NO338790B1

NO338790B1 - Method and system for regulating fluid

Info

Publication number: NO338790B1
Application number: NO20141416A
Authority: NO
Inventors: Tom Kjønigsen; Gaute Vestbøstad; Ole Petter Tomter
Original assignee: Vetco Gray Scandinavia As
Priority date: 2014-11-24
Filing date: 2014-11-24
Publication date: 2016-10-17
Also published as: WO2016083196A1; NO20141416A1

Description

Fremgangsmåte og system for regulering av fluid Procedure and system for regulating fluid

Oppfinnelsens område Field of the invention

Foreliggende oppfinnelse vedrører en fremgangsmåte og et system for regulering av fluid. The present invention relates to a method and a system for regulating fluid.

I et aspekt ved oppfinnelsen er det skapt en fremgangsmåte for regulering av trykkdifferanse over en tetning ved å redusere, øke, opprettholde eller holde konstant, trykket i et første volum av fluid i forhold til trykket i et andre volum av fluid som er atskilt fra det første volumet av fluid av tetningen. In one aspect of the invention, a method has been created for regulating the pressure difference across a seal by reducing, increasing, maintaining or keeping constant the pressure in a first volume of fluid relative to the pressure in a second volume of fluid that is separated from the first volume of fluid of the seal.

I et annet aspekt ved oppfinnelsen viser den til et tilsvarende system og dettes komponenter som tjener til å regulere en trykkdifferanse over en tetning som skiller et første volum av fluid fra et andre volum av fluid. In another aspect of the invention, it refers to a corresponding system and its components that serve to regulate a pressure difference across a seal that separates a first volume of fluid from a second volume of fluid.

Begge aspekter ved oppfinnelsen er nyttige i undersjøiske og landbaserte implementeringer for regulering av trykket i barrierefluid, smørefluid eller kjølefluid i roterende maskiner slik som pumper, kompressorer eller generator-oppstillinger. Both aspects of the invention are useful in underwater and land-based implementations for regulating the pressure in barrier fluid, lubricating fluid or cooling fluid in rotating machines such as pumps, compressors or generator sets.

En implementering av foreliggende oppfinnelse er regulering av barrierefluidtrykk under oppstart, normal drift og nedstenging av f.eks. en undersjøisk pumpe eller kompressor. Oppfinnelsen kan imidlertid også brukes i andre implementeringer så vel undersjøisk som på land. Fremgangsmåte og system ved foreliggende oppfinnelse kan for eksempel nyttes for motor/ generator- eller turbin/generator-sammenstillinger, eller annet roterende maskinutstyr, der det trengs et fluid med formål smøring, kjøling eller separering som er atskilt fra fluid prosessert av den roterende maskinen. An implementation of the present invention is regulation of barrier fluid pressure during start-up, normal operation and shutdown of e.g. a subsea pump or compressor. However, the invention can also be used in other implementations both underwater and on land. The method and system of the present invention can, for example, be used for motor/generator or turbine/generator assemblies, or other rotating machine equipment, where a fluid is needed for the purpose of lubrication, cooling or separation that is separated from fluid processed by the rotating machine.

Gruppen med tetninger som det blir henvist til i denne sammenhengen, omfatter men er ikke begrenset til, tetninger som er montert rundt roterende aksler (akseltetninger) eller tetninger rundt rør og kabler som går gjennom en vegg til f.eks. et apparathus eller container. Tetningene kan også inkludere tetning ved en gjennomføring eller åpning som tjener til kommunikasjon mellom to nabocontainere, og tetninger ved en åpning som gir kommunikasjon mellom et innkapslet rom og omgivelsen. The group of seals that is referred to in this context includes, but is not limited to, seals that are fitted around rotating shafts (shaft seals) or seals around pipes and cables that pass through a wall to e.g. an appliance house or container. The seals can also include sealing at a passage or opening that serves for communication between two neighboring containers, and seals at an opening that provides communication between an enclosed space and the environment.

Bakgrunn for oppfinnelsen og tidligere kjent teknikk Background to the invention and prior art

I pumper og kompressorer som blir brukt i undersjøiske implementeringer, slik som der en pumpe eller kompressor blir brukt til transport av brønnfluid eller f.eks. for injisering av vann inn i brønnhull eller hydrokarbonformasjoner, må trykket i et barrierefluid reguleres og holdes innenfor definerte grenser i forhold til trykket i prosessfluidet i pumpe eller kompressor, for å unngå at prosessfluid trenger inn i tetninger, lagre og motordeler. In pumps and compressors that are used in subsea implementations, such as where a pump or compressor is used to transport well fluid or e.g. for injecting water into wellbores or hydrocarbon formations, the pressure in a barrier fluid must be regulated and kept within defined limits in relation to the pressure in the process fluid in the pump or compressor, to avoid process fluid penetrating seals, bearings and engine parts.

Under oppstart av en undersjøisk pumpe eller kompressor til bruk for øking av trykket i prosessfluid, vil barrierefluidet som blir tilført pumpe- eller kompressormotor ekspandere på grunn av økende temperatur. Det ekspanderte volumet må kunne slippe ut på en regulert måte for å unngå for stort overtrykk i barrierefluidet relativt til pumpe- eller kompressortrykk til enhver tid. Under oppstart kan også trykket i prosessfluidet endre seg, avhengig av hvordan det brukes, og trykket i barrierefluidet må derfor justeres tilsvarende. F.eks. i en pumpe koblet til en undersjøisk brønn, dersom trykket på prosesssiden av tetningen er lik pumpens innløpstrykk, må barrierefluidsystemet redusere fluid for å redusere trykket i barrierefluidet og derved opprettholde en stabil trykkdifferanse over tetningen. During start-up of a subsea pump or compressor for use to increase the pressure in process fluid, the barrier fluid that is supplied to the pump or compressor motor will expand due to increasing temperature. The expanded volume must be able to escape in a regulated manner to avoid excessive overpressure in the barrier fluid relative to pump or compressor pressure at all times. During start-up, the pressure in the process fluid can also change, depending on how it is used, and the pressure in the barrier fluid must therefore be adjusted accordingly. E.g. in a pump connected to a subsea well, if the pressure on the process side of the seal is equal to the pump's inlet pressure, the barrier fluid system must reduce fluid to reduce the pressure in the barrier fluid and thereby maintain a stable pressure differential across the seal.

