NO332972B1 - Pressure Control System for Engine and Pump Barrier Fluids in a Submarine Engine and Pump Module - Google Patents
Pressure Control System for Engine and Pump Barrier Fluids in a Submarine Engine and Pump ModuleInfo
- Publication number
- NO332972B1 NO332972B1 NO20100904A NO20100904A NO332972B1 NO 332972 B1 NO332972 B1 NO 332972B1 NO 20100904 A NO20100904 A NO 20100904A NO 20100904 A NO20100904 A NO 20100904A NO 332972 B1 NO332972 B1 NO 332972B1
- Authority
- NO
- Norway
- Prior art keywords
- pump
- pressure
- barrier fluid
- motor
- valves
- Prior art date
Links
- 239000012530 fluid Substances 0.000 title claims abstract description 201
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 title claims abstract description 144
- 230000004044 response Effects 0.000 claims abstract description 16
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 claims description 5
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 12
- 230000008569 process Effects 0.000 description 10
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 8
- 241000907524 Drosophila C virus Species 0.000 description 5
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 5
- 239000004215 Carbon black (E152) Substances 0.000 description 4
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 4
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 4
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 4
- 238000013461 design Methods 0.000 description 4
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 description 4
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 description 4
- 238000005461 lubrication Methods 0.000 description 4
- 230000008859 change Effects 0.000 description 3
- 230000001050 lubricating effect Effects 0.000 description 3
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 2
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 2
- 239000013618 particulate matter Substances 0.000 description 2
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 2
- 238000005086 pumping Methods 0.000 description 2
- 239000013535 sea water Substances 0.000 description 2
- 230000001052 transient effect Effects 0.000 description 2
- 210000003954 umbilical cord Anatomy 0.000 description 2
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 1
- 238000009429 electrical wiring Methods 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 238000007726 management method Methods 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 1
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
- F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
- F04D13/00—Pumping installations or systems
- F04D13/02—Units comprising pumps and their driving means
- F04D13/06—Units comprising pumps and their driving means the pump being electrically driven
- F04D13/08—Units comprising pumps and their driving means the pump being electrically driven for submerged use
- F04D13/086—Units comprising pumps and their driving means the pump being electrically driven for submerged use the pump and drive motor are both submerged
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
- F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
- F04C11/00—Combinations of two or more machines or pumps, each being of rotary-piston or oscillating-piston type; Pumping installations
- F04C11/008—Enclosed motor pump units
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
- F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
- F04C13/00—Adaptations of machines or pumps for special use, e.g. for extremely high pressures
- F04C13/008—Pumps for submersible use, i.e. down-hole pumping
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
- F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
- F04C14/00—Control of, monitoring of, or safety arrangements for, machines, pumps or pumping installations
- F04C14/28—Safety arrangements; Monitoring
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
- F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
- F04D13/00—Pumping installations or systems
- F04D13/02—Units comprising pumps and their driving means
- F04D13/06—Units comprising pumps and their driving means the pump being electrically driven
- F04D13/0606—Canned motor pumps
- F04D13/062—Canned motor pumps pressure compensation between motor- and pump- compartment
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
- F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
- F04D13/00—Pumping installations or systems
- F04D13/02—Units comprising pumps and their driving means
- F04D13/06—Units comprising pumps and their driving means the pump being electrically driven
- F04D13/08—Units comprising pumps and their driving means the pump being electrically driven for submerged use
- F04D13/10—Units comprising pumps and their driving means the pump being electrically driven for submerged use adapted for use in mining bore holes
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
- F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
- F04C2/00—Rotary-piston machines or pumps
- F04C2/08—Rotary-piston machines or pumps of intermeshing-engagement type, i.e. with engagement of co-operating members similar to that of toothed gearing
- F04C2/12—Rotary-piston machines or pumps of intermeshing-engagement type, i.e. with engagement of co-operating members similar to that of toothed gearing of other than internal-axis type
- F04C2/14—Rotary-piston machines or pumps of intermeshing-engagement type, i.e. with engagement of co-operating members similar to that of toothed gearing of other than internal-axis type with toothed rotary pistons
- F04C2/16—Rotary-piston machines or pumps of intermeshing-engagement type, i.e. with engagement of co-operating members similar to that of toothed gearing of other than internal-axis type with toothed rotary pistons with helical teeth, e.g. chevron-shaped, screw type
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
- F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
- F04C2270/00—Control; Monitoring or safety arrangements
- F04C2270/18—Pressure
- F04C2270/185—Controlled or regulated
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Mining & Mineral Resources (AREA)
- Fluid-Pressure Circuits (AREA)
- Motor Or Generator Frames (AREA)
- Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)
Abstract
Et trykkreguleringssystem for motor- og pumpebarrierefluider i en undersjøisk motor- og pumpemodul er beskrevet. Systemet omfatter en motorbarrierefluidkrets som hydraulisk adskiller motoren fra pumpen, og en pumpebarrierefluidkrets som hydraulisk adskiller den interne strukturen i pumpen fra pumpet medium, idet fluidstrømning og fluidtrykk i hver av barrierefluidkretsene blir håndtert via trykkstyrte på/av-ventiler (10, 22, 14, 26) innrettet i hver krets, der på/av-ventilene er individuelt regulerbare som respons på detektert trykkdifferanse mellom trykket i mediet på en sugeside og på en utløpsside av pumpen, og fluidtrykket i motor- og pumpebarrierefluidkretsene.A pressure control system for motor and pump barrier fluids in a subsea motor and pump module is described. The system comprises an engine barrier fluid circuit which hydraulically separates the motor from the pump, and a pump barrier fluid circuit which hydraulically separates the internal structure of the pump from pumped medium, fluid flow and fluid pressure in each of the barrier fluid circuits being handled via pressure controlled on / off valves (10, 22, 14, 26) arranged in each circuit, where the on / off valves are individually adjustable in response to detected pressure difference between the pressure in the medium on a suction side and on an outlet side of the pump, and the fluid pressure in the motor and pump barrier fluid circuits.
Description
Trykkreguleringssystem for motor- og pumpebarrierefluider i en undersjøisk motor- og pumpemodul Pressure regulation system for motor and pump barrier fluids in a subsea motor and pump module
Oppfinnelsens område Field of the invention
Foreliggende oppfinnelse vedrører generelt undersjøisk utstyr involvert i transport av prosessfluider som blir generert i under-sjøisk hydrokarbonproduksjon. Mer spesifikt vedrører foreliggende oppfinnelse et system som er konstruert for å håndtere barriere- og smørefluidtrykk i en undersjøisk motor- og pumpemodul. The present invention generally relates to subsea equipment involved in the transport of process fluids that are generated in subsea hydrocarbon production. More specifically, the present invention relates to a system designed to handle barrier and lubricating fluid pressure in a submarine engine and pump module.
Bakgrunn og kjent teknikk Background and known technique
Et prosessfluid i undersjøisk hydrokarbonproduksjon er typisk et multifasefluid som omfatter olje og gass og eventuelt faststoff, som blir utvunnet fra et underjordisk reservoar. En motor/pumpemodul er innrettet på havbunnen og konfigurert for transport av prosess-fluidet fra reservoaret til en vertsfasilitet på overflaten eller på land. Motor/pumpe-modulen blir ofte utsatt for betydelige varia-sjoner i trykk i det pumpede mediet, i tillegg til betydelige last-vekslinger under start og stoppsekvenser i pumpingen, for eksempel. Middeltrykket på sugesiden av pumpen kan være i størrelsesorden flere hundre bar, hvilket krever tilsvarende mottiltak i motor/ pumpemodulen for å unngå at prosessfluider og partikkelstoffer vandrer fra pumpen innvendig og inn i en motorkapsling via lagre og tetninger i motor/pumpemodulen. A process fluid in subsea hydrocarbon production is typically a multiphase fluid comprising oil and gas and possibly solids, which is extracted from an underground reservoir. A motor/pump module is arranged on the seabed and configured to transport the process fluid from the reservoir to a host facility on the surface or on land. The motor/pump module is often exposed to significant variations in pressure in the pumped medium, in addition to significant load changes during start and stop sequences in pumping, for example. The average pressure on the suction side of the pump can be in the order of several hundred bars, which requires corresponding countermeasures in the motor/pump module to prevent process fluids and particulate matter from migrating from the inside of the pump into a motor casing via bearings and seals in the motor/pump module.
