NO332973B1 - Trykkreguleringssystem for motor- og pumpebarrierefluider med differensialtrykkstyring - Google Patents

Trykkreguleringssystem for motor- og pumpebarrierefluider med differensialtrykkstyring

Info

Publication number
NO332973B1
NO332973B1 NO20100903A NO20100903A NO332973B1 NO 332973 B1 NO332973 B1 NO 332973B1 NO 20100903 A NO20100903 A NO 20100903A NO 20100903 A NO20100903 A NO 20100903A NO 332973 B1 NO332973 B1 NO 332973B1
Authority
NO
Norway
Prior art keywords
pressure
pump
motor
flow
valve
Prior art date
Application number
NO20100903A
Other languages
English (en)
Other versions
NO20100903A1 (no
Inventor
Tom Kjonigsen
Original Assignee
Vetco Gray Scandinavia As
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Vetco Gray Scandinavia As filed Critical Vetco Gray Scandinavia As
Priority to NO20100903A priority Critical patent/NO332973B1/no
Priority to AU2011268631A priority patent/AU2011268631A1/en
Priority to SG2012094777A priority patent/SG186445A1/en
Priority to EP11797684.5A priority patent/EP2585680A1/en
Priority to CN2011800312953A priority patent/CN102971487A/zh
Priority to US13/806,572 priority patent/US20130164152A1/en
Priority to BR112012033193A priority patent/BR112012033193A2/pt
Priority to PCT/IB2011/001391 priority patent/WO2011161517A1/en
Publication of NO20100903A1 publication Critical patent/NO20100903A1/no
Publication of NO332973B1 publication Critical patent/NO332973B1/no

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B7/00—Piston machines or pumps characterised by having positively-driven valving
    • F04B7/02—Piston machines or pumps characterised by having positively-driven valving the valving being fluid-actuated
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B47/00—Pumps or pumping installations specially adapted for raising fluids from great depths, e.g. well pumps
    • F04B47/06—Pumps or pumping installations specially adapted for raising fluids from great depths, e.g. well pumps having motor-pump units situated at great depth
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B53/00—Component parts, details or accessories not provided for in, or of interest apart from, groups F04B1/00 - F04B23/00 or F04B39/00 - F04B47/00
    • F04B53/16—Casings; Cylinders; Cylinder liners or heads; Fluid connections
    • 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
    • F04C15/00—Component parts, details or accessories of machines, pumps or pumping installations, not provided for in groups F04C2/00 - F04C14/00
    • F04C15/0003—Sealing arrangements in rotary-piston machines or pumps
    • 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
    • F04D13/086—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
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D25/00—Pumping installations or systems
    • F04D25/02—Units comprising pumps and their driving means
    • F04D25/06—Units comprising pumps and their driving means the pump being electrically driven
    • F04D25/0686—Units comprising pumps and their driving means the pump being electrically driven specially adapted for submerged use
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/06—Lubrication
    • F04D29/063—Lubrication specially adapted for elastic fluid pumps
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/08—Sealings
    • F04D29/10—Shaft sealings
    • F04D29/12—Shaft sealings using sealing-rings
    • F04D29/122—Shaft sealings using sealing-rings especially adapted for elastic fluid pumps
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16J—PISTONS; CYLINDERS; SEALINGS
    • F16J15/00—Sealings
    • F16J15/16—Sealings between relatively-moving surfaces
    • F16J15/40—Sealings between relatively-moving surfaces by means of fluid
    • F16J15/406—Sealings between relatively-moving surfaces by means of fluid by at least one pump
    • 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

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Fluid-Pressure Circuits (AREA)
  • Details Of Reciprocating Pumps (AREA)
  • Valves And Accessory Devices For Braking Systems (AREA)

Abstract

Et trykkreguleringssystem for motor- og pumpebarrierefluider for en undersjøisk motor- og pumpemodul er beskrevet. Trykkreguleringssystemet omfatter - en barrierefluidkrets (10) som sørger for fluidstrømningskommunikasjon fra en hydraulikkfluidtilførsel (8) til et første hulrom i motor- og pumpemodulen, - en trykkregulert strømningsreguleringsventil (9) som regulerer tilførselen av hydraulikkfluid til barrierefluidkretsen (10); - et andre hulrom innrettet til å motta hydraulikkfluid fra hydraulikkfluidtilførselen via det første hulrommet, og - en pilottrykkrets (11) som omfatter middel til a detektere og returnere til den trykkregulerte strømningsreguleringsventilen (9) en trykkdifferanse over en strømningsbegrenser (7, 13) som forbinder det første og det andre hulrommet.

