NO327416B1

NO327416B1 - Underwater vibration monitoring system

Info

Publication number: NO327416B1
Application number: NO20080364A
Authority: NO
Inventors: Terje Hollingsaeter
Original assignee: Fmc Kongsberg Subsea As
Priority date: 2008-01-18
Filing date: 2008-01-18
Publication date: 2009-06-22
Also published as: NO20080364A

Abstract

Den foreliggende oppfinnelsen angår et system for overvåking av vibrasjon hos en undersjøisk rotasjonsanordning. Systemet omfatter en forskyvningsprobe for måling av forskyvningen til akselen (3) hos rotasjonsanordningen i en første retning. Forskyvningsproben er anbrakt på innsiden av trykkbarrieren hos den undersjøiske rotasjonsanordningen, og er trykkompensert for å kompensere for trykket på innsiden av trykkbarrieren. Systemet omfatter også en signalpenetreringsanordning for overføring av signal fra forskyvningsproben gjennom trykkbarrieren.The present invention relates to a vibration monitoring system of a submarine rotary device. The system comprises a displacement probe for measuring the displacement of the shaft (3) of the rotary device in a first direction. The displacement probe is disposed on the inside of the pressure barrier of the subsea rotary device and is pressure compensated to compensate for the pressure on the inside of the pressure barrier. The system also includes a signal penetration device for transmitting signal from the displacement probe through the pressure barrier.

Description

Teknisk område Technical area

Den foreliggende oppfinnelsen angår et system for overvåking av vibrasjon hos en undersjøisk rotasjonsanordning. The present invention relates to a system for monitoring vibration in an underwater rotary device.

Bakgrunn Background

Operasjon av rotasjonsanordninger, slik som pumper, kompressorer, turbiner, etc. overvåkes ofte kontinuerlig for å gi advarsler i tilfelle uregelmessige Operation of rotating devices, such as pumps, compressors, turbines, etc. is often monitored continuously to provide warnings in case of irregular

operasjonsforhold inntreffer. Et uregelmessig operasjonsforhold kan f.eks. være vibrasjon, som kan forårsake feil eller redusert driftstid for rotasjonsanordningen. operational conditions occur. An irregular operating condition can e.g. be vibration, which can cause failure or reduced operating time of the rotating device.

Imidlertid utføres overvåking av rotasjonsanordninger som er anbrakt subsea vanligvis ikke. Undersjøiske akselerasjonsmålere er blitt testet, men de gir liten verdifull informasjon for dynamiske pumper på havbunnen som har hydrodynamiske lagre, mest på grunn av dempingen i lageret og det faktum at massen til akselsammenstillingen er relativt lav sammenlignet med vekten av pumpehuset. Følgelig vil ikke pumpehusvibrasjon gi relevant informasjon om den virkelige akselvibrasjonen. However, monitoring of rotating devices placed subsea is not usually carried out. Subsea accelerometers have been tested but provide little valuable information for dynamic subsea pumps that have hydrodynamic bearings, mostly due to the damping in the bearing and the fact that the mass of the shaft assembly is relatively low compared to the weight of the pump housing. Consequently, pump housing vibration will not provide relevant information about the real shaft vibration.

På toppsiden løses dette problemet ved å bruke forskyvningsprober for å måle relativ akselbevegelse. Imidlertid må trykkbarrieren dannet av pumpehuset bli penetrert av forskyvningsprobene i undersjøiske applikasjoner. Forskyvningsprober som kan håndtere en trykkforskjell over 100 bars differensialtrykk er pr. i dag ikke tilgjengelige. Introduksjon av flere penetreringer gjennom trykkbarrieren med radielt justerbare prober vil også øke risikoen for lekkasje. On the upside, this problem is solved by using displacement probes to measure relative shaft movement. However, the pressure barrier formed by the pump casing must be penetrated by the displacement probes in subsea applications. Displacement probes that can handle a pressure difference of over 100 bar differential pressure are per not available today. Introduction of multiple penetrations through the pressure barrier with radially adjustable probes will also increase the risk of leakage.

Publikasjonen WO 2007/139388 viser utstyr anbrakt i et trykktett hus, hvor det trykktette huset har et innvendig trykk på ca 1 atm selv om det er anbrakt eksempelvis på havbunnen. Det er også vist at kraftforsyningsledninger kan føres gjennom det trykktette huset ved hjelp av penetratorer. The publication WO 2007/139388 shows equipment placed in a pressure-tight housing, where the pressure-tight housing has an internal pressure of about 1 atm even if it is placed, for example, on the seabed. It has also been shown that power supply lines can be routed through the pressure-tight housing using penetrators.

Publikasjonen US 4,464,935 viser en vibrasjonsmåler for måling av forskyvningen til en roterende aksel. Publication US 4,464,935 shows a vibration meter for measuring the displacement of a rotating shaft.

