity of the barrier oil must be maintained both in the cold and in the warm state. In the cold state also high hydraulic friction losses z. B. be overcome in the engine.
  • sealing points to the environment should be minimized as far as possible in an underwater pumping unit, since sealing points pose a potential source of error and prone to leaks and the detection of a small leakage is very difficult, but for environmental reasons, any leakage should be avoided.
  • the joint extraction of oil and gas means that liquids and gases are transported side by side.
  • a so-called multiphase mixture is promoted, which has a high probability of the temporary presence of only one phase, so that for considerable periods only liquids or only gaseous components are promoted.
  • the composition of the multi-phase mixture varies over a wide range and over long periods of time, so that special requirements are placed on the pump technology.
  • the DE 100 81 956 T1 describes a vibration pump having a frame group and a drive solenoid housed in the frame group.
  • a transmission group with an axially oscillating to the frame group Element is provided, wherein the vibrating element is attached with one end to the drive solenoid.
  • the pump is designed as a submersible pump with a front end arranged at the bottom inlet. Via an auxiliary pumping chamber and outgoing pump outlets, the medium to be conveyed is conveyed through an annular passage to the pump outlet.
  • Such a pump is preferably provided as a shaft pump.
  • WO 92/06299 relates to a pressure pump for water with a housing having water chambers and an upper pressure outlet.
  • a suction device is formed by a bell-shaped housing part which receives the pump in and has an upper opening. Together with the outer surface of the pump, the bell-shaped housing forms an annular Hilfssaughunt. From the pump, the sucked medium is pumped through holes in a wall in the annular space and from there through the outlet.
  • the EP 719 940 A1 relates to a side-flow pump having an outer cylinder and a motor accommodated therein, comprising a stator disposed on a motor frame and a rotor mounted on a main shaft.
  • the outer cylinder defines an annular space defined about the engine frame, the outer cylinder having a suction port for introducing the fluid into the annular space.
  • An outlet is formed in the outer cylinder to pump away the fluid.
  • a pump unit with an impeller is disposed at one end of the main shaft.
  • An ejection housing is mounted on an outer peripheral surface of the outer cylinder and provided with a discharge port for ejecting the pumped fluid.
  • the EP 634 827 A1 describes a sealed motor for use in a pump with a stator on a frame housing and a rotatable in the Stator arranged shaft on which a rotor is arranged.
  • a cylinder of sheet metal is formed around the frame housing with an annulus therebetween, the cylinder having a pair of flanges.
  • a plurality of pumping units each having at least one impeller is provided.
  • the WO 98/00643 describes a pump having a housing with an inlet and an outlet, a motor and an impeller for conveying the liquid which is forced through the outlet.
  • the engine is advantageously cooled by the fluid being pumped while at the same time sealed against the fluid being pumped.
  • the DE 22 14 653 B1 describes a pumping and separating device, which is connected via a suction line with the arranged in the ground storage tank.
  • the pumping and separating device consists of a pump which is connected to the suction line and which has a uniform power.
  • the pump is provided with an air separation device and is particularly suitable for gasoline pumps. It has a suction pump, an air separator and a pump return valve, which is arranged below the air separator. About such a pump and Heilabscheidevoriques prevents subsidized air in the quantity measurement is taken into account.
  • the object of the present invention is therefore to provide an underwater pumping unit for hydrocarbons, which operates reliably and reduces the risk of environmental damage due to leaks, without the functionality and reliability is impaired.
  • the underwater pumping unit according to the invention with a pump and a drive device, in which the drive device is sealed against the surrounding water and against a process medium, provides that the pump and the drive device are combined into a module in a module housing and arranged in a pressure housing, wherein the Pressure housing is filled with the process fluid during operation and surrounds the module housing.
  • the module housing responsible for the change in shape experiences constant pressure forces and is decoupled from the external pressure, which rests on the pressure housing.
  • the process medium prevents direct contact of the module housing with the ambient water, which leads to a homogenization of the operating temperature and a lower temperature gradient, so that the pump and the drive are exposed to lower thermal loads.
  • the module housing be designed to substantially constant forces out, which means a reduction in design complexity and at the same time has a higher efficiency of the pump at the same time less probability of failure result.
  • separation means for separating a liquid phase and a gas phase of a multi-phase mixture are arranged, for example in the form of diverters or calming zones or targeted flow cross-section increases, to reduce the flow rates and cause a gravitational separation of liquid phase and gas phase.
  • the separate liquid phase can then be passed either within the module housing or from the pressure housing back into the suction chamber of the pump to effect a recirculation of the separated liquid phase, if necessary, for example, if for a longer time exclusively gas phase is promoted.
  • the recirculation serves to maintain the gap seal and the cooling of the conveying elements.
  • a recirculation is provided from the pressure chamber of the pump to the suction chamber of the pump in order to meter a separated liquid phase to the suction chamber.
  • the separation and the storage capacity of the separated liquid phase can be carried out independently of the orientation of the pressure housing or the pump and the drive device, so that a separation of liquid phase and gas phase can take place both in a horizontal and vertical installation.