Description

Trykkreguleringssystem for motor- og pumpebarrierefluider med differensialtrykkstyring
Oppfinnelsens område
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.
Bakgrunn og kjent teknikk
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 variasjoner 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.
Skruerotorpumper blir ofte brukt for formålet å pumpe multifasefluid i undersjøisk produksjon. Skruerotorpumpen er en type fortrengings-pumpe, med to skrueaksler som blir dreid rundt av samvirkende tann-hjul, 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 pumpekapsling 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 pumpekapslingen ved et tetningsarrangement, idet drivakselen er opplagret for å forlenges til forbindelse med pumperotorakselen. Pumpelagrene er atskilt fra pumpemediet ved tetningsinnretninger i begge ender av pumpen.
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.
Følgelig må en motorkapsling som beskytter motoren fra den omgivende sjøen og fra mediet i pumpen være holdt 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 lekkasje-strømning 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.
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 større 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 en ekstern tilførsel av hydraulikkfluid.
Motor og pumpe kan være drevsammenkoblet inne i motorkapslingen
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 til motorakselen inne i motorkapslingen. I andre konstruksjoner igjen kan motor og pumpe være drevsammenkoblet ved hjelp av en kobling plassert i et koblingskammer plassert mellom motorkapslingen
og 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 pumpesmøresystemet og det pumpede mediet.
Vanligvis blir både et motorbarrierefluid og et pumpesmørefluid tilført via en navlestreng (umbilical), og lekkasjekompensering samt trykkregulering blir ivaretatt ved hjelp av retningsbestemte kontrollventiler (directional control valves) på overflateinstalla-sjonen. Etter hvert som en økende mengde steder for undersjøisk hydrokarbonproduksjon blir installert og satt i drift på stadig større dybder og lengre avstander, vil responstider og krav til styring hos smøre- og kjølesystemer øke tilsvarende. Følgelig foreligger det et økende behov for et trykkreguleringssystem for motor- og pumpebarrierefluider som virker med øyeblikkelig respons på en endring i trykket i motor- og pumpemodulen og som gir økt driftspålitelighet.
Sammenfatning av oppfinnelsen
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.
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 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 pumpe-barrieref luidkrets blir opprettholdt automatisk til enhver tid.
Slik den blir brukt i denne sammenhengen skal motorbarrierefluidkretsen forstås slik at den inkluderer fluidvolumene i motor- kapslingens hulrom og dens tilhørende komponenter og strømnings-ledninger som er involvert for å regulere fluidtrykket i motor-kapslingens hulrom. Tilsvarende skal pumpebarrierefluidkretsen forstås slik at den i det minste omfatter fluidvolumene i koblings-kammerets hulrom og dens tilhørende komponenter og strømnings-ledninger som er involvert for å regulere fluidtrykket i koblings-kammerets hulrom. I en mer generell betydning kan pumpebarrierefluidkretsen også inkludere fluidvolumer i andre hulrom eller passasjer i pumpen.
Målet med foreliggende oppfinnelse er oppnådd ved fremskaffelse av et trykkreguleringssystem for motor- og pumpebarrierefluider for en undersjøisk motor- og pumpemodul slik oppfinnelsen er definert i de vedlagte patentkravene.
Kort sagt: et trykkreguleringssystem for håndtering av motor- og pumpebarrierefluider i en undersjøisk motor/pumpe-applikasjon omfatter: • en barrierefluidkrets som skaffer fluidstrømningskommunikasjon fra en hydraulikkfluidtilførsel til et første hulrom i motor- og
pumpemodulen,
• en trykkregulert strømningsreguleringsventil som regulerer tilførselen av hydraulikkfluid til barrierefluidkretsen, • et andre hulrom innrettet til å motta hydraulikkfluid fra hydraulikkfluidtilførselen via det første hulrommet, og • en pilottrykkrets som omfatter middel for å detektere og returnere til den trykkregulerte strømningsreguleringsventilen en trykkdifferanse over en strømningsbegrenser som forbinder første og andre hulrom.
Et automatisk trykkreguleringssystem er på denne måten fremskaffet lokalt ved den undersjøiske motor- og pumpemodulen og erkarakterisert veden rask respons og høy pålitelighet.
