NO173794B

NO173794B - Pumpe- eller kompressorenhet

Info

Publication number: NO173794B
Application number: NO86864561A
Authority: NO
Inventors: Frank Mohn
Original assignee: Framo Dev Ltd
Priority date: 1985-03-19
Filing date: 1986-11-17
Publication date: 1993-10-25
Also published as: ATE84123T1; NO864561D0; US4830584A; JPS62502277A; DE3687391D1; EP0217847B1; CA1268078A; AU598458B2; AU5626986A; WO1986005557A1; NO173794C; EP0217847A1; DE3687391T2; GB8507010D0; NO864561L

Abstract

En pumpe eller kompressorenhet 1 egnet særlig for blandede fasefluider, f.eks. blandet gass og olje, har en flertrinns aksi-alstrøm kompressoranordning med kontraroterende skovler. En opp-strøms blandeanordning 10 og en nedstrøms sentrifugal impelleranordning 32 kan hver drives av kompressoranordningen 21,26,27,29, som kan være utformet til å bevirke en strømpassasje med avtagende tverrsnitt i strømretningen.ompressordrevene kan suppleres av aksialt sideliggende elektriske motorer 24,25 som kan omgi roterbare hylser 21 som bærer kompressorskovlene. En fluid kan sir-kuleres gjennom enheten, f .eks. for elektrisk isolering, og kan lekkes inn i den pumpede fluid gjennom forseglinger og da kan den inneholde et korrosjonsinhiberende middel. Enheten kan arrangeres slik at den er bevegelig langs rørledningen under fluidtrykk for å kontaktes med krafttilførselskontakter på et forutbestemt sted.

Description

Den foreliggende oppfinnelse vedrører en pumpe eller kompressorenhet for transport av fluid med blandet fase, omfattende en rotor som er anordnet inne i en første hylse idet hylsen og rotoren er roterbare i motsatt retninger om hylseaksen, første impellerblader som rager innover fra hylsen, og andre impeller-blander som rager utover fra rotoren mellom de første impellerblader, og bladene samvirker for transport av fluid i retning av hylsens og rotorens rotasjonsakse.

Under utvinningen av olje fra offshoreanlegg, oppstår det

problemer fra nærværet av betydelige mengder gass i den utvunnete olje. Den utvunnete olje frigjør gass som en konsekvens av trykk-fallet som oppstår under utvinningen, slik at det oppnås en fler-eller multifase-fluidstrøm omfattende en svært uhomogen blanding av olje og gass. Noen ganger støter man på betydelige oljeplugger uten særlig innblanding av gass, og anslaget fra disse kan være tilstrekkelig til å påføre utstyret skader. Som en konsekvens av dette er det ønskelig å utføre separeringen av gassen fra oljen så tidlig som mulig under utvinningsprosessen, og således kan blandingen først tilføres til en offshoreplattform hvor denne separasjon kan utføres, og olje og gass kan føres fra plattformen f.eks. til land gjennom separate rørlegninger.

Tilstedeværelsen av gass blandet med den utvunnete olje medfører således alvorlige komplikasjoner under håndteringen av det utvunnete materiale og oppfinnelsen vedrører å tilveiebringe en pumpe/ kompressorenhet som kan anvendes for å dempe disse pro-blemene .

Fra FR-patentskrift 2.167.948 er det kjent en sentrifugalpumpe for pumping av væsker. Pumpen omfatter en rotor med et sentralt legeme og en omsluttende hylse, og mellom disse av-grenses det en passasje med ringformig tverrsnitt, og både de indre og ytre diametre øker i strømningsretningen. Videre rager et antall fingre utad fra sentrallegemet.

En pumpe eller kompressorenhet er også kjent fra US-patentskrift 2.234.733. Ifølge dette omfatter pumpe/kompressorenheten en rotor som er montert inne i en impellerhylse, idet hylsen og rotoren roterer i motsatte retninger om impellerhyIsens akse. Første impellerblader rager innad fra impellerhylsen, og andre impellerblader rager utad fra rotoren mellom de første impellerblader, og impellerbladene samvirker til å transportere fluid i retning av impellerhyIsens og rotorens rotasjonsakse.