  • a development of the invention provides that the module housing is mounted to form an annular space in the pressure housing, so that the module housing can be completely surrounded by the process medium, with exception of the necessary storage locations of the module housing within the pressure housing.
  • the annular space serves at the same time as a separation device, via which a liquid phase can be separated from a gas phase.
  • the annulus may act as a retention space for a liquid phase can be used, provided that it is arranged on the suction side to supply separated liquid phase to the suction of the pump to supply the usually executed as a screw pump pump with a sufficient amount of liquid phase, on the one hand a gap sealing the movement column of parallel screw spindles ensure and on the other hand to cause lubrication and cooling.
  • the annular space is arranged on the pressure side, it can serve as a separation space and make it possible to recirculate a previously conveyed liquid phase via a short-circuit line into the suction space of the pump.
  • the module housing is slidably mounted at least at a bearing point in the pressure housing, so that the necessary decoupling of the module or the module housing is ensured by thermal or hydrostatic deformation of the pressure housing by a floating bearing in the axial direction.
  • the module housing is cylindrical in order to ensure a high pressure stability, wherein the pressure housing is preferably arranged concentrically around the module housing.
  • the module housing is preferably mounted within the pressure housing at a point in a fixed bearing, wherein the fixed bearing is preferably provided with passages through the pressure housing, for example, to lead electrical or hydraulic supply lines to the module housing and the drive means.
  • the bushings can be statically sealed easily and safely.
  • the suction side Retention chamber for the liquid phase can on the suction side Retention chamber for the liquid phase be provided to have a sufficient supply for gas phase delivery periods.
  • the inlet side and the outlet side of the underwater pumping unit can be interconnected by at least one check valve, which allows a free passage of the process medium in one direction and locks in the other direction, so that a free passage of the process medium is ensured even when not activated pump and a free exchange can be ensured.
  • the floating bearing can also be used as inlet nozzle for the process medium, so that promoted by the floating bearing in the pressure housing, the process medium into the suction chamber of the pump and from there into the annulus of the pressure housing becomes. From the pressure chamber, the process medium is transported away via a corresponding pipeline.
  • the design of the module of pump and drive means in a common module housing has the advantage that the mechanically active element can be completely prefabricated and tested and only has to be inserted into an enclosing pressure housing. No mechanically moving parts have to be sealed off from the environment, but leaks can also occur inside the pump be harmless, since leaks are absorbed in the fully closed pressure housing. Only the efficiency can be reduced thereby.
  • the mechanically simple design of the pressure housing with the minimization of the interfaces and positive or non-positive bearings between the module housing and the pressure housing allow a very free choice in terms of material, the manufacturing process and the pressure stage of the pressure housing.
  • the number of seals to environments is minimized and limited to non-rotating seals.
  • the installation space for the seals is largely freely selectable.
  • module housing All mechanical functions of the underwater pumping unit are contained in the module housing. To test the function, only the module housing is needed. Since the module housing no longer has to absorb the pressure forces of the water column and the absolute process pressure, the dimensions and the weight can be reduced and the accessibility of components can be simplified. This also makes a complete functional test of the module with reduced effort possible.
  • the design of the pressure housing is independent of design conditions of the pump only in terms of maximum external and internal pressure, as well as the process and ambient temperature and the chemical composition of the process medium, whereas the module housing sufficient dimensional stability for the mechanical loads as well as a constant overpressure sufficient pressure balanced and the temperature fluctuations sufficiently resistant housing must form, which is largely decoupled from the deformations of the pressure housing and the external loads.
  • the module housing may be mounted in the pressure housing via vibration-damping bearings, such as rubber-metal bearings to transmit any noise emissions from the module housing to the pressure housing or to prevent transmission as possible.
  • vibration-damping bearings such as rubber-metal bearings to transmit any noise emissions from the module housing to the pressure housing or to prevent transmission as possible.
  • the figure shows a schematic sectional view of a delivery unit.
  • an underwater conveyor unit 1 with an outer pressure housing 2, which consists of two housing parts 21, 22, and a module housing 3 is arranged therein, wherein the module housing 3 receives a pump 31 and a drive means 32 with a coupling 33.
  • the drive device 32 and the coupling 33 are sealed by a barrier medium against penetration of a process medium.
  • the module housing 3 is mounted at its right end in a fixed bearing 24 of the second pressure housing part 22 and provided with bushings for electrical and hydraulic supply lines 5.
  • the pressure housing 31 is axially displaceably mounted in an inlet pipe 25, so that the left end of the module housing 3 is designed as a floating bearing.
  • two flanges 23, 26 are arranged, via which a connection to piping system can be made.
  • the module housing 3 is arranged in the pressure housing 2 such that an annular space 6 is formed around the module housing 3, which is filled with process medium.
  • the process medium is conveyed into the suction chamber 311 of the pump 31 and pumped from there through the pressure chamber 312 into the annular space 6, as indicated by the arrows. From the annular space 6, the process medium is then removed by the outlet port 26.
