NO325341B1 - Kjolesystem for en elektrisk motor, og et drivsystem for drift av et lopehjul - Google Patents

Abstract

Den foreliggende oppfinnelse vedrører et kjølesystem for en elektrisk motor med hus og en motoraksel (3), og hvor et løpehjul (1) roteres av motorakselen (3) for pumping av et kjølefluid gjennom minst én kjølekrets i motoren. Minst én magnet (2) er forbundet til motorakselen (3), og minst én magnet (5) er forbundet til løpehjulet (1). De minst to magneter er plassert i umiddelbar nærhet av hverandre. En skjerm (6) er plassert mellom magneten (2) som er forbundet til akselen og magneten (5) som er forbundet til løpehjulet, hvilken tetter kjølekretsen mot motorens indre. Videre beskrives et drivsystem med en drivenhet (4) for drift av et løpehjul.

Description

Den foreliggende oppfinnelse vedrører et kjølesystem for en elektrisk motor og et drivsystem med en drivenhet for drift av et løpehjul. Systemet inkluderer en magnetisk drevet pumpe i en fluidfylt elektrisk motor. Systemet er særlig tiltenkt brukt i forbindelse med systemer for trykkøkning av brønnfluid ved komprimering av hydrokarbongasser og pumping av hydrokarbonvæsker. Mer bestemt vedrører oppfinnelsen et løpehjul pumping av en kjølevæske inne i en motor, drevet av minst en magnet på utsiden av en skjerm for tetting av et trykksatt hus.

Systemet er særlig utviklet for dyphavs-kompresjonsstasjoner.

Et offshore-gassfelt kan utbygges med havbunnsinstallasjoner som tilknyt-tes tilbake til terminaler på land eller til en eksisterende plattform. Havbunns-installasjonen omfatter en eller flere produksjonsbrønn-rammer, hvor hver brønn-ramme produserer brønnfluider gjennom manifold-samlerør som er forbundet til en eller flere rørledninger. Rørledningene transporterer brønnfluider til en terminal på land, en eksisterende plattform eller et hvilket som helst annet mottaksanlegg for videre prosessering. Prosessert gass og kondensat eksporteres til markedet. En eller flere navlestrenger for tilførsel av kraft, styring og hjelpestoff installeres fra mottaksanlegget til undervannsinstallasjonen.

For den initiale produksjonsfase, kan brønnfluider strømme inn i mottaksanlegget ved hjelp av reservoaret-trykket. Senere i produksjonsfasen eller ved opp-start av produksjonen, er det påkrevd med trykkøkning av brønnfluidet for å opprettholde produksjonsnivået og for å utvinne de forventede produserte volumer. Dette kan utføres ved hjelp av undervannskompressor- og pumpingssammenstil-linger.

Undervannssammenstillinger for trykkøkning av fluidtrykk for dette formål med elektriske motorer som krever en tørr omgivelse, og som anvender et trykksatt, gassfylt motorhus, er for eksempel beskrevet i norske patenter nr. 172075, NO 173197, norsk patentsøknad nr. 2001 5199, så vel som norsk patentsøknad nr. 2003 3034.

Disse publikasjoner offentliggjør anvendelsen av gassfylte elektriske motorer hvor unngåelse av korrosjon og andre problemer som er relatert til separasjon av hydrokarbonkondensater og vann i væskeform i motoren er tatt i betraktning.

Når en gass ved høyt trykk er til stede i et motorkammer, opptrer det betydelig sakkingstap mellom rotoren og statoren i motoren, og dette resulterer i en betydelig reduksjon av samlet virkningsgrad for motoren. Dette problemet er mindre fremtredende når trykket i motorkammeret er redusert. Lavere trykk resulterer imidlertid også i en reduksjon av kjøleeffekten til gassen. For å forbedre kjøling, inkluderer motorer av denne type ofte en vifte som er fastholdt til en ende av akselen i motoren. Dette reduserer ytterligere den samlede virkningsgrad, særlig ved høyere trykk, ettersom trykket påvirker viskositeten til gassen.