Formålet med den foreliggende oppfinnelsen er å tilveiebringe et system for overvåking av vibrasjon hos undersjøiske rotasjonsanordninger hvor ulempen med kjent teknikk unngås. The purpose of the present invention is to provide a system for monitoring vibration in underwater rotary devices where the disadvantage of known technology is avoided.

Sammendrag av oppfinnelsen Summary of the invention

Den foreliggende oppfinnelsen angår et system for overvåking av vibrasjon hos en undersjøisk rotasjonsanordning, omfattende en forskyvningsprobe for måling av forskyvning til en aksel hos rotasjonsanordningen i en første retning, hvor forskyvningsproben er anbrakt på innsiden av trykkbarrieren hos rotasjonsanordningen, og hvor forskyvningsproben er trykkompensert for å kompensere for trykket på innsiden av trykkbarrieren; en The present invention relates to a system for monitoring vibration of an underwater rotary device, comprising a displacement probe for measuring displacement of an axis of the rotary device in a first direction, where the displacement probe is placed on the inside of the pressure barrier of the rotary device, and where the displacement probe is pressure compensated to compensate for the pressure inside the pressure barrier; one

signalpenetreringsanordning for overføring av et signal fra forskyvningsproben gjennom trykkbarrieren; karakterisert ved at en trykktett koblingsboks er signal penetration means for transmitting a signal from the displacement probe through the pressure barrier; characterized in that a pressure-tight junction box is

tilveiebrakt på utsiden av den undersjøiske rotasjonsanordningen og danner en del av trykkbarrieren, hvor den trykktette koblingskoksen omfatter en signalpenetreringsanordning for føring av en signalkabel fra utsiden av trykkbarrieren til innsiden av trykkbarrieren og videre til forskyvningsproben. provided on the outside of the subsea rotary device and forming part of the pressure barrier, the pressure-tight coupling coke comprising a signal penetration device for routing a signal cable from the outside of the pressure barrier to the inside of the pressure barrier and on to the displacement probe.

I et aspekt omfatter systemet en andre forskyvningsprobe for måling av forskyvning av akselen i en andre retning ulik den første retningen. In one aspect, the system includes a second displacement probe for measuring displacement of the axle in a second direction other than the first direction.

I et aspekt omfatter systemet en tredje forskyvningsprobe for måling av forskyvningen til akselen i en tredje retning ulik den første og andre retningen. In one aspect, the system includes a third displacement probe for measuring the displacement of the shaft in a third direction different from the first and second directions.

I et aspekt er forskyvningsproben tilveiebrakt gjennom et hus hos den undersjøiske rotasjonsanordningen til innsiden av den trykktette koblingsboksen. In one aspect, the displacement probe is provided through a housing of the subsea rotary device to the interior of the pressure-tight junction box.

I et aspekt er signalkablene fra flere forskyvningsprober ført gjennom en felles signalpenetreringsanordning. In one aspect, the signal cables from multiple displacement probes are routed through a common signal penetration device.

Detaljert beskrivelse Detailed description

1 det følgende vil utførelsesformer av foreliggende oppfinnelse bli beskrevet i detalj med henvisning til de vedlagte tegninger, hvor: Fig. 1 illustrerer et tverrsnitt fra siden av en første utførelsesform; Fig. 2 illustrerer et frontriss av en andre utførelsesform; In the following, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the attached drawings, where: Fig. 1 illustrates a cross-section from the side of a first embodiment; Fig. 2 illustrates a front view of a second embodiment;

Fig. 3 illustrerer et tverrsnitt sideveis av en tredje utførelsesform. Fig. 3 illustrates a lateral cross-section of a third embodiment.

Det henvises nå til fig. 1. En rotasjonsanordning 1, f.eks. en pumpe, omfatter et hus 2 og en roterende aksel 3. Som kjent for en fagperson på området omfatter pumpen flere andre elementer, men de er ikke vist og beskrevet her for enkelthets skyld. Huset 2 danner hoveddelen av trykkbarrieren mellom trykket på innsiden av pumpen og det undersjøiske miljøet på utsiden av pumpen. Reference is now made to fig. 1. A rotation device 1, e.g. a pump, comprises a housing 2 and a rotating shaft 3. As known to a person skilled in the art, the pump comprises several other elements, but they are not shown and described here for the sake of simplicity. Housing 2 forms the main part of the pressure barrier between the pressure on the inside of the pump and the underwater environment on the outside of the pump.

