NO335184B1 - Innretning for direkte tilførsel av et pumpet medium til en toskruepumpe - Google Patents

Abstract

Det er beskrevet en innretning for en toskruepumpe (1) der pumpen omfatter et par rotorer (2, 3), med motstående par av samvirkende skråtannhjul, som er opplagret og drevet i rotasjon i et pumpekammer definert av en rotorforing (4) forsynt med øvre og nedre innløpsåpninger (8, 9) til pumperotorene, idet hvert av øvre og nedre fluidtilførselskammer (6, 7) er utformet som en fluidpassasje (6, 7) som åpner sideveis i indre omkrets av en sentralt åpen ringformet flens (12, 13), idet flensen er tilkoblebar via sin indre omkrets til rotorforingen, i posisjon til å opprette direkte strømningskommunikasjon mellom fluidpassasjen (6, 7) og øvre eventuelt nedre innløpsåpninger (8, 9) til pumpekammeret.

Description

Innretning for direkte tilførsel av pumpet medium til en to-skruepumpe

Teknisk område for oppfinnelsen

Foreliggende oppfinnelse vedrører to-skruepuraper og innretninger for tilførsel og utløp av pumpet medium i en to-skruepumpe. Nærmere bestemt vedrører oppfinnelsen en to-skruepumpeinnretning som er konfigurert for direkte tilførsel av pumpet medium til et pumpekammer, og valgfritt også konfigurert for et direkte utløp av pumpet medium fra pumpekammeret.

Bakgrunn for oppfinnelsen og kjent teknikk

En vertikalt orientert to-skruepumpe 1, se Fig. 1 av tegningsfigurene, inkluderer typisk et par rotorer 2, 3, som omfatter motstående par av skråtannhjul i innbyrdes inngrep, som er opplagret og drevet i rotasjon i et pumpekammer definert av en rotorforing 4 som er koaksialt plassert inne i en pumpekapsling. En senterseksjon av pumpekammeret kommuniserer gjennom en åpning i rotorforingen med et utløpskammer 5 i pumpekapslingen fra der mediet løper ut nedstrøms. Endeseksjonene i pumpekapslingen inkluderer et øvre og nedre tilførselskammer 6 og 7 som kommuniserer henholdsvis med øvre og nedre innløpsåpninger (feeding openings) 8 og 9 til pumperotorene. Pumpet medium blir tilført fra oppstrøms via fluidinnløp til henholdsvis øvre og nedre tilførselskammer. Hvert av de øvre og nedre tilførselskamrene, såvel som utløpskammeret, er formet som ringformede rom definert mellom pumpekapslingen og rotorforingen. En to-skruepumpe som har denne generelle og typiske strukturen er illustrert på Fig. 1 blant de vedlagte tegningsfigurene.

Den indre geometrien av tilførsels- og utløpskamrene i to-skrue-pumper har typisk områder med stagnertstrømning, idet ansamlinger av faststoffer og gass kan forekomme dersom f.eks. et multifasefluid blir levert fra pumpen, slik det ofte er tilfellet i hydrokarbon-produksjon offshore eller på land. Dette kan i sin tur føre til korrosjon og slitasje, og kan i tillegg føre til tørrkjøring dersom pumpen får tilført utilstrekkelig mengde væske for smøring av rotorskruene.

Av kjent teknikk kan nevnes GB 2227057, US 2410172, WO 2007/014540, GB 238840 og OS 5779451.

Sammenfatning av oppfinnelsen

For å eliminere dette problemet foreslår foreliggende oppfinnelse en innretning med to-skruepumpe som er konfigurert for en direkte tilførsel av pumpet medium til pumpekammeret. Pumpeinnretningen kan valgfritt være konfigurert på tilsvarende måte for et direkte utløp av pumpet medium fra pumpekammeret.

I korthet blir målet oppnådd ved en to-skruepumpe stort sett som skissert ovenfor, idet øvre og nedre fluidtilførselskamre er utstyrt henholdsvis som en fluidpassasje som åpner sideveis i den indre omkretsen av en sentralt åpen ringformet flens, der flensen kan kobles ved sin indre omkrets til rotorforingen i posisjon til å opprette direkte strømningsforbindelse mellom fluidpassasjen og øvre og/eller eventuelt nedre innløpsåpninger til pumpekammeret.