  • the pressure of the barrier medium is set specifically to the operating conditions.
  • a low constant overpressure usually between 1 and 25 bar from the barrier medium to the process medium in the pressure housing 2 is desired.
  • a constant pressure compensation of the entire module compared to the surrounding process pressure and a complete decoupling of the ambient pressure, ie the pressure of the water column is achieved.
  • the mechanical design of the module housing 3 can thereby be aligned to low, above all, to constant forces.
  • separation means such as diverters, labyrinths, or targeted cross-sectional enlargements may be provided to provide improved separation efficiency.
  • a short-circuit line can be led to the suction chamber 311 of the pump 31 in order to allow a recirculation of a separated liquid phase.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)
  • Details Of Reciprocating Pumps (AREA)
  • Drilling And Exploitation, And Mining Machines And Methods (AREA)

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Unterwasserförderaggregat mit einer Pumpe und einer Antriebseinrichtung, bei der die Antriebseinrichtung gegenüber dem umgebenden Wasser und gegenüber einem Prozessmedium abgedichtet ist. Die Erfindung ist insbesondere geeignet und dafür vorgesehen, Multiphasen-Gemische zu fördern.
  • Die DE 37 21 398 A1 beschreibt ein Förderaggregat aus einer Pumpe mit einer Antriebseinrichtung, wobei die Pumpe allseits von einem Pumpengehäuse umschlossen ist, das einen Saugraum mit einer Ansaugöffnung und einen Druckraum mit einer Auslassöffnung aufweist. Das Pumpengehäuse ist wasserdicht ausgebildet und mit einem ebenfalls wasserdicht ausgebildeten, die Antriebseinrichtung aufnehmenden Motorgehäuse verbunden, das einen die gekapselte Antriebseinheit umgebenden Motorraum einschließt, der gegenüber dem Saugraum flüssigkeitsdicht abgeteilt ist. Der Motorraum ist mit einem Sperrmedium, vorliegend mit Öl, gefüllt, das zur Schmierung der Lager, etwaiger Zahnräder oder dergleichen dient und die Dichtungen beaufschlagt sowie die Wärme über das Motorgehäuse an dessen Umgebung abgibt. Solche Unterwasserfördereinrichtungen werden zur Förderung von Kohlenwasserstoffen im Meer eingesetzt.
  • Bei der Erdöl- und Erdgasproduktion im Meer werden Vorkommen in immer größeren Wassertiefen erschlossen, Wassertiefen bis 4000 m sind hierbei keine Seltenheit. Dementsprechend steigen auch die Anforderungen an die Rohrleitungssysteme und Förderaggregate bezüglich der Widerstandsfähigkeit gegen hydrostatische Drücke von außen durch die Wassersäule und innen durch den Reservoir-Druck durch Erdöl und Erdgas. Üblicherweise werden Rohrleitungssysteme bei Tiefseeförderung für einen Überdruck von innen in Höhe von 300 bis 500 bar ausgelegt und müssen einen Überdruck von außen in Höhe von bis zu 400 bar standhalten, je nach Wassertiefe.
  • Als zusätzliche Herausforderungen sind die Temperaturen des umgebenden Wassers und die des Förder- oder Prozessmediums unterschiedlich, während die Wassertemperatur zwischen 1 und 4°C liegt, wird das Prozessmedium bis über 100°C warm werden, so dass entsprechend hohe thermische Belastungen auftreten. Alle Komponenten, die in ein Fördersystem integriert werden, müssen zumindest die oben aufgeführten Belastungen aushalten können.
  • Pumpensysteme zur Förderung von Kohlenwasserstoffen in der Tiefsee werden in der Regel so ausgeführt, dass die Pumpe und die Antriebseinrichtung wie Motor und Kupplung in einem gemeinsamen Gehäuse installiert sind. Hierdurch kann auf eine technisch kritische Wellendurchführung von Pumpengehäuse zum Motorgehäuse verzichtet werden. Dabei gibt es einen vom Prozessmedium gefüllten Bereich, nämlich der Saugraum, die Förderkammern der Pumpe sowie der Druckraum, und einen nicht vom Prozessmedium gefüllten Bereich mit Motor, Lager und Kupplung. Die beiden Bereiche sind durch Wellendichtung voneinander getrennt; der nicht mit dem Prozessmedium gefüllte Bereich mit Motor, Lager und Kupplungsraum ist mit einem Sperrmedium gefüllt, üblicherweise mit Wasser oder Öl.