Under normale driftsbetingelser må barrierefluid bli tilført til pumpen eller kompressormotoren for å kompensere for lekkasje gjennom motor og akseltetninger, særlig når det gjelder lekkasje via akseltetningene på sugesiden av pumpe/kompressor, der trykkdifferansen er på sitt høyeste. Under nedkobling vil sugetrykket øke, og barrierefluid må tilføres til pumpen eller kompressormotoren for å opprettholde et overtrykk relativt til trykket i prosessfluidet på sugesiden av pumpen eller kompressoren. Etter nedkobling vil også temperaturen i barrierefluidet synke langsomt, og det må tilføres fluid til systemet for å opprettholde trykk-differansen til tross for fall i barrierefluidtemperaturen. Under normal operating conditions, barrier fluid must be supplied to the pump or compressor motor to compensate for leakage through the motor and shaft seals, particularly when it comes to leakage via the shaft seals on the suction side of the pump/compressor, where the pressure difference is at its highest. During shutdown, the suction pressure will increase, and barrier fluid must be supplied to the pump or compressor motor to maintain an overpressure relative to the pressure in the process fluid on the suction side of the pump or compressor. After disconnection, the temperature in the barrier fluid will also drop slowly, and fluid must be added to the system to maintain the pressure difference despite the drop in the barrier fluid temperature.

Driftsmodiene som er nevnt ovenfor gir en kort forklaring på de kritiske tilstandene som krever at barrierefluid og trykk blir regulert i en undersjøisk implementering av pumpe eller kompressor. Tilsvarende tilstander og driftskarakteristiska og krav kan imidlertid ventes også ved utførelser av pumpe eller kompressor på overflaten eller på land og i forbindelse med annet roterende maskineri, slik som i motor/generator- eller turbin/generator-sammenstillinger og andre roterende innretninger på land eller undersjøisk. The operating modes mentioned above provide a brief explanation of the critical conditions that require barrier fluid and pressure to be regulated in a subsea pump or compressor implementation. Corresponding conditions and operating characteristics and requirements can, however, also be expected for pump or compressor designs on the surface or on land and in connection with other rotating machinery, such as in motor/generator or turbine/generator assemblies and other rotating devices on land or underwater .

I tidligere tekniske løsninger er ulike konfigureringer av hydrauliske komponenter blitt brukt og testet, i de fleste tilfeller basert på trykk- og strømningsreguleringsventiler, med formål å regulere trykket i barrierefluidet under oppstart, normal drift og nedkobling av pumpen eller kompressoren. In previous technical solutions, various configurations of hydraulic components have been used and tested, in most cases based on pressure and flow control valves, with the aim of regulating the pressure in the barrier fluid during start-up, normal operation and shutdown of the pump or compressor.

Et reguleringssystem for barrierefluidtrykk i en undersjøisk motor- og pumpemodul er tidligere beskrevet i WO 2011/161517 Al. Trykkregulerte strømningsreguleringsventiler er innrettet i et tilførselssystem for barrierefluid, og blir aktivert som svar på detektert trykk i barrierefluidet på hver side av en strømningsbegrenser for å fylle på barrierefluid fra en trykksatt akkumulator til høytrykksiden. Om det kreves, som f.eks. i en oppstartsekvens, kan en avlastingsventil i en forbikoblingsledning reguleres slik at barrierefluid dumpes fra høytrykksiden til den siden av strømningsbegrenseren som har lavere trykk. A regulation system for barrier fluid pressure in a submarine engine and pump module has previously been described in WO 2011/161517 Al. Pressure controlled flow control valves are provided in a barrier fluid supply system, and are activated in response to detected pressure in the barrier fluid on either side of a flow restrictor to replenish barrier fluid from a pressurized accumulator to the high pressure side. If required, such as e.g. in a start-up sequence, a relief valve in a bypass line can be regulated so that barrier fluid is dumped from the high-pressure side to the lower-pressure side of the flow restrictor.

En fremgangsmåte for trykkregulering av barrierefluid i en pumpeinnretning er tidligere kjent fra US 2012/0027564 Al. I denne fremgangsmåten blir en trykkreduksjonsventil for trykkdifferansen over en tetning i pumpeinnretningen åpnet og en mateledning for barrierefluid blir koblet til en kilde for barrierefluid via den åpne ventilen, der trykket av barrierefluidet er høyere enn trykket i pumpemediet med en forhåndsbestemt verdi. A method for pressure regulation of barrier fluid in a pump device is previously known from US 2012/0027564 Al. In this method, a pressure reduction valve for the pressure difference across a seal in the pump device is opened and a supply line for barrier fluid is connected to a source for barrier fluid via the open valve, where the pressure of the barrier fluid is higher than the pressure in the pump medium by a predetermined value.

Driftserfaringer tyder imidlertid på at problemer med forurensing, korrosjon og erosjon ofte vil hemme driften av ventiler, og kan redusere pålitelighet og levetid for eldre systemer som er basert på ventiler for å regulere trykket i barrierefluid i innretninger for pumping eller trykkøking. However, operational experience suggests that problems with contamination, corrosion and erosion will often hamper the operation of valves, and can reduce the reliability and service life of older systems that rely on valves to regulate the pressure of barrier fluid in pumping or pressure boosting devices.

US 6,158,967 A beskriver en tetningssammenstilling for barrierefluid idet barrierefluidtrykk bil opprettholdt ved hjelp a en pumpe som opererer til å tilføre barrierefluid fra en lager av barrierefluid og dermed opprettholde en ønsket trykkdifferanse over tetninger. Tilførselen av barrierefluid fra barrierefluidlageret er ensrettet. US 6,158,967 A describes a seal assembly for barrier fluid in which barrier fluid pressure is maintained by means of a pump which operates to supply barrier fluid from a reservoir of barrier fluid and thus maintain a desired pressure difference across seals. The supply of barrier fluid from the barrier fluid reservoir is unidirectional.

WO 96/10707 Al beskriver et apparat for lekkasjeregulering av barrierefluid idet en tilførselsinnretning for barrierefluid omfatter en barrierefluidtank, en motordrevet pumpe og en tilbakeslagsventil. Tilførsel av barrierefluid fra tanken er ensrettet. WO 96/10707 Al describes an apparatus for leakage control of barrier fluid, in that a supply device for barrier fluid comprises a barrier fluid tank, a motor-driven pump and a non-return valve. Supply of barrier fluid from the tank is unidirectional.