Skruerotorpumper blir ofte brukt for formålet å pumpe multifasefluid i undersjøisk produksjon. Skruerotorpumpen er en type fortrengnings-pumpe, med to skrueaksler som blir dreid rundt av samvirkende tannhjul, der et bestemt volum av fluid blir fortrengt i aksiell retning mellom skruene, fra en innløpsside på pumpen til utløp på trykksiden av pumpen. Skruene er opplagret i lagre i en pumpe-kapslmg og er drevsammenkoblet med en motor innrettet i en motorkapsling. I tilfellet med en to-rotors skruepumpe sørger samvirkende registertannhjul (timing gears) på skrueakslene for synkronisering av den roterende bevegelsen. Motorkapslingen er hydraulisk separat fra pumpen ved et tetningsarrangement, idet drivakselen er opplagret for å rekke til forbindelse med pumperotorakselen. Pumpelagrene er atskilt fra pumpemediet ved tetningsinnretninger i begge ender av pumpen. Screw rotor pumps are often used for the purpose of pumping multiphase fluid in subsea production. The screw rotor pump is a type of displacement pump, with two screw shafts that are rotated by cooperating gears, where a specific volume of fluid is displaced in the axial direction between the screws, from an inlet side of the pump to an outlet on the pressure side of the pump. The screws are stored in bearings in a pump housing and are drive connected with a motor arranged in a motor housing. In the case of a two-rotor screw pump, interlocking timing gears on the screw shafts ensure synchronization of the rotary motion. The motor housing is hydraulically separate from the pump by a sealing arrangement, the drive shaft being supported to connect with the pump rotor shaft. The pump bearings are separated from the pump medium by sealing devices at both ends of the pump.
For smøre- og kjøleformål, samt for å hindre inntrenging av sjøvann og pumpet medium inn i strukturene i en undersjøisk motor- og pumpemodul, må motor/pumpemodulen få tilført hydraulikkfluid. I denne forbindelsen er barrierefluid og smørefluid i grunnen ulike definisjoner av samme type av fluid brukt for å beskytte motor/pumpemodulen internt. For lubrication and cooling purposes, as well as to prevent the penetration of seawater and pumped medium into the structures of a subsea engine and pump module, the engine/pump module must be supplied with hydraulic fluid. In this connection, barrier fluid and lubricating fluid are basically different definitions of the same type of fluid used to protect the motor/pump module internally.
Følgelig må fluidet i en motorkapsling som beskytter motoren fra den omgivende sjøen og fra mediet i pumpen være opprettholdt med et trykk over det interne trykket i pumpen, slik at det også virker som en barriere som forhindrer inntrenging av prosessfluid og partikler inn i motorkapslingen via tetnings- og lagerinnretningen. Som resultat av trykkdifferansen er det ikke til å unngå at det oppstår lekkasjestrøm av hydraulikkfluid langs drivakselen. Lekkasjeraten er avhengig av fluidegenskaper, trykkdifferanse, de vekslende drifts-betingelser for pumpen og tettheten av tetningen(e). Lekkasjen blir kompensert ved å etterfylle motorkapslingen fra en ekstern tilførsel av hydraulikkfluid. Consequently, the fluid in an engine casing that protects the engine from the surrounding sea and from the medium in the pump must be maintained at a pressure above the internal pressure in the pump, so that it also acts as a barrier that prevents the ingress of process fluid and particles into the engine casing via sealing - and the storage facility. As a result of the pressure difference, it is unavoidable that a leakage current of hydraulic fluid occurs along the drive shaft. The leakage rate is dependent on fluid properties, pressure differential, the alternating operating conditions of the pump and the tightness of the seal(s). The leakage is compensated by topping up the engine housing from an external supply of hydraulic fluid.
Likedan blir hydraulikkfluid typisk tilført også til pumpen for smøring av dennes interne struktur slik som pumperotorlagre, tetninger og registertannhjul. Trykket i smørefluidkretsen til pumpen må holdes høyere enn trykket i mediet som blir fortrengt gjennom pumpen, for å hindre inntrenging av prosessfluid og partikler inn i pumpelagre, tetninger og registertannhjul. Lekkasje via pumpetetningene inn i det pumpede mediet blir kompensert ved etterfylling fra den eksterne tilførselen av hydraulikkfluid. Likewise, hydraulic fluid is typically also supplied to the pump for lubrication of its internal structure such as pump rotor bearings, seals and register gears. The pressure in the lubricating fluid circuit of the pump must be kept higher than the pressure in the medium that is displaced through the pump, in order to prevent the penetration of process fluid and particles into pump bearings, seals and register gears. Leakage via the pump seals into the pumped medium is compensated by top-up from the external supply of hydraulic fluid.
Motor og pumpe kan være drevsammenkoblet inne i motorkapslingen Motor and pump can be drive connected inside the motor housing
eller utenfor motorkapslingen. For eksempel kan motor og pumpe ha én og samme aksel felles, uten noen separat kobling som forbinder dem i drevsammenheng. I andre konstruksjoner kan pumpeakselen være koblet ril motorakselen inne i motorkapslingen. I andre konstruksjoner igjen kan motor og pumpe være drevsammenkoblet ved hjelp av en kobling plassert i et koblingskammer mellom motorkapslingen og or outside the motor housing. For example, motor and pump can have one and the same shaft in common, without any separate coupling connecting them in a drive context. In other designs, the pump shaft can be connected to the motor shaft inside the motor housing. In still other constructions, the motor and pump can be driven together by means of a coupling placed in a coupling chamber between the motor housing and
pumpen. I alle alternativer er det imidlertid ønskelig til enhver tid å opprettholde en trykkdifferanse over grensesnittene, dvs. mellom motorkapslingen, koblingskammeret når dette finnes, og henholdsvis det pumpede mediet. the pump. In all alternatives, however, it is desirable at all times to maintain a pressure difference across the interfaces, i.e. between the motor casing, the coupling chamber when present, and respectively the pumped medium.
Vanligvis blir både et motorbarrierefluid og et pumpebarrierefluid tilført via en navlestreng (umbilical), og lekkasjekompensering samt trykkregulering blir kontrollert fra vertsfasiliteten. Etter hvert som flere og flere steder for undersjøisk hydrokarbonproduksjon blir installert og satt i drift på stadig større dybder og lengre avstander, vil responstider hos smøre- og kjølesystemer øke tilsvarende. Følgelig foreligger det et økende behov for et trykkreguleringssystem for motor- og pumpebarrierefluider som opererer med øyeblikkelig respons på en endring i trykket i motor- og pumpemodulen og som gir økt driftspålitelighet. Typically, both an engine barrier fluid and a pump barrier fluid are supplied via an umbilical cord, and leak compensation and pressure regulation are controlled from the host facility. As more and more subsea hydrocarbon production sites are installed and put into operation at ever greater depths and longer distances, the response times of lubrication and cooling systems will increase accordingly. Consequently, there is an increasing need for a pressure regulation system for motor and pump barrier fluids which operates with immediate response to a change in pressure in the motor and pump module and which provides increased operational reliability.
Sammenfatning av oppfinnelsen Summary of the Invention
Foreliggende oppfinnelse sikter altså på å fremskaffe et trykkreguleringssystem for motor- og pumpebarrierefluider for en undersjøisk motor- og pumpemodul som unngår problemene med hittil kjente systemer, og spesifikt slike problemer som er knyttet til store avstander og store havdyp. The present invention therefore aims to provide a pressure regulation system for motor and pump barrier fluids for a submarine motor and pump module which avoids the problems with hitherto known systems, and specifically such problems which are linked to large distances and great ocean depths.
