NO310317B1 - Sikkerhetspumpesystem - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår et sikkerhetspumpesystem som omfatter en pumpe og en elektromotor og som er beregnet til å neddykkes i et fluid som inneholdes i en tank. Forskjellige brennbare fluider, slik som flytende petroleumsprodukter, flytendegjorte gasser og forskjellige farlige kjemiske væskeprodukter lagres vanligvis i store tanker, f.eks. i tankskip når væsken transporteres eller i stasjonære tanker på land. Den brennbare væsken kan tilføres og/eller avgis fra slike tanker ved hjelp av pumper, slik som særskilte sentrifugalpumper. Slike dyptliggende bunnpumper, som befinner seg nær bunnen av tanken, kan drives av en elektromotor, forutsatt at motoren er av en eksplosjonssikker utførelse og befinner seg over den øvre veggen i tanken. En lang drivaksel kan forløpe fra motoren, gjennom bunnen og ned til pumpen. En slik lang drivaksel krever et stort antall lager, og ombord i et skip bidrar en høy beliggenhet av flere slike ganske tunge elektromotorer til ustabilitet, pga at tyngdepunktet er flyttet oppover.

En annen mulighet er å benytte en hydraulisk motor for å drive pumpen. Fordi en slik hydraulisk motor ikke inneholder noen kilde til antennelse kan den anordnes inne i tanken nær pumpen. En slik hydraulisk motor er imidlertid en ulempe, fordi den trenger tilførsel av høytrykksolje via et komplisert hydraulisk tilførselssystem. Dessuten kan drivolje som lekker ut av det hydrauliske systemet trenge inn i tanken og forurense fluidet som denne inneholder.

Et sikkerhetspumpesystem av den ovenfor angitte typen som muliggjør bruken av en elektrisk drivmotor som befinner seg inne i tanken nær pumpen er beskrevet i US-PS 5.336.064. Et motorhus som omgir drivmotoren avgrenser et indre rom og omgis av et ytre skall. Motorhuset inneholder en ufarlig væske, slik som olje, som fortrenger oksygen i det indre rommet i motorhuset, slik at eksplosjoner som skyldes en elektrisk gnist bevirket av feil i elektromotoren unngås. Det ytre rommet avgrenset mellom motorhuset og det ytre skallet er fylt med en inert atmosfære for å isolere elektromotoren fra den farlige væsken i det omgivende rommet i tanken.

I dette kjente pumpesystemet benyttes væsken som inneholdes i det indre rommet i motorhuset for å kjøle motoren og for å smøre og kjøle lager og tetninger. Bruken av to forskjellige fluider, nemlig en væske i det indre rommet i motorhuset og en inert gass i rommet avgrenset mellom motorhuset og det ytre skallet kompliserer imidlertid pumpesystemet vesentlig og medfører fare for forurensning av fluider inne i tanken med olje eller en annen væske som lekker fra det indre rommet i motorhuset.

Den foreliggende oppfinnelse angår et pumpesystem av den ovenfor angitte typen, i hvilket bare et fluid, nemlig en beskyttende gass, trengs for å oppnå et eksplosjonssikkert, neddykket pumpesystem med en elektrisk drivmotor.

Den foreliggende oppfinnelse angår således et sikkerhetspumpesystem som omfatter en pumpe og en elektromotor, og som er beregnet til å neddykkes i et fluid som inneholdes i en tank, idet systemet omfatter et motorhus som omgir elektromotoren, et ytre skall eller en kappe som avgrenser et ytre rom som omgir huset til motoren, en drivaksel som forbinder elektromotoren og pumpen og første midler for gasstilførsel for tilførsel av beskyttende gass i det ytre rommet under et trykk som overstiger atmosfæretrykket, for å fylle det ytre rommet med en slik gass, og pumpesystemet i henhold til oppfinnelsen kjennetegnes ved at motorhuset avgrenser et indre rom som inneholder elektromotoren, andre midler for gasstilførsel anordnet for å tilføre beskyttende gass i det indre rommet for å fortrenge oksygen fra dette og å fylle rommet med beskyttende gass for å motvirke eksplosjoner, idet de andre midler for gasstilførsel er innrettet til å holde den beskyttende gassen i det indre rommet under et trykk som er lik eller høyere enn gasstrykket i det ytre rommet. Dette betyr at elektromotoren er isolert fra tankinnholdet av to separate atmosfærer med beskyttende gass. Faren for eksplosjon er ytterligere minsket når den beskyttende gassen i det indre rommet i motorhuset holdes på et trykk som overstiger gasstrykket i det ytre rommet. Derved motvirkes det at et brennbart fluid fra tanken som kan ha lekket inn i det ytre rommet kan fortsette inn i det indre rommet avgrenset av motorhuset. Dessuten, for å minske faren for at dette fluidet, slik som en brennbar væske, lekker fra tanken inn i det ytre rommet avgrenset av det ytre skallet, kan de første midler for gasstilførsel være innrettet til å holde den beskyttende gassen i det ytre rommet på et trykk som overstiger i det minste trykket i en gassfase i tanken og eventuelt også det maksimale trykket i fluidet i tanken nær det ytre skallet eller kappen. Som et eksempel kan trykket i den beskyttende gassen inne i det indre rommet i motorhuset holdes på et trykk som er 1,5 - 3 bar høyere enn trykket i en gassfase inne i tanken på yttersiden av det ytre skallet. Trykket inne i det ytre rommet kan f.eks. være 0,02 - 0,5 bar lavere enn i det indre rommet.