Formålet med oppfinnelsen er å frembringe en ny pumpe eller kompressorenhet.

Pumpe eller kompressorenheten ifølge oppfinnelsen er kjennetegnet ved en andre hylse som er lokalisert oppstrøms for den første hylse, og som er anordnet for uavhengig rotasjon koaksialt i forhold til den første hylse, blandeorganer inne i den andre hylse og midler som drivmessig forbinder rotoren og den andre hylse.

Foretrukne utførelser av oppfinnelsen fremgår av kravene 2-10.

Pumpe eller kompressorenheten anvendes ifølge oppfinnelsen fortrinnsvis i forbindelse med et undersjøisk utvinningsanlegg og/eller i en rørledning som fører fra et slikt anlegg.

Pumpe og kompressorenhetens blandeorganer kan plasseres i innløpsenden av pumpe/kompressorenheten og kan være en aktiv blandeanordning som kan drives av kompressoranordningen. Bland-eren kan være spesielt utformet, f.eks. som en induser slik at den har tilstrekkelig kapasitet til å håndtere gass- og/eller væskeplugger. Effekten til kompressoranordningen og/eller bland-eren i å homogenisere et fluidum med blandet fase er slik at enheten kan omfatte en sentrifugalpumpe nedstrøms for kompressoranordningen. Sentrifugalimpelleren kan også drives av kompressoranordningen .

Pumpe/kompressorenheten omfatter en blandeanordning og nedstrøms for denne en kompressoranordning. Kompressoranordningen kan omfatte suksessive trinn som kan lokaliseres slik at det opereres innen et strømareal med progressivt avtagende tverrsnitt, ved å montere et sett av blad på en understøttelse mellom blader montert inne i den kontraroterende hylse eller et rør, og understøttelsen er kjegleavstumpet og/eller hylsen er innvendig kjegleavstumpet. Oppfinnelsen frembringer således trykkøkning i fluidet i form av små forutbestemte økninger slik at det oppnås en homogeniseringseffekt i motsetning til tendensen ved de kon-vensjonelle sentrifugalpumper til å fremme separasjon av kompo-nentene i en gass/væskeblanding.

Oppfinnelsen kan hensiktsmessig utformes i form av aksialt ved siden av hverandre og på linje liggende uavhengig roterbare hylser for opptagelse av en rørledning, hvor oppstrømshyIsen omfatter ett eller flere blandeelementer ved oppstrømsenden og minst et første kompressortrinn ved dens nedstrømsende og som er drivmessig forbundet med andre kompressorskovler lokalisert inne i nedstrømshyIsen for samvirkning med tredje kompressorskovler som bæres deri.

Hylsene er arrangert slik at de kan roteres om deres felles akse, hensiktsmessig av separate elektriske motorer. Motorene kan opptas mellom hver hylse og et ytre hus hvor hylsene er opplagret, men de separate motorer kan, dersom det er ønskelig, lokaliseres inne i hylsene innenfor sentrale nav som bærer skovlene og/eller blandeelementene. Alternativt kan motorene være aksialt adskilt fra hylsene og forbundet med disse ved hjelp av på fluktende skaft, eller av et hult skaft med et ytterligere innvendig beliggende skaft.

De elektriske motorer kan være veksels- eller likestrøms og kan arrangeres til å rotere med samme hastighet, eller med for-skjellige hastigheter, som kan være selektivt variable dersom det ønskes. Slike arrangementer muliggjør at kontrarotasjon kan ut-øves uten anvendelse av gir, men dersom det ønskes kan det anvendes en enkel motor, og kontrarotasjon og hvilken som helst ønsket hastighetsdifferensiering, oppnås ved egnet giring.