Foreliggende oppfinnelse tar spesifikt sikte på å fremskaffe et trykkreguleringssystem for motor- og pumpebarrierefluider for en undersjøisk motor- og pumpemodul, der systemet har en innebygd evne til å tilpasse seg til trykkendringer i det pumpede mediet. Foreliggende oppfinnelse søker i tillegg å fremskaffe et trykkreguleringssystem for motor- og pumpebarrierefluider som har en innebygd evne til å kompensere for tap av hydraulikkfluid som følger av lekkasje via tetninger og lagre i motor- og pumpemodulen. Et ytterligere mål med foreliggende oppfinnelse er å fremskaffe et trykkreguleringssystem for motor- og pumpebarrierefluider der en forhåndsinnstilt trykkdifferanse mellom en motorbarrierefluidkrets og en pumpebarrierefluidkrets blir opprettholdt automatisk til enhver tid, og balansert i forhold til medietrykket. Trykkreguleringssystemet for motor- og pumpebarrierefluider i foreliggende oppfinnelse kan med fordel bli anvendt på en under-sjøisk motor- og pumpemodul som omfatter en pumpemotor plassert i en motorkapsling, en pumpe plassert i en pumpekapsling med et pumpe-innløp på en sugeside og et pumpeutløp på en utløpsside av pumpen, samt en pumpe-rotor-sammenstilling innrettet derimellom og opplagret i lagre i pumpekapslingen. Pumpe-rotor-sammenstillingen er drevsammenkoblet med motoren via en drivaksel som rekker fra motoren til pumpen via en tetningsinnretning, og er konfigurert til å fortrenge et fluidmedium fra pumpeinnløpet for utløp via pumpeutløpet. The present invention specifically aims to provide a pressure regulation system for motor and pump barrier fluids for a subsea motor and pump module, where the system has a built-in ability to adapt to pressure changes in the pumped medium. The present invention also seeks to provide a pressure regulation system for motor and pump barrier fluids which has a built-in ability to compensate for loss of hydraulic fluid resulting from leakage via seals and bearings in the motor and pump module. A further aim of the present invention is to provide a pressure regulation system for motor and pump barrier fluids where a preset pressure difference between a motor barrier fluid circuit and a pump barrier fluid circuit is maintained automatically at all times, and balanced in relation to the media pressure. The pressure regulation system for motor and pump barrier fluids in the present invention can advantageously be used on a subsea motor and pump module which comprises a pump motor placed in a motor housing, a pump placed in a pump housing with a pump inlet on a suction side and a pump outlet on an outlet side of the pump, as well as a pump-rotor assembly arranged between them and stored in bearings in the pump casing. The pump-rotor assembly is drive-coupled to the motor via a drive shaft extending from the motor to the pump via a sealing device, and is configured to displace a fluid medium from the pump inlet for discharge via the pump outlet.
Kort sagt blir målet for foreliggende oppfinnelse oppnådd ved et trykkreguleringssystem for motor- og pumpebarrierefluider for en undersjøisk motor/pumpe-modul som omfatter: • en motorbarrierefluidkrets som hydraulisk adskiller motoren fra pumpen som omfatter en seksjon med barrierefluidtilførsel som leverer barrierefluid til motoren fra en tilførsel av hydraulikkfluid, samt en seksjon for avlastning av barrierefluid som fører In short, the objective of the present invention is achieved by a pressure control system for motor and pump barrier fluids for a subsea motor/pump module comprising: • a motor barrier fluid circuit which hydraulically separates the motor from the pump which comprises a barrier fluid supply section which supplies barrier fluid to the motor from a supply of hydraulic fluid, as well as a section for relief of barrier fluid that leads
barrierefluid fra motoren til det pumpede mediet, barrier fluid from the motor to the pumped medium,
• en pumpebarrierefluidkrets som hydraulisk adskiller den interne strukturen i pumpen fra det pumpede mediet, og som omfatter en seksjon med barrierefluidtilførsel til pumpen fra en tilførsel av hydraulikkfluid, samt en seksjon for avlastning av barrierefluid • a pump barrier fluid circuit that hydraulically separates the internal structure of the pump from the pumped medium, and which includes a section with barrier fluid supply to the pump from a supply of hydraulic fluid, as well as a section for relief of barrier fluid
som fører barrierefluid fra pumpen til det pumpede mediet, idet • fluidstrømning og trykk i henholdsvis motorbarrierefluidkrets og pumpebarrierefluidkrets blir regulert av trykkstyrte på/av-ventiler innrettet i hver krets, der disse på/av-ventilene kan styres individuelt som svar på en detektert trykkforskjell mellom mediet på innløpssiden eller på utløpssiden av pumpen, og henholdsvis fluidet i motor- og pumpebarrierefluidkretsene. which carries barrier fluid from the pump to the pumped medium, as • fluid flow and pressure in the motor barrier fluid circuit and pump barrier fluid circuit respectively are regulated by pressure-controlled on/off valves arranged in each circuit, where these on/off valves can be controlled individually in response to a detected pressure difference between the medium on the inlet side or on the outlet side of the pump, and respectively the fluid in the motor and pump barrier fluid circuits.
Et system i henhold til oppfinnelsen sørger for umiddelbar respons på enhver endring i trykket i det pumpede mediet, foruten å være en enkel og robust løsning som kontinuerlig opprettholder en forhånds-fastsatt trykkdifferanse mellom motor- og pumpebarrierefluidkretsene, og som til enhver tid holder kretstrykkene i balanse med trykket i det pumpede mediet. A system according to the invention ensures an immediate response to any change in the pressure in the pumped medium, besides being a simple and robust solution which continuously maintains a pre-determined pressure difference between the motor and pump barrier fluid circuits, and which at all times keeps the circuit pressures in balance with the pressure in the pumped medium.
Fordi ventilene kan være plassert nær forbrukeren, dvs. motor/pumpesammenstillingen, og virker uten forsinkelse, kan trykkreguleringssystemet bli brukt uten modifikasjon, uavhengig av pumpens avstand til vertsfasiliteten (tie-back distance) og vanndybde. Because the valves can be located close to the consumer, i.e. the motor/pump assembly, and operate without delay, the pressure control system can be used without modification, regardless of the pump's distance to the host facility (tie-back distance) and water depth.
En annen fordel som trykkreguleringssystemet gir, er at det tillater at operatøren kan opprettholde et jevnt tilførselstrykk gjennom en navlestreng. Another advantage that the pressure regulation system provides is that it allows the operator to maintain a steady delivery pressure through an umbilical cord.
Foreliggende oppfinnelse kan anvendes på et trykkreguleringssystem idet motorbarrierefluidet til enhver tid blir opprettholdt på et høyere trykk enn pumpebarrierefluidet, og pumpebarrierefluidet blir opprettholdt på et høyere trykk enn prosessmediet i pumpen. Trykkreguleringssystemet i henhold til foreliggende oppfinnelse er operativt enten for å øke trykket i motorbarrierefluidkretsen eller for å redusere trykket i pumpebarrierefluidkretsen. Trykkreguleringssystemet i henhold til foreliggende oppfinnelse kan også utvides til flere trykknivåer, dvs. ved å legge til et mellomliggende trykknivå mellom motorbarrierefluidet og pumpebarrierefluidet. The present invention can be applied to a pressure regulation system in that the motor barrier fluid is at all times maintained at a higher pressure than the pump barrier fluid, and the pump barrier fluid is maintained at a higher pressure than the process medium in the pump. The pressure regulation system according to the present invention is operative either to increase the pressure in the engine barrier fluid circuit or to reduce the pressure in the pump barrier fluid circuit. The pressure regulation system according to the present invention can also be expanded to several pressure levels, i.e. by adding an intermediate pressure level between the motor barrier fluid and the pump barrier fluid.
Fortrinnsvis er hver trykkstyrte på/av-ventil innrettet i serie med en strømningsbegrenser med fast blendediameter (orifice diameter) som alternativt kan realiseres ved en manuelt regulerbar ventil med en åpningsposisjon som er forhåndsinnstilt før installering. Preferably, each pressure-controlled on/off valve is arranged in series with a flow restrictor with a fixed aperture diameter (orifice diameter) which can alternatively be realized by a manually adjustable valve with an opening position that is preset before installation.
Trykkreguleringssystemet er basert på undersjøiske på/av-ventiler for tilførsel og utførsel av barrierefluider. Passende ventiltyper kan være, men er ikke begrenset til, retningsbestemte kontroll-ventiler. Strømningsblende nedstrøms for eller oppstrøms for ventilen bestemmer strømningskapasiteten når ventilen er åpen. The pressure regulation system is based on underwater on/off valves for the supply and output of barrier fluids. Suitable valve types may be, but are not limited to, directional control valves. Flow orifice downstream or upstream of the valve determines the flow capacity when the valve is open.
Det er å foretrekke at hver av motor- og pumpebarrierefluidkretsene omfatter hver sin trykkreguleringsenhet, og at på/av-ventilene i It is preferable that each of the motor and pump barrier fluid circuits includes its own pressure regulation unit, and that the on/off valves in
hver barrierefluidkrets er individuelt regulerbare fra den tilknyttede trykkreguleringsenheten som respons på trykkdifferanser mottatt i trykkreguleringsenheten fra en tilsvarende trykkdifferanse-sender som overvåker trykkdifferansen mellom pumpet medium og den each barrier fluid circuit is individually adjustable from the associated pressure control unit in response to pressure differences received in the pressure control unit from a corresponding pressure difference transmitter that monitors the pressure difference between the pumped medium and the
respektive motorbarrierefluidkretsen eller pumpebarrierefluidkretsen. respective motor barrier fluid circuit or pump barrier fluid circuit.