US 5,769,427 A beskriver en tetningssammenstilling for en pakkboks der en barrierefluidkrets omfatter en trykkbeholder som inneholder et volum av barrierefluid som blir utsatt for trykket i pakkboksen, slik at det ikke forekommer noen vesentlig trykkdifferanse over tetningene. En pumpe er beskrevet for etterfylling av barrierefluid fra et reservoar via en enveis tilførselslinje som inneholder en tilbakeslagsventil . US 5,769,427 A describes a sealing assembly for a packing box where a barrier fluid circuit comprises a pressure container containing a volume of barrier fluid which is exposed to the pressure in the packing box, so that no significant pressure difference occurs across the seals. A pump is described for replenishing barrier fluid from a reservoir via a one-way supply line containing a check valve.

US 2011/050017 Al beskriver en «spylekrets» som tjener til å danne en gassbuffer mellom en motor og en pumperotor. Gassen blir gjenvunnet ved separering av et flerfasefluid prosessert av pumpen og ført til spylekretsen via en pumpe, en kompressor eller vifte, samt en tilbakeslagsventil i en ensrettet tilførselslinje. US 2011/050017 Al describes a "flushing circuit" which serves to form a gas buffer between a motor and a pump rotor. The gas is recovered by separating a multiphase fluid processed by the pump and fed to the purge circuit via a pump, a compressor or fan, as well as a non-return valve in a unidirectional supply line.

Så vidt patentsøkeren kjenner til, er alle opplistede og andre ikke opplistede tidligere barrierefluidsystemer slik at de har enveis tilførsel for etterfylling av barrierefluidkretsen uten mulighet for gjenvinning av trykket. As far as the patent applicant is aware, all listed and other unlisted previous barrier fluid systems are such that they have a one-way supply for refilling the barrier fluid circuit without the possibility of recovering the pressure.

Sammenfatning av oppfinnelsen Summary of the Invention

Et mål med foreliggende oppfinnelse er å fremskaffe en løsning som tar seg av problemene som er nevnt ovenfor og fører til øket pålitelighet og levetid for pumper, kompressorer eller andre roterende maskiner. An aim of the present invention is to provide a solution which takes care of the problems mentioned above and leads to increased reliability and lifetime for pumps, compressors or other rotating machines.

For å nå dette målet anviser foreliggende oppfinnelse en fremgangsmåte for regulering av en trykkdifferanse over minst én tetning ved å redusere, øke eller holde konstant trykket i et første volum av fluid, i forhold til trykket i et annet volum av fluid som er atskilt fra det første fluidvolumet ved den minst ene tetningen. In order to achieve this goal, the present invention provides a method for regulating a pressure difference across at least one seal by reducing, increasing or keeping constant the pressure in a first volume of fluid, in relation to the pressure in another volume of fluid that is separated from the first fluid volume at the at least one seal.

Fremgangsmåten omfatter som følger: The procedure includes as follows:

- detektering av trykket i det første fluidvolumet og i det andre fluidvolumet, - generering, i en styreenhet, av et motorstyresignal basert på detektert differanse i trykk mellom første og andre fluidvolum, og - drift av en hydraulisk forflytningsenhet som respons på nevnte styresignal for å regulere trykket i det første fluidvolumet ved å flytte fluid til eller fra det første fluidvolumet. Regulering av trykkdifferansen over tetningen omfatter regulering av rotasjonshastigheten og rotasjonsretningen av en hydraulisk forflytningsenhet som omfatter en toveis pumpe som regulerer strømmen av fluid til og fra det første fluidvolumet. - detection of the pressure in the first fluid volume and in the second fluid volume, - generation, in a control unit, of a motor control signal based on the detected difference in pressure between the first and second fluid volumes, and - operation of a hydraulic displacement unit in response to said control signal in order to regulating the pressure in the first fluid volume by moving fluid to or from the first fluid volume. Regulation of the pressure difference across the seal comprises regulation of the rotational speed and direction of rotation of a hydraulic displacement unit comprising a two-way pump which regulates the flow of fluid to and from the first fluid volume.

I en implementering med pumpe eller kompressor er det første fluidvolumet barrierefluid som blir tilført til en akseltetning i en motor/pumpe-sammenstilling eller i en motor/ kompressor-sammenstilling, og det andre fluidvolumet er prosessfluid på sugesiden eller utløpssiden av pumpen eller kompressoren. In a pump or compressor implementation, the first fluid volume is barrier fluid that is supplied to a shaft seal in a motor/pump assembly or in a motor/compressor assembly, and the second fluid volume is process fluid on the suction or discharge side of the pump or compressor.

I denne sammenhengen omfatter det første fluidvolumet et fluid som virker som en barriere (barrierefluid) for å hindre at prosessfluid fra en pumpe eller et kompressorkammer trenger inn i et motorrom, et koblingskammer, tetninger og lagre osv., eller at smørefluid trenger inn fra roterende deler i roterende maskiner slik som pumper eller kompressorer, eller at fluid for kjøleformål (kjølefluid) trenger inn. Aktuelt prosessfluid er typisk olje, gass, vann eller blandinger av disse. In this context, the first fluid volume comprises a fluid that acts as a barrier (barrier fluid) to prevent process fluid from a pump or compressor chamber from entering an engine compartment, a clutch chamber, seals and bearings, etc., or lubricating fluid from rotating parts in rotating machines such as pumps or compressors, or that fluid for cooling purposes (cooling fluid) penetrates. Current process fluid is typically oil, gas, water or mixtures of these.

I noen utførelser av oppfinnelsen, slik som i en pumpe eller kompressorimplementering, vil det å regulere trykkdifferansen over tetningen vanligvis bety å opprettholde et høyere trykk i det første fluidvolumet enn i det andre fluidvolumet. En utførelse forutsetter at trykkdifferansen mellom første og andre fluidvolum blir holdt konstant. In some embodiments of the invention, such as in a pump or compressor implementation, regulating the pressure differential across the seal will usually mean maintaining a higher pressure in the first fluid volume than in the second fluid volume. One embodiment assumes that the pressure difference between the first and second fluid volumes is kept constant.

I den ovennevnte foretrukne utførelsen blir et motorstyresignal levert av styreenheten til en frekvensomformer (VSD - Variable Speed Drive) som styrer en elektromotor som er drivmessig koblet til toveispumpen. In the above-mentioned preferred embodiment, a motor control signal is supplied by the control unit to a frequency converter (VSD - Variable Speed Drive) which controls an electric motor which is drive-wise connected to the two-way pump.