Systemet kan være mangfoldiggjort for å opprettholde uavhengige og konstante trykkdifferanser mellom fluider i: et motorkapslingshulrom (første hulrom) og et hulrom/passasje (andre hulrom) i en pumpestruktur; • et motorkapslingshulrom (første hulrom) og et hulrom (andre hulrom) i et koblingskammer; • et hulrom (første hulrom) i et koblingskammer og et hulrom/ passasje (andre hulrom) i pumpestrukturen; eller • et hulrom/passasje (første hulrom) i pumpestrukturen og hulrommet (andre hulrom) i pumpen som det pumpede mediet blir fortrengt gjennom under drift.
I forhold til den først gjengitte implementeringen blir med andre ord en strømningsreguleringsventil brukt til å tilføre fluid til motorkapslingen for å opprettholde en konstant trykkdifferanse over en strømningsbegrenser, slik at det på denne måten blir opprettholdt et konstant overtrykk i motorbarrierekretsen i forhold til pumpe-barrierekretsen, og dermed over motorakseltetningen. Strømningsraten gjennom strømningsreguleringsventilen blir styrt av trykkdifferansen over en strømningsbegrenser. Resultatet er at strømningsraten i fluidtilførselen alltid er identisk med lekkasjeraten ved den definerte trykkdifferansen, uansett variasjoner i systemtrykk. Hvis lekkasjeraten i tetningen skulle øke på grunn av slitasje for eksempel, vil ventilen automatisk øke strømningsraten etter behov for å opprettholde trykkdifferansen over tetningenNår pumpetrykket øker under normale driftsforhold, vil ventilen automatisk justere strømningsraten etter behov for å opprettholde en konstant trykkdifferanse over tetningen. Når pumpetrykket blir redusert under normale driftsforhold, vil ventilen automatisk justere strømnings-raten for å opprettholde en konstant trykkdifferanse over tetningen.
En alternativ og fordelaktig utførelse kan forutsees, nemlig at pumpebarrierefluid blir mottatt fra motorbarrierefluidkretsen via en strømningsbegrenser med fast blendediameter (orifice diameter) innrettet utenfor motor- og pumpemodulen, idet trykkdifferansen over strømningsbegrenseren blir detektert og returnert til den trykkregulerte på/av-ventilen som fører hydraulikkfluid inn i motor- og pumpebarrierefluidkretsene som svar på detekterte avvik fra en forhåndsdefinert, ønsket trykkdifferanse.
I noen applikasjoner kreves det svært nøyaktig regulering av fluidstrømningsraten i et nedre strømningsrateområde, mens høy maksimal strømningsrate vil være påkrevd under visse driftsforhold. Begge krav blir tilfredsstilt i en utførelse der to eller flere ventiler som har forskjellig strømningsrateområder er koblet i parallell i fluidtilførselen til motorbarrierekretsen. Nærmere bestemt omfatter denne utførelsen et sett ventiler, inkludert minst en første og en andre ventil, som er innrettet i parallell og mater hydraulikkfluid til motorbarrierefluidkretsen, og som hver reagerer på trykkdifferansen over strømningsbegrenseren, og videre ved at nevnte minst to trykkregulerte strømningsreguleringsventiler reagerer individuelt på deres respektive områder av trykkdifferanse over strømningsbegrenseren.
I et sett av en første og en andre trykkregulert strømningsreguler-ingsventil blir den første ventilen fortrinnsvis innstilt til å åpne for hydraulikkfluidstrømning inn i motorbarrierefluidkretsen som resultat av en trykkdifferanse lik eller mindre enn en første forhåndsfastsatt trykkdifferanse over strømningsbegrenseren, og den andre ventilen blir fortrinnsvis innstilt til å åpne for hydraulikk-fluidstrømning inn i motorbarrierefluidkretsen som resultat av en trykkdifferanse lik eller mindre enn en andre forhåndsfastsatt trykkdifferanse som er lavere enn den første forhåndsfastsatte trykkdifferansen.
I mange applikasjoner for undersjøisk hydrokarbonproduksjon kan den første forhåndsfastsatte trykkdifferansen være satt til om lag 5 bar, og den andre forhåndsfastsatte trykkdifferansen kan være satt til om lag 4,5 bar.
I settet med første og andre trykkregulerte strømningsregulerings-ventiler innrettet i parallell til å mate hydraulikkfluid inn i motorbarrierefluidkretsen kan den første ventilen være dimensjonert for lavere strømningsrater og den andre ventilen være dimensjonert for høyere strømningsrater. For eksempel kan den første ventilen være dimensjonert for strømningsrater i området ned til om lag 0,3 l/min og den andre ventilen kan være dimensjonert for strømningsrater i området opp til om lag 100 l/min eller mer.
