NO331484B1 - Fremgangsmate og anordning for nodbremsing av en kompressor - Google Patents

Abstract

Når magnetiske lagre i en kompressor for fremdrift av hydrokarboner i rørledninger svikter, eller ved strømbrudd, må reservelagre av mekanisk type overta. Disse reservelagrene slites. For å minske slitasjen på reservelagrene og derved øke tidsrommet mellom vedlikeholdsoperasjoner, hvilket er særlig viktig for en kompressor på havburmen, foreslås kompressoren utstyrt med en hvirvelsfrømsbrems basert på en permanentmagnet (1) som hurtig kan bringes til en irmgangsstilling med ei bremseskive (5) på kompressorens rotasjonsaksel ved hjelp av et mekanisk forspent fjærsystem (2, 3, 4, 8, 9).

Description

Fremgangsmåte og anordning for nødbremsing av en kompressor

Foreliggende oppfinnelse angår kompressorer for "boosting" av hydrokarbontransport i rørledninger, fortrinnsvis i et havbunnsmiljø. Nærmere bestemt angår oppfinnelsen nødbremsing til stopp av slike kompressorer, ved strømbrudd eller i situasjoner med svikt i magnetiske lagre.

Undersjøiske kompressorer med magnetiske lagre er vanligvis utstyrt med reservelagre av kulelager-, rullelager- eller glidelager-type. Disse reservelagrene trer i funksjon ved en nødstopp, dvs. dersom de magnetiske lagrene feiler, eller ved strømbrudd. Nødlagrene er dimensjonert for et visst antall slike nødstopp, for eksempel 3-5 nødstopp, før kompressoren må tas opp for vedlikehold. Slikt vedlikehold er kostbart, og kan også gi produksjonstap.

Antallet nødstopp før overhaling kan økes dersom nødlagrene utsettes for mindre påkjenning under hver nødstopp. En måte å oppnå dette på, er å foreta bremsing av kompressoren ved hver nødstopp. Bremsen som da benyttes, bør være svært pålitelig, og bør ikke gi økt slitasje eller lage slitasjeprodukter.

En type brems som vil kunne løse problemet, er en kontaktfri magnetisk brems, dvs. en såkalt hvirvelstrømsbrems ("eddy current brake").

Siden disse bremsene skal virke når de magnetiske lagrene feiler eller ved strømbrudd, må de benytte permanentmagneter, og være konstruert slik at de kommer i funksjon ved strømbrudd eller ved nødstopp-signal.

En hvirvelstrømsbrems basert på permanentmagneter er kjent fra US patent nr. 5,712,520. Konstruksjonen er imidlertid ikke egnet for kompressorer, men er beregnet på å bremse rotorer i et drivsystem.

Det gjenstår således et behov for å tilveiebringe en fremgangsmåte og en anordning for nødbremsing av en kompressor i situasjoner slik som beskrevet ovenfor.

Ifølge foreliggende oppfinnelse er det derfor tilveiebrakt en fremgangsmåte slik som definert presist i det vedføyde patentkrav 1. Fordelaktige utførelsesformer av fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen fremgår av de tilknyttede uselvstendige patentkravene 2-4.

Det er videre ifølge oppfinnelsen tilveiebrakt en nødbremseanordning slik som definert presist i det vedføyde selvstendige patentkrav 5. Gunstige utførelsesformer av nødbremseanordningen ifølge oppfinnelsen fremgår av de tilknyttede uselvstendige patentkravene 6-9.

Et annet aspekt av foreliggende oppfinnelse presenteres i det vedføyde selvstendige anvendelseskravet 10.

I det følgende skal oppfinnelsen belyses nærmere ved gjennomgang av en foretrukket utførelsesform og varianter av denne, og det vises samtidig til den vedføyde

fig.1 som skjematisk viser den foretrukne utførelsesformen av en nødbremseanordning ifølge oppfinnelsen.

I en kompressor av den innledningsvis angitte typen må det anordnes en eller flere bremseskiver 5 omkring kompressorens rotasjonsaksel (som ikke vises i fig. 1). Bare en del av bremseskiva 5 vises i fig. 1, idet kompressorens rotasjonsaksel kan antas å stå vinkelrett på den viste skiva 5, i papirplanet. Skiva 5 roterer således ut og inn av papirplanet.

Bremseskiva 5 må i det minste ha et ringområde 7 som er av ledende materiale, fortrinnsvis et metall. Ringområdet kan ha en hvilken som helst bredde, gjerne fra skivas periferi og helt inn til rotasjonsakselen. Derved kan gjerne hele bremseskiva 5 være laget av kompakt metall eller et annet elektrisk godt ledende materiale.