Utløpskammeret for fluid kan likedan bli innrettet som en fluidpassasje som åpner sideveis i indre omkrets av en sentralt åpen ringformet flens som kan settes inn på rotorforingen for direkte strømningskommunikasjon, via inneromkretsen av flensen, mellom fluidpassasjen og en eller flere utløpsåpninger inn mot pumpekammeret .

På denne måten oppnås et integrert kanaliseringssystem som kan optimaliseres til å gi jevn distribusjon av fluidstrøm og fluid-hastighet. I motsetning til tilførselskamrene i kjent teknikk, unngår foreliggende løsning en innløpsgeometri som omfatter områder/ regioner med høy strømningshastighet og tilhørende erosjon, såvel som områder/regioner med lav strømningshastighet med tilhørende ansamling av faststoffer og fluidfase-separasjon.

Foreliggende oppfinnelse vil med andre ord fremskaffe et kontrollert fluidstrømningstverrsnitt. En to-skruepumpe utstyrt som spesifisert er åpenbart vesentlig mindre utsatt for erosjon eller tilstopping av sand. Følgelig kan vedlikeholdsintervaller forlenges og kostbare undersjøiske intervensjonsoperasjoner unngås, i likhet med behovet for gjennomspyling av innløpskanalene eller behovet for over-dimensjonering for å sørge for erosjonsmarginer.

Fortrinnsvis er fluidpassasjen ringformet og innrettet til å munne ut kontinuerlig langsetter den indre periferien av flensen, slik at en rundt omkretsen oppnår en jevn distribusjon av pumpet medium til pumperotorene. Fluidpassasjen kan alternativt være ringformet og innrettet til å munne ut med intervaller langsetter den indre periferien av flensen.

Fluidpassasjen er fortrinnsvis utformet med en avrundet tverrsnitt-profil for å unngå ansamling av faststoffer og for ytterligere å redusere risikoen for erosjon.

For å regulere distribusjonen av internt trykk og hastighet, kan det interne strømningstverrsnittet være variert i strømningsretningen fra et fluidinnløp og inn i fluidpassasjen. Strømningstverrsnittet kan f,eks. være gradvis innsnevret i begge omkretsretningene fra fluidinnløpet til fluidpassasjen.

Det er foretrukket at fluidinnløpet inn i fluidpassasjen åpner i toppen (eller henholdsvis i bunnen) av fluidpassasjen, dvs. i aksiell retning mot pumpen. På denne måten kan en innretning for å splitte en tilførselsfluidstrøm i to motsatt rettede delstrømmer bli innrettet i strømningskommunikasjon med innløpene til øvre og nedre tilførselskammer, med andre ord innrettet mellom øvre og nedre flense og fortrinnsvis tett inntil rotorforingen for å gi en kompakt pumpestruktur.

I en foretrukket utførelse er strømningssplitteinnretningen festet på den midtre flensen og danner et utløpskammer. Strømningssplitte-innretningen kan med fordel være integrert i flensen som utgjør utløpskammeret.

Strømningssplitteinnretningen omfatter en manifold med et innløp for tilførselsfluid og to utløp i strømningskommunikasjon med øvre og nedre fluidtilførselskamre, og i nevnte manifold en deleplate innrettet til å ligge i strømningsretningen fra en oppstrøms ende mot manifoldinnløpet til en nedstrøms ende som skiller de to mani-foldutløpene. I en foretrukket utførelse løper deleplaten vridd mellom oppstrøms og nedstrøms ende. 1 en prosess for tilvirking av øvre eller nedre tilførselskammer kan fluidpassasjen være utformet i en maskineringsprosess ved å fjerne materiale fra ringformede flensdeler i topp og bunn som kan til-kobles flate mot flate for å frembringe en fluidpassasje som er definert av topp- og bunnflater som møtes under en radius i den ytre omkretsen av fluidpassasjen. Flensdelene blir laget av korrosjonsbestandig materiale, og fluidpassasjen kan i tillegg bli belagt innvendig med et materiale som er korrosjonsbestandig og gir liten friksjon.