  • Nachteilig an diesem Konzept ist eine enge Verknüpfung zwischen dem drucktragenden Gehäuse und den für den Betrieb notwendigen engen Tolleranzen für rotierende Elemente und dichtende Bauteile. Verformungen durch die auftretenden Drücke von + 350 bis -500 bar und Temperaturschwankungen von 1°C bis über 100°C müssen an mehreren, auf Form- und Lageänderungen sensibel reagierenden Stellen, wie z. B. Lager, Wellendichtungen und Motorspalt, aufgenommen werden können. Hierzu kommen große Viskositätsschwankungen im Sperrmedium, sofern dieses als Öl ausgeführt ist. Ist keine Förderphase vorhanden, kühlen sich im Stillstand der Motor und die Pumpe auf die Umgebungstemperatur ab; im Betrieb heizen sie sich durch die Temperatur des Prozessmediums sowie durch Reibung auf 60°C bis 80°C auf. Die sich hierdurch verändernden Sperrölviskositäten von ca. 100 cSt bei einem kalten System und bis weniger als 2 cSt bei heißem System erfordern besondere Maßnahmen im Sperrölsystem. Die Schmier- und Tragfähigkeit des Sperröls muss sowohl im kalten als auch im warmen Zustand erhalten bleiben. Im kalten Zustand müssen zudem hohe hydraulische Reibungsverluste z. B. im Motor überwunden werden.
  • Die Anzahl der Dichtstellen zur Umgebung sind bei einem Unterwasserförderaggregat möglichst zu minimieren, da Dichtstellen eine potentielle Fehlerquelle darstellen und zu Undichtigkeiten neigen und die Erkennung einer kleinen Leckage sehr schwer möglich ist, aus Umweltschutzgründen jedoch jegliche Leckage vermieden werden sollte.
  • Die gemeinsame Förderung von Erdöl und Erdgas bedeutet, dass Flüssigkeiten und Gase nebeneinander transportiert werden. Bei der Erdöl/Erdgasförderung wird ein sogenanntes Multiphasengemisch gefördert, das eine hohe Wahrscheinlichkeit für die temporäre Anwesenheit von nur einer Phase aufweist, also dass über beträchtliche Zeiträume nur Flüssigkeiten oder nur gasförmige Komponenten gefördert werden. Darüber hinaus schwankt die Zusammensetzung des Multiphasengemisches über einen weiten Bereich und über größere Zeiträume, so dass hier besondere Anforderungen an die Pumpentechnologie gestellt werden.
  • Die DE 100 81 956 T1 beschreibt eine Vibrationspumpe mit einer Rahmengruppe und einem in der Rahmengruppe untergebrachten Antriebssolenoid. Eine Übertragungsgruppe mit einem axial zu der Rahmengruppe schwingenden Element ist vorgesehen, wobei das schwingende Element mit einem Ende an dem Antriebsolenoid angebracht ist. Die Pumpe ist als eine Tauchpumpe mit einem am unteren Ende stirnseitig angeordneten Einlass ausgebildet. Über eine Hilfspumpkammer und davon abgehende Pumpenauslässe wird das zu fördernde Medium durch einen ringartigen Durchlass zu dem Pumpenauslass gefördert. Eine solche Pumpe ist bevorzugt als eine Schachtpumpe vorgesehen.
  • WO 92/06299 betrifft eine Druckpumpe für Wasser mit einem Gehäuse, das Wasserkammern und einen oberen Druckauslass aufweist. Eine Saugeinrichtung wird durch ein glockenförmiges Gehäuseteil ausgebildet, das die Pumpe in sich aufnimmt und eine obere Öffnung aufweist. Zusammen mit der äußeren Oberfläche der Pumpe bildet das glockenförmige Gehäuse eine ringförmige Hilfssaugkammer. Von der Pumpe wird das angesaugte Medium durch Löcher in einer Wandung in den ringförmigen Zwischenraum und von dort aus durch den Auslass weggepumpt.
  • Die EP 719 940 A1 betrifft eine Seitenströmungspumpe mit einem Außenzylinder und einem darin aufgenommenen Motor, der einen an einem Motorrahmen angeordneten Stator und einen an einer Hauptwelle montierten Rotor aufweist. Der Außenzylinder definiert einen ringförmigen Raum, der um den Motorrahmen herum definiert ist, wobei der Außenzylinder einen Sauganschluss zum Einführen des Fördermediums in den ringförmigen Raum aufweist. Ein Auslass ist in dem Außenzylinder ausgebildet, um das Fluid wegzupumpen. Eine Pumpeinheit mit einem Laufrad ist an einem Ende der Hauptwelle angeordnet. Ein Ausstoßgehäuse ist an einer äußeren Umfangsfläche des Außenzylinders montiert und mit einem Ausstoßanschluss für das Ausstoßen des gepumpten Strömungsmittels versehen.
  • Die EP 634 827 A1 beschreibt einen gekapselten Motor zum Einsatz in einer Pumpe mit einem Stator an einem Rahmengehäuse und einer drehbar in dem Stator angeordneten Welle, auf der ein Rotor angeordnet ist. Ein Zylinder aus Metallblech ist um das Rahmengehäuse herum mit einem Ringraum dazwischen ausgebildet, wobei der Zylinder ein Paar Flansche aufweist. Eine Vielzahl von Pumpeinheiten mit jeweils mindestens einem Laufrad ist vorgesehen.