Fortrinnsvis omfatter pumpeenheten ifølge oppfinnelsen en anordning for gjennomsirkulasjon av en væske som kan være en dielektrisk væske for å isolere enhetens elektriske ledere og/eller et smøremiddel for å smøre enhetens lagre. En forutbestemt lekkasje fra enhetens motorside inn i det pumpede fluid kan oppnås f.eks. ved hjelp av labyrintforseglinger, eventuelt i kombinasjon med mekaniske forseglinger, igjen for å kjøle motoren og for å smøre lagrene og/eller forseglingene. Væske som lekkes inn på denne måte kan være en olje eller et oljeprodukt eller kan omfatte en korrosjonsinhibitor eller et medium for å forebygge eller hindre hydratdannelse i rørledningen, f.eks. diselolje, glykol eller metanol. En slik væske kan tilføres til rørledningen direkte gjennom en dyse anordnet for dette formålet istedenfor eller i tillegg til, den kontrollerte lekkasjebane, istedet for et separat injeksjonssystem. Den sirkulerende væske kan også utnyttes for kjøling av motoren eller motorene og/eller som et medium for å kontrollere enhetens funksjon.

Selv om det ikke er begrensning i dens anvendelse, er en pumpe/kompressorenhet ifølge oppfinnelsen særlig egnet for anvendelse i et undersjøisk utvinningsanlegg, og dersom det er hensiktsmessig, i én eller flere posisjoner langs en rørledning som fører fra et slikt anlegg. Enheten eller enhetene opererer på rå-blandingen av olje og gass direkte etter utvinning, slik at det oppnås en relativt homogen blanding som trygt og passende føres fra anlegget f.eks. til en offshore plattform for separering. Imidlertid, forbedringen som oppnås i den utvundne blandings egenskaper kan i noen tilfeller gjøre det unødvendig å utøve tidlig separasjon slik at blandingen kan føres direkte til land med en stor medfølgende besparelse i utstyr.

Oppfinnelsen skal videre forklares nedenfor ved hjelp av eksempler under henvisning til de mefølgende tegninger, hvori: Fig. 1 viser et skjematisk tverrsnitt av en første pumpe eller kompressorenhet ifølge oppfinnelsen. Fig. 2 viser et lignende snitt av en andre pumpe eller kompressorenhet sammen med hjelpeutstyr. Fig. 3 viser en sterkt skjematisk presentasjon av en pumpe eller kompressorenhet som er selektivt bevegelig inne i en rør-ledning .

Pumpe- eller kompressorenheten 1 som vist i fig. 1 er anordnet i en rørledning 2 hvorigjennom det føres en blanding av olje og gass.

Enheten 1 har et oppstrømsparti omfattende et ytre rør 4 hvori en blande/kompressorhylse 5 (også benevnt en andre hylse) er opplagret konsentrisk i lagrene 6. Hylsen 5 har festet rundt sin ytterflate rotoren 7 i en elektrisk motor, og er avtettet mot røret 4 med forseglinger 8. Rotoren 7 er konsentrisk omgitt av motorens stator 9 som er montert inne i det ytre rør 4.

I hylsens sentrum og oppstrømsregioner er det innvendig montert blandeelementer 10 som er utformet og plassert til å effektuere en mere ensartet blanding av den innkommende blanding av gass og olje. Ved sin nedstrømsende omfatter hylsen 5 en på-festet impelleranordning i form av kompressorblader eller-skovler 11 som rager ut fra den indre overflate av røret til et aksialt nav 12. Skovlene 11 samvirker med nedstrøms og umiddel-bart vedliggende stasjonære skovler 14 montert inne i en forbind-elsesring 15 som forbinder nedstrømsenden av røret 4 til opp-strømsenden av et andre ytre rør 16. De stasjonære skovler 14 rager innover fra ringen 15 til en hylse 19 hvorigjennom et ned-strøms skaftforlengelsesparti 20 av navet 12 rager.