Ytterligere fordeler og fordelaktige egenskaper vil fremgå av de oavhengige patentkravene og av følgende detaljerte beskrivelse av foretrukne utførelser.

Kort beskrivelse av teqninqsfigurene

Utførelsene av oppfinnelsen vil bli nærmere forklart nedenfor med henvisning til de vedlagte skjematiske tegningsfigurene. Tegningsfigurene viser som følger: Figur 1 er et tverrsnitt som viser en typisk to-skruepumpe i kjent teknikk; Figur 2 er et lengdesnitt I-l gjennom en to-skruepumpe som er konfigurert med øvre og nedre tilførselskamre i henhold til oppfinnelsen; Figur 3 er et lengdesnitt II-II gjennom pumpen 90<*>forskjøvet i forhold til snittet på figur 2;

Figur 4 er et tverrsnitt gjennom øvre tilførselskammer; og

Figur 5 er et tverrsnitt gjennom et fluidutløpskammer og strømnings-splitteinnretning innrettet på pumpen.

Detaljert beskrivelse av foretrukne utførelser

Slik som termene er brukt her, skal henvisninger til plassering i rommet slik som øvre, nedre, ytre, indre, vertikal eller horisontal osv. forstås primært som angivelse av romlig forhold mellom element-er med formål å gi en god beskrivelse og forståelse av oppfinnelsen, og er ikke ment a indikere absolutt orientering av disse elementene i rommet. Selv om oppfinnelsen er forklart i forbindelse med en vertikalt orientert pumpe, er den ikke begrenset til pumper som brukes med vertikal orientering. Videre er de vedlagte tegningsfigurene kun ment for illustrasjonsformål og er ikke i sann skala eller dimensjoner.

Figur 1 viser en to-skruepumpe i kjent teknikk, som er nevnt i bakgrunnsbeskrivelsen ovenfor.

Med henvisning til figurene 2 og 3 er det illustrert en to-skruepumpe 1 som har et par motordrevne rotorer 2, 3, som omfatter motstående par av samvirkende skråtannhjul, som er opplagret og satt i rotasjon i et pumpekammer, definert av en rotorforing 4. En senterseksjon av pumpekammeret kommuniserer gjennom en åpning i rotorforingen med et utløpskammer 5 som utgjør et nedstrøms utløp for pumpet medium. I enderegionene av pumpekammeret er øvre og nedre fluidtilførselskamre 6 og 7 innrettet i strømningskommunikasjon med henholdsvis øvre og nedre innløpsåpning 8 og 9 til pumperotorene i pumpekammeret. Pumpet medium blir tilført fra oppstrøms via fluid-innløp 10 og 11 til henholdsvis øvre og nedre tilførselskammer.

Hvert av øvre og nedre tilførselskamre 6 og 7 finnes som fluid-passasjer 6, 7 utformet i en ringformet flens, henholdsvis 12 og 13. Flensene 12 og 13 er innrettet med et åpent senter med en indre flensomkrets slik at flensene kan kobles til en respektiv ende av rotorforingen 4. Fluidpassasjene 6 og 7 løper kontinuerlig omkring inneromkretsen av flensen og munner ut sideveis slik at når flensen er plassert på rotorforingen er det opprettet en direkte strømnings- forbindelse mellom fluidpassasjen og øvre eller nedre innløpsåpning 8 eller 9 til pumperotorene.

Hver av øvre og nedre flens 12 og 13 omfatter en ytre og en indre flensdel 12a, 12b, 13a, 13b som er koblet sammen ved et sett bolter innsatt i bolthull 14 (se også figur 4). På figur 4 er ytre flensdel 12a, sett langsetter pumpen 1, løftet unna for å vise den aksielt indre flensdelen 12b. Fluidpassasje 6 er forsenket fra overflaten av flensdelen 12b og danner i flensdelen 12b en fluidpassasje-bunnflate 6b. En toppflate 6a av fluidpassasje 6 er fortrinnsvis forsenket tilsvarende fra overflaten av flensdel 12a. I alternative utførelser kan hele fluidpassasjen være forsenket fra overflaten av ytre eller indre flensdel 12a eller 12b. 1 en radielt sett ytre periferi av fluidpassasje 6 møtes bunn- og toppflatene under en radius r når flensdelene 12a, 12b er sammenkoblet. En radielt sett indre periferi av fluidpassasjen 6 er åpen i sideveisretningen mot senteråpningen gjennom flensen og sammenfaller dermed med flensens indre omkrets.