Styresignalet til motoren kan være satt sammen som et firekvadrants motorstyresignal for en elektromotor som arbeider i fire kvadranter. I denne utførelsen kan elektrisk kraft gjenvinnes fra firekvadrant-motoren når den kjører som generator i bremsemodus. The control signal for the motor can be composed as a four-quadrant motor control signal for an electric motor working in four quadrants. In this embodiment, electrical power can be recovered from the four-quadrant motor when running as a generator in brake mode.

Analogt med dette blir målet også oppnådd med et reguleringssystem for fluidtrykk som regulerer trykkdifferansen over Analogous to this, the goal is also achieved with a regulation system for fluid pressure that regulates the pressure difference above

minst én tetning ved å senke, øke eller holde konstant trykket i et første fluidvolum i forhold til trykket i et andre fluidvolum som er adskilt fra det første fluidvolumet med den minst ene tetningen. Systemet omfatter som følger: at least one seal by lowering, increasing or keeping constant the pressure in a first fluid volume in relation to the pressure in a second fluid volume which is separated from the first fluid volume by the at least one seal. The system includes the following:

- trykksensorer innrettet for avlesing av trykket i det første fluidvolumet og i det andre fluidvolumet, - en styreenhet innrettet til å generere et motorstyresignal basert på detektert trykkdifferanse mellom det første og det andre fluidvolumet, og - en hydraulisk forflytningsenhet som responderer på motorstyresignalet for å regulere trykket i det første fluidvolumet ved å flytte fluid til eller fra det første fluidvolumet, idet den hydrauliske forflytningsenheten omfatter en toveis pumpe som også kan drives som en hydraulisk motor. - pressure sensors arranged for reading the pressure in the first fluid volume and in the second fluid volume, - a control unit arranged to generate a motor control signal based on detected pressure difference between the first and the second fluid volume, and - a hydraulic displacement unit that responds to the motor control signal to regulate the pressure in the first fluid volume by moving fluid to or from the first fluid volume, the hydraulic displacement unit comprising a two-way pump which can also be operated as a hydraulic motor.

I en pumpe- eller kompressorutførelse er minst én trykksensor innrettet for avlesing av trykk i barrierefluid tilført til en akseltetning i en motor/pumpe- eller i en motor/kompressor-sammenstilling, og minst én trykksensor er innrettet for avlesing av trykk i prosessfluid på sugesiden eller utløps-siden av pumpen eller kompressoren. In a pump or compressor design, at least one pressure sensor is arranged for reading pressure in barrier fluid supplied to a shaft seal in a motor/pump or in a motor/compressor assembly, and at least one pressure sensor is arranged for reading pressure in process fluid on the suction side or the discharge side of the pump or compressor.

I følge oppfinnelsen omfatter den hydrauliske According to the invention, it includes hydraulic

forflytningsenheten en toveis pumpe som også kan drives som en hydraulisk motor. Pumpen kan med andre ord bli drevet av en motor for forflytning av hydraulikkfluid fra et fluidlager med lavere trykk til et mottaksfluidvolum som skal opprettholde et relativt høyere trykk. I en omvendt driftsmodus kan pumpen være drevet av hydraulikkfluid som går fra siden med høyt trykk til siden med lavere trykk mens den driver motoren som arbeid eller energi kan gjenvinnes fra. the displacement unit is a two-way pump that can also be operated as a hydraulic motor. In other words, the pump can be driven by a motor for moving hydraulic fluid from a fluid reservoir with a lower pressure to a receiving fluid volume which must maintain a relatively higher pressure. In a reverse mode of operation, the pump may be driven by hydraulic fluid passing from the high pressure side to the lower pressure side while driving the motor from which work or energy can be recovered.

Den toveis pumpen er drivmessig koblet til en elektromotor som blir regulert av styreenheten via en VSD. Elektromotoren kan med fordel også kjøre som en generator og derved levere elektrisk kraft i omvendt driftsmodus. I en slik utførelse er motoren som driver toveispumpen med fordel en elektromotor som opererer i fire kvadranter. I bremsemodus kan da firekvadrant-motoren kjøre som en elektrisk kraftgenerator. The two-way pump is drive-wise connected to an electric motor which is regulated by the control unit via a VSD. The electric motor can advantageously also run as a generator and thereby deliver electrical power in the reverse operating mode. In such an embodiment, the motor that drives the two-way pump is advantageously an electric motor that operates in four quadrants. In brake mode, the four-quadrant motor can then run as an electric power generator.

Reguleringssystemet for fluidtrykk omfatter et rørarrangement som på den ene siden setter den hydrauliske forflytningsenheten i strømningskommunikasjon med det trykkregulerte fluidvolumet på ene siden, og på den andre siden med en container med et fluidlager. I en undersjøisk utførelse kan fluidlageret bli holdt på et trykk som noenlunde svarer til trykket i sjøvannet på utsiden av containeren. The fluid pressure regulation system comprises a pipe arrangement which, on one side, puts the hydraulic displacement unit in flow communication with the pressure-regulated fluid volume on the one side, and on the other side with a container with a fluid storage. In an underwater design, the fluid reservoir can be kept at a pressure that roughly corresponds to the pressure in the seawater on the outside of the container.

Alternativt kan den hydrauliske forflytningsenheten være innrettet i strømningskommunikasjon med det trykkregulerte fluidvolumet og med en akkumulator som inneholder fluid tilført fra en ekstern kilde. Alternatively, the hydraulic displacement unit may be arranged in flow communication with the pressure-regulated fluid volume and with an accumulator containing fluid supplied from an external source.

I én utførelse er pumpen og elektromotoren, eller i tilfelle motor/generatoren, plassert i separate containere og drivmessig koblet sammen via en magnetisk kobling. In one embodiment, the pump and the electric motor, or in the case of the motor/generator, are placed in separate containers and driven together via a magnetic coupling.

I utførelser av oppfinnelsen kan det være innrettet et dreneringsutløp i den hydrauliske forflytningsenheten som fører inn i containeren som huser den hydrauliske forflytningsenheten, idet containeren blir drenert via tilbakeslagsventiler til en fluidledning som er koblet til den hydrauliske forflytningsenheten. In embodiments of the invention, a drainage outlet can be arranged in the hydraulic transfer unit that leads into the container that houses the hydraulic transfer unit, the container being drained via non-return valves to a fluid line which is connected to the hydraulic transfer unit.