Om det kreves kan en på/av-ventil være koblet i serie med den andre trykkregulerte strømningsreguleringsventilen med høyere strømnings-rate, for å regulere eventuell intern lekkasje i denne ventilen.
Av sikkerhetsgrunner kan en trykkregulert sikkerhetsavlastnings-ventil være innrettet i parallell med strømningsbegrenseren for å tømme hydraulikkfluid fra motorbarrierefluidkretsen inn i pumpen.
Trykkreguleringssystemet for motor- og pumpebarrierefluider i
foreliggende oppfinnelse kan med fordel bli anvendt i en undersjøisk motor- og pumpemodul som omfatter en pumpemotor plassert i en motorkapsling, en pumpe plassert i en pumpekapsling med et pumpeinnløp på en sugeside og et pumpeutløp på en utløpsside av pumpen, samt en
pumpe-rotor-sammenstilling med dobbeltskrue innrettet derimellom og opplagret i lagre i pumpekapslingen. Pumpe-rotorsammenstillingen er drevsammenkoblet med motoren ved en drevaksel som strekker seg
mellom motoren og pumpen via et tetningsarrangement og er konfigurert til å fortrenge et fluidmedium fra pumpeinnløpet til tømming via pumpeutløpet.
Kort beskrivelse av tegningsfigurene
Utførelser av oppfinnelsen vil bli nærmere beskrevet nedenfor med henvisning til tegningsfigurene. Tegningsfigurene viser: Figur 1 er et diagram som illustrerer et trykkreguleringssystem for motor- og pumpebarrierefluider i en første utførelse, og Figur 2 er et tilsvarende diagram, som illustrerer en andre utførelse av trykkreguleringssystemet.
Detaljert beskrivelse av foretrukne utførelser
På tegningsfigurene omfatter en undersjøisk motor- og pumpemodul en motor/pumpe-sammenstilling generelt merket 1, til hvilket motor-barrieref luid og pumpebarrierefluid blir tilført fra en ekstern hydraulikkfluidtilførsel.
Fordi oppfinnelsen ikke er begrenset til noen spesifikk type eller modell av motor-/pumpesammenstilling, men faktisk kan anvendes på ulike motor-/pumpekonfigurasjoner involvert i transport av et prosessfluid fra undersjøisk hydrokarbonproduksjon, konfigurasjoner som vil være kjent for fagfolk, trenger detaljene ved motor-/pumpesammenstillingen ikke å bli gjennomgått i detalj her. Generelt omfatter motor-/pumpesammenstillingen en motor som er innkapslet i en trykksatt, vanntett beholder eller motorkapsling 2, i tillegg til en pumpe-rotorsammenstilling 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 bli brukt.
Pumperotoren er konfigurert for fortrengning av et pumpet medium som entrer pumpen via et pumpeinnløp 4 til tømming via et pumpeutløp 5, som illustrert med en pil F. Pumperotoren er drevsammenkoblet til motoren i et koblingskammer 6, som innvendig er hydraulisk atskilt fra den trykksatte (typisk oljefylte) motorkapslingen ved hjelp av en tetningsinnretning 7 som tetter mot utsiden av en roterende aksel som pumperotoren er drevsammenkoblet til motoren med. Pumperotoren er videre opplagret i lagerinnretninger i pumpekapslingen 3. Internt i pumpen blir pumpebarrierefluid typisk sirkulert for å smøre interne strukturer i pumpen, slik som lagre, tetninger, eventuelle registertannhjul osv., hvilket også sørger for en barriere mot mediet som passerer gjennom pumpen.
Motorbarrierefluid og pumpebarrierefluid blir tilført til den under-sjøiske motor- og pumpemodulen fra en ekstern tilførsel (på overflaten offshore eller på land) av hydraulikkfluid via hydraulikk-fluidtilførselslinjen 8. Alle andre komponenter i systemet er installert undersjøisk. Motorbarrierefluid blir tilført til motorkapslingen via en strømningsreguleringsventil 9 som regulerer strømningen av hydraulikkfluid inn i en motorbarrierefluidkrets 10 som fører inn i motorkapslingen.
Pumpebarrierefluid blir mottatt i koblingskammeret 6 fra motorkapslingen 2 som kommuniserer med koblingskammeret via tetnings-lnnretningen 7. Denne strømningskommunikasjonen over tetnings innretningen 7 er en lekkasje av hydraulikkfluid gjennom tetningen, idet tetningsinnretningen 7 i denne sammenhengen representerer en begrenser med fast åpningsdiameter, bortsett fra slitasjen av tetningsflåtene med tiden.
For å kompensere for lekkasjestrømning via strømningsbegrenseren 7, er strømningsreguleringsventilen 9 trykkregulert og styrt i samsvar med trykkdifferansen mellom motorbarrierefluidet på oppstrømssiden av strømningsbegrenseren 7 og pumpebarrierefluidet på nedstrømssiden av denne, dvs. trykkdifferansen mellom motorkapslingen og koblingskammeret. Trykkdifferansen over strømningsbegrenseren 7 blir detektert kontinuerlig og returnert til strømningsreguleringsventilen 9 ved hjelp av en pilottrykkrets 11. På tegningsfigurene er pilottrykkretsen 11 illustrert med tynne eller stiplede streker.