En kompressorhylse 21 (også benevnt en første hylse) er opplagret konsentrisk i lageret 22 inne i det andre ytre rør 16 og er avtettet mot røret av pakninger 23. Som med det oppstrøms blande/kompressorrør 5, bærer hylsen 21 utvendig rotorpartiet 24 i en elektrisk motor som igjen er omgitt konsentrisk av et statorparti 25 stasjonær inne i det ytre rør 16.

Innvendig bærer nedstrøms-kompressorhylsen 21 et antall av aksialt adskilte (andre) impellerblader eller skovler 26 hver opptatt mellom et sideliggende par av (første) impellerblader eller skovler 27 som bæres på en kjegleavstumpet understøttelse eller rotor 29 slik at det dannes en flertrinns- aksialstrøms-kompressoranordning. Understøttelsen 29 rager nedstrøms fra skaftforlengelsespartiet 20 og utvides i tverrsnitt i nedstrøms-retningen i et kjegleavstumpet forløp. Impellerbladene 26 og 27 er således dimensjonert at det induseres en trykkgradient i blandingen som undergår kompresjon, og øker i radiell retning utover.

Selv om enheten 1 så langt beskrevet, kun gitt en egnet opplagring for nedstrømsenden av rotoren 29, vil fungere til-fredsstillende, er det mulig å tilkople også en nedstrøms sentrifugal impelleranordning.

Således er det ytre rør 16 ved nedstrømsenden. utkraget for å festes til et sentrifugalimpeller-hus 30 med et utløpsparti 31 for tilkopling til rørledningen 2. Utløpspartiet 31 kan være aksialt rettet istendenfor radialt, som vist. En sentrifugalimpeller 32 inne i huset 30 fastholdes på et forlenget parti 34 av rotoren 29 med redusert diameter ved hjelp av en låsemutter 35, og det ringformede innløp til impelleren 32 samsvarer med den ringformede spalte mellom nedstrømsenden av rotoren 29 og hylsen 21. Huset 30 har en endevegg 36 med en sentral åpning utstyrt med en pakning 37 hvorigjennom en akseltapp 39 rager aksielt ut fra det forlengede parti 34. Et lager 40 for akseltappen 39 er opptatt i lagerboksen 41 utformet utenfor veggen 36 og lukket av et deksel 42.

Kraft tilføres til statorpartiene 9 og 24 i de to elektriske motorer med ledninger 44 fra et kontrollapparat og en kraft-kilde 45. Hastigheten hvormed motorene driver hylsene 5 og 21 til å rotere i motsatte retninger kan være den samme eller forskjel-lig og kan varieres selektivt, enten sammen eller uavhengig.

Pumpe- eller kompressorenheten 50 som er vist i fig. 2 er anordnet i et rørsystem med en sugeledning 51 og en utløpsledning 52. Enheten 50 ligner den som er vist i fig. 1 idet den har en blande/kompressorhylse 55 opplagret i lageret 56 og har utvendig rundt den festet rotorpartiet 57 til en elektrisk motor hvorpå det omgivende statorparti 59 bæres inne i et ytre rør eller pum-pehus 60 til hvilken hylsen 55 er hensiktsmessig avtettet. Inne i hylsen 55 er det også montert aktive blandeelementer 61 og en eller flere kompressorskovler 62.

Skovlene 62 rager mellom røret 55 og en ende av en sylindrisk blad- eller skovlunderstøttelse 65. På et parti av under-støttelsen 65 som rager aksialt i nedstrømsretningen utenfor hylsen, er det montert aksialt adskilte skovler som samvirker med skovlene 67 som er montert på innsiden av en andre hylse 69. Hylsen 69 er aksialt på linje med røret 55 og er opplagret i lageret 70. Forseglingene (ikke vist) er anordnet mellom hylsen 69 og huset 60. Båret utvendig på hylsen 69 er rotorpartiet 71 av en elektrisk motor hvis statorparti 72 er festet inne i huset 60. På sin nedstrømsende avsmalner understøttelsen 65 innover til et sylindrisk endeparti opplagret i lageret 74.