  • Die WO 98/00643 beschreibt eine Pumpe mit einem Gehäuse mit einem Einlass und einem Auslass, einem Motor und einem Flügelrad zum Fördern der Flüssigkeit, die durch den Auslass hindurchgedrückt wird. Der Motor wird vorteilhafterweise durch die gepumpte Flüssigkeit gekühlt, während er gleichzeitig gegenüber der gepumpten Flüssigkeit abgedichtet ist.
  • Die DE 22 14 653 B1 beschreibt eine Pump- und Abscheidevorrichtung, die über eine Ansaugleitung mit dem im Erdboden angeordneten Vorratstank verbunden ist. Die Pump- und Abscheidevorrichtung besteht aus einer Pumpe, die mit der Ansaugleitung verbunden ist und die eine gleichmäßige Leistung hat. Die Pumpe ist mit einer Luftabscheidevorrichtung versehen und insbesondere für Benzintanksäulen geeignet. Sie weist eine Ansaugpumpe, einen Luftabscheider und ein Pumpenrücklaufventil auf, das unterhalb des Luftabscheiders angeordnet ist. Über eine solche Pumpe und Luftabscheidevorrichtung wird verhindert, dass bei der Mengenmessung geförderte Luft mit berücksichtigt wird.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Unterwasserförderaggregat für Kohlenwasserstoffe bereitzustellen, das zuverlässig arbeitet und die Gefahr von Umweltschäden aufgrund von Undichtigkeiten vermindert, ohne dass die Funktionsfähigkeit und Zuverlässigkeit beeinträchtigt wird.
  • Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Unterwasserfördergerät mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen ausgeführt.
  • Das erfindungsgemäße Unterwasserförderaggregat mit einer Pumpe und einer Antriebseinrichtung, bei der die Antriebseinrichtung gegenüber dem umgebenden Wasser und gegenüber einem Prozessmedium abgedichtet ist, sieht vor, dass die Pumpe und die Antriebseinrichtung zu einem Modul in einem Modulgehäuse zusammengefasst und in einem Druckgehäuse angeordnet sind, wobei das Druckgehäuse mit dem Prozessmedium während des Betriebs gefüllt ist und das Modulgehäuse umgibt. Durch das Anordnen von Pumpe und Antriebseinrichtung innerhalb eines Modulgehäuses wird die Pumpe und die Antriebseinrichtung sowie die üblicherweise vorzusehenden Getriebeeinrichtungen oder Kupplungen sowie Steuereinrichtungen vollständig von dem Umgebungsdruck und der Temperatur durch die Wassersäule entkoppelt. Durch den aktiven Druckausgleich des Modul-Innendruckes auf einen konstanten Überdruck bezüglich des umgebenden Prozessmediums werden Druckwechsellasten auf das Modulgehäuse, im Gegensatz zu herkömmlichen Lösungen, vollständig vermieden. Aufgrund des modularen Aufbaus des Förderaggregates mit der Pumpe und der Antriebseinrichtung in einem Modulgehäuse werden alle rotierenden und toleranzkritischen Bauteile zu einer Einheit zusammengefasst, wobei das für die Formänderung verantwortliche Modulgehäuse konstante Druckkräfte erfährt und von dem Außendruck, der auf das Druckgehäuse lastet, entkoppelt ist. Durch das Prozessmedium wird ein unmittelbarer Kontakt des Modulgehäuses mit dem Umgebungswasser verhindert, was zu einer Vergleichmäßigung der Betriebstemperatur und einem geringeren Temperaturgradienten führt, so dass die Pumpe und der Antrieb geringeren thermischen Belastungen ausgesetzt sind. Insgesamt kann das Modulgehäuse auf im Wesentlichen konstante Kräfte hin ausgelegt werden, was eine Reduzierung des konstruktiven Aufwandes bedeutet und gleichzeitig eine höhere Effektivität der Pumpe bei gleichzeitig geringerer Ausfallwahrscheinlichkeit zur Folge hat. Innerhalb des Druckgehäuses und/oder innerhalb des Modulgehäuses sind Separationseinrichtungen zur Trennung einer Flüssigkeitsphase und einer Gasphase eines Multiphasengemisches angeordnet sein, beispielsweise in Gestalt von Umleiteinrichtungen oder Beruhigungszonen oder gezielten Strömungsquerschnittserhöhungen, um die Strömungsgeschwindigkeiten zu verringern und eine schwerkraftbedingte Trennung von Flüssigkeitsphase und Gasphase zu bewirken. Die getrennte Flüssigkeitsphase kann dann entweder innerhalb des Modulgehäuses oder von dem Druckgehäuse zurück in den Saugraum der Pumpe geleitet werden, um eine Rezirkulation der separierten Flüssigkeitsphase zu bewirken, sofern dies notwendig ist, wenn z.B. über einen längeren Zeitpunkt ausschließlich Gasphase gefördert wird. Die Rezirkulation dient der Aufrechterhaltung der Spaltabdichtung sowie der Kühlung der Förderelemente. Eine Rezirkulation ist von dem Druckraum der Pumpe zu dem Saugraum der Pumpe vorgesehen, um eine separierte Flüssigkeitsphase dem Saugraum dosiert zuzuleiten. Die Separation und die Speicherfähigkeit der separierten Flüssigkeitsphase können dabei unabhängig von der Orientierung des Druckgehäuses bzw. der Pumpe und der Antriebseinrichtung erfolgen, so dass sowohl bei einem horizontalen als auch bei einem vertikalen Einbau eine Separation von Flüssigkeitsphase und Gasphase erfolgen kann.
  • Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das Modulgehäuse unter Ausbildung eines Ringraumes in dem Druckgehäuse gelagert ist, so dass das Modulgehäuse vollständig von dem Prozessmedium umgeben werden kann, mit Ausnehme der notwendigen Lagerstellen des Modulgehäuses innerhalb des Druckgehäuses. Der Ringraum dient dabei gleichzeitig als eine Separationseinrichtung, über die eine Flüssigkeitsphase von einer Gasphase getrennt werden kann. Der Ringraum kann als ein Rückhalteraum für eine Flüssigkeitsphase eingesetzt werden, sofern dieser saugseitig angeordnet ist, um separierte Flüssigkeitsphase bei Bedarf dem Saugraum der Pumpe zuzuführen, um die in der Regel als Schraubenspindelpumpe ausgeführte Pumpe mit einem ausreichenden Maß an Flüssigkeitsphase zu versorgen, um einerseits eine Spaltabdichtung der Bewegungsspalte der parallel zueinander angeordneten Schraubenspindeln zu gewährleisten und anderseits eine Schmierung und Kühlung zu bewirken. Sollte der Ringraum druckseitig angeordnet sein, kann er als Separationsraum dienen und über eine Kurzschlussleitung in den Ansaugraum der Pumpe eine Rezirkulierung von bereits geförderter Flüssigkeitsphase ermöglichen.
  • Zur mechanischen Entkopplung ist vorgesehen, dass das Modulgehäuse zumindest an einer Lagerstelle in dem Druckgehäuse verschieblich gelagert ist, so dass durch eine Loslagerung in Axialrichtung die notwendige Entkopplung des Moduls bzw. des Modulgehäuses von thermischen oder hydrostatischen Verformungen des Druckgehäuses gewährleistet wird. Bevorzugt ist das Modulgehäuse zylindrisch ausgebildet, um eine hohe Druckstabilität zu gewährleisten, wobei das Druckgehäuse bevorzugt konzentrisch um das Modulgehäuse herum angeordnet ist.
  • Das Modulgehäuse ist vorzugsweise innerhalb des Druckgehäuses an einem Punkt in einem Festlager gelagert, wobei das Festlager vorzugsweise mit Durchführungen durch das Druckgehäuse ausgestattet ist, um beispielsweise elektrische oder hydraulische Versorgungsleitungen zu dem Modulgehäuse und der Antriebseinrichtung zu führen. Die Durchführungen können einfach und sicher statisch abgedichtet werden.
  • In dem Druckgehäuse und/oder in dem Modulgehäuse kann saugseitig ein Rückhalteraum für die Flüssigkeitsphase vorgesehen sein, um einen ausreichenden Vorrat für Gasphasenförderzeiträume zu haben.
  • Die Einlassseite und die Auslassseite des Unterwasserförderaggregates kann durch zumindest ein Rückschlagventil miteinander verbunden sein, das einen freien Durchgang des Prozessmediums in eine Richtung durchlässt und in andere Richtung sperrt, so dass ein freier Durchgang des Prozessmediums auch bei nicht aktivierter Pumpe gewährleistet ist und ein freier Austausch sichergestellt werden kann.
  • Weiterhin ist möglich, dass Einrichtungen zur Aufbereitung des Prozessmediums, zur Feststoffabscheidung und/oder zur Zufuhr von Zuschlagsstoffen, wie z. B Chemikalien usw. vorgesehen sind, so dass das Prozessmedium optimal gefördert und aufbereitet werden kann.
  • Zur Minderung von Geräuschemissionen können alle Kontaktstellen zwischen dem Druckgehäuse und dem Modulgehäuse mit Schwingungsdämpfern versehen sein. Bei einer Lagerung des Modulgehäuses in dem Druckgehäuse mit einem axial freien Loslager kann das Loslager auch als Einlassstutzen für das Prozessmedium genutzt werden, so dass durch die Loslagerstelle in dem Druckgehäuse das Prozessmedium in den Saugraum der Pumpe und von dort aus in den Ringraum des Druckgehäuses gefördert wird. Von dem Druckraum aus wird das Prozessmedium über eine entsprechende Rohrleitung abtransportiert.