Fordi pumpen er anordnet utenfor det ytre skallet eller kappen rager drivakselen gjennom innrettede åpninger dannet i motorhuset og i det ytre skallet. De første og andre midler for gasstilførsel kan være innrettet til å tilføre beskyttende gass direkte i det ytre rommet og inn i det indre rommet. Fordi trykkene til den beskyttende gassen i de nevnte rom overstiger trykket til fluidet inne i tanken, hindres dette fluidet i å lekke inn i det ytre skallet eller kappen der akselen forløper gjennom veggen til det ytre skallet. For å minske forbruket av beskyttende gass er imidlertid en tetning fortrinnsvis anordnet rundt drivakselen der akselen forløper gjennom de innrettede åpninger i motorhuset og i det ytre skallet. I en foretrukket utførelse avgrenser imidlertid det ytre skallet eller kappen et separat tetningskammer beliggende mellom det ytre rommet og fluidet som inneholdes i tanken, og drivakselen forløper gjennom innrettede åpninger dannet i motstående skallveggpartier som avgrenser tetningskammeret, og tredje midler for gasstilførsel er anordnet for å tilføre beskyttende gass til tetningskammeret for å opprettholde et trykk i dette som overstiger trykket i fluidet i det nærmeste partiet av tanken.

Gasstrykket inne i det indre rommet i motorhuset overstiger fortrinnsvis gasstrykket inne i tetningskammeret. Dette betyr at beskyttende gass vil søke å lekke fra det indre rommet inn i tetningskammeret og fra tetningskammeret inn i tanken, der den beskyttende, inerte gassen vanligvis ikke bevirker noen forurensning av tankinnholdet. For å minske lekkasjen av beskyttende gass fra tetningskammeret og inn i tanken til et minimum inneholder tetningskammeret fortrinnsvis tetningsmidler som omgir akselen for tetning av i det minste en av åpningene som drivakselen forløper gjennom utover fra det ytre rommet. Slike tetningsmidler er vanligvis anordnet stasjonært inne i tetningskammeret og er samtidig i kontakt med den roterende akselen. Friksjonen mellom tetningsmidlene og omkretsflaten til akselen danner varme. Den lille mengden av beskyttende gass som lekker forbi tetningsmidlene eller tetningsringen minsker imidlertid i vesentlig grad friksjonen fra krefter mellom tetningsmidlene og akselen og kjøler tetningsmidlene, slik at brukstiden til tetningsmidlene forlenges betydelig.

Som nevnt ovenfor kan de første og andre midler for gasstilførsel hver for seg tilføre beskyttende gass direkte inn i det ytre og indre rommet, og de tredje midler for gasstilførsel kan tilføre beskyttende gass direkte i tetningskammeret. Alternativt kan de første midler for gasstilførsel omfatte de andre midler for gasstilførsel, hvilket betyr den beskyttende gassen tilføres til det ytre rommet via det indre rommet i motorhuset. Tilsvarende kan de andre midler for gasstilførsel omfatte de første midler for gasstilførsel, slik at beskyttende gass tilføres til det indre rommet i motorhuset via tetningskammeret. Denne konstruksjon medfører imidlertid fare for at tankinnholdet som kan ha lekket inn i tetningskammeret passerer inn i det indre rommet i motorhuset. For å minske faren for at fluid fra tanken passerer inn i det indre rommet omfatter de tredje midler for gasstilførsel fortrinnsvis de andre midler for gasstilførsel, hvilket betyr at beskyttende gass tilføres til tetningskammeret via det indre rommet i motorhuset.

Når den beskyttende gassen tilføres til det ytre rommet via det indre rommet i motorhuset kan disse rom være sammenkoblet av en enveis ventil som muliggjør at den beskyttende gassen bare kan strømme fra det indre rommet og inn i det ytre rommet. En slik enveis ventil åpnes når det er dannet en forutbestemt trykkforskjell, f.eks. 0,02 - 0,5 bar, mellom det indre og ytre rommet. På denne måten kan det sikres at gasstrykket inne i det indre rommet i motorhuset holdes på en høyere verdi enn gasstrykket inne i det ytre rommet. Tilsvarende kan en enveis ventil forbinde det indre rommet i motorhuset og tetningskammeret, slik at beskyttende gass bare kan strømme fra det indre rommet og inn i tetningskammeret. Derved kan det ønskede høyere trykket inne i det indre rommet opprettholdes, slik som forklart ovenfor.

Driften av elektromotoren og fortrinnsvis også tilførselen av beskyttende gass til det indre rommet, til det ytre rommet og/eller til tetningskammeret kan reguleres av en styrekrets, slik som en elektrisk eller elektronisk styrekrets.

Et for høyt forbruk av beskyttende gass indikerer en uakseptabel gasslekkasje, f.eks. fordi midlene for gasstetning rundt drivakselen er utslitt eller på annen måte har blitt lite effektiv. En slik situasjon kan innebære fare for trykkfall i gassen inne i det indre og/eller ytre rommet, slik at en farlig situasjon kan oppstå. Pumpesystemet i henhold til oppfinnelsen kan omfatte midler for å avkjøle volumstrømmen av beskyttende gass som tilføres til det indre og ytre rommet og/eller til tetningskammeret og midler for å bevirke at styrekretsen aktiverer en alarm og/eller avbryter strømtilførselen til elektromotoren når volumstrømmen av gass overstiger en forutbestemt grense.