Det er følgelig en hensikt med oppfinnelsen å forbedre virkningsgraden til en motor. Dette oppnås med et kjøle- og tetningssystem i henhold til den foreliggende oppfinnelse, og som omfatter et kjølesystem for en elektrisk motor med et hus og motoraksel med en sentral akse og hvor et løpehjul roteres av motorakselen for pumping av et kjølefluid gjennom minst én kjølekrets i motoren. Systemet omfatter videre minst én magnet tilpasset til å drives i rotasjon av motorakselen. Minst én ytterligere magnet er drivbart forbundet til løpehjulet, plassert i umiddelbar nærhet av den minst ene magnet som er forbundet til motorakselen. En skjerm mellom magneten som er forbundet til akselen, og magneten som er forbundet til løpehjulet, tetter kjølekretsen mot motorens indre. Skjermen inkluderer et sylindrisk parti med en sentral akse som er innrettet med den sentrale akse for motorakselen. Den minst ene magnet som er tilpasset til å drives i rotasjon av motorakselen, drives inne i det sylindriske parti av skjermen. Den minst ene ytterligere magnet er lokalisert på utsiden av skjermen. Magnetene er stavmagneter med en lengdeakse som er parallell med lengdeaksen for motorakselen.

I systemet i henhold til oppfinnelsen, kan løpehjulet for sirkulering av et kjø-lefluid, fortrinnsvis en væske, drives av motoren. Likevel kan motoren være fullstendig tettet med unntak av en tetning omkring en utgangsaksel. Løpehjulet er fortrinnsvis lokalisert ved den ikke-drivende ende av motorakselen. Et gap mellom akselen og løpehjulet er tettet ved hjelp av skjermen som er en kapsling av en me-tallplate eller et hvilket som helst annet egnet materiale. Motorakselen og en del av løpehjulet inkluderer magnetene, som danner et roterende magnetisk felt gjennom kapslingen, hvilket driver løpehjulet. Kapslingen tetter mellom motorkammeret og en fullstendig tettet kjølekrets, for eksempel med kanalene gjennom statorviklingene. Løpehjulet kan imidlertid være plassert ved den drivende ende av mo-tordrivakselen, hvilket tilveiebringer at motorakselen passerer gjennom senter i løpehjulet, og at kapslingen er byttet ut med et rørformet legeme som tetter mellom motoren og løpehjulet.

Løpehjulet roteres av motorens drivaksel for pumping av et kjølefluid gjennom idet minste én kjølekrets i motoren. Minst én magnet er drivbart forbundet til motorakselen, og minst én magnet er drivbart forbundet til løpehjulet. De minst to magneter er plassert i umiddelbar nærhet av hverandre. Skjermen eller en motorkapslingen mellom magnetene tetter kjølekretsen mot det indre av motoren, hvilket hindrer kjølefluid i å komme inn i motoren.

Oppfinnelsen kan videre vedrøre et drivsystem med en drivenhet for drift av et løpehjul som rotasjonsmessig bæres i lagre langs en rotasjonsakse. En elektrisk motor med en stator, en rotor og en aksel med en rotasjonsakse kan være innrettet med rotasjonsaksen for løpehjulet. En skjerm tetter mellom det indre av motoren og drivenheten. Minst én magnet som er atskilt fra rotoren i motoren er plassert i en avstand fra motorens akse, og er tilpasset til å drives i rotasjon av motorakselen. Enkelte elektriske motorer kan ha separate permanentmagneter i forbindelse med rotoren. Den foreliggende oppfinnelse vedrører ytterligere magneter for drift av løpehjulet i det tettede system.

Skjermen kan inkludere et sylindrisk parti med en sentral akse som er innrettet med den sentrale akse i motorakselen, og den minst ene magnet som er tilpasset til å drives i rotasjon av motorakselen, kan drives inne i det sylindriske parti av skjermen. Den minst ene ytterligere magnet er lokalisert på utsiden av skjermen, og magnetene kan være stavmagneter med en lengdeakse som er parallell med lengdeaksen til motorakselen.

En undervannskompresjonsstasjon hvor dette systemet kan benyttes kan omfatte de følgende moduler og deler:

ett eller flere kompressortog og pumpemoduler,

en eller flere skillebrytermoduler,

innløps- og utløpsmanifolder,

innløpskjølere (hvis tilførselsrørledninger ikke er tilstrekkelig for kjøling av brønnstrømmen),

innløpssandfelle (for tilfeldig sandproduksjon),

parkeringslokalisering for hovedtransformator og kraft-navlestreng-termineringshode,

prosess-system,

styringssystem.

Pumpetoget kan inkludere:

pumpemodul,

drivinnretning med variabel hastighet (variable speed drive, VSD), for pum-pen,

fjernopererte og manuelt opererte ventiler,

sammenkoplingsrøropplegg,

styringssystem inkludert styringsmoduler.