Ved nedstrømsenden er det til pumpehuset 60 festet et ytre hus 75 inneholdende elektrisk reguleringsutstyr for enheten 50 og en anordning for å sirkulere et isolerende eller annet dielektrisk fluid gjennom enheten og i det ytre hus.

Elektrisk kraft og dielektrisk olje under trykk tilføres til huset 75 fra et supplerende hus 76, fortrinnsvis ved hjelp av et rør 80 hvori det opptas i avstand et lederrør omfattende tre konsentriske rørformede ledere med isolasjon mellom seg. Rommet mellom lederne og det ytre rør og det indre av lederrøret omfatter tilførsel og tilbakeløp for den dielektriske olje. For ytterligere detaljer om denne og alternative elektriske isolerte til-førselsarrangementer vises det til EP-søknad 0063 444. Røret 80 er for- lenget til et forbindelseskammer 81 og lederne i leder-røret er forbundet til elektrisk frekvens- og strømkontrollutstyr 82 hvorfra elektriske strømledere fører til statorene 59 og 72. Sirkulasjonsbanen for den dielektriske olje omfatter det indre av pumpehuset 60 slik at oljen tilveiebringer isolasjon for statorene og også smøring for lagrene 56 og 70. Et kammer 84 inne-holder kjøle og filtreringsutstyr for å behandle den sirkulerte dielektriske olje, som kan anvendes for å kontrollere motorenes oppførsel og kondisjon, som ved å måle temperaturen på det til-bakeførte fluid og ved å undersøke forurensninger som den inne-holder, såvel som for kjøling og smøring.

Forseglingene mellom huset 60 og hylsene 55 og 69 kan være slik at det frembringes en forutbestemt lekkasje av dielektrisk olje inn i strømbanen gjennom det indre av enheten for å fremme kjøling og smøring av forseglingene. Et medium motstandsdyktig mot korrosjon kan lekkes inn i strømbanen gjennom slike forsegl-ingsarrangementer og/eller gjennom en spesiell dyse, i tillegg dersom det er ønskelig, til det dielektriske oljesirkulasjons-arrangement.

Som med pumpeenheten 1 muliggjør reguleringsutstyret 82 at rørene (hylsene) 55 og 56 kan roteres av de elektriske motorer ved valgte hastigheter og/eller retninger.

Arrangementene ifølge fig. 2 for sirkulasjon og/eller lekkasje av dielektrisk eller annen fluid kan selvsagt utøves på lignende måte som i enheten 1 ifølge fig. 1, og enheten ifølge fig. 2 kan omfatte nedstrøms sentrifugalimpelleranordninger, f.eks. som beskrevet i forbindelse med fig. 1, dersom det er ønskelig.

Pumpe eller kompressorenheten som er beskrevet ovenfor har vært vist med stasjonær lokalisering i en rørledning, men en modifisert utgave av en slik enhet kan arrangeres til å være bevegelig til og fra en forutbestemt lokalisering i en fluidrør-ledning hvor det er nødvendig at enheten skal operere. Kompressorenheten kan innføres i fluidrørledningen på en plattforms dekknivå ved hjelp av et slusesystem og deretter pumpes ned til den nødvendige lokalisering, eller gjennom et konvensjonelt undersjøisk pigg- landingssysten.

Som vist skjematisk i fig. 3, er en pumpe/kompressorenhet 130 utstyrt utvendig med et stempelelement 131 som lager en gli-deforsegling med den indre overflate av rørledningen 132 og med styreelementer 134 slik at det blir en lav friksjonskontakt med den indre overflate. Enheten 130 kan ligne enheten 1 ifølge fig.