Utførelsen sørger for indikering av ventilstilling og operatør-styring av hver ventil. Ventilene blir innstilt på grunnlag av trykkdifferansen mellom barrierefluid og prosessmedium. Dette kan enten være referert til sugesiden eller til utløpssiden av pumpen - nemlig den siden av pumpen og motoren som barrierefluidet er koblet til. Ventilene blir innstilt av reguleringssystemet basert på målinger fra trykkdifferansesendere. Innstillingspunktet for trykkdifferanse kan enten være en enkelt verdi, for eksempel 10 bar, eller det kan være et område slik som for eksempel 5 til 15 bar. Det sistnevnte blir oppnådd ved å stenge tilførselsventilen (e) når trykkdifferansen har nådd 15 bar, og åpne tilførselsventilen (e) når trykkdifferansen igjen har nådd 5 bar. The design provides for indication of valve position and operator control of each valve. The valves are adjusted on the basis of the pressure difference between the barrier fluid and the process medium. This can either be referred to the suction side or to the discharge side of the pump - namely the side of the pump and motor to which the barrier fluid is connected. The valves are set by the control system based on measurements from pressure differential transmitters. The differential pressure setpoint can either be a single value, such as 10 bar, or it can be a range such as, for example, 5 to 15 bar. The latter is achieved by closing the supply valve (e) when the pressure difference has reached 15 bar, and opening the supply valve (e) when the pressure difference has again reached 5 bar.
Trykkreguleringssystemet i henhold til foreliggende oppfinnelse tillater at operatøren kan ha full styring over ventiler og ventil-stillinger, og innstillingspunktet for trykk kan operatøren endre ved å trykke på en knapp. The pressure regulation system according to the present invention allows the operator to have full control over valves and valve positions, and the pressure setting point can be changed by the operator by pressing a button.
Lekkasje gjennom tetninger i motor- og pumpemodulen kan variere og kan være lav eller høy. Lav i den mening at en på/av-ventil i til-førselskretsen må kunne åpnes bare en sjelden gang, slik som én eller to ganger i døgnet, eller høy i den mening at en tilførsels-ventil med liten kapasitet i kombinasjon med en strømningsbegrenser med fast blendediameter vil være i åpen posisjon det meste av tiden. Leakage through seals in the motor and pump module can vary and can be low or high. Low in the sense that an on/off valve in the supply circuit must be able to be opened only rarely, such as once or twice a day, or high in the sense that a supply valve with a small capacity in combination with a flow limiter with a fixed aperture diameter will be in the open position most of the time.
I tillegg kan pumper oppleve transiente tilstander der trykkdifferansen mellom pumpens referanseside og barrierefluidtrykket varierer uavhengig av lekkasjeraten. In addition, pumps can experience transient conditions where the pressure difference between the pump's reference side and the barrier fluid pressure varies independently of the leakage rate.
Akkumulatorer kan være inkludert i kretsene for å forhindre ventilene fra hyppige operasjoner, og kan gi ekstra tid mellom ventiloperasjoner. Imidlertid kan trykkreguleringssystemet være konstruert til å operere tilfredsstillende uten akkumulatorer. Accumulators may be included in the circuits to prevent the valves from frequent operations, and may provide additional time between valve operations. However, the pressure control system may be designed to operate satisfactorily without accumulators.
For dette formålet omfatter i det minste én av seksjonene for barrierefluidtilførsel og barrierefluidavlastning fortrinnsvis et sett trykkstyrte på/av-ventiler, inkludert minst en første og en andre ventil, som er innrettet i parallell for å tilføre hydraulikkfluid gjennom barrierefluidkretsen, og som hver reagerer på trykk-differansen, og dessuten idet nevnte minst to trykkstyrte på/av-ventiler reagerer individuelt på atskilte områder av trykkdifferanse mellom barrierefluidkretsen og pumpet medium. For this purpose, at least one of the barrier fluid supply and barrier fluid relief sections preferably comprises a set of pressure controlled on/off valves, including at least a first and a second valve, which are arranged in parallel to supply hydraulic fluid through the barrier fluid circuit, each responsive to the pressure difference, and furthermore in that said at least two pressure-controlled on/off valves react individually to separate areas of pressure difference between the barrier fluid circuit and the pumped medium.
Nærmere forklart kan, i et sett med første og andre trykkstyrte på/av-tilførselsventiler, den første motorbarrierefluid-tilførsels-ventilen være innstilt til å åpne for hydraulikkfluidstrømning som følge av en trykkdifferanse lik eller lavere enn 10 bar, og den andre motorbarrierefluid-tilførselsventilen være innstilt til å åpne for hydraulikkfluidstrømning som følge av en trykkdifferanse lik eller lavere enn 9,5 bar. More specifically, in a set of first and second pressure controlled on/off supply valves, the first motor barrier fluid supply valve may be set to open for hydraulic fluid flow as a result of a pressure differential equal to or lower than 10 bar, and the second motor barrier fluid supply valve be set to open for hydraulic fluid flow as a result of a pressure differential equal to or lower than 9.5 bar.
Tilsvarende kan, i et sett med første og andre trykkstyrte på/av-tilførselsventiler, den første pumpebarrierefluid-tilførselsventilen være innstilt til å åpne for hydraulikkfluidstrømning som følge av en trykkdifferanse lik eller lavere enn 5 bar, og den andre motor-barrieref luid-tilf ørselsventilen være innstilt til å åpne for hydraulikkfluidstrømning som følge av en trykkdifferanse lik eller lavere enn 4,5 bar. Similarly, in a set of first and second pressure controlled on/off supply valves, the first pump barrier fluid supply valve may be set to open to hydraulic fluid flow as a result of a pressure differential equal to or lower than 5 bar, and the second motor barrier fluid supply the relief valve must be set to open for hydraulic fluid flow as a result of a pressure difference equal to or lower than 4.5 bar.
Likedan kan, i et sett med første og andre trykkstyrte på/av-avlast-ningsventiler, den første motorbarrierefluidavlastningsventilen være innstilt til å åpne for hydraulikkfluidstrømning som følge av en trykkdifferanse høyere enn 10,5 bar, og den andre motorbarrierefluidavlastningsventilen være innstilt til å åpne for hydraulikk-fluidstrømning som følge av en trykkdifferanse lik eller høyere enn 11 bar. Likewise, in a set of first and second pressure controlled on/off relief valves, the first motor barrier fluid relief valve may be set to open for hydraulic fluid flow as a result of a pressure differential greater than 10.5 bar, and the second motor barrier fluid relief valve may be set to open for hydraulic fluid flow resulting from a pressure difference equal to or higher than 11 bar.
Videre kan, i et sett med første og andre trykkstyrte på/av-avlastningsventiler, den første pumpebarrierefluidavlastningsventilen være innstilt til å åpne for hydraulikkfluidstrømning som følge av en trykkdifferanse høyere enn 5,5 bar, og den andre pumpebarrierefluidavlastningsventilen være innstilt til å åpne for hydraulikkfluidstrømning som følge av en trykkdifferanse lik eller høyere enn 6 bar. Further, in a set of first and second pressure controlled on/off relief valves, the first pump barrier fluid relief valve may be set to open for hydraulic fluid flow as a result of a pressure differential greater than 5.5 bar, and the second pump barrier fluid relief valve may be set to open for hydraulic fluid flow as a result of a pressure difference equal to or higher than 6 bar.
I foretrukne utførelser er den første ventilen i et parallelt sett av første og andre på/av-ventiler dimensjonert for lavere strøm-ningsrater i området ned til om lag 0,3 l/min, og den andre ventilen er dimensjonert for høyere strømningsrater i området opptil om lag 100 l/min. In preferred embodiments, the first valve in a parallel set of first and second on/off valves is sized for lower flow rates in the range down to about 0.3 l/min, and the second valve is sized for higher flow rates in the range up to about 100 l/min.
Nærmere bestemt kan blendeåpningen innrettet nedstrøms for den første ventilen være dimensjonert for lavere strømningsrater i området ned til om lag 0,3 l/min, og blendeåpningen nedstrøms for den andre ventilen være dimensjonert for høyere strømningsrater i området opptil om lag 100 l/min. More specifically, the diaphragm opening arranged downstream of the first valve can be designed for lower flow rates in the range down to about 0.3 l/min, and the diaphragm opening downstream of the second valve can be designed for higher flow rates in the area up to about 100 l/min.