Løpehjulet og drivsystemet i henhold til oppfinnelsen kan drives direkte av en høyhastighetsmotor. Den elektriske motoren behøver ikke å avkjøles med en gass, og problemene som ér relatert til sirkulasjon av gass i motoren kan utelates.

Når sirkulasjonen av kjølegass utelates, behøver systemet ikke å håndtere finstoffene, sanden eller forurensningen som er relatert til gasskjøling. På denne måte er systemet beskyttet mot slitasje og nedbrytning fra faststoffer, og det sikres høy virkningsgrad, lang levetid og pålitelighet.

Kort beskrivelse av den vedlagte tegning:

Fig. 1 er en skjematisk representasjon av et løpehjuldrivsystem i henhold til en utførelse av oppfinnelsen.

Detaljert beskrivelse av utførelser av oppfinnelsen med henvisning til den vedlagte figur: Fig. 1 viser et undervannsløpehjuldrivsystem i henhold til en utførelse av oppfinnelsen. Systemet inkluderer en motor med en aksel med en ikke-drivende ende 3. Den ikke drivende enden av motoren driver magneter 2, som er fastholdt til motorakselen og som følgelig roterer sammen med motorakselen. Antallet og størrelsen av magnetene vil avhenge av det dreiemoment det er nødvendig å overføre til løpehjulet, osv. Antallet og plasseringen av magnetene vil selvsagt også være tilpasset for å tilveiebringe balanse og passende dimensjoner. Magnetene 2 kan også være plassert på et egnet hjul, for å øke diameteren av akselen for å øke avstanden mellom senteret i akselen og magnetene 2, for derved å forbedre dreiemomentoverførende egenskaper. En motorkapsling 6 er plassert på utsiden av de roterende magneter 2, fortrinnsvis med et lite gap mellom magnetene og kapslingen 6 for å tillate rotasjon av magneten, likevel være så lite som mu-lig for å forbedre de dreiemomentoverførende egenskapene. Kapslingen kan være fremstilt av et hvilket som helst egnet materiale som har egenskaper som er egnet i relasjon til korrosjon, mekanisk integritet og permeabilitet for magnetfeltet. En rotor med en ytre bærer 4 bæres i egnede lagre, slik at den kan rotere i forhold til motorkapslingen 6. Drevne magneter 5 er plassert på den ytre bærer 4 med et passende gap til motorkapslingen for å tillate den ytre bærer å rotere, likevel med et tilstrekkelig lite gap til å opprettholde dreiemomentoverføringsegenskapene mellom motorakselen og den ytre bærer. Kapslingen 6 tetter et kjølesystem med luk-ket krets med et passende kjølefluid fra motorhuset. Den ytre bærer 4 er fastholdt til et løpehjul 1 for pumping av kjølefluidet gjennom kjølekretsen. Kjølekretsen kan være en åpen krets, men dette vil i mange tilfeller være mindre fordelaktig på grunn av trykkbetingelsene, korrosjon, forurensning, vekst av forskjellige organis-mer, osv. Kjølekretsen kan gå gjennom kanaler i statorviklingene, osv., for å forbedre kjøling. Om nødvendig kan kretsen også inkludere en varmeveksler for ut-veksling av varme med for eksempel det omgivende sjøvann. Motoren vil selvsagt inkludere et tettet trykkhus og alle de vanlige komponentene for elektriske under-vannsmotorer.

Claims (1)

1. Kjølesystem for en elektrisk motor med et hus og motoraksel (3), med en sentral akse og hvor et løpehjul (1) roteres av motorakselen (3) for pumping av et kjølefluid gjennom minst én kjølekrets i motoren, videre omfattende minst én magnet (2) tilpasset til å drives i rotasjon av motorakselen (3);

minst én ytterligere magnet (5) som drivbart er forbundet til løpehjulet (1), plassert i umiddelbar nærhet av den minst ene magnet (2) som er forbundet til motorakselen (3); og

en skjerm (6) mellom magneten (2) som er forbundet til akselen og magneten (5) som er forbundet til løpehjulet, hvilken tetter kjølekretsen mot motorens indre karakterisert ved: at skjermen (6) inkluderer et sylindrisk parti med en sentral akse som er innrettet med den sentrale akse for motorakselen (3), hvor den minst ene magnet (2) som er tilpasset til å drives i rotasjon av motorakselen (3), drives inne i det sylindriske parti av skjermen, og hvor den minst ene ytterligere magnet (5) er lokalisert på utsiden av skjermen (6), og at magnetene (2, 5) er stavmagneter med en lengdeakse som er parallell med lengdeaksen for motorakselen (3).