For øvrig kan gjerne ei allerede installert skive for bære- eller aksiallagre i kompressoren benyttes som slik bremseskive 5, spesielt når det dreier seg om en kompressor på havbunnen.

Bremsevirkningen tilveiebringes ved å indusere strømbaner (hvirvelstrømmer, "eddy currents") i skiva 5 ved å forskyve en permanentmagnet 1 inn over og under en del av bremseskiva 5, eller i hvert fall til en stilling hvor det oppnås vekselvirkning med et slikt ledende ringområde 7 som nevnt ovenfor. På disse strømbanene vil det virke en elektromotorisk kraft som vil prøve å motvirke rotasjoner, og derved bremse kompressoren.

Permanentmagneten 1 er vist som en hesteskomagnet med et luftgap 6 arrangert slik at ved forskyvning mot venstre i figuren, vil luftgapet 6 hovedsakelig bli fylt av bremseskivas 5 tykkelse, men det må selvsagt være en liten klaring på både over- og underside slik at man unngår mekanisk kontakt. En ser for øvrig at en anordning av to separate magneter med ulike poler mot hverandre, dvs. med samme luftgap i mellom, kan erstatte hesteskomagneten.

Stillingen som vises med heltrukne linjer for permanentmagneten 1, bremses som hvilestilling for bremsen, mens stillingen som vises med stiplede linjer, benevnes som bremsestilling. Når en unormal situasjon oppstår, dvs. et strømbrudd eller en svikt i minst ett magnetisk lager i kompressoren, er det viktig at skiftet fra hvilestilling til bremsestilling skjer raskt, slik at slitasje på de tidligere omtalte reservelagrene i kompressoren foregår i et så kort tidsrom som mulig. Til høyre i fig. 1 er det vist et eksempel på en enkel mekanisme som kan tilveiebringe raskt skifte fra hvilestilling til bremsestilling, og uten behov for elektrisk kraft for selve skifteoperasjonen.

En elektrisk motor 3 har som sin funksjon å spenne opp ei fjær 2 (her ei spiralfjær) mellom magneten 1 og et anslag 8. Oppspenningen skjer ved at et tannhjul roterer i inngrep med riller på ei stempelstang 9. Fjæra 2 er i eksempelet lagt rundt samme stempelstang 9. Motoren 3 driver således stempelstanga 9, og dermed permanentmagneten 1, mot høyre mens fjæra 2 spennes, inntil den omtalte hvilestillingen nås, hvor permanentmagneten 1 ikke vekselvirker med bremseskiva 5. Her smekker en låseanordning 4 inn og holder systemet i hvilestilling, med spent fjær 2. Låseanordningen er i det viste tilfellet en enkel sperretapp, men kan ha andre utforminger, som en hake, klo eller annet.

Låseanordningen 4 må imidlertid være lett utløsbar, for eksempel slik at den utløses ved strømbrudd, eller ved hjelp av et nødstopp-signal når et sviktende magnetisk lager detekteres. Når for eksempel sperretappen 4 løses ut, vil øyeblikkelig den spente fjæra 2 drive stempelstanga 9 og permanentmagneten 1 mot venstre, til en stoppdetalj lengst høyre på stempelstanga 9 treffer anslaget 8. Da er systemet kommet til bremsestillingen som vises med stiplede linjer. (Motoren 3 er da enten strømløs, eller den ble utkoplet fra inngrep med stempelstanga 9 når oppspenningen var gjort - slik at ikke motoren hindrer bevegelsen mot venstre i figuren.)

Flere av elementene som vises i fig. 1, kan erstattes av tilsvarende elementer. Som nevnt kan det dreie seg om spesielle bremseskiver 5 eller skiver som allerede har funksjon som bærer av lagre. Videre har vi nevnt forskjellige typer permanentmagneter. Selve mekanismen som bringer permanentmagneten 1 til inngrep med skiva, kan ha forskjellige utforminger, for eksempel kan magneten svinges inn på plass i en svingebevegelse i samme plan som bremseskivas plan, istedenfor en slik lineær, eventuelt radial, bevegelse som stempelstanga 9 gir. Da vil fjæra ha en tilpasset utforming, og likeledes låseanordningen 4.

Oppfinnelsen angår ikke bare kompressorer som befinner seg på havbunnen, men kan også brukes i offshore-kompressorer eller i landbaserte kompressorer med magnetiske lagre og reservelagre, og særlig der det er om å gjøre å ha lang driftstid mellom hver vedlikeholdsstans.