Senteråpningen gjennom flensdelen 12b er formet for innsetting av flensdelen på rotorforingen 4. I innsatt posisjon kan bunnflaten 6b bli plassert i flukt med en endekant 15 (rim) på rotorforingen, der denne endekant definerer innløpsåpningen 8 til pumpekammer og rotorer. I denne utførelsen (ikke vist på tegningsfigurene) er strømningskommunikasjon mellom fluidpassasjen og innløpsåpningen opprettet kontinuerlig langsetter den indre omkretsen av flensen.

I den illustrerte utførelsen rager endekanten 15 på rotorforingen 4 inn i fluidpassasjen 6, ovenfor fluidpassasjens bunnflate 6b. Strømningskommunikasjon mellom fluidpassasjen 6 og innløpsåpningen 8 er opprettet via et antall fluidinnløp 16 utformet som åpninger eller utsparinger 16 gjennom veggen på rotorforingen og fordelt omkring endekanten 15 for en jevn tilførsel av fluid til pumpekammeret og rotorene.

Pumpet medium blir tilført til fluidpassasjen 6 via fluidinnløpet 10 som åpner i bunnflaten 6b i den aksielt indre og på figur 2 nedre flensdelen 12b. Fluidinnløpet 10 er via et rør 17 koblet til en strømningssplitteinnretning 18 som tjener til å splitte en inn kommende fluidstrøm i delstrømmer som blir tilført via rør 17 og 19 til henholdsvis øvre og nedre fluidpassasje 6 og 7 via fluidinnløp 10 og 11.

I den utførelsen som er illustrert på figur 5 er strømningssplitte-innretningen 18 plassert og festet i en midtplassert flens 20 som utgjør utløpskammeret 5, og gjennom dette får pumpet medium utløp nedstrøms fra pumpekammeret. Flensen 20 er strukturert på lignende måte som øvre og nedre flens 12, 13, og omfatter altså to sammen-koblebare flensdeler 20a, 20b som sammen definerer en fluidpassasje som utgjør utløpskammeret 5. Flensen 20 har en senteråpning som gjør at flensen 20 kan settes inn på rotorforingen 4 for å plassere den åpne inneromkretsen av utløpskammeret 5 i overlappende posisjon med fluidutløpene 21 som er dannet gjennom veggen på rotorforingen 4. Pumpet medium har sitt utløp nedstrøms via et fluidutløp 22 fra utløpskammeret.

Strømningssplitteinnretningen 18 omfatter en manifold i T-formet konfigurasjon som har et fluidinnløp og to motsatt rettede fluid-utløp. I manifolden er en strømningsdeleplate 23 innrettet for å splitte en innkommende fluidstrøm i to delstrømmer som er rettet inn i rørene 17, 19 og altså mot henholdsvis øvre og nedre tilførsels-kammer 6 og 7. 1 den illustrerte utførelsen er deleplaten 23 vridd 90° for å få til en avledning av en horisontal tilførselsfluidstrøm F til to motsatt rettede vertikale strømmer fl og f2.

Fordi, som i den illustrert utførelsen, pumpens eksterne kapsling kan være utelatt, har foreliggende oppfinnelse fordelen av å være en kompakt, ukomplisert og lettvekts pumpekonstruksjon. Flensene 12, 13 og 20 som sørger for tilførsels- og utløpskamre for to-skruepumpen 1, er fortrinnsvis tilvirket av korrosjonsbestandig metall og kan dessuten være belagt for forsterket motstand mot korrosjon og mot erosjon av innvendige overflater. Selv om det ikke er vist på de skjematiske tegningsfigurene, vil det typisk være tetningselementer i grensesnittene mellom motstående flensedeler og mellom flens og rotorforing, slik det kreves for å forhindre inntrenging av sjøvann eller for å forhindre utslipp av pumpet medium til sjøen. Flensene kan være sveiset til rotorforingen, men er fortrinnsvis innrettet slik at de kan demonteres for å tillate inspeksjon og vedlikehold.