Gassfasen over det flytende fluidet i tanken holdes vanligvis på et trykk som er nær atmosfæretrykket. Trykket inne i det ytre rommet bør fortrinnsvis overstige trykket inne tanken, men bør fortrinnsvis ikke være høyere enn nødvendig. Derfor kan de første midler for gasstilførsel være innrettet til å tilføre beskyttende gass til det ytre rommet med et trykk som overstiger atmosfæretrykket med mindre enn 1 bar, fortrinnsvis mindre enn 0,4 bar.

Motorhuset kan ha et gassinnløp og et gassutløp, idet gassinnløpet er forbundet med en gass-smurt mekanisk tetning anordnet på drivakselen i et tetningskammer adskilt fra det ytre rommet, idet midler er anordnet for å tilføre beskyttende gass til tetningskammeret ved et trykk som overstiger atmosfæretrykket og som er lik eller høyere enn overtrykket i det ytre rommet. Flere innløp og utløp kan anordnet i motorhuset. Sammenlignet med væskesmurte tetninger har gass-smurte tetninger den fordelen at et smøremiddel som ikke forurenser fluidet i tanken kan velges.

En annen gass-smurt mekanisk tetning kan være anordnet rundt drivakselen der akselen forløper gjennom en vegg i tetningskammeret og inn i rommet i tanken, idet beskyttende gass med overtrykk tilføres til den andre tetningen fra tetningskammeret. Denne andre tetningen tetter i et område som befinner seg mellom motoren og pumpen. Temperaturen i den gass-smurte tetningen av den angjeldende type øker bare litt i tilfellet av mangel på smøring, og brukstiden kan være opptil ti ganger lenger enn for væskesmurte tetninger.

Det ytre rommet kan forløpe over det øvre nivået for fluid i tanken, og gassutiøpet fra motorhuset er forbundet med det ytre rommet over det øvre nivået via en passasje. Selv om det ytre rommet er fylt med fluid fra tanken pga en lekkasje kan ikke dette fluidet trenge inn i det indre rommet i motorhuset. Gassutiøpet fra motorhuset kan være forbundet med det ytre rommet via en enveisventil.

En kabel for strømtilførsel til elektromotoren kan forløpe gjennom den nevnte passasje som er gasstett. Derved kan faren for eksplosjon som skyldes en kabelfeil minskes.

Systemet i henhold til oppfinnelsen kan dessuten omfatte et væskekjølesystem som omfatter en varmeveksler anordnet utenfor tanken. Med et slikt kjølesystem kan det sikres at temperaturen til elektromotoren holdes under en forutbestemt kritisk verdi, ved hvilken fluidet eller fluiddampen i tanken kan eksplodere. Varmeveksleren som befinner seg utenfor tanken kan være en væske/luftvarmeveksler eller en vaeske/sjøvannsvarmeveksler.

Væsken kan sirkuleres i kjølesystemet pga forskjeller i spesifikk vekt til væsken for forårsaket av temperaturforskjeller eller av en sirkulasjonspumpe. Ved bruk av slik naturlig sirkulasjon for varmeoverføringsvæsken er driften av kjølesystemet ikke avhengig av en sirkulasjonspumpe. Kjølesystemet eller kjølekretsen kan omfatte en kjølekveil som omgir elektromotoranordningen. Fortrinnsvis omfatter imidlertid kjølesystemet en kjølekappe dannet av motorhuset.

Alle overtrykkene i det indre og ytre rommet og i tetningskammeret kan holdes innen et forutbestemt område mellom minimums- og maksimumsverdier av et par trykkbrytere, som er innrettet til å avgi et signal til styrekretsen når trykket avtar under minimumstrykket og overstiger maksimumstrykket. Signalet som overføres til styrekretsen kan aktivere en eller flere alarmfunksjoner og/eller automatisk starte styring av adekvate nødfunksjoner for pumpesystemet.

For å muliggjøre spyling av det indre rommet i motorhuset med beskyttende gass før start av motoren kan pumpesystemet omfatte en gassinnløpsanordning for tilførsel av beskyttende gass i det indre rommet i motorhuset ved et overtrykk som overstiger det nevnte maksimaltrykket.

Pumpesystemet kan dessuten omfatte et stigerør som munner ut i det ytre rommet på et nivå under elektromotoren og som forløper oppover fra dette til en trykkavlastningsventil som befinner seg over det øvre nivået av fluid i tanken. I det tilfellet at fluid har lekket inn i rommet fra det indre av tanken kan lekkasjefluidet slippes ut gjennom stigerøret. Dessuten kan trykkavlastningsventilen styre maksimaltrykket i den beskyttende gassen under normal drift. I såfall er trykknivået der trykkavlastningsventilen åpner fortrinnsvis lavere enn maksimaltrykket der en av de ovenfor nevnte trykkbrytere trer i funksjon.