Kort beskrivelse av tegningsfigurene Brief description of the drawing figures

Oppfinnelsen vil bli nærmere forklart nedenfor med henvisning til de vedlagte tegningsfigurene, som skjematisk illustrerer utførelser av oppfinnelsen ved hjelp av eksempler. Tegningene viser som følger: The invention will be explained in more detail below with reference to the attached drawings, which schematically illustrate embodiments of the invention by means of examples. The drawings show as follows:

Figur 1 viser en utførelse av reguleringssystemet for fluidtrykk i en motor/pumpe-sammenstilling eller en motor/ kompressor-sammenstiIling, Figur 2 viser en installasjon av en hydraulisk forflytningsenhet i en fluidfylt container eller beholder, Figur 3 viser en installasjon av pumpen og en motor i en felles fluidfylt container, Figur 4 viser en alternativ installasjon av pumpe og motor i separate containere eller beholdere, Figur 5 viser et oppsett for et reguleringssystem for fluidtrykk for elektrisk redundans, og Figur 6 viser et oppsett for et reguleringssystem for forbedret redundans. Figure 1 shows an embodiment of the regulation system for fluid pressure in a motor/pump assembly or a motor/compressor assembly, Figure 2 shows an installation of a hydraulic transfer unit in a fluid-filled container or container, Figure 3 shows an installation of the pump and a motor in a common fluid-filled container, Figure 4 shows an alternative installation of pump and motor in separate containers or containers, Figure 5 shows a setup for a fluid pressure regulation system for electrical redundancy, and Figure 6 shows a setup for a regulation system for improved redundancy.

Detaljert beskrivelse av foretrukne utførelser Detailed description of preferred designs

Figur 1 illustrerer skjematisk en pumpe eller kompressor 1 som er drivmessig koblet til en motor 2 via en drivaksel 3. Pumpe/kompressor 1 blir drevet av motoren for å akselerere strømmen eller for å øke trykket i et prosessfluid PF som kommer inn i et pumpe/kompressor-kammer 4 via et pumpe/ kompressor-innløp 5 med en første strøm eller trykk, på sugesiden av pumpe/kompressor 1. På trykksiden av pumpe/ kompressor 1 har prosessfluidet utløp via et pumpe/kompressor-utløp 6 med en andre strøm eller trykk, som overstiger strømmen/trykket på sugesiden av pumpen eller kompressoren 1. Motoren 2 er installert i et hus 7 som får tilført barrierefluid BF fra en fluidcontainer 8, via til førselsledning 9 for barrierefluid. Barrierefluidet i motorhuset blir holdt på et Figure 1 schematically illustrates a pump or compressor 1 which is drive-wise connected to a motor 2 via a drive shaft 3. Pump/compressor 1 is driven by the motor to accelerate the flow or to increase the pressure in a process fluid PF that enters a pump/ compressor chamber 4 via a pump/compressor inlet 5 with a first flow or pressure, on the suction side of pump/compressor 1. On the pressure side of pump/compressor 1, the process fluid has an outlet via a pump/compressor outlet 6 with a second flow or pressure, which exceeds the flow/pressure on the suction side of the pump or compressor 1. The motor 2 is installed in a housing 7 which is supplied with barrier fluid BF from a fluid container 8, via supply line 9 for barrier fluid. The barrier fluid in the engine housing is maintained at a

trykk som er høyere enn det interne trykket i prosessfluidet i pumpe/kompressorkammeret 4 for å unngå at prosessfluid trenger inn i motorhuset via akseltetning(er) 10, som er tettsluttende om drivakselen 3. Trykket i barrierefluidet kan, avhengig av pressure that is higher than the internal pressure of the process fluid in the pump/compressor chamber 4 in order to prevent process fluid from entering the motor housing via the shaft seal(s) 10, which is tightly sealed around the drive shaft 3. The pressure in the barrier fluid may, depending on

den aktuelle anvendelsen og typen av tetning, også være lavere enn det interne trykket i prosessfluidet i pumpe/kompressor-kammeret 4. Som følge av trykkdifferansen over tetningen eller tetningene 10, vil barrierefluid unnslippe eller lekke via grensesnittet mellom de to overflatene i tetningen. Det er et generelt mål å minimalisere en uunngåelig lekkasjestrøm ved akseltetning(er) 10, uten å risikere inntrenging av prosessfluid i motorhuset. For å nå dette målet er det nødvendig å overvåke og opprettholde trykkdifferansen over tetningene til enhver tid. Fordi det under overgang mellom ulike driftsmodi kan oppstå plutselige endringer i trykket, slik som under oppstart eller nedstenging, må et system for regulering av barrierefluidet kunne reagere hurtig og nøyaktig. the application in question and the type of seal, also be lower than the internal pressure of the process fluid in the pump/compressor chamber 4. As a result of the pressure difference across the seal or seals 10, barrier fluid will escape or leak via the interface between the two surfaces of the seal. It is a general aim to minimize an unavoidable leakage current at the shaft seal(s) 10, without risking ingress of process fluid into the motor housing. To achieve this goal, it is necessary to monitor and maintain the pressure differential across the seals at all times. Because sudden changes in pressure can occur during transitions between different operating modes, such as during start-up or shutdown, a system for regulating the barrier fluid must be able to react quickly and accurately.

For at et reguleringssystem for barrierefluid skal kunne reagere i henhold til variasjoner i trykket i prosessfluidet, blir trykket i prosessfluidet og i barrierefluidet overvåket av trykksensorer. Avlesningene fra trykksensorene blir behandlet i en styreenhet som genererer den korrekte kommandoen for å regulere barrierefluidet som respons på variasjoner i trykket i prosess fluidet. Reguleringen av barrierefluidet blir utført på en måte som vil bli forklart i detalj nedenfor. In order for a regulation system for barrier fluid to be able to react according to variations in the pressure in the process fluid, the pressure in the process fluid and in the barrier fluid is monitored by pressure sensors. The readings from the pressure sensors are processed in a control unit that generates the correct command to regulate the barrier fluid in response to variations in the pressure in the process fluid. The regulation of the barrier fluid is carried out in a manner which will be explained in detail below.