I den alternative utførelsen som er illustrert på figur 2, blir pumpebarrierefluid tilført til pumpen/koblingskammeret 6 fra motor-barrieref luidkretsen 10 via pumpebarrierefluidkretsen 12. En strømningsbegrenser 13 med fast åpningsdiameter er innrettet i pumpebarrierefluidkretsen utenfor motor-/pumpemodulen, og begrenser strømningen av hydraulikkfluid fra motorbarrierefluidkretsen 10 inn i pumpebarrierefluidkretsen 12.
Følgelig er ventilen 9 en pilotstyrt strømningsreguleringsventil som samvirker med en intern (7) eller en ekstern (13) begrenser for å opprettholde en konstant trykkdifferanse mellom motorbarriere- og pumpebarrierefluidkretsene ved å justere strømningen gjennom strømningsreguleringsventilen. Strømningen gjennom begrenseren er bare en liten strømning som går inn i pumpen via pumpebarrierefluidkretsen, mens hovedstrømningen blir ført til motoren via motorbarriere kret sen.
I vanlig praksis og skala blir det ansett tilstrekkelig å omfatte strømningsrater i størrelsesorden 0-100 l/min av tilført hydraulikkfluid. For å håndtere et videre område av strømningsrater enn en enkelt ventil 9 kan levere, kan det imidlertid valgfritt være innrettet minst én ekstra trykkregulert strømningsreguleringsventil 14 i parallell med den første strømningsreguleringsventilen 9 for å levere fluid inn til motorbarrierefluidkretsen 10. Strømnings-reguleringsventilene 9 og 14 reagerer hver for seg på trykket i pilottrykkretsen 11. Som tidligere forklart kan strømnings-reguleringsventilene 9 og 14 reagere individuelt på sine egne områder av trykkdifferansen over strømningsbegrenseren, og de kan også være dimensjonert for ulike strømningsrater. Om nødvendig kan et sett av mer enn to strømningsreguleringsventiler være koblet i parallell for å levere hydraulikkfluid inn i
motorbarrierefluidkretsen.
Med videre henvisning til tegningen gjelder henvisningsnummer 15 en trykkavlastningsventil innrettet til å tillate motorbarrierefluid inn i pumpebarrierefluidkretsen via en forbikoblingslinje 16 som har utløp i pumpebarrierefluidkretsen nedstrøms for strømningsbegrens-eren 7 eller 13. Trykkavlastingsventil 15 håndtere og regulerer større trykkdifferanse under oppstart og som følge av termisk ekspansjon av væskevolumene i motor og pumpe. Trykkavlastings-ventilen 15 virker også som en sikkerhetsventil dersom det oppstår en uventet stigning i fluidtrykket til et for høyt nivå. En enveis-ventil 17 er fortrinnsvis innrettet for å hindre tilbakestrømning fra pumpen inn til motorbarrierekretsen 10. En trykksatt akkumulator 18 kan være innrettet fluidtilførselslinjen for å gi tilstrekkelig trykk i tilført fluid til den/de trykkregulerte strømningsreguler-ingsventilen (e) 9, 14.
Den illustrerte utførelsen oppfyller formålet med oppfinnelsen, nemlig å opprettholde en konstant trykkdifferanse mellom to fluidfylte hulrom som er hydraulisk sammenkoblet i motor- og pumpemodulen. Fluid blir tilført med en kontrollert strømningsrate til hulrommet som har det høyeste trykket, slik at trykkdifferansen blir opprettholdt konstant og uavhengig av lekkasjeraten mellom hulrommene. Oppfinnelsen er også virksom for kompensering av strøm-ningsrater som skyldes kompresjon og termisk ekspansjon av fluidene i hulrommene.
Selv om oppfinnelsen er beskrevet med henvisning til et system for å regulere barrierefluidtrykk over et grensesnitt mellom en motorkapsling og et koblingskammer, vil det være åpenbart at et liknende arrangement kan brukes til å regulere barrierefluidtrykk i andre grensesnitt i en motor- og pumpemodul på undersjøisk nivå, der det kreves fluidbarrierer for separasjon eller for å hindre inntrenging fra omgivende medium. Det presiseres at i tillegg til grensesnittene som er oppført i sammendraget, kan oppfinnelsen bli brukt ved hvilket som helst skillegrensesnitt i motoren eller pumpen, slik som tetninger og lagre som utgjør deler av et pumpe-smøresystem, eller for eksempel tetninger og lagre som utgjør deler av et motorsmøre- eller kjølesystem.
Oppfinnelsen er selvsagt ikke på noen måte begrenset til de utfør-elsene som er beskrevet ovenfor. Tvert imot vil mange muligheter til 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.