En trykkdifferansesender kan alternativt være innrettet til å overvåke trykkdifferansen mellom motorbarrierefluidkretsen og pumpe-barrieref luidkretsen, og å sende måleverdiene til trykkreguleringsenheten i motorbarrierefluidkretsen. I en slik alternativ utførelse blir motorbarrierefluidkretsen regulert med trykkregulerte på/av-ventiler som er individuelt styrbare som respons på overvåket trykkdifferanse mellom motorbarrierefluid og pumpebarrierefluid. Innstillingspunktene for trykkdifferanse for motorbarrierefluidventilene er da typisk lik innstillingspunktene for trykkdifferanse for pumpebarrierefluidventilene. A pressure difference transmitter can alternatively be arranged to monitor the pressure difference between the motor barrier fluid circuit and the pump barrier fluid circuit, and to send the measured values to the pressure regulation unit in the motor barrier fluid circuit. In such an alternative embodiment, the engine barrier fluid circuit is regulated with pressure-regulated on/off valves that are individually controllable in response to a monitored pressure difference between the engine barrier fluid and the pump barrier fluid. The pressure differential setpoints for the motor barrier fluid valves are then typically equal to the pressure differential setpoints for the pump barrier fluid valves.
Uten å være begrenset til noen spesifikk type eller modell av motor eller pumpe kan trykkreguleringssystemet for motor- og pumpe-barrieref luider ifølge foreliggende oppfinnelse med fordel bli tatt i bruk for en undersjøisk motor- og pumpemodul som omfatter en elektrisk pumpemotor plassert i en motorkapsling, en pumpe plassert i en pumpekapsling med et pumpeinnløp på en sugeside og et pumpe-utløp på en utløpsside av pumpen, samt en pumperotorsammenstilling innrettet mellom disse og opplagret i lagre i pumpekapslingen, idet pumperotorsammenstillingen er drevsammenkoblet med motoren og konfigurert til å fortrenge et fluidmedium fra pumpeløpet for utløp via pumpeutløpet. Without being limited to any specific type or model of motor or pump, the pressure regulation system for motor and pump barrier fluids according to the present invention can advantageously be used for a subsea motor and pump module comprising an electric pump motor placed in a motor housing, a pump placed in a pump housing with a pump inlet on a suction side and a pump outlet on a discharge side of the pump, as well as a pump rotor assembly arranged between these and stored in bearings in the pump housing, the pump rotor assembly being drive-coupled with the motor and configured to displace a fluid medium from the pump run for discharge via the pump outlet.
Detaljert beskrivelse av foretrukne utførelser Detailed description of preferred designs
I det følgende vil foretrukne utførelser av oppfinnelsen bli beskrevet mer detaljert med henvisning til de vedlagte skjematiske tegningsfigurene, figur 1 og 2. På tegningsfigurene omfatter en undersjøisk motor- og pumpemodul en motor/pumpesammenstilling 1 som motorbarrierefluid og pumpebarrierefluid blir ført til fra en ekstern hydraulikkfluidtilførsel. In the following, preferred embodiments of the invention will be described in more detail with reference to the attached schematic drawings, Figures 1 and 2. In the drawings, a submarine engine and pump module comprises an engine/pump assembly 1 to which engine barrier fluid and pump barrier fluid are fed from an external hydraulic fluid supply .
Fordi oppfinnelsen ikke er begrenset til noen spesifikk type eller modell av motor/pumpesammenstilling, men faktisk kan anvendes på ulike motor/pumpekonfigurasjoner som er involvert i transport av et prosessfluid fra undersjøisk hydrokarbonproduksjon og som er kjent av fagpersoner, trenger det innvendige i motor/pumpesammenstillingen 1 ikke å bli diskutert i detalj. Generelt omfatter motor/pumpesammenstillingen en motor M som er innkapslet i en trykksatt, vann-tett kapsling eller motorkapsling 2, i tillegg til en pumperotorsammenstilling P innkapslet i en pumpekapsling 3. Motoren som driver pumpen er typisk en elektrisk motor, selv om andre drivenheter slik som hydrauliske motorer eller turbiner alternativt kan brukes. Because the invention is not limited to any specific type or model of motor/pump assembly, but is actually applicable to various motor/pump configurations involved in transporting a process fluid from subsea hydrocarbon production and known to those skilled in the art, the internals of the motor/pump assembly need 1 not to be discussed in detail. In general, the motor/pump assembly comprises a motor M enclosed in a pressurized, watertight enclosure or motor housing 2, in addition to a pump rotor assembly P enclosed in a pump housing 3. The motor driving the pump is typically an electric motor, although other drive units such as hydraulic motors or turbines can alternatively be used.
Pumperotoren er konfigurert for å fortrenge et pumpet medium som entrer pumpen via et pumpeinnløp 4 og har sitt utløp via et pumpe-utløp 5, som illustrert med en pil F. Pumperotoren er drevsammenkoblet med motoren, og pumperommet er hydraulisk atskilt fra den trykksatte (typisk væskefylte) motorkapslingen ved hjelp av et tetnings- og opplagringsarrangement 6 som tetter mot utsiden av en roterende aksel (angitt ved 7) som pumperotoren er drevkoblet til motoren med. Pumperotoren er opplagret i tetnings- og opplagrings-arrangementer 6 og 8 i pumpekapslingen 3. Innvendig i pumpen blir pumpebarrierefluid typisk sirkulert, som vist ved stiplede streker mellom tetnings-/opplagringsarrangementene 6 og 8, for smøring av interne strukturer i pumpen slik som lagre, tetninger, evt. registertannhjul osv. The pump rotor is configured to displace a pumped medium which enters the pump via a pump inlet 4 and has its outlet via a pump outlet 5, as illustrated by an arrow F. The pump rotor is drive-coupled with the motor, and the pump chamber is hydraulically separated from the pressurized (typically liquid-filled) the motor housing by means of a sealing and bearing arrangement 6 which seals against the outside of a rotating shaft (indicated at 7) with which the pump rotor is drive-coupled to the motor. The pump rotor is supported in sealing and bearing arrangements 6 and 8 in the pump casing 3. Inside the pump, pump barrier fluid is typically circulated, as shown by dashed lines between the sealing/bearing arrangements 6 and 8, for lubrication of internal structures in the pump such as bearings, seals, possibly register gears, etc.
Motor- og pumpebarrierefluid blir tilført til den undersjøiske motor- og pumpemodulen fra en ekstern tilførsel av hydraulikkfluid via tilførselslinje 9. Motorbarrierefluidet blir tilført til motorkapslingen via en på/av-ventil 10 som er koblet i serie med en strømningsbegrenser 11 med fast blendediameter. På/av-ventilen 10 er trykkstyrt og operert som respons på trykkdifferansen mellom motor-barrieref luidkretsen og pumpet medium. Trykket i pumpet medium blir overvåket kontinuerlig, detektert og returnert til en trykkreguleringsenhet 12 som betjener på/av-ventilen 10 mellom åpen og stengt tilstand. Trykket blir overvåket og detektert ved hjelp av en trykkdifferansesender 13 innsatt mellom motorbarrierefluidkretsen og pumpet medium på sugesiden eller på utløpssiden av pumpen. Valg av side blir bestemt av strømningsretningen gjennom pumpen og plasser-ing av motor/pumpetetninger, som vist på figur 2. Motor and pump barrier fluid is supplied to the subsea motor and pump module from an external supply of hydraulic fluid via supply line 9. The motor barrier fluid is supplied to the motor housing via an on/off valve 10 which is connected in series with a flow restrictor 11 with a fixed orifice diameter. The on/off valve 10 is pressure-controlled and operated in response to the pressure difference between the motor-barrier fluid circuit and the pumped medium. The pressure in the pumped medium is continuously monitored, detected and returned to a pressure regulation unit 12 which operates the on/off valve 10 between the open and closed state. The pressure is monitored and detected by means of a pressure difference transmitter 13 inserted between the motor barrier fluid circuit and pumped medium on the suction side or on the discharge side of the pump. The choice of side is determined by the direction of flow through the pump and the placement of motor/pump seals, as shown in figure 2.
Likedan blir pumpebarrierefluid tilført til pumpekapslingen via en Similarly, pump barrier fluid is supplied to the pump casing via a
på/av-ventil 14 som er koblet i serie med en strømningsbegrenser 15 med fast blendediameter. På/av-ventilen 14 er trykkstyrt og operert som respons på trykkdifferansen mellom pumpebarrierefluidkretsen og pumpet medium. Trykket i pumpet medium blir overvåket kontinuerlig, detektert og returnert til en trykkreguleringsenhet 16 som betjener på/av-ventilen 14 mellom åpen og stengt tilstand. Trykket blir overvåket og detektert ved hjelp av en trykkdifferansesender 17 innsatt mellom pumpebarrierefluidkretsen og pumpet medium på sugesiden eller på utløpssiden av pumpen. on/off valve 14 which is connected in series with a flow restrictor 15 with fixed orifice diameter. The on/off valve 14 is pressure controlled and operated in response to the pressure difference between the pump barrier fluid circuit and pumped medium. The pressure in the pumped medium is continuously monitored, detected and returned to a pressure regulation unit 16 which operates the on/off valve 14 between the open and closed state. The pressure is monitored and detected by means of a pressure difference transmitter 17 inserted between the pump barrier fluid circuit and pumped medium on the suction side or on the discharge side of the pump.