En forskyvningsprobe 10 er rettet radielt mot enden av akselen 2, og måler den relative forskyvningen av akselen 2 i denne retningen. Som vist i fig. 1 er forskyvningsproben tilveiebrakt gjennom huset 2. Forskyvningsproben er en standard forskyvningsprobe, hvor elektronikkomponentene på innsiden av proben er beskyttet fra omgivelsene ved hjelp av en membran eller lignende. Imidlertid er hele forskyvningsproben i den foreliggende oppfinnelsen anbrakt innenfor trykkbarrieren, og forskyvningsproben er trykkompensert eller trykksatt til omgivelsestrykket. Dette sørger for at en membran med lavt differensialtrykk kan anvendes for større følsomhet. Forskyvningsproben kan enten være væskefylt og trykkompensert eller fylt med omgivende fluid. I begge tilfeller vil proben være eksponert for omgivelsestrykk. A displacement probe 10 is directed radially towards the end of the shaft 2, and measures the relative displacement of the shaft 2 in this direction. As shown in fig. 1, the displacement probe is provided through housing 2. The displacement probe is a standard displacement probe, where the electronic components on the inside of the probe are protected from the environment by means of a membrane or the like. However, the entire displacement probe in the present invention is placed within the pressure barrier, and the displacement probe is pressure compensated or pressurized to the ambient pressure. This ensures that a membrane with a low differential pressure can be used for greater sensitivity. The displacement probe can either be liquid-filled and pressure-compensated or filled with ambient fluid. In both cases, the probe will be exposed to ambient pressure.

En trykktett koblingsboks 12 er tilveiebrakt på utsiden av pumpen. Følgelig danner trykkboksen en del av trykkbarrieren, og i fig. 1 kan det ses at hele forskyvningsproben 10 er anbrakt på innsiden av trykkbarrieren. Følgelig er det ikke noe behov for en forskyvningsprobe designet for det høye differensialtrykket mellom innsiden og utsiden av trykkbarrieren. A pressure-tight junction box 12 is provided on the outside of the pump. Consequently, the pressure box forms part of the pressure barrier, and in fig. 1, it can be seen that the entire displacement probe 10 is placed on the inside of the pressure barrier. Consequently, there is no need for a displacement probe designed for the high differential pressure between the inside and outside of the pressure barrier.

Koblingsboksen 12 omfatter en signalpenetreringsanordning 14 for overføring av en signalkabel 16 fra utsiden av trykkbarrieren til innsiden av trykkbarrieren og videre til forskyvningsproben 10. Signalkabelen 16 overfører signaler fra forskyvningsproben 10 til et overvåkings- og/eller styringssystem anbrakt subsea eller topside. The junction box 12 comprises a signal penetration device 14 for transmitting a signal cable 16 from the outside of the pressure barrier to the inside of the pressure barrier and on to the displacement probe 10. The signal cable 16 transmits signals from the displacement probe 10 to a monitoring and/or control system placed subsea or topside.

Det henvises nå til fig. 2. Den andre utførelsesformen er i det vesentlige lik den første utførelsesformen beskrevet ovenfor, og de samme henvisningstallene anvendes for de samme elementene. Disse elementene vil ikke bli beskrevet her i detalj. I fig. 2 er to forskyvningsprober 10a og 10b rettet radielt mot enden av akselen 2. Forskyvningsprobene 10a, 10b er forskjøvet i det vesentlige 90° i forhold til hverandre, for å måle relativ forskyvning av akselen i to ulike retninger bemerket som henholdsvis en x-retning og en y-retning. Reference is now made to fig. 2. The second embodiment is essentially similar to the first embodiment described above, and the same reference numbers are used for the same elements. These elements will not be described here in detail. In fig. 2, two displacement probes 10a and 10b are directed radially towards the end of the shaft 2. The displacement probes 10a, 10b are displaced substantially 90° relative to each other, in order to measure relative displacement of the shaft in two different directions noted as an x-direction and a y direction.

Hver forskyvningsprobe 10a, 10b er tilveiebrakt gjennom huset 2 og har henholdsvis separate koblingsbokser 12a, 12b, signalpenetreringsanordninger 14a, 14b og signalkabler 16a, 16b. Det skal bemerkes at også her danner koblingsboksene 12a, 12b en del av trykkbarrieren. Videre er probene 10a, 10b anbrakt på innsiden av trykkbarrieren. Each displacement probe 10a, 10b is provided through the housing 2 and respectively has separate junction boxes 12a, 12b, signal penetration devices 14a, 14b and signal cables 16a, 16b. It should be noted that here too the junction boxes 12a, 12b form part of the pressure barrier. Furthermore, the probes 10a, 10b are placed on the inside of the pressure barrier.

Det henvises nå til fig. 3. Den tredje utførelsesformen er i det vesentlige lik den første og andre utførelsesformen beskrevet ovenfor, og de samme henvisningstallene anvendes for de samme elementene. Disse elementene vil ikke bli beskrevet i detalj her. Reference is now made to fig. 3. The third embodiment is essentially similar to the first and second embodiments described above, and the same reference numbers are used for the same elements. These elements will not be described in detail here.