Claims (14)

1. Innretning for en to-skruepumpe (1) som omfatter et par rotorer (2, 3) med motstående par av samvirkende skråtannhjul som er opplagret og drevet i rotasjon i et pumpekammer definert ved en rotorforing (4) forsynt med øvre og nedre innløpsåpninger (8, 9) til pumperotorene,karakterisert vedat hvert av øvre og nedre fluid-tilførselskammer er tilveiebrakt som en fluidpassasje (6, 7) som åpner sideveis i indre omkrets av en sentralt åpen ringformet flens (12, 13), der flensen kan kobles ved sin indre omkrets til rotorforing (4) i posisjon til å opprette direkte strømningskommunikasjon mellom fluidpassasjen (6, 7) og øvre eventuelt nedre innløpsåpninger (8, 9) til pumpekammeret.

2. Innretning i henhold til krav 1, idet fluidpassasjen (6, 7) er ringformet og innrettet til å munne ut kontinuerlig langs indre omkretsen i flensen.

3. Innretning i henhold til krav 1 eller 2, idet fluidpassasjen (6, 7) er ringformet og innrettet til å munne ut med mellomrom langs den indre omkretsen i flensen.

4. Innretning i henhold til hvilket som helst av kravene 1 til 3, idet fluidpassasjen (6, 7) er utformet med en avrundet tverrsnitt-profil.

5. Innretning i henhold til hvilket som helst foregående krav, idet den interne fluidtverrsnittet i fluidpassasjen (6, 7) endrer seg i retning av strømningen fra et fluidinnløp (10, 11) inn i fluidpassasjen .

6. Innretning i henhold til krav 5, idet fluidinnløpet (10, 11) inn i fluidpassasjen åpner seg henholdsvis i toppen eller i bunnen av fluidpassasjen.

7. Innretning i henhold til krav 6, idet en anordningen (18) for å splitte en tilførselsfluidstrøm i to motsatt rettede strømmer er innrettet i strømningskommunikasjon med innløpene (10, 11) til øvre og nedre flens (12, 13).

8. Innretning i henhold til hvilket som helst foregående krav, idet et fluidutløpskaromer er tilveiebrakt som en fluidpassasje (5) som åpner sideveis i den indre omkretsen av en sentralt åpen ringformet flens (20) som kan settes inn på rotorforingen (4) for direkte strømnings-kommunikasjon via flensens inneromkrets mellom fluidpassasjen (5) og en eller flere utløpsåpninger (21) gjennom veggen i rotorforingen (4).

9. Innretning i henhold til krav 8, idet strømningssplitte-innretningen (18) er festet på flensen (20) som utgjør nevnte utløpskammer (5).

10. Innretning i henhold til krav 9, idet strømningssplitte-innretningen (18) er integrert i flensen (20) som utgjør utløpskammeret (5).

11. Innretning i henhold til krav 9 eller krav 10, idet strømnings-splitteinnretningen (18) omfatter en manifold med et innløp for tilførselsfluid og to utløp i strømningskommunikasjon med øvre og nedre fluidtilførselskamre (6, 7), og i nevnte manifold en deleplate (23) innrettet til å ligge i strømningsretningen fra en oppstrøms ende som vender mot manifoldinnløpet til en nedstrøms ende som skiller de to manifoldutløpene.

12. Innretning i henhold til krav 11, idet deleplaten (23) forløper vridd mellom sin oppstrøms og nedstrøms ende.

13. Innretning i henhold til hvilket som helst foregående krav, idet fluidpassasjen (5, 6, 7) er utformet ved hjelp av en bearbeidings-prosess der en fjerner materiale fra ringformede flensdeler i topp og bunn (12a, 12b; 13a, 13b; 20a, 20b) som kan sammenkobles flate mot flate for å frembringe en fluidpassasje som er definert ved topp- og bunnflater som møtes under en radius (r) i en ytteromkrets av fluidpassasjen.

14. Innretning i henhold til krav 13, idet fluidpassasjen (5, 6, 7) er belagt innvendig med et korrosjonsbestandig materiale med lav friksjon.