I den utførelsen av et reguleringssystem for barrierefluid som er implementert i motor/pumpe-sammenstillingen eller motor/ kompressor-sammenstillingen 1 på figur 1, er det innrettet trykksensorer 12 og 13 for å registrere trykkendringer i prosessfluidet, henholdsvis i barrierefluidet. Avlesningene av trykksensorene 12 og 13 blir sendt til en styreenhet 14 for prosessering i henhold til styrelogikk installert i styreenheten 14. Trykksensorene 12 og 13 kan være utført som sensorer for trykkdifferanse og rapporterer trykkdifferanse-verdier til styreenheten 14. Alternativt kan styreenheten være innrettet til å beregne en trykkdifferanse basert på avlesningene fra trykksensorene 12, 13. In the embodiment of a regulation system for barrier fluid which is implemented in the motor/pump assembly or motor/compressor assembly 1 in Figure 1, pressure sensors 12 and 13 are arranged to register pressure changes in the process fluid, respectively in the barrier fluid. The readings of the pressure sensors 12 and 13 are sent to a control unit 14 for processing according to control logic installed in the control unit 14. The pressure sensors 12 and 13 can be designed as sensors for pressure difference and report pressure difference values to the control unit 14. Alternatively, the control unit can be arranged to calculate a pressure difference based on the readings from the pressure sensors 12, 13.

Trykksensorer som passer til dette formålet er f.eks. kapasitive transdusere eller piezoelektriske sensorer som leverer et utsignal i området 4 til 20 mA. Pressure sensors suitable for this purpose are e.g. capacitive transducers or piezoelectric sensors that deliver an output signal in the range of 4 to 20 mA.

Styreenheten 14 kan være en innretning som er integrert i reguleringssystemet for pumpen eller kompressoren, eller en selvstendig programmerbar logisk styreenhet (Programmable Logic Controller - PLC). Grunnleggende funksjoner i styreenheten omfatter: avlesning av signalene fra trykksensorene, omdanning av signaler til trykkavlesninger, sammenligning av de omdannede trykkavlesningene (og om nødvendig utløsning av en alarm), beregning av sant trykk (middelverdi), beregning av en referanse for barrierefluid-pumpehastigheten (f.eks. ved hjelp av en PID-algoritme), og generering av referansesignal for rotasjonshastighet og rotasj onsretning. The control unit 14 can be a device that is integrated into the regulation system for the pump or compressor, or an independently programmable logic control unit (Programmable Logic Controller - PLC). Basic functions of the control unit include: reading the signals from the pressure sensors, converting signals into pressure readings, comparing the converted pressure readings (and if necessary triggering an alarm), calculating the true pressure (average value), calculating a reference for the barrier fluid pumping speed ( eg using a PID algorithm), and generating a reference signal for rotational speed and rotational direction.

I undersjøisk implementering kan styreenheten 14 være innrettet til å kommunisere med en operatørstasjon på overflaten, og den vil kreve tilførsel av elektrisk kraft fra en avbruddsfri kraftforsyning (UPS). In a subsea implementation, the control unit 14 may be arranged to communicate with an operator station on the surface, and it will require the supply of electrical power from an uninterruptible power supply (UPS).

Basert på avlesninger fra trykksensorene 12 og 13, dvs. basert på detektert eller beregnet trykkdifferanse over tetningen eller tetningene 10, vil styreenheten 14 dermed generere en kommando med forespørsel om kjøring av en motor 15 som driver en pumpe 16 som er installert på tilførselsledning 9 for barrierefluid. Kommandoen som blir generert i styreenheten 14 er et motorstyresignal som styrer driften av en elektromotor 15 via en frekvensomformer (VSD) 17 som driver motoren 15. Pumpen 16 er en toveispumpe som kan drives i en første eller foroverretning for å øke trykket i barrierefluid i motorhuset 7 ved å tilføre barrierefluid fra fluidbeholderen 8, eller i en andre eller bakoverretning for å redusere barrierefluid-trykket i motorhuset 7 ved å dumpe barrierefluid til fluidcontainer 8. Based on readings from the pressure sensors 12 and 13, i.e. based on the detected or calculated pressure difference across the seal or seals 10, the control unit 14 will thus generate a command requesting the operation of a motor 15 which drives a pump 16 which is installed on the supply line 9 for barrier fluid. The command that is generated in the control unit 14 is a motor control signal that controls the operation of an electric motor 15 via a frequency converter (VSD) 17 that drives the motor 15. The pump 16 is a two-way pump that can be driven in a first or forward direction to increase the pressure in the barrier fluid in the motor housing 7 by supplying barrier fluid from the fluid container 8, or in a second or backward direction to reduce the barrier fluid pressure in the engine housing 7 by dumping barrier fluid into fluid container 8.

Fluidcontainer 8 kan være en tank med et trykk lik omgivelses-trykket, dvs. lik trykket i havvannet i en undersjøisk anvendelse, eller den kan være en akkumulatorbank. Fluidcontaineren 8 kan være utstyrt med en fluidnivåsensor 18 som kommuniserer med styreenheten 14. Fluid container 8 can be a tank with a pressure equal to the ambient pressure, i.e. equal to the pressure in the seawater in an underwater application, or it can be an accumulator bank. The fluid container 8 can be equipped with a fluid level sensor 18 which communicates with the control unit 14.

Rotasjonsretning og rotasjonshastighet for pumpen 16 og motoren 15 blir styrt av styreenheten 14 via VSD 17 og bestemt av innholdet i motorstyresignalet som blir generert i styreenheten og er basert på avlesninger fra trykksensorene. Motor/pumpe-sammenstilling 15, 16 kan dermed bli styrt fra styreenheten 14 via VSD 17 for å opprettholde en ønsket trykkdifferanse mellom barrierefluidet på den ene siden av tetningen(e) 10, og prosessfluidet på den andre siden av tetningen(e) 10, ved å overføre fluid mellom fluidcontainer 8 og motorhuset 7 etter behov. Direction of rotation and speed of rotation of the pump 16 and the motor 15 are controlled by the control unit 14 via the VSD 17 and determined by the content of the motor control signal which is generated in the control unit and is based on readings from the pressure sensors. Motor/pump assembly 15, 16 can thus be controlled from control unit 14 via VSD 17 to maintain a desired pressure difference between the barrier fluid on one side of the seal(s) 10, and the process fluid on the other side of the seal(s) 10, by transferring fluid between fluid container 8 and engine housing 7 as needed.