Når styrekretsen mottar et signal fra en av trykkbryterne som indikerer at trykket i det ytre rommet overstiger maksimaltrykket kan styrekretsen gå over til alarmtilstand, som bare kan avsluttes når den beskyttende gassen ved et trykk som overstiger maksimaltrykket har blitt tilført direkte til det ytre rommet eller til det indre rommet i motorhuset. I det tilfellet at fluid lekker fra tanken og inn i det ytre rommet vil fluidet stige i stigerøret. Dersom fluid fra tanken fortsetter å strømme inn i det ytre rommet vil trykket i det ytre rommet til slutt overstige maksimalverdien og bevirke at styrekretsen går over til alarmtilstanden. En slik alarmtilstand kan omfatte aktivering av synlig og hørbare alarmer og kan eventuelt også bevirke avbrytelse av strømtilførselen til elektromotoren. Alarmtilstanden vil bare avbrytes når beskyttende gass under et høyt trykk er tilført manuelt eller automatisk for å drive lekkasjefluidet ut fra det ytre rommet gjennom stigerøret.

Maksimaltrykket ligger fortrinnsvis innen området 0,25 - 0,4 bar over atmosfæretrykket, mens minimumstrykket kan være i det minste 0,1 bar og fortrinnsvis 0,2 bar over atmosfæretrykket. Disse verdier er valgt på bakgrunn av det faktum at trykket inne i det ytre rommet bør overstige gasstrykket over det flytende fluidet inne i tanken, hvilket gasstrykk kan tilsvare atmosfæretrykket eller være litt høyere. På den annen side bør trykket inne i motorhuset og/eller inne i det ytre skallet eller kappen fortrinnsvis ikke nødvendigvis nødvendiggjøre særskilte tiltak for å muliggjøre at motorhuset og det ytre skallet skal motstå et slikt overtrykk.

Styrekretsen kan gå over til alarmtilstand, ved hvilken strømtilførselen til elektromotoren avbrytes når det mottas et signal fra en av trykkbryterne som indikerer at trykket i det ytre rommet er lavere enn minimumstrykket, og alarmtilstanden avbrytes bare når styrekretsen i en forutbestemt tidsperiode konstant har mottatt et signal fra den andre av trykkbryterne som indikerer at trykket i det ytre rommet overstiger maksimalverdien. Dersom trykket inne i det ytre rommet blir lavere enn minimumstrykket, f.eks. fordi det indre rommet i tanken over væskenivået kommuniserer med det ytre rommet ved en lekkasje, er det fare for at brennbare eller farlige gasser trenger inn i det ytre rommet. I såfall stanses strømtilførselen til elektromotoren, slik at faren for eksplosjon er eliminert. Fordi alarmtilstanden bare avsluttes når styrekretsen i en forutbestemt tidsperiode konstant har mottatt et signal fra den andre av trykkbryterne, sikres det at hele volumet i det ytre rommet kan spyles med beskyttende gass slik at farlige gasser kan fjernes før det gjenopprettes normal driftstilstand.

Den beskyttende gassen som benyttes i pumpesystemet i henhold til oppfinnelsen er fortrinnsvis nitrogen eller en annen inert gass. Et alternativ kan være gass som har forbrent eller en annen gass med lavt oksygeninnhold.

Oppfinnelsen skal i det følgende beskrives med henvisning til tegningene.

Fig. 1 viser skjematisk et snitt gjennom en første utførelse av pumpesystemet i henhold til oppfinnelsen, anordnet i en tank, f.eks. en tank montert i et skip eller at annet fartøy.

Fig. 2 viser en modifisert utførelse av pumpesystemet i henhold til oppfinnelsen.

Fig. 3 er et diagram som illustrerer styring av pumpesystemet i henhold til oppfinnelsen

ved hjelp av en styrekrets.

Fig. 1 og 2 viser en tank eller beholdertank, som inneholder en væske 11 og en gassatmosfære 12 over væsken. Væsken kan f.eks. være en flytendegjort gass, et flytende petroleumsprodukt eller en farlig kjemisk væske. Tanken være landbasert eller montert i et fartøy, slik som et tankskip eller en annen type skip, som ikke er vist. I det sistnevnte tilfellet kan den øvre veggen 13 i tanken 10 danne en del av dekket til skipet. Gassatmosfæren mellom det øvre nivået av væsken 11 og den øvre veggen 13 kan være luft og/eller damp av væsken 11 og/eller en inert gass, slik som nitrogen, eller en gass som har forbrent. Atmosfæren 12 kan ha et trykk som er litt høyere enn atmosfæretrykket, f.eks. mindre enn 0,1 bar over atmosfæretrykket.

En brønn eller senkekasse 14 rager nedover fra dekket 13 inne i tanken 10. En elektromotor 15 som har et eksplosjonssikkert hus 16 fremstilt i henhold til standarden

EN50018 er anordnet inne i brønnen 14 slik at et ytre rom 17 som omgir motorhuset 16 avgrenses mellom huset 16 og veggen til brønnen 14. Motorhus 16 avgrenser et indre rom 18 som elektromotoren 15 er anordnet i. En pumpe, slik som en sentrifugalpumpe 19, som er anordnet under brønnen eller senkekassen 14, har et sugeinnløp 20 og et utløpsrør 21 som forløper ut fra tanken. Innløpet 20 kan befinne seg i en fordypning 22 dannet i bunnen av tanken 10.