Styrelogikken i trykkreguleringsenhetene 12 og 16 er innstilt til å sørge for ventildrift som øyeblikkelig respons på enhver endring i trykk i pumpet medium, og opprettholder en forhåndsbestemt trykkdifferanse mellom dem ved å etterfylle barrierefluidkretsene via de trykkstyrte på/av-ventilene 10 og 14. Den illustrerte utførelsen sørger for øyeblikkelig respons på trykkendringer i pumpet medium på sugesiden av pumpen, og holder kretstrykket i balanse med trykket i pumpet medium, slik at inntrenging av prosessfluid, sjøvann og partikkelstoffer i barrierefluidkretsene blir effektivt forhindret. The control logic in the pressure control units 12 and 16 is set to provide valve operation in immediate response to any change in pressure in the pumped medium, and maintains a predetermined pressure differential between them by replenishing the barrier fluid circuits via the pressure controlled on/off valves 10 and 14. The illustrated the design ensures immediate response to pressure changes in the pumped medium on the suction side of the pump, and keeps the circuit pressure in balance with the pressure in the pumped medium, so that ingress of process fluid, seawater and particulate matter into the barrier fluid circuits is effectively prevented.
Som tidligere angitt kan trykkdifferansesenderne 13 og 17 i alternative utførelser i stedet være koblet til utløpssiden av pumpen, avhengig av for eksempel strømningsretningen gjennom pumpen og plasseringen av motor/pumpetetningsarrangementer. As previously indicated, in alternative embodiments, the differential pressure transmitters 13 and 17 may instead be connected to the discharge side of the pump, depending on, for example, the direction of flow through the pump and the location of motor/pump sealing arrangements.
Tilstrekkelig tilførsel av fluid til barrierefluidkretsene kan opp-nås ved en tilsvarende innstilling av styrelogikken. Sorti et alternativ til en hyppigere ventiloperasjon i tilfelle det forekommer plutselige topper av fluidlekkasje eller trykkvariasjoner, kan ekstra barrierefluid bli tilført øyeblikkelig gjennom et parallelt arrangement av trykkstyrte på/av-ventiler. For dette formålet er en andre trykkstyrt på/av-ventil 18 koblet i serie med en strømnings-begrenser 19 med fast blendediameter, i parallell med på/av-ventil 10 og strømningsbegrenser 11 og inkludert i motorbarrierefluidkretsen. På tilsvarende måte kan det innrettes en andre trykkstyrt på/av-ventil 20 koblet i serie med en strømningsbegrenser 21 med fast blendediameter, innrettet i parallell med på/av-ventil 14 og strømningsbegrenser 15 og inkludert i pumpebarrierefluidkretsen. Sufficient supply of fluid to the barrier fluid circuits can be achieved by a corresponding setting of the control logic. As an alternative to more frequent valve operation in the event of sudden peaks of fluid leakage or pressure variations, additional barrier fluid can be supplied instantaneously through a parallel arrangement of pressure controlled on/off valves. For this purpose, a second pressure controlled on/off valve 18 is connected in series with a flow restrictor 19 of fixed orifice diameter, in parallel with the on/off valve 10 and flow restrictor 11 and included in the engine barrier fluid circuit. In a similar way, a second pressure-controlled on/off valve 20 connected in series with a flow limiter 21 with a fixed orifice diameter can be arranged, arranged in parallel with the on/off valve 14 and flow limiter 15 and included in the pump barrier fluid circuit.
Både første og andre på/av-ventil innrettet i parallell blir individuelt betjent av trykkreguleringsenhetene, henholdsvis 12 og 16. Strømningskapasitet gjennom ventilene i åpen tilstand blir bestemt av blendediameteren. Som tidligere forklart i denne patent-søknaden i avsnittet Sammendrag av oppfinnelsen, er den første og andre på/av-ventilen i parallelt arrangement i en foretrukket ut-førelse konstruert for ulike strømningskapasiteter og trykkområder. Oppfinnelsen er selvsagt ikke strengt begrenset til trykkene/trykk-områdene og strømningsratene som er angitt ovenfor, og disse verdi-ene skal bare oppfattes som foretrukne eksempler. Both the first and second on/off valves arranged in parallel are individually operated by the pressure control units, 12 and 16 respectively. Flow capacity through the valves in the open state is determined by the orifice diameter. As previously explained in this patent application in the Summary of the Invention section, the first and second on/off valves in a parallel arrangement in a preferred embodiment are designed for different flow capacities and pressure ranges. The invention is of course not strictly limited to the pressures/pressure ranges and flow rates indicated above, and these values should only be taken as preferred examples.
Transiente tilstander i driften av den undersjøiske motor- og pumpemodulen kan også kreve at barrierefluidtrykkene må reduseres for å opprettholde en jevn trykkdifferanse. I dette tilfellet kan et lignende ventil- og blende-arrangement være installert for å åpne for avlastning av barrierefluid til pumpet medium på sugesiden eller på utløpssiden av pumpen. Transient conditions in the operation of the subsea motor and pump module may also require the barrier fluid pressures to be reduced to maintain a steady pressure differential. In this case, a similar valve and orifice arrangement may be installed to allow relief of barrier fluid to the pumped medium on the suction side or on the discharge side of the pump.
For dette formålet omfatter motorbarrierefluidkretsen en barrierefluid-avlastningsseksjon 22, 23 i tillegg til barrierefluid-tilførselsseksjonen 10, 11 som beskrevet ovenfor. Minst én første trykkstyrt på/av-ventil 22 er koblet i serie med en strømnings-begrenser 23 med fast blendediameter og betjent av trykkreguleringsenheten 12 for tilførsel av barrierefluid inn i det pumpede mediet som respons på måleverdiene fra trykkdifferansesenderen 13 som returnerer trykkdifferansen mellom motorbarrierefluidet og pumpet medium til trykkreguleringsenheten 12. En andre trykkstyrt på/av-ventil 24 koblet i serie med en strømningsbegrenser 25 med fast blendediameter kan være innrettet i parallell med den første på/av-ventilen 22 i avlastningsseksjonen for motorbarrierefluid for å oppnå øket strømningskapasitet. For this purpose, the motor barrier fluid circuit comprises a barrier fluid relief section 22, 23 in addition to the barrier fluid supply section 10, 11 as described above. At least one first pressure controlled on/off valve 22 is connected in series with a flow restrictor 23 with a fixed orifice diameter and operated by the pressure control unit 12 for supplying barrier fluid into the pumped medium in response to the measured values from the pressure difference transmitter 13 which returns the pressure difference between the engine barrier fluid and pumped medium to the pressure control unit 12. A second pressure-controlled on/off valve 24 connected in series with a flow restrictor 25 of fixed orifice diameter may be arranged in parallel with the first on/off valve 22 in the engine barrier fluid relief section to achieve increased flow capacity.
På tilsvarende måte omfatter pumpebarrierefluidkretsen en barrierefluid-avlastningsseksjon 26, 27 i tillegg til barrierefluid-til-førselsseksjonen 14, 15 som beskrevet ovenfor. Minst én første trykkstyrt på/av-ventil 26 er koblet i serie med en strømnings-begrenser 27 med fast blendediameter og betjent av trykkreguleringsenheten 16 for tilførsel av bar-rierefluid inn i det pumpede mediet som respons på måleverdiene fra trykkdifferansesenderen 17 som returnerer trykk-differansen mellom pumpebarrierefluidet og pumpet medium til trykkreguleringsenheten 16. En andre trykkstyrt på/av-ventil 28 koblet i serie med en strømningsbegrenser 29 med fast blendediameter kan være innrettet i parallell med den første på/av-ventilen 26 i avlastningsseksjonen for pumpebarrierefluid for å oppnå øket strømningskapasitet. In a similar manner, the pump barrier fluid circuit comprises a barrier fluid relief section 26, 27 in addition to the barrier fluid supply section 14, 15 as described above. At least one first pressure-controlled on/off valve 26 is connected in series with a flow restrictor 27 with a fixed orifice diameter and operated by the pressure control unit 16 for supplying barrier fluid into the pumped medium in response to the measured values from the pressure difference transmitter 17 which returns pressure the difference between the pump barrier fluid and pumped medium to the pressure control unit 16. A second pressure controlled on/off valve 28 connected in series with a fixed orifice flow restrictor 29 may be arranged in parallel with the first on/off valve 26 in the pump barrier fluid relief section to achieve increased flow capacity.