Claims (9)

1. Trykkreguleringssystem for motor- og pumpebarrierefluider for en undersjøisk motor- og pumpemodul (1), idet trykkreguleringssystemet omfatter: - en barrierefluidkrets (10) som sørger for fluidstrømnings-kommunikasjon fra en hydraulikkfluidtilførsel (8) til et første hulrom i motor- og pumpemodulen, - en trykkregulert strømningsreguleringsventil (9) som regulerer tilførselen av hydraulikkfluid til barrierefluidkretsen (10), - et andre hulrom innrettet til å motta hydraulikkfluid fra hydraulikkfluidtilførselen via det første hulrommet, og - en pilottrykkrets (11) som omfatter middel til å detektere og returnere til den trykkregulerte strømningsreguleringsventilen (9) en trykkdifferanse over en strømningsbegrenser (7; 13) som forbinder det første og det andre hulrommet.
2. Reguleringssystem i henhold til krav 1, idet en pumpebarriere-fluidkrets (12) er innrettet til å motta hydraulikkfluid fra en motorbarrierefluidkrets (10) via en strømningsbegrenser (13) med fast blendediameter innrettet eksternt for motor- og pumpemodulen (1), og over hvilken trykkdifferansen blir detektert og returnert til den trykkregulerte strømningsreguleringsventilen (9) som fører hydraulikkfluid inn i motor- og pumpebarrierefluidkretsene som respons på avvik fra en forhåndsdefinert, ønsket trykkdifferanse.
3. Reguleringssystem i henhold til krav 1 eller 2, idet nevnte trykkregulerte strømningsreguleringsventil (9) er én av et sett av ventiler, inkludert minst en første og en andre ventil (9, 14), som er innrettet i parallell til å føre hydraulikkfluid inn i motor-barrieref luidkretsen (10), og som hver reagerer på trykkdifferansen over strømningsbegrenseren (7; 13), og videre idet nevnte minst to trykkregulerte strømningsreguleringsventiler hver for seg reagerer på separate områder av trykkdifferansen over strømningsbegrenseren.
4. Reguleringssystem i henhold til krav 3, idet i et sett av første og andre trykkregulerte strømningsreguleringsventiler er den første ventilen (9) innstilt til å åpne for hydraulikkfluidstrømning inn i motorbarrierefluidkretsen (10) som følge av en trykkdifferanse lik eller lavere enn en første forhåndsfastsatt trykkdifferanse over strømningsbegrenseren (7; 13), og den andre ventilen (14) er innstilt til å åpne for hydraulikkfluidstrømning inn i motor-barrieref luidkretsen (10) som følge av en trykkdifferanse lik eller lavere enn en andre forhåndsfastsatt trykkdifferanse, lavere enn den første forhåndsfastsatte trykkdifferansen.
5. Reguleringssystem i henhold til krav 4, idet den første forhåndsfastsatte trykkdifferansen er om lag lik 5 bar, og den andre forhåndsfastsatte trykkdifferansen er om lag lik 4,5 bar.
6. Reguleringssystem i henhold til hvilket som helst av kravene 2-5, idet i et sett av første og andre trykkregulerte strømningsreguler-ingsventiler er den første ventilen (9) dimensjonert for lave strømningsrater, og den andre ventilen (14) dimensjonert for høyere strømningsrater.
7. Reguleringssystem i henhold til krav 6, idet den første ventilen (9) er dimensjonert for strømningsrater ned til om lag 0,3 l/min, og den andre ventilen (14) er dimensjonert for strømningsrater opptil om lag 100 l/min eller mer.
8. Reguleringssystem i henhold til hvilket som helst av kravene 3-7, idet en på/av-ventil er koblet i serie med den andre trykkregulerte strømningsreguleringsventilen (14) med høyere strømningsrate.
9. Reguleringssystem i henhold til hvilket som helst foregående krav, idet en trykkregulert trykkavlastningsventil (15) er innrettet i parallell med strømningsbegrenseren (7; 13) til å tømme hydraulikkfluid fra motorbarrierefluidkretsen (10) inn i pumpen.
NO20100903A 2010-06-22 2010-06-22 Trykkreguleringssystem for motor- og pumpebarrierefluider med differensialtrykkstyring NO332973B1 (no)