Elektromotoren 15 er forbundet med pumpen 19 ved hjelp av en drivaksel 23. Et separat tetningkammer 24 omgir akselen 23 slik at den øvre veggen 25 til tetningskammeret faller sammen med den nedre veggen til brønnen eller senkekassen 14. Akselen 23 rager gjennom innrettede åpninger dannet i henholdsvis den øvre veggen 25 og den nedre veggen 26 til tetningskammeret 24. Tetningskammeret 24 inneholder et par ringtetninger 27 og 28, som kan være av den typen som markedsføres av John Crane International. Den primære tetningen 27 tetter rommet mellom akselen 23 og kanten som avgrenser åpningen i den nedre veggen 26 til tetningskammeret, mens den sekundære tetningen 28 tetter rommet avgrenset mellom akselen 23 og kanten av åpningen dannet i den øvre veggen 25 til tetningskammeret.

Åpningen i den øvre veggen 25 til tetningskammeret er forbundet med en åpning dannet i den nedre veggen til motorhuset 16 ved hjelp av et forbindelsesrør 29, som kan inneholde et aksellager 13. En åpning 31 dannet i den øvre veggen til motorhuset forbinder det indre rommet 18 i motorhuset med en oppover forløpende gasskanal 32. En strømtilførselskabel 33 forløper fra elektromotoren 15, via åpningen 31 oppover gjennom kanalen 32 til terminaler 34 som befinner seg over dekket eller den øvre veggen 13. Den øvre enden av kanalen 32 er forbundet med det ytre rommet 17 via et gassutløp 35 som befinner seg over det øvre nivået til væsken 11 i tanken 10 og over

dekket eller den øvre veggen 13, og som styres av en enveis ventil 36 som muliggjør at gass bare kan strømme fra kanalen 32 og inn i det ytre rommet 17.

Elektromotoren 15 er utstyrt med et kjølesystem eller en kjølekrets 37 som omfatter en varmeoverføringsvæske, som f.eks. kan være en blanding av vann og glykol. Kjølekretsen omfatter en kjølekappe 38 dannet i motorhuset 16 og en luftkjølt varmeveksler 39 som befinner seg over den øvre veggen eller dekket 13. Kjølekappen 38 og varmeveksleren 39 er innbyrdes forbundet via rør 40, slik at varmeoverføringsvæsken kan sirkulere inne i kjølekretsen uten at det benyttes mekaniske midler for tvungen sirkulasjon. Kjølekretsen 37, som er et lukket system fullstendig adskilt fra væsken 11 i tanken 10, hindrer for sterk oppvarming av elektromotoren 15.

Beskyttende gass, slik som nitrogen eller en annen inert gass, eller en forbrent gass som har lavt oksygeninnhold, slik som eksosgass fra en forbrenningsmotor, tilføres til pumpesystemet fra et passende forråd (ikke vist) via et gasstilførselsrør 41. Tilførselsrøret 41 er forbundet med et spylerør 42 som styres av en stengeventil 43. Et gasstilførselsrør 44, som er forbundet med tilførselsrøret 41 og munner ut i tetningskammeret 24 inneholder en regulerbar strupeventil 45, som bevirker et trykkfall i tilførselsrøret 44, avhengig av volumstrømmen gjennom dette. Det maksimale gasstrykket inne i tilførselsrøret 44 reguleres av en trykkbryter 46, som sikrer at trykket i gassen som tilføres ikke overstiger et forutbestemt maksimum, f.eks. ved et trykk som overstiger det statiske trykket i væsken 11 i tanken 10 med 3 bar. Pga det strømningsavhengige trykkfallet gjennom strupeventilen 45 kan det detekteres en for høy volumstrømningsrate for gassen, f.eks. pga defekte tetninger 27 og 28, rør med brist eller lekkasje osv. Som et eksempel kan en alarm aktiveres dersom gassforbruket overstiger ti ganger det normale forbruket.

Små mengder med den beskyttende gass som tilføres til tetningskammeret 24 kan strømme gjennom eller forbi tetningene 27 og 28, inn i det indre rommet i tanken 10 og inn i forbindelsesrøret 29. Gassen som strømmer gjennom tetningene "smører" og kjøler disse tetninger, slik at deres brukstid forlenges betydelig. Gasstrykket inne i tetningskammeret 24 overstiger fortrinnsvis det statiske trykket i den nærmeste væsken 11 i tanken 10 med 1 - 2 bar. Den lille mengden med gass som strømmer gjennom tetningen 27 og inne i tanken 10 ledes inn i atmosfæren 12 over væskenivået. Gassen som strømmer gjennom den øvre tetningen 28 føres via forbindelsesrøret 29 inn i et rom dannet av forbindelsesrøret 29, det indre rommet 18 i motorhuset 16 og strømningskanalen 32 for gass, som er innbyrdes sammenkoblet. Væske 11 fra tanken 10, som kan trenge inn i det ytre rommet 17 ved lekkasje i veggen til brønnen 14, kan ikke trenge lenger inn i dette lukkede indre rommet. Pga et betydelig trykkfall gjennom tetningen 28 kan gasstrykket inne i rommet som omfatter røret 29, det indre rommet 18 og strømningskanalen 32 for gass holdes på et trykknivå som er betydelig lavere enn trykket inne i tetningskammeret 24.