I videre forstand er motor- og pumpesammenstillingen 15, 16 en hydraulisk forflytningsenhet som fortrinnsvis kan tjene enten som en pumpe når den drives av motoren 15 for å øke trykket i barrierefluidet i motorhuset 7, eller som en motor når den drives av en returstrøm ved utslipp av barrierefluid fra motorhuset 7 til fluidcontaineren 8 under avlasting av barrierefluidtrykk. Pumpetyper som egner seg for drift i en hydraulisk forflytningsenhet i reguleringssystemet for barrierefluid, er f.eks. tannhjulspumper eller aksialstempel-pumper eller radialstempelpumper. Pumpene må være konstruert for fullt systemtrykk på begge pumpeåpninger A og B (se figur 1) • In a broader sense, the motor and pump assembly 15, 16 is a hydraulic displacement unit which can preferably serve either as a pump when driven by the motor 15 to increase the pressure in the barrier fluid in the motor housing 7, or as a motor when driven by a return flow upon discharge of barrier fluid from the engine housing 7 to the fluid container 8 during relief of barrier fluid pressure. Pump types that are suitable for operation in a hydraulic transfer unit in the regulation system for barrier fluid are, for example, gear pumps or axial piston pumps or radial piston pumps. The pumps must be designed for full system pressure on both pump openings A and B (see figure 1) •

For å ha fordel av arbeid og energi som blir produsert i pumpen 16 under kjøring i reversmodus, dvs. når pumpen virker som en motor, drevet av returstrøm av barrierefluid, kan pumpen/motoren med fordel være innrettet for å kjøre også som en generator. For dette formålet kan en firekvadrantmotor til å drive pumpen 16 velges. I bremsemodus virker firekvadrant-motoren som en generator som leverer elektrisk kraft til reguleringssystemet for barrierefluid eller til kraftfor- brukere eller batterier som finnes i systemet. I denne utførelsen er VSD 17 og styreenheten 14 tilsvarende innrettet med styrelogikk og elektronikk tilpasset for generering av motorstyresignaler som får motoren til å veksle mellom de fire driftsmodiene/kvadrantene. In order to take advantage of work and energy that is produced in the pump 16 while running in reverse mode, i.e. when the pump acts as a motor, driven by the return flow of barrier fluid, the pump/motor can advantageously be arranged to also run as a generator. For this purpose, a four-quadrant motor to drive the pump 16 may be selected. In brake mode, the four-quadrant motor acts as a generator that supplies electrical power to the barrier fluid control system or to power consumers or batteries found in the system. In this embodiment, the VSD 17 and the control unit 14 are similarly equipped with control logic and electronics adapted for the generation of motor control signals which cause the motor to alternate between the four operating modes/quadrants.

Ulike typer av børsteløse motorer kan komme i betraktning for bruk som pumpemotor i denne sammenhengen. Passende motor-alternativer er trefase induksjonsmotorer med kortslutnings-rotorviklinger, eller trefasemotorer med permanentmagnetrotor. Det første, foretrukne alternativet kan være en trefase kortslutningsinduksjonsmotor som har en enkel og robust konstruksjon som kan konstrueres for kjøring nedsenket i fluid. Different types of brushless motors can be considered for use as a pump motor in this context. Suitable motor options are three-phase induction motors with short-circuit rotor windings, or three-phase motors with permanent magnet rotors. The first, preferred option may be a three-phase short-circuit induction motor which has a simple and robust construction which can be designed for running immersed in fluid.

Som VSD 17 kan et standard firekvadrantdrev med motstandslast brukes. Firekvadrantdrevet kreves for at motoren 15 kan drives enten som en motor eller som en generator, avhengig av strømningsretningen i barrierefluidet og av trykkdifferanse-forhold. VSD mottar et referansesignal for rotasjonshastighet fra styreenheten 14 og leverer kraft i form av trefase strøm med variabel frekvens til motoren som driver pumpen med variabel hastighet i begge rotasjonsretninger. As the VSD 17, a standard four-quadrant drive with resistive load can be used. The four-quadrant drive is required so that the motor 15 can be operated either as a motor or as a generator, depending on the direction of flow in the barrier fluid and on pressure difference conditions. The VSD receives a reference signal for rotation speed from the control unit 14 and supplies power in the form of three-phase current with variable frequency to the motor which drives the pump with variable speed in both directions of rotation.

Kraft fra motor/generator 15 til VSD kan bli sendt tilbake til nettet eller til en UPS-batteribank på overflaten. Alternativt kan gjenvunnet energi forbrukes i en lokal undersjøisk motstandsbank, eller gjenvunnet energi kan tilføres en lokal undersjøisk UPS. Power from engine/generator 15 to the VSD can be sent back to the grid or to a UPS battery bank on the surface. Alternatively, recovered energy can be consumed in a local subsea resistance bank, or recovered energy can be supplied to a local subsea UPS.

En kontaktorkrets kan alternativt bli brukt i stedet for VSD 17. Dette er imidlertid en mindre foretrukket konstruksjon, fordi motoren da vil kjøre med full hastighet i korte tids-intervaller, noe som er mindre fordelaktig når det gjelder slitasje og forventet levetid for motor og pumpe. Videre ville firekvadrantmotor-drevet da være vanskeligere å styre via kontaktorkretsen, spesielt når det brukes en kortslutnings-motor. Alternatively, a contactor circuit can be used instead of the VSD 17. However, this is a less preferred design, because the motor will then run at full speed for short time intervals, which is less beneficial in terms of wear and life expectancy for the motor and pump . Furthermore, the four-quadrant motor drive would then be more difficult to control via the contactor circuit, especially when a short-circuit motor is used.

Det presiseres videre at barrierefluidsystemet på figur 1 kan omfatte en konnektor 19 for etterfylling av barrierefluidsystemet fra et eksternt fluidlager. It is further specified that the barrier fluid system in Figure 1 can comprise a connector 19 for refilling the barrier fluid system from an external fluid reservoir.

Selv om oppfinnelsen hittil er forklart med henvisning til en sammenstilling med motor og pumpe eller kompressor, må en være klar over at reguleringssystemet for barrierefluid som omfatter den hydrauliske forflytningsenheten 15, 16, styreenheten 14 og trykksensorer 12, 13, kan bli brukt i andre installasjoner og i forbindelse med andre roterende maskiner, idet en trykkdifferanse er påkrevd over en tetning som skiller fluider i den roterende maskinen. På mer generell måte kan barrierefluidet i motorhuset 7 anses som et første volum av fluid tilført til én side av minst én tetning 10 som skiller det første fluidet fra et andre volum av fluid representert ved prosess fluidet i pumpekammeret 4 på motstående side av den minst ene tetningen. Although the invention has so far been explained with reference to an assembly with a motor and pump or compressor, one must be aware that the regulation system for barrier fluid, which includes the hydraulic displacement unit 15, 16, the control unit 14 and pressure sensors 12, 13, can be used in other installations and in connection with other rotating machines, a pressure difference being required across a seal that separates fluids in the rotating machine. In a more general way, the barrier fluid in the motor housing 7 can be considered as a first volume of fluid supplied to one side of at least one seal 10 which separates the first fluid from a second volume of fluid represented by the process fluid in the pump chamber 4 on the opposite side of the at least one the seal.