Priority Applications (8)

Application Number Priority Date Filing Date Title
NO20100903A NO332973B1 (no) 2010-06-22 2010-06-22 Trykkreguleringssystem for motor- og pumpebarrierefluider med differensialtrykkstyring
AU2011268631A AU2011268631A1 (en) 2010-06-22 2011-06-20 Differential pressure controlled motor and pump barrier fluids pressure regulation system
SG2012094777A SG186445A1 (en) 2010-06-22 2011-06-20 Differential pressure controlled motor and pump barrier fluids pressure regulation system
EP11797684.5A EP2585680A1 (en) 2010-06-22 2011-06-20 Differential pressure controlled motor and pump barrier fluids pressure regulation system
CN2011800312953A CN102971487A (zh) 2010-06-22 2011-06-20 压差控制式马达和泵阻隔流体压力调控系统
US13/806,572 US20130164152A1 (en) 2010-06-22 2011-06-20 Differential pressure controlled motor and pump barrier fluids pressure regulation system
BR112012033193A BR112012033193A2 (pt) 2010-06-22 2011-06-20 sistema de regulação da pressão de fluidos de barreira de motor e bomba, controlado por pressão diferencial.
PCT/IB2011/001391 WO2011161517A1 (en) 2010-06-22 2011-06-20 Differential pressure controlled motor and pump barrier fluids pressure regulation system

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
NO20100903A NO332973B1 (no) 2010-06-22 2010-06-22 Trykkreguleringssystem for motor- og pumpebarrierefluider med differensialtrykkstyring

Publications (2)

Publication Number Publication Date
NO20100903A1 NO20100903A1 (no) 2011-12-23
NO332973B1 true NO332973B1 (no) 2013-02-11

Family

ID=45370908

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
NO20100903A NO332973B1 (no) 2010-06-22 2010-06-22 Trykkreguleringssystem for motor- og pumpebarrierefluider med differensialtrykkstyring

Country Status (8)

Country Link
US (1) US20130164152A1 (no)
EP (1) EP2585680A1 (no)
CN (1) CN102971487A (no)
AU (1) AU2011268631A1 (no)
BR (1) BR112012033193A2 (no)
NO (1) NO332973B1 (no)
SG (1) SG186445A1 (no)
WO (1) WO2011161517A1 (no)

Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2517132B (en) * 2013-06-12 2015-11-11 Aes Eng Ltd Barrier System for Mechanical Seal
AU2014372275B2 (en) * 2013-12-23 2017-12-07 Vetco Gray Scandinavia As Method and system for supplying barrier fluid in a subsea motor and pump assembly
BR102014004572A2 (pt) * 2014-02-26 2015-12-29 Fmc Technologies Do Brasil Ltda utilização de fluido de controle como fluido de barreira para motores elétricos acoplado à bombas submarinas
WO2016048163A1 (en) * 2014-09-26 2016-03-31 Aker Subsea As High pressure barrier fluid system for subsea pumps and compressors
NO338790B1 (no) 2014-11-24 2016-10-17 Vetco Gray Scandinavia As Fremgangsmåte og system for regulering av fluid
TWI657989B (zh) * 2015-03-06 2019-05-01 美商冷卻噴射公司 饋送器總成以及在一饋送器總成之一轉子之一周邊表面與一下部密封件之一表面之間進行密封之方法
US10260489B2 (en) * 2015-05-14 2019-04-16 Petrospec Engineering Inc. Method of supplying fluid to a submersible pump
NO341127B1 (en) 2015-10-15 2017-08-28 Aker Solutions As Subsea barrier fluid system
CN109681439B (zh) * 2019-01-31 2024-03-22 长沙矿冶研究院有限责任公司 一种具有压力补偿功能的深水水泵
NO20200154A1 (en) * 2020-02-06 2021-05-03 Waterise As Subsea motor and pump assembly and its use in a subsea desalination plant

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5746435A (en) * 1994-09-30 1998-05-05 Arbuckle; Donald P. Dual seal barrier fluid leakage control method
AU3824995A (en) * 1994-09-30 1996-04-26 Donald P. Arbuckle Dual seal barrier fluid leakage control apparatus
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
NO323324B1 (no) * 2003-07-02 2007-03-19 Kvaerner Oilfield Prod As Fremgangsmate for regulering at trykket i en undervannskompressormodul
NO325900B1 (no) * 2005-10-07 2008-08-11 Aker Subsea As Anordning og fremgangsmåte for regulering av tilførsel av barrieregass til en kompressormodul
NO325803B1 (no) * 2006-10-13 2008-07-21 Framo Eng As Anordning ved tetningssystem
NO20075029L (no) * 2007-10-05 2009-04-06 Multicontrol Hydraulics As Elektrisk dervet hydraulisk pumpeenhet med akkumulatormodul for bruk til undervanns kontrollsystemer.
NO327557B2 (no) * 2007-10-09 2013-02-04 Aker Subsea As Beskyttelsessystem for pumper
US8777596B2 (en) * 2008-05-06 2014-07-15 Fmc Technologies, Inc. Flushing system
NO20110786A1 (no) * 2011-05-31 2012-12-03 Fmc Kongsberg Subsea As Subsea kompressor direkte drevet av en permanentmagnetmotor med en stator og rotor nedsunket i vaeske

Also Published As

Publication number Publication date
SG186445A1 (en) 2013-01-30
NO20100903A1 (no) 2011-12-23
US20130164152A1 (en) 2013-06-27
EP2585680A1 (en) 2013-05-01
CN102971487A (zh) 2013-03-13
WO2011161517A1 (en) 2011-12-29
BR112012033193A2 (pt) 2016-12-06
AU2011268631A1 (en) 2013-02-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
NO332973B1 (no) Trykkreguleringssystem for motor- og pumpebarrierefluider med differensialtrykkstyring
NO332972B1 (no) Trykkreguleringssystem for motor- og pumpebarrierefluider i en undersjoisk motor- og pumpemodul
US9435330B2 (en) Compensated barrier and lubrication fluids pressure regulation system for a subsea motor and pump module
NO20101770A1 (no) Et system og fremgangsmate for momentan hydrostatisk drift av hydrodynamiske aksiallagre i en vertikal fluidfortregningsmodul
NO332975B1 (no) Kombinert trykkreguleringssystem og -enhet for barriere- og smorefluider for en undersjoisk motor- og pumpemodul
NO20141416A1 (no) Fremgangsmåte og system for regulering av fluid
US11053944B2 (en) Subsea barrier fluid system
WO2016048163A1 (en) High pressure barrier fluid system for subsea pumps and compressors
US8281897B1 (en) Automatic accumulator switching apparatus and system

Legal Events

Date Code Title Description
MM1K Lapsed by not paying the annual fees