Når gassen tilføres i det indre rommet 18 og inn i strømningskanalen 32 for gass kan en lignende gass-strøm passere gjennom enveisventilen 36 inn i det ytre rommet 17. Enveisventilen 36 åpner bare når gasstrykket inne i det indre rommet 18 og strømningskanalen 32 overstiger gasstrykket inne i det ytre rommet 17 med en forutbestemt verdi. Det sikres derved at trykket inne i det indre rommet 18 og kanalen 32 holdes på et høyere enn nivå enn i det ytre rommet 17. Gass kan strømme fra det nedre partiet av det ytre rommet 17 inn i atmosfæren via et stigerør 47 som forløper fra det nedre partiet av brønnen 14 oppover gjennom det ytre rommet 17, til et sted over dekket 13, der stigerøret forløper gjennom veggen til brønnen. Det ytre partiet av stigerøret 47 omfatter en væskeseparator 48 og en trykkavlastningsvent.il 49. Gasstrykket inne i det ytre rommet 17 reguleres av et par trykkbrytere 50 og 51, som er montert over dekket eller den øvre tankveggen 13 og er direkte forbundet med det ytre rommet 17. Trykkbryteren 50 kan være innrettet til å dannet et signal som overføres til en styrekrets (fig. 3) dersom en forutbestemt maksimal trykkverdi inne i det ytre rommet 17 overstiges. Tilsvarende er trykkbryteren 50 innrettet til å danne et signal som overføres til styrekretsen for styring av elektromotoren 15 når trykket inne i det ytre rommet 17 faller under en forutbestemt minimumsverdi. Som et eksempel kan trykket i gassatmosfæren 12 være 0 - 0,2 bar over atmosfæretrykket. Trykkbryteren 50 kan derved danne et signal når gasstrykket inne i det ytre rommet 17 overstiger atmosfæretrykket med 0,93 bar, mens trykkbryteren 51 kan danne et signal når trykket i det ytre rommet er minsket til 0,25 bar over atmosfæretrykket. Avlastningsventilen eller overtrykksventilen 49 kan åpne når gasstrykket i det ytre rommet 17 øker til en verdi på 0,78 bar over atmosfæretrykket.

Avlastningsventilen 49 slipper automatisk gass ut fra det ytre rommet 17 når en forutbestemt maksimal trykkverdi overstiges. Denne forutbestemte verdi er valgt litt over den trykkverdien som ønskes inne i det ytre rommet 17, og fortrinnsvis på en verdi mellom trykkverdiene der trykkbryterne 50 og 51 aktiveres. Dette betyr at under normal drift overvåkes trykket inne i det ytre rommet 17 av avlastningsventilen 49, mens beskyttende gass konstant tilføres fra det indre rommet 18 i motorhuset.

Før elektromotoren 15 starter kan strømningskanalen 32 for gass og det ytre rommet 17 spyles med beskyttende gass. Dette kan utføres ved å åpne stengeventilen 43, slik at beskyttende gass tilføres til det nedre partiet av strømningskanalen 32 for gass. Ventilen 43 kan åpnes manuelt, eller driften av ventilen kan styres av styrekretsen for automatisk åpning.

I utførelsen vist i fig. 1 er tetningskammeret 24, det indre rommet 18 i motorhuset 16, strømningskanalen 32 for gass og det ytre rommet 17 sammenkoblet i serie. Det vil forstås at beskyttende gass kan tilføres separat til hvilket som helst av disse rom. Noen eller alle rommene kan således være sammenkoblet i parallell. Som et eksempel kan tilførselsrøret 41 være direkte koblet til det ytre rommet 17 via et separat rør som kan være utstyrt med en anordning for strømningsregulering, slik som en strupeventil.

Fig. 2 viser en modifisert utførelse av pumpesystemet, og i fig. 1 og 2 er tilsvarende deler av angitt med de samme henvisningstall.

I utførelsen vist i fig. 2 inneholder gasstilførselsrøret 44 en enveisventil 52 og er direkte forbundet med det øvre partiet av det indre rommet 18 i motorhuset 16, slik at beskyttende gass tilføres direkte i det indre rommet i motorhuset og ikke i tetningskammeret 24 slik som vist i fig. 1. Det indre rommet 18 er imidlertid forbundet med tetningskammeret 24 ved hjelp av et forbindelsesrør 53 som har en enveisventil 54 som muliggjør at gass kan strømme fra det indre rommet 18 i motorhuset og bare inn i tetningskammeret 24.

I utførelsen vist i fig. 2 er strømningsåpningen 31 som forbinder det indre rommet 18 og strømningskanalen 32 minsket for å tilpasses dimensjonen til kabelen 33 som er ført

gjennom åpningen. Dette betyr at bare en ikke-signifikant mengde gass kan passere fra det indre rommet 18 i motorhuset og inn i strømningskanalen 32. Stengeventilen 43 har imidlertid en by-pass i form av et by-passrør 55, som omfatter en regulerbar strupeventil 56. Dette betyr at det ytre rommet 17 er forbundet med tilførselsrøret 41 via by-passrøret 55, spylerøret 42, strømningskanalen 32 for gass og gassutiøpet 35 parallelt med tilførselsrøret 44 for gass, som er forbundet med det indre rommet 18 og med tetningskammeret 24 via forbindelsesrøret 53.