  • Die Ausgestaltung des Moduls aus Pumpe und Antriebseinrichtung in einem gemeinsamen Modulgehäuse hat den Vorteil, dass das mechanisch aktive Element vollständig vorgefertigt und getestet werden kann und nur noch in ein umschließendes Druckgehäuse eingeführt werden muss. Keine mechanisch beweglichen Teile müssen gegenüber der Umgebung abgedichtet werden, vielmehr können auch Undichtigkeiten innerhalb der Pumpe unschädlich sein, da Leckagen in dem vollständig geschlossenen Druckgehäuse aufgenommen werden. Lediglich der Wirkungsgrad kann sich dadurch verringern. Die mechanisch einfache Bauform des Druckgehäuses mit der Minimierung der Schnittstellen sowie form- bzw. kraftschlüssigen Lagerstellen zwischen dem Modulgehäuse und dem Druckgehäuse erlauben eine sehr freie Wahl hinsichtlich des Materials, des Fertigungsprozesses und der Druckstufe des Druckgehäuses. Die Anzahl der Dichtungen zu Umgebungen wird minimiert und auf nicht rotierende Dichtungen eingeschränkt. Der Einbauraum für die Dichtungen ist dabei weitgehend frei wählbar.
  • Alle mechanischen Funktionen des Unterwasserförderaggregats sind in dem Modulgehäuse enthalten. Zum Testen der Funktion wird alleine das Modulgehäuse benötigt. Da das Modulgehäuse die Druckkräfte der Wassersäule und des absoluten Prozessdruckes nicht länger aufnehmen muss, können die Abmessungen und das Gewicht reduziert und die Zugänglichkeit von Komponenten vereinfacht werden. Auch hierdurch wird ein vollständiger Funktionstest des Moduls mit verringertem Aufwand möglich.
  • Die Auslegung des Druckgehäuses erfolgt unabhängig von konstruktiven Gegebenheiten der Pumpe nur hinsichtlich des maximalen Außen- und Innendruckes, sowie der Prozess- und Umgebungstemperatur und der chemischen Zusammensetzung des Prozessmediums, wohingegen das Modulgehäuse eine ausreichende Formstabilität für die mechanischen Belastungen sowie ein gegenüber dem konstanten Modulüberdruck ausreichend druckausgeglichenes und den Temperaturschwankungen hinreichend widerstandsfähiges Gehäuse ausbilden muss, das von den Verformungen des Druckgehäuses und den von außen wirkenden Belastungen weitgehend entkoppelt ist.
  • Das Modulgehäuse kann in dem Druckgehäuse über schwingungsdämpfende Lagerstellen gelagert sein, beispielsweise Gummi-Metall-Lager, um keine Schallemissionen aus dem Modulgehäuse auf das Druckgehäuse zu übertragen oder die Übertragung möglichst zu verhindern. Dadurch wird eine Schallemission von dem Druckgehäuse an die Umgebung verringert, da bei einer Förderung von Mehrphasengemischen der Ringraum, der um das Modulgehäuse befindlich ist, durch den Gasgehalt im Fördermedium bereits als ein wenig Schall übertragender Raum ausgebildet ist. Alle Kontaktstellen des Modulgehäuses zu dem Druckgehäuse können schwingungsisoliert ausgebildet oder mit Schwingungsdämpfern ausgestattet sein.
  • Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der einzigen Figur näher erläutert.
  • Die Figur zeigt eine schematische Schnittdarstellung eines Förderaggregates.
  • In der Figur ist ein Unterwasserförderaggregat 1 mit einem äußeren Druckgehäuse 2, das aus zwei Gehäuseteilen 21, 22 besteht, sowie einem darin angeordneten Modulgehäuse 3 besteht, wobei das Modulgehäuse 3 eine Pumpe 31 sowie eine Antriebseinrichtung 32 mit einer Kupplung 33 aufnimmt. Die Antriebseinrichtung 32 und die Kupplung 33 sind über ein Sperrmedium gegenüber einem Eindringen eines Prozessmediums abgedichtet. Das Modulgehäuse 3 ist an seinem rechten Ende in einem Festlager 24 des zweiten Druckgehäuseteils 22 gelagert und mit Durchführungen für elektrische und hydraulische Zuleitungen 5 versehen. Auf der linken Seite ist das Druckgehäuse 31 in einem Einlassstutzen 25 axial verschieblich gelagert, so dass das linke Ende des Modulgehäuses 3 als Loslager ausgebildet ist. An dem Druckgehäuse 2 sind zwei Flansche 23, 26 angeordnet, über die eine Verbindung zu Rohrleitungssystem hergestellt werden kann.
  • Das Modulgehäuse 3 ist so in dem Druckgehäuse 2 angeordnet, dass ein Ringraum 6 um das Modulgehäuse 3 entsteht, der mit Prozessmedium gefüllt wird. Durch den Einlassstutzen 25 wird das Prozessmedium in den Saugraum 311 der Pumpe 31 gefördert und von dort durch den Druckraum 312 in den Ringraum 6 gepumpt, wie durch die Pfeile angedeutet. Von dem Ringraum 6 wird das Prozessmedium dann durch den Auslassstutzen 26 abtransportiert.