Likedan når det gjelder barrierefluid-tilførselsseksjonen kan ventiler i parallellarrangement i barrierefluid-avlastningsseksjonen være konstruert for ulike strømningskapasiteter og trykkområder. Likewise, in the case of the barrier fluid supply section, valves in parallel arrangement in the barrier fluid relief section can be designed for different flow capacities and pressure ranges.
Som alternativ kan en tredje trykkdifferansesender 30 valgfritt være innsatt mellom motor- og pumpebarrierefluidkrets for å avlese trykkene her og returnere måleverdiene til motorbarrieretrykk-reguleringsenheten 12. I denne utførelsen er innstillingspunktene for trykkdifferanse for motorbarrierefluidventilene 10, 22, 18, og 24 typisk lik innstillingspunktene for trykkdifferanse for pumpe-barrieref luidventilene 14, 20, 26 og 28. Alternatively, a third differential pressure transmitter 30 may optionally be inserted between the motor and pump barrier fluid circuits to read the pressures here and return the measured values to the motor barrier pressure control unit 12. In this embodiment, the differential pressure set points for the motor barrier fluid valves 10, 22, 18, and 24 are typically equal to the set points for pressure difference for the pump-barrier fluid valves 14, 20, 26 and 28.
I utgangspunktet vil komponentene som inngår i trykkreguleringssystemet for barrierefluider være kjent for en fagperson, og trenger ikke nærmere presentasjon. På/av-ventiler som passer for formålet er for eksempel solenoidbetjente retningsventiler (Directional Control Valves - DCV-er) som normalt blir brukt i undersjøiske hydrauliske systemer. Slike DCV-er er elektrisk aktiverte og kan være enten av monostabil eller bistabil type, og med 2-port- eller 3-port-konfigurasjon. Retur-/avlastningsforbindelsen på en DCV kan være koblet til sugesiden av pumpen dersom trykket på sugesiden er referansen for innstillingspunktene for trykkdifferanse i barriere-fluidsystemet. Alternativt kan retur-/avlastningsforbindelsen være koblet til utløpssiden av pumpen, dersom trykket på utløpssiden er referansen for innstillingspunktene for trykkdifferanse. Et annet ventilalternativ omfatter hydraulisk aktiverte ventiler som blir styrt av bistabile DCV-er. På/av-ventilene kan være innrettet i et oljefylt kammer i den undersjøiske styreenheten 12, 16, eller være plassert i et separat oljefylt kammer som kan monteres på motor/ pumpesammenstillingen. Et annet ventilalternativ omfatter hydraulisk betjente halvtoms sluseventiler- eller nåleventiler eller lignende som blir styrt av bistabile DCV-er plassert inne i den undersjøiske styremodulen (Subsea Control Module - SCM). Samme oppstilling for systemstyring kan fortsatt brukes. Basically, the components included in the pressure regulation system for barrier fluids will be known to a professional, and do not need further presentation. On/off valves suitable for the purpose are, for example, solenoid-operated directional valves (Directional Control Valves - DCVs) which are normally used in underwater hydraulic systems. Such DCVs are electrically activated and can be either of the monostable or bistable type, and with a 2-port or 3-port configuration. The return/relief connection on a DCV may be connected to the suction side of the pump if the pressure on the suction side is the reference for the differential pressure setpoints in the barrier fluid system. Alternatively, the return/relief connection can be connected to the discharge side of the pump, if the pressure on the discharge side is the reference for the differential pressure setpoints. Another valve option includes hydraulically actuated valves that are controlled by bistable DCVs. The on/off valves can be arranged in an oil-filled chamber in the subsea control unit 12, 16, or be located in a separate oil-filled chamber that can be mounted on the motor/pump assembly. Another valve option includes hydraulically operated half-inch sluice valves or needle valves or similar that are controlled by bistable DCVs located inside the Subsea Control Module (SCM). The same setup for system management can still be used.
Når det gjelder nødvendig instrumentering og styresystem, kan det brukes trykksensorer eller trykkdifferansesensorer, koblet til en undersjøisk elektronikkmodul (SEM) som er plassert i SCM. Signalene kan prosesseres enten undersjøisk i SEM, eller på overflaten. Hvis prosessering foregår på overflaten, kan overflaten kommunisere med SEM via optisk modem. Lokal kommunikasjon, dvs. kommunikasjon av sensorsignaler, kan utføres via konvensjonell kobberbasert elektriske ledninger. As for the required instrumentation and control system, pressure sensors or pressure differential sensors can be used, connected to a subsea electronics module (SEM) located in the SCM. The signals can be processed either underwater in the SEM, or on the surface. If processing takes place on the surface, the surface can communicate with the SEM via optical modem. Local communication, i.e. communication of sensor signals, can be carried out via conventional copper-based electrical wiring.
Oppfinnelsen er selvsagt ikke på noen måte begrenset til de ut-førelsene som er beskrevet ovenfor. Tvert imot vil mange muligheter for modifikasjoner av utførelsene være åpenbare for en person med normal kjennskap til teknikken, uten at de avviker fra grunnideen ved oppfinnelsen slik den er definert i de vedlagte patentkravene. The invention is of course not limited in any way to the embodiments described above. On the contrary, many possibilities for modifications of the embodiments will be obvious to a person with normal knowledge of the technique, without deviating from the basic idea of the invention as defined in the attached patent claims.
Claims (13)
Priority Applications (9)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US13/806,550 US20130136634A1 (en) | 2010-06-22 | 2010-06-22 | Motor and pump barrier fluids pressure regulation system in a subsea motor and pump module |
| NO20100904A NO332972B1 (en) | 2010-06-22 | 2010-06-22 | Pressure Control System for Engine and Pump Barrier Fluids in a Submarine Engine and Pump Module |
| SG10201504925PA SG10201504925PA (en) | 2010-06-22 | 2011-06-20 | A motor and pump barrier fluids pressure regulation system in a subsea motor and pump module |
| EP11797683.7A EP2585679A1 (en) | 2010-06-22 | 2011-06-20 | A motor and pump barrier fluids pressure regulation system in a subsea motor and pump module |
| BR112012032174A BR112012032174A2 (en) | 2010-06-22 | 2011-06-20 | pump and motor barrier fluid pressure regulating system for an underwater engine and pump module |
| PCT/IB2011/001388 WO2011161516A1 (en) | 2010-06-22 | 2011-06-20 | A motor and pump barrier fluids pressure regulation system in a subsea motor and pump module |
| AU2011268630A AU2011268630A1 (en) | 2010-06-22 | 2011-06-20 | A motor and pump barrier fluids pressure regulation system in a subsea motor and pump module |
| CN2011800306524A CN103109038A (en) | 2010-06-22 | 2011-06-20 | A motor and pump barrier fluids pressure regulation system in a subsea motor and pump module |
| SG2012092920A SG186744A1 (en) | 2010-06-22 | 2011-06-20 | A motor and pump barrier fluids pressure regulation system in a subsea motor and pump module |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| NO20100904A NO332972B1 (en) | 2010-06-22 | 2010-06-22 | Pressure Control System for Engine and Pump Barrier Fluids in a Submarine Engine and Pump Module |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| NO20100904A1 NO20100904A1 (en) | 2011-12-23 |
| NO332972B1 true NO332972B1 (en) | 2013-02-11 |
Family
ID=45370907
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| NO20100904A NO332972B1 (en) | 2010-06-22 | 2010-06-22 | Pressure Control System for Engine and Pump Barrier Fluids in a Submarine Engine and Pump Module |
Country Status (8)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US20130136634A1 (en) |
| EP (1) | EP2585679A1 (en) |
| CN (1) | CN103109038A (en) |
| AU (1) | AU2011268630A1 (en) |