I utførelsen vist i fig. 2 tilføres ny beskyttende gass direkte til det indre rommet 18 via gasstilførselsrøret 44 og til strømningskanalen 32 for gass via spylerøret 42, slik at disse rom vil inneholde ny beskyttende gass ved et trykk som er høyere enn gasstrykket inne i det ytre rommet 17. Trykket inne i det indre rommet 18 i motorhuset 16 er høyere enn trykket inne i tetningskammeret 24. Trykkforskjellen bestemmes av den forskjellen (for eksempel 0,02-0,5 bar) ved hvilken enveisventilen 54 åpner, og av gasstrømningsmotstanden gjennom ringtetningen 28. Trykket inne i det indre rommet 18 i motorhuset og inne i gasstrømningskanalen 32 kan for eksempel være 1,5-3 bar over det omgivende statiske væsketrykket i tanken 10.

Det indre rommet 18 i motorhuset kan utgjøre et gassreservoar. Dersom tilførselen av beskyttende gass avbrytes av en eller annen grunn, kan mengden av beskyttende gass under overtrykk inne i det indre rommet 18 sikre strømmen av smørende og kjølende gass gjennom tetningene 27 og 28 i en viss tidsperiode. Dersom volumet av det indre rommet 18 er 20 liter og forbruket av beskyttende gass, som blant annet avhenger av tilstanden til ringtetningene, er 0,3 liter/minutt, kan driften av pumpesystemet fortsette i omtrent en time med fortsatt strøm av smørende og kjølende gass gjennom ringtetningene 27 og 28.

Fig. 3 illustrerer skjematisk hvordan driften av pumpesystemet vist i fig. 1 og 2 kan

overvåkes ved hjelp av et elektronisk styresystem eller en styreenhet 57. Som vist i fig. 3 kan styreenheten 57 kommunisere med stengeventilen 43, trykkbryterne 50 og 51, en strømtilførselsbryter 58 som styrer strømtilførselen til motoren 15 og med et kontroll- og styrepanel 59.

Når styrekretsen mottar et signal fra trykkbryteren 51 som indikerer at trykket inne i det ytre rommet 17 er under det forutbestemte minimumsnivå, angis en alarmtilstand på

panelet 59. Samtidig åpner styreenheten 57 bryteren 58 for å stenge strømtilførselen til elektromotoren 15. Ettersom alarmtilstanden er forårsaket av et for lavt trykk inne i det ytre rommet 17 kan en styreenhet bringes tilbake til normal tilstand bare når trykket har øket til normalt nivå og når det ytre rommet 17 og det indre rommet 18 i motorhuset har blitt spylt med beskyttende gass. For å sikre at disse tilstander oppfylles gjenopprettes ikke strømtilførselen til elektromotoren 15 ved slutting av bryteren 58 før styreenheten 57 har mottatt et signal fra trykkbryteren 50 i løpet av en viss forutbestemt tidsperiode for å indikere at trykket overstiger den forutbestemte maksimalverdien. Dette betyr at gasstrykket i det ytre rommet 17 har vært på et høyt nivå i en tidsperiode som er

tilstrekkelig lang til å sikre effektiv spyling av systemet. Styreenheten 57 kan bevirke at ventilen 43 åpner for å bevirke slik spyling. Ventilen 43 kan imidlertid også åpnes manuelt av operatøren.

En annen farlig situasjon kan inntreffe dersom en lekkasje oppstår i brønnen eller senkekassen 14, slik at væske 11 fra tanken 10 trenger inn i det ytre rommet 17. Selv om væsken danner brennbare damper vil dette ikke innebære noen umiddelbar fare, fordi slike damper ikke kan trenge inn i det indre rommet 18 for elektromotoren 15, der gasstrykket er høyere. Væskenivået inne i det ytre rommet 17 kan øke og stenge åpningen til stigerøret 47. Deretter kan gass inne i det ytre rommet 17 ikke lenger unnslippe gjennom trykkavlastningsventilen 49, og derfor vil trykket inne i rommet 17 øke, delvis fordi beskyttende gass fremdeles tilføres via ringtetningen 28 eller via spylerøret 42, og delvis fordi det gassfylte volumet i det ytre rommet 17 avtar. Av denne grunn oppnås den forutbestemte maksimale trykkverdien ved hvilken trykkbryteren 50 aktiveres. Følgelig danner trykkbryteren 50 et signal som overføres til styreenheten 57, slik at alarmtilstanden aktiveres. En slik alarmtilstand betyr ikke bare at en visuell og/eller hørbar alarm aktiveres via panelet 59, men også at strømtilførselen til elektromotoren 15 avbrytes. Deretter kan manuell eller automatisk åpning av ventilen 43 skje på en måte som er beskrevet ovenfor, slik at beskyttende gass under trykk tilføres til strømningskanalen 32. På grunn av det høye trykket i gassen som tilføres kan væsken drives ut gjennom stigerøret 47.

Styreenheten 57 kan også motta signaler fra temperaturfølere anordnet på forskjellige steder på motoren 15, slik som antydet med en stiplet linje 60 i fig. 3. I det tilfellet at temperaturen til motoren overstiger en forutbestemt verdi kan dette også bevirke en alarmtilstand.