Det skal videre bemerkes at bremseanordningen ikke bare behøver å omfatte ei eneste bremseskive 5, det kan gjerne være to eller flere. Mekanismen for å forskyve en eller flere permanentmagneter 1 kan være en felles mekanisme, eller det kan anordnes flere mekanismer, en for hver bremseskive.

Endelig skal det bemerkes at oppfinnelsens to hovedaspekter er en nødbremseanordning i en kompressor, og en kompressor med nødbremseanordning. I tillegg angis i de etterfølgende patentkravene et aspekt med en fremgangsmåte for nødbremsing av en kompressor, og et aspekt med en anvendelse av en hvirvelstrømsbrems til nødbremsing av en kompressor.

Claims (10)

1. Fremgangsmåte for nødbremsing av en kompressor med magnetiske lagre og reservelagre, hvilken kompressor har en rotasjonsaksel på hvilken minst ei bremseskive (5) med elektrisk ledende materiale i det minste i et ringområde (7) er festet og roterer sammen med rotasjonsakselen, karakterisert vedat minst en permanentmagnet (1) med luftgap (6) bringes raskt fra en hvilestilling til en bremsestilling hvor i det minste noe av ringområdet på den roterende bremseskiva (5) blir liggende i luftgapet (6), hvorved hvirvelstrømmer genereres i det ledende materialet og bremser ned bremseskiva (5) og akselens rotasjon, og at den minst ene permanentmagneten (1) bringes til bremsestilling for å minske slitasje på reservelagre som går i funksjon når magnetiske lagre feiler eller ved strømbrudd.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert vedat permanentmagneten(e) (1) bringes til å nødbremse ei skive (5) for bære- eller aksiallagre i kompressoren, hvilken skive (5) da også utgjør bremseskiva (5).

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert vedat den minst ene permanentmagneten (1) bringes til bremsestilling fra hvilestilling ved hjelp av en mekanisme (2, 3, 4) med ei fjær (2), en elektrisk motor (3) for spenning av fjæra (2) og en hurtig utløsbar låseanordning (4).

4. Fremgangsmåte ifølge krav 3, karakterisert vedat låseanordningen, som utgjøres av en sperretapp (4), utløses ved tilbaketrekning ved strømbrudd eller av et nødstopp-signal, hvorved fjæra (2), som er spent opp av motoren (3) til hvilestilling, løser ut og skyver den minst ene permanentmagneten (1) raskt til bremsestilling.

5. Nødbremseanordning for en kompressor med magnetiske lagre og reservelagre, hvilken kompressor har en rotasjonsaksel på hvilken minst ei rund bremseskive (5) med elektrisk ledende materiale i det minste i et ringområde (7) er festet for rotasjon sammen med rotasjonsakselen, karakterisert vedat minst en permanentmagnet (1) med luftgap (6) er anordnet for å bringes raskt fra en hvilestilling til en bremsestilling hvor i det minste noe av ringområdet (7) på bremseskiva (5) blir liggende i luftgapet (6), for generering av hvirvelstrømmer i det ledende materialet med resulterende bremsevirkning for bremseskiva (5) og akselens rotasjon, og at nødbremseanordningen er innrettet for å gå i funksjon for å minske slitasje på reservelagrene når de magnetiske lagrene feiler eller ved strømbrudd.

6. Nødbremseanordning ifølge krav 5, karakterisert vedat bremseskiva (5) utgjøres av ei skive (5) for bære- eller aksiallagre i kompressoren.

7. Nødbremseanordning ifølge krav 5, karakterisert veden mekanisme (2, 3, 4) for å bringe den minst ene permanentmagneten (1) fra hvilestilling til bremsestilling, omfattende ei fjær (2), en elektrisk motor (3) for spenning av fjæra (2) samt en hurtig utløsbar låseanordning (4).

8. Nødbremseanordning ifølge krav 7, karakterisert vedat låseanordningen utgjøres av en sperretapp (4) som utløses ved tilbaketrekning ved strømbrudd eller av et nødstopp-signal, at fjæra (2) er innrettet for å spennes opp til hvilestilling for permanentmagneten (1), og for å løse ut når sperretappen (4) trekkes tilbake og skyve permanentmagneten (1) raskt til bremsestilling.

9. Nødbremseanordning ifølge krav 5, karakterisert vedat den inngår i en kompressor som befinner seg på havbunnen.

10. Anvendelse av en permanentmagnet-basert hvirvelstrømsbremseanordning til nødbremsing av en kompressor ved strømbrudd eller ved svikt i minst ett magnetisk lager i kompressoren.