| BR (1) | BR112012032174A2 (en) |
| NO (1) | NO332972B1 (en) |
| SG (2) | SG10201504925PA (en) |
| WO (1) | WO2011161516A1 (en) |
Families Citing this family (19)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US10393115B2 (en) | 2012-09-12 | 2019-08-27 | Fmc Technologies, Inc. | Subsea multiphase pump or compressor with magnetic coupling and cooling or lubrication by liquid or gas extracted from process fluid |
| WO2014042624A1 (en) | 2012-09-12 | 2014-03-20 | Cunningham Christopher E | Up-thrusting fluid system |
| WO2014042628A1 (en) | 2012-09-12 | 2014-03-20 | Cunningham Christopher E | Coupling an electric machine and fluid-end |
| AU2012389805B2 (en) | 2012-09-12 | 2017-07-13 | Fmc Technologies, Inc. | Subsea compressor or pump with hermetically sealed electric motor and with magnetic coupling |
| EP2971764B1 (en) | 2013-03-15 | 2019-06-12 | FMC Technologies, Inc. | Submersible well fluid system |
| US10633961B2 (en) | 2013-04-16 | 2020-04-28 | Framo Engineering As | Oil filtration system for subsea oil-filled machines |
| BR102014004572A2 (en) * | 2014-02-26 | 2015-12-29 | Fmc Technologies Do Brasil Ltda | use of control fluid as barrier fluid for electric motors coupled to subsea pumps |
| NO337180B1 (en) * | 2014-04-07 | 2016-02-01 | Aker Subsea As | Monitoring of underwater pump or compressor shaft seal |
| NO341009B1 (en) * | 2015-09-23 | 2017-08-07 | Baker Hughes Oilfield Operations Inc | Subsea pump system |
| NO341127B1 (en) | 2015-10-15 | 2017-08-28 | Aker Solutions As | Subsea barrier fluid system |
| US10550949B2 (en) | 2016-08-23 | 2020-02-04 | Onesubsea Ip Uk Limited | Barrier fluid pressure system and method |
| WO2018089173A1 (en) * | 2016-11-14 | 2018-05-17 | Chevron U.S.A. Inc. | Subsea variable frequency drive and motor assembly |
| US9709052B1 (en) * | 2016-12-13 | 2017-07-18 | Chevron U.S.A. Inc. | Subsea fluid pressure regulation systems and methods |
| US11378083B2 (en) | 2017-01-24 | 2022-07-05 | Onesubsea Ip Uk Limited | Mechanical barrier fluid pressure regulation for subsea systems |
| JP7030610B2 (en) * | 2018-05-16 | 2022-03-07 | 日機装株式会社 | Pressure detector |
| GB2582327B (en) * | 2019-03-19 | 2021-10-06 | Edwards S R O | Control apparatus and method for supplying purge gas |
| US10900285B2 (en) | 2019-04-11 | 2021-01-26 | Upwing Energy, LLC | Lubricating downhole-type rotating machines |
| US11578535B2 (en) | 2019-04-11 | 2023-02-14 | Upwing Energy, Inc. | Lubricating downhole-type rotating machines |
| US11859474B2 (en) | 2020-03-18 | 2024-01-02 | Upwing Energy, LLC | Lubricating downhole rotating machine |
Family Cites Families (19)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB315789A (en) * | 1928-07-18 | 1930-06-26 | Bbc Brown Boveri & Cie | Improvements in and relating to centrifugal compressors |
| US2911919A (en) * | 1957-07-23 | 1959-11-10 | C H Wheeler Mfg Co | Pumping system |
| US3749411A (en) * | 1971-07-19 | 1973-07-31 | Nettco Corp | Shaft sealing system |
| US3831381A (en) * | 1973-05-02 | 1974-08-27 | J Swearingen | Lubricating and sealing system for a rotary power plant |
| DE3120232C2 (en) * | 1981-05-21 | 1985-03-21 | Klein, Schanzlin & Becker Ag, 6710 Frankenthal | Pressure compensation device for the electric motor of an encapsulated centrifugal pump motor unit |
| DE4111713A1 (en) * | 1991-04-10 | 1993-01-14 | Magnet Motor Gmbh | FLUID PUMP |
| IT1248296B (en) * | 1991-04-11 | 1995-01-05 | Nuovopignone Ind Meccaniche Ef | IMPROVEMENT OF THE CUSHION LUBRICATION OIL BARRING SYSTEM OF A CENTRIFUGAL COMPRESSOR WITH LABYRINTH SEALS INSTALLED IN A CONFINED ENVIRONMENT |
| US5746435A (en) * | 1994-09-30 | 1998-05-05 | Arbuckle; Donald P. | Dual seal barrier fluid leakage control method |
| US5795135A (en) * | 1995-12-05 | 1998-08-18 | Westinghouse Electric Corp. | Sub-sea pumping system and an associated method including pressure compensating arrangement for cooling and lubricating fluid |
| US6059539A (en) * | 1995-12-05 | 2000-05-09 | Westinghouse Government Services Company Llc | Sub-sea pumping system and associated method including pressure compensating arrangement for cooling and lubricating |
| US6158967A (en) * | 1998-08-26 | 2000-12-12 | Texas Pressure Systems, Inc. | Barrier fluid seal, reciprocating pump and operating method |
| US6422822B1 (en) * | 2000-06-15 | 2002-07-23 | Shell Oil Company | Pressurized seal for submersible pumps |
| CN1284939C (en) * | 2000-07-19 | 2006-11-15 | 株式会社鹤见制作所 | Lubricating oil holding device on sliding surface of oil chamber inside shaft sealing device in submerged pump |
| NO323324B1 (en) * | 2003-07-02 | 2007-03-19 | Kvaerner Oilfield Prod As | Procedure for regulating that pressure in an underwater compressor module |
| US20080260539A1 (en) * | 2005-10-07 | 2008-10-23 | Aker Kvaerner Subsea As | Apparatus and Method For Controlling Supply of Barrier Gas in a Compressor Module |
| NO325803B1 (en) * | 2006-10-13 | 2008-07-21 | Framo Eng As | Sealing system device |
| EP2156056B1 (en) * | 2007-05-15 | 2011-06-15 | Sulzer Pumpen AG | Method for controlling the pressure of a confining fluid in a conveyor and a conveyor for such a method |
| NO327557B2 (en) * | 2007-10-09 | 2013-02-04 | Aker Subsea As | Pump protection system |
| US20100015000A1 (en) * | 2008-07-17 | 2010-01-21 | Lawrence Pumps, Inc. | Apparatus for simultaneous support of pressurized and unpressurized mechanical shaft sealing barrier fluid systems |
-
2010
- 2010-06-22 NO NO20100904A patent/NO332972B1/en not_active IP Right Cessation
- 2010-06-22 US US13/806,550 patent/US20130136634A1/en not_active Abandoned
-
2011
- 2011-06-20 CN CN2011800306524A patent/CN103109038A/en active Pending
- 2011-06-20 AU AU2011268630A patent/AU2011268630A1/en not_active Abandoned
- 2011-06-20 EP EP11797683.7A patent/EP2585679A1/en not_active Withdrawn
- 2011-06-20 SG SG10201504925PA patent/SG10201504925PA/en unknown
- 2011-06-20 WO PCT/IB2011/001388 patent/WO2011161516A1/en active Application Filing
- 2011-06-20 SG SG2012092920A patent/SG186744A1/en unknown
- 2011-06-20 BR BR112012032174A patent/BR112012032174A2/en not_active IP Right Cessation
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| BR112012032174A2 (en) | 2016-11-16 |
| EP2585679A1 (en) | 2013-05-01 |
| SG10201504925PA (en) | 2015-07-30 |
| US20130136634A1 (en) | 2013-05-30 |
| WO2011161516A1 (en) | 2011-12-29 |
| NO20100904A1 (en) | 2011-12-23 |
| AU2011268630A1 (en) | 2013-01-24 |
| CN103109038A (en) | 2013-05-15 |
| SG186744A1 (en) | 2013-02-28 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| NO332972B1 (en) | Pressure Control System for Engine and Pump Barrier Fluids in a Submarine Engine and Pump Module | |
| NO332974B1 (en) | Pressure equalization control system for barrier and lubricating fluids for an undersea engine and pump module | |
| NO332973B1 (en) | Pressure control system for motor and pump barrier fluids with differential pressure control | |
| NO20101770A1 (en) | A system and method for instantaneous hydrostatic operation of hydrodynamic axial bearings in a vertical fluid set-off module | |
| NO339872B1 (en) | Apparatus, system and method for controlling pressure in a borehole | |
| NO317364B3 (en) | Apparatus and pressure control method | |
| NO20141416A1 (en) | Method and system for regulating fluid | |
| NO332975B1 (en) | Combined pressure control system and unit for barrier and lubricating fluids for an undersea engine and pump module | |
| NO20093141A1 (en) | Control module with dual ball valve assemblies | |
| NO318940B1 (en) | Electronically controlled electric cable set tool | |
| WO2014015903A1 (en) | Subsea hydraulic power unit | |
| US20210156384A1 (en) | Pressure booster with integrated speed drive | |
| CN101896687B (en) | Subsea valve | |
| NO341127B1 (en) | Subsea barrier fluid system | |
| Siva et al. | Adaptation of land based Hydraulic Pump for Deep sea Applications: Testing and Qualification | |
| NO871026L (en) | APPARATUS FOR PUMPING OF ABRASIVE FLUIDS. |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM1K | Lapsed by not paying the annual fees |