I fig. 3 er tre forskyvningsprober 10a, 10b og 10c tilveiebrakt for måling av forskyvningen til akselen 3 i en x-akse (probe 10a), en y-akse (probe 10b) (som i den andre utførelsesformen ovenfor) og en z-akse (probe 10c). Følgelig måler den første og den andre forskyvningsproben 10a og 10b radiell forskyvning, mens den tredje forskyvningsproben 10c måler aksiell forskyvning. In fig. 3, three displacement probes 10a, 10b and 10c are provided for measuring the displacement of the shaft 3 in an x-axis (probe 10a), a y-axis (probe 10b) (as in the second embodiment above) and a z-axis (probe 10c). Accordingly, the first and second displacement probes 10a and 10b measure radial displacement, while the third displacement probe 10c measures axial displacement.

Videre er en hastighetssensor 18 tilveiebrakt på innsiden av huset 2 for måling av rotasjonshastigheten til pumpen 1. Furthermore, a speed sensor 18 is provided on the inside of the housing 2 for measuring the rotation speed of the pump 1.

I den tredje utførelsesformen er signalkabler fra de respektive probene og sensorene samlet i én felles signalpenetreringsanordning 14 anbrakt i huset 2. Signalkablene 16 er ført videre fra signalpenetreringsanordningen 14 som én felles signalkabel 20 til overvåkings- og/eller styringssystemet eller lignende anbrakt subsea eller topside. In the third embodiment, signal cables from the respective probes and sensors are collected in one common signal penetration device 14 placed in the house 2. The signal cables 16 are led on from the signal penetration device 14 as one common signal cable 20 to the monitoring and/or control system or similar placed subsea or topside.

Det skal bemerkes at i utførelsesformene beskrevet ovenfor er den eneste penetreringen av trykkbarrieren utført gjennom signalpenetreringsanordningen 14.1 den første utførelsesformen er det én penetrering, i den andre utførelsesformen er det to penetreringer. Imidlertid er det i den tredje utførelsesformen kun én penetrering selv om flere prober og sensorer er tilveiebrakt på innsiden av trykkbarrieren. It should be noted that in the embodiments described above the only penetration of the pressure barrier is performed through the signal penetration device 14.1 in the first embodiment there is one penetration, in the second embodiment there are two penetrations. However, in the third embodiment, there is only one penetration even though multiple probes and sensors are provided inside the pressure barrier.

Følgelig er antallet penetreringer av trykkbarrieren i den tredje utførelsesformen redusert til én. Accordingly, the number of penetrations of the pressure barrier in the third embodiment is reduced to one.

Vibrasjonsovervåkingssystemet omfatter kretser for håndtering av målingene fra forskyvningsprobene og sensorene, og logging av disse dataene. Vibrasjonsovervåkingssystemet vil tilveiebringe et vibrasjonssignal fra hver av sensorene til styringssystemet for overvåking og styring av pumpen. Basert på disse signalene vil styringssystemet i alarmen eventuelt stenge ned systemet dersom vibrasjonsnivået overstiger en spesifisert grense. The vibration monitoring system includes circuits for handling the measurements from the displacement probes and sensors, and logging this data. The vibration monitoring system will provide a vibration signal from each of the sensors to the control system for monitoring and controlling the pump. Based on these signals, the control system in the alarm will possibly shut down the system if the vibration level exceeds a specified limit.

Claims

1. System for monitoring vibration of an underwater rotary device, comprising: - a displacement probe (10; 10a, 10b, 10c) for measuring the displacement of a shaft (3) of the rotary device in a first direction, where the displacement probe is placed on the inside of the pressure barrier of the rotary device, and wherein the displacement probe is pressure compensated to compensate for the pressure inside the pressure barrier; - a signal penetration device for transmitting a signal from the displacement probe through the pressure barrier; characterized in that a pressure-tight junction box (12) is provided on the outside of the underwater rotation device and forms part of the pressure barrier, where the pressure-tight junction box (12) comprises a signal penetration device (14) for guiding a signal cable (16) from the outside of the pressure barrier to inside the pressure barrier and on to the displacement probe (10; 10a, 10b, 10c).

2. System in accordance with claim 1, characterized in that the system comprises a second displacement probe for measuring displacement of the axle in a second direction different from the first direction.

3. System in accordance with claim 2, characterized in that the system comprises a third displacement probe for measuring the displacement of the axle in a third direction different from the first and second directions.

4. System in accordance with requirements 1-3, characterized in that the displacement probe is provided through a housing (2) of the underwater rotation device to the inside of the pressure-tight junction box (12).

5. System in accordance with requirements 1-4, characterized in that the signal cables (16) from several displacement probes are routed through a common signal penetration device (14).