Pumpesystemet i henhold til oppfinnelsen kan være utstyrt med andre typer tetninger enn de som er beskrevet ovenfor, for eksempel vanlige væskesmurte tetninger.

Selv om huset 16 for elektromotoren 15 ikke er eksplosjonssikkert, må flere feil i sikkerhetssystemet inntreffe samtidig før det oppstår noen fare for eksplosjon, hvilket er ekstremt usannsynlig.

Claims (12)

1. Sikkerhetspumpesystem som omfatter en pumpe (19) og en elektromotor (15), og som er beregnet til å neddykkes i et fluid (11) som inneholdes i en tank (10), idet systemet omfatter et motorhus (16) som omgir elektromotoren, et ytre skall eller en kappe (14) som avgrenser et ytre rom (17) som omgir huset til motoren, en drivaksel (23) som forbinder elektromotoren og pumpen og første midler (36) for gasstilførsel, for tilførsel av beskyttende gass i det ytre rommet ved et trykk som overstiger atmosfæretrykket, for å fylle det ytre rommet med en slik gass, karakterisert ved at motorhuset (16) avgrenser et indre rom (18) som inneholder elektromotoren (15), idet andre midler (44, 24; 44, 52) for gasstilførsel er anordnet for å tilføre beskyttende gass i det indre rommet (18) for å fortrenge oksygen fra dette og å fylle rommet med beskyttende gass for å motvirke eksplosjoner, idet de andre midler (44, 24; 44, 52) for gasstilførsel er innrettet til å holde den beskyttende gassen i det indre rommet (18) på et trykk som er lik eller som overstiger gasstrykket i det ytre rommet (17).

2. System som angitt i krav 1, karakterisert ved at de første midler (36) for gasstilførsel er innrettet til å holde den beskyttende gassen i det ytre rommet (17) på et trykk som overstiger trykket i gassfasen i tanken (10).

3. System som angitt i krav 1 eller 2, karakterisert ved at det ytre skallet eller kappen (14) avgrenser et separat tetningskammer (24) som befinner seg mellom det ytre rommet (17) og fluidet (11) som inneholdes i tanken (10), idet drivakselen (23) forløper gjennom innrettede åpninger dannet i motstående veggpartier i skallet som avgrenser tetningskammeret, og tredje midler (44; 53, 54) for gasstilførsel er anordnet for å tilføre beskyttende gass til tetningskammeret for å opprettholde et trykk i dette som overstiger trykket i fluidet i det nærmeste partiet av tanken (10).

4. System som angitt i hvilket som helst av kravene 1 - 3, karakterisert ved at de første midler (36) for gasstilførsel omfatter de andre midler (44, 24; 44, 52) for gasstilførsel, idet den beskyttende gassen tilføres til det ytre rommet (17) via det indre rommet (18) i motorhuset (16).

5. System som angitt i krav 3 og 4, karakterisert ved at de andre midler (44, 24) for gasstilførsel videre omfatter de tredje midler (44) for gasstilførsel, idet den beskyttende gassen tilføres til det indre rommet (18) via tetningskammeret (24).

6. System som angitt i krav 3 og 4, karakterisert ved at de tredje midler (53, 54) for gasstilførsel omfatter de andre midler (44) for gasstilførsel, idet den beskyttende gassen tilføres til tetningskammeret (24) via det indre rommet (18) i motorhuset (16).

7. System som angitt i hvilket som helst av kravene 4-6, karakterisert ved at det omfatter en enveisventil (36) som forbinder de andre og første midler for gasstilførsel og muliggjør at den beskyttende gassen kan strømme fra det indre rommet (18) og bare inn i det ytre rommet (17).

8. System som angitt i krav 6 eller 7, karakterisert ved at det omfatter en enveisventil (54) som forbinder de andre og tredje midler for gasstilførsel og muliggjør at beskyttende gass kan strømme fra det indre rommet (18) og bare inn i tetningskammeret (24).

9. System som angitt i krav 1, karakterisert ved at motorhuset (16) har et gassinnløp (44) og et gassutløp (31), idet gassinnløpet er forbundet med en gass-smurt mekanisk tetning (27) anordnet på drivakselen (23) i et tetningskammer (24) som er adskilt fra det ytre rommet (18), idet midler (45) er anordnet for å tilføre beskyttende gass til tetningskammeret ved et trykk som overstiger atmosfæretrykket og som er lik eller høyere enn overtrykket i det ytre rommet (17).

10. System som angitt i krav 9, karakterisert ved at en annen gass-smurt mekanisk tetning (28) er anordnet rundt drivakselen (23) der akselen forløper gjennom en vegg i tetningskammeret og inn i rommet i tanken (10), idet beskyttende gass ved overtrykk tilføres til den andre tetningen fra tetningskammeret (24).

11. System som angitt i krav 9 eller 10, karakterisert ved at det ytre rommet (17) rager over det øvre nivået av fluid (11) i tanken (10), idet gassutiøpet (31) fra motorhuset (16) er forbundet med det ytre rommet (17) over det øvre nivået via en kanal (32).

12. System som angitt i hvilket som helst av kravene 1-11, karakterisert ved at det omfatter et stigerør (47) som munner ut i det ytre rommet (17) på et nivå under elektromotoren (15) og som forløper oppover fra dette til en trykkavlastningsventil (49) som befinner seg over det øvre nivået for fluidet i tanken (10).