1 med et aksialt rettet sentrifugalimpeller-utløp, eller med impelleren utelatt. Fluidtrykk, enten av det materiale som føres eller f.eks. vann som deretter uttømmes fra rørledningen, fun-gerer på enheten 130 slik at den føres langs rørledningen til en lokalisering hvor en stopper i form av en sirkulær flens 135 forbindes med enhetens frontende. De motstående partier av flensen

og enheten bærer åpne ledere 13 6 som forbindes, eller respektive enheter som induktivt koples sammen, når flensen og enheten kom-mer i kontakt med hverandre slik at det etableres elektrisk forbindelse, indusert og/eller ledende, mellom enheten og en kraft-kilde eller kraft- og kontrollenhet 137 som stort sett kan til-svare kraftkilden 45.

Claims

1. Pumpe eller kompressorenhet for transport av fluid med blandet fase, omfattende en rotor (29,65) som er anordnet inne i en første hylse (21,69) idet hylsen og rotoren er roterbare i motsatte retninger om hylseaksen, første impellerblader (26,67) som rager innover fra hylsen, og andre impellerblader (27,66) som rager utover fra rotoren mellom de første impellerblader, og bladene samvirker for transport av fluid i retning av hylsens og rotorens rotasjonsakse, karakterisert ved en andre hylse (5,55) som er lokalisert oppstrøms for den første hylse (21,69), og som er anordnet for uavhengig rotasjon koaksialt i forhold til den første hylse (21,69), blandeorganer (10,61) inne i den andre hylse og midler (11,12) som drivmessig forbinder rotoren (29,65) og den andre hylse.

2. Pumpe eller kompressorenhet i samsvar med krav 1, karakterisert ved at den andre hylse (5,55) er forbundet med rotoren (29,65) via et kompressorblad (11,62) som er plassert i enden av den andre hylse tilstøtende til den første hylse (21,69).

3. Pumpe eller kompressorenhet i samsvar med krav 1 eller 2, karakterisert ved første og andre elektromotorer for drift av den første (21,69) henholdsvis den andre (5,55) hylse.

4. Pumpe eller kompressorenhet i samsvar med krav 3, karakterisert ved at de første og andre elektromotorer omfatter første og andre rotorpartier (7,24,57,71) montert slik at de omslutter henholdsvis de første og andre hylser samt samvirker med respektive første og andre stator-partier (9,25,59,72) som er lokalisert rundt rotorpartiene.

5. Pumpe eller kompressorenhet i samsvar med et av de foregående krav, karakterisert ved en sentrifugalimpeller (32) anordnet nedstrøms for den første hylse (21,69) og rotoren (29,65).

6. Pumpe eller kompressorenhet i samsvar med krav 5, karakterisert ved at sentrifugalimpelleren (32) er innrettet til å drives sammen med rotoren (29).

7. Pumpe eller kompressorenhet i samsvar med et av de foregående krav, karakterisert ved at fluid-passasjen mellom den første hylsen (21,69) og rotoren (29,65) har et tverrsnitt som avtar progressivt i strømningsretningen.

8. Pumpe eller kompressorenhet i samsvar med et av de foregående krav, karakterisert ved en lekkasjebane inn i fluidstrømmen for et smøremiddel og/eller et korrosjonsinhiberende medium ved hjelp av forseglingsanordninger og/ eller ved hjelp av en lekkasjedyse.

9. Pumpe eller kompressorenhet i samsvar med et av de foregående krav, karakterisert ved at det omfatter en anordning for sirkulasjon av en væske gjennom apparatet for elektrisk isolasjon og/eller smøring og/eller for utøvelse av kontroll.

10. Pumpe eller kompressorenhet i samsvar med et av de foregående krav, karakterisert ved ytre styre-legemer (134) og et stempelelement (131) for bevegelse av apparatet (130) langs en rørledning under fluidtrykk, samt en elektrisk koplingsanordning (136) slik at enheten kan motta elektrisk strøm fra en samvirkende koplingsanordning ved en stopper som begrenser apparatets bevegelse langs rørledningen.

11. Anvendelse av pumpe eller kompressorenheten ifølge de foregående krav i forbindelse med et undersjøisk utvinningsanlegg og/ eller i en rørledning som fører fra et slikt anlegg.