  • Auf die Wandung des Druckgehäuses 2 wirken von innen der Förderdruck und von außen die Wassersäule, während auf das Modulgehäuse 3 von außen der Förderdruck und von innen der Druck des Sperrmediums wirkt, wobei der Druck des Sperrmediums gezielt auf die Betriebsbedingungen eingestellt wird. Üblicherweise wird ein geringer konstanter Überdruck, üblicherweise zwischen 1 und 25 bar vom Sperrmedium zum Prozessmedium im Druckgehäuse 2 angestrebt. Hierdurch wird eine konstante Druckkompensation des gesamten Moduls gegenüber dem umgebenden Prozessdruck sowie eine vollständige Entkopplung von dem Umgebungsdruck, also dem Druck der Wassersäule erreicht. Die mechanische Auslegung des Modulgehäuses 3 kann hierdurch auf geringe, vor allen Dingen auf konstante Kräfte ausgerichtet werden.
  • Innerhalb des Ringraumes 6 können Separationseinrichtungen, wie Umleitelemente, Labyrinthe oder gezielte Querschnittsvergrößerungen vorgesehen sein, um einen verbesserten Separationswirkungsgrad bereitzustellen. Von dem Ringraum 6 kann eine Kurzschlussleitung zu dem Saugraum 311 der Pumpe 31 geführt werden, um eine Rezirkulation einer separierten Flüssigkeitsphase zu ermöglichen.
  • Durch das Anordnen eines im Wesentlichen konzentrischen Ringraumes 6 um das Modulgehäuse 3 durch die Ausbildung eines entsprechend ausgebildeten Druckgehäuses 2 ist es möglich, eine thermische Isolierung zwischen dem Modulgehäuse 3 und der Umgebung, also dem Meer, zur Verfügung zu stellen, so dass bei Stillstand der Pumpe 31 nur eine langsame Auskühlung stattfindet. Ebenfalls können Rückschlagventile angeordnet sein, die beim Stillstand der Pumpe 31 einen kontinuierlichen Austausch des Prozessmediums von den Einlassstutzen 25 zum Auslass 26 ermöglichen, so dass die Temperatur des Modulgehäuses 3 und damit die Temperatur der Pumpe 31 und der Antriebseinrichtung 32 im Wesentlichen konstant gehalten werden können, da ein kontinuierlicher Austausch des Prozessmediums erfolgt.

Claims (8)

  1. Unterwasserförderaggregat mit einer Pumpe (31) und einer Antriebseinrichtung (32), bei der die Antriebseinrichtung (32) gegenüber dem umgebenden Wasser und gegenüber einem Prozessmedium abgedichtet ist, die Pumpe (31) und die Antriebseinrichtung (32) zu einem Modul mit einem Modulgehäuse (3) zusammengefasst und in einem Druckgehäuse (2) angeordnet sind und das Druckgehäuse (2) mit dem Prozessmedium gefüllt ist und das Modulgehäuse (3) umgibt, dadurch gekennzeichnet, dass das Prozessmedium einen unmittelbaren Kontakt des Modulgehäuses (2) mit dem Umgebungswasser verhindert, dass innerhalb des Druckgehäuses (2) und/oder Modulgehäuses (3) Separationseinrichtungen zur Trennung einer Flüssigkeitsphase und einer Gasphase eines Multiphasengemisches angeordnet sind und eine Rezirkulationsleitung von dem Druckraum (312) der Pumpe (3) oder dem Druckgehäuse (2) zu dem Saugraum (311) der Pumpe (31) vorgesehen ist, durch die separierte Flüssigkeitsphase dem Saugraum (311) dosiert zugeleitet wird.
  2. Unterwasserförderaggregat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Modulgehäuse (3) unter Ausbildung eines Ringraumes (6) in dem Druckgehäuse (2) gelagert ist.
  3. Unterwasserförderaggregat nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Modulgehäuse (3) an zumindest einer Lagerstelle (25) verschieblich in dem Druckgehäuse (2) gelagert ist.
  4. Unterwasserförderaggregat nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Modulgehäuse (3) innerhalb des Druckgehäuses (2) in einem Festlager (24) gelagert ist, das mit Durchführungen durch das Druckgehäuse (2) ausgestattet ist.
  5. Unterwasserförderaggregat nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Druckgehäuse (2) und/oder dem Modulgehäuse (3) saugseitig ein Rückhalteraum für eine Flüssigkeitsphase vorgesehen ist.
  6. Unterwasserförderaggregat nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einlassseite (23) und die Auslassseite (26) des Unterwasserförderaggregates (1) durch zumindest ein Rückschlagventil verbunden sind, das einen freien Durchgang des Prozessmediums auch bei nicht aktivierter Pumpe (31) gewährleistet.
  7. Unterwasserförderaggregat nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Einrichtungen zur Aufbereitung des Prozessmediums, zur Feststoffabscheidung und/oder zur Zufuhr von Zuschlagstoffen vorgesehen sind.
  8. Unterwasserförderaggregat nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Modulgehäuse (3) in dem Druckgehäuse (2) schwingungsgedämpft gelagert ist.
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