I denne sammenhengen skal det forstås at det første fluidvolumet omfatter ikke bare fluid tilført til innsiden av motorhuset i alminnelighet, men også fluid som fyller andre strukturer i motorhuset, slik som koblingskammer, tetnings-bokser, lagre og lager- eller smøringsbokser osv., i tillegg til andre gjennomløp eller kanaler i motor og motorhusstruktur som står i forbindelse med barrierefluid containeren via den hydrauliske forflytningsenheten 15, 16. In this context, it should be understood that the first fluid volume includes not only fluid supplied to the inside of the motor housing in general, but also fluid that fills other structures in the motor housing, such as clutch chambers, sealing boxes, bearings and bearing or lubrication boxes, etc., in in addition to other passages or channels in the engine and engine housing structure that are connected to the barrier fluid container via the hydraulic transfer unit 15, 16.

I denne forbindelse presiseres det også at antall og plassering av trykksensorer 12, 13 kan være forskjellig fra plassering og antall som er vist på den skjematiske tegningen på figur 1. In this connection, it is also specified that the number and location of pressure sensors 12, 13 may be different from the location and number shown in the schematic drawing in Figure 1.

Det presiseres videre at antall og plassering av tetninger 10 på figur 1 kun er for å illustrere. Reguleringssystemet for barrierefluid kan være implementert til å generere, gjenopp-rette og vedlikeholde en trykkdifferanse over akseltetninger på andre steder i roterende maskiner eller over andre typer av tetninger i et motorhus, et koblingskammer, en pumpe- eller kompressorhus, eller i et generator- eller turbinhus, osv., når som helst en trykkdifferanse over en tetning som skiller fluider er påkrevet. It is further specified that the number and location of seals 10 in Figure 1 is for illustrative purposes only. The barrier fluid control system may be implemented to generate, restore and maintain a pressure differential across shaft seals elsewhere in rotating machinery or across other types of seals in an engine housing, a clutch chamber, a pump or compressor housing, or in a generator or turbine casing, etc., whenever a pressure differential across a seal separating fluids is required.

Igjen skal det presiseres at selv om barrierefluid er i utstrakt bruk i beskrivelsen av utførelser, skal uttrykket forstås i et videre perspektiv til å inkludere et fluid som, alternativt eller i kombinasjon, kan funksjonere også for det formål å smøre og/eller avkjøle. Barrierefluidet kan være Again, it must be specified that even though barrier fluid is widely used in the description of designs, the expression must be understood in a wider perspective to include a fluid which, alternatively or in combination, can also function for the purpose of lubrication and/or cooling. The barrier fluid can be

væske eller gass, og kan eventuelt ha dielektriske egenskaper. liquid or gas, and may possibly have dielectric properties.

Figur 2 illustrerer arrangement av en hydraulisk forflytningsenhet som omfatter en barrierefluidpumpe 16 i en trykkbeholder eller trykkompensert beholder 20 som er fylt med barrierefluid. Inne i den hydrauliske forflytningsenheten vil fluid lekke fra områder med høyt trykk til områder med lavt trykk. Fluidlekkasjen må fjernes, fordi trykkøking inne i pumpehuset ellers risikerer å skade akseltetningene i den hydrauliske forflytningsenheten. Vanligvis blir dette lekkasjefluidet sendt til en dreneringsutløp som er koblet til en tank, eller alternativt er dreneringsutløpet koblet til pumpens eller kompressorens sugeside. I utførelsen på figur 2 er drenerings-utløpet åpent til innsiden av beholderen 20 og tillater lekkasjefluid 21 inn i det fluidfylte indre av beholderen. Differensialtrykk over akseltetninger og kapslingsvegger vil da være lik null. Overskytende fluid inne i beholderen 20 kan unnslippe til den siden som har lavest trykk i hydraulikk-enheten, via enveisventiler 22 og 23. Figure 2 illustrates the arrangement of a hydraulic displacement unit comprising a barrier fluid pump 16 in a pressure vessel or pressure-compensated vessel 20 which is filled with barrier fluid. Inside the hydraulic displacement unit, fluid will leak from areas of high pressure to areas of low pressure. The fluid leak must be removed, because an increase in pressure inside the pump housing otherwise risks damaging the shaft seals in the hydraulic displacement unit. Usually this leaking fluid is sent to a drain outlet which is connected to a tank, or alternatively the drain outlet is connected to the suction side of the pump or compressor. In the embodiment in Figure 2, the drainage outlet is open to the inside of the container 20 and allows leakage fluid 21 into the fluid-filled interior of the container. Differential pressure across shaft seals and casing walls will then be equal to zero. Excess fluid inside the container 20 can escape to the side with the lowest pressure in the hydraulic unit, via one-way valves 22 and 23.

Det foretrekkes at elektroniske komponenter i Reguleringssystemet for barrierefluid, som omfatter styreenheten 14, VSD 17 og elektromotor 15, er plassert inne i en atmosfærisk beholder fylt med nitrogen. Motoren 15 kan imidlertid som alternativ være installert i en trykksatt, fluidfylt omgivelse. It is preferred that electronic components in the Regulation system for barrier fluid, which comprise the control unit 14, VSD 17 and electric motor 15, are placed inside an atmospheric container filled with nitrogen. However, the motor 15 can alternatively be installed in a pressurized, fluid-filled environment.

Figur 3 illustrerer et arrangement der elektronikkomponentene 14 og 17 er installert under atmosfæriske betingelser i en container 24, mens motoren 15 og pumpen 16 deler en felles fluidfylt beholder 20. Figure 3 illustrates an arrangement where the electronic components 14 and 17 are installed under atmospheric conditions in a container 24, while the motor 15 and the pump 16 share a common fluid-filled container 20.

Figur 4 illustrerer arrangementet med barrierefluidpumpe 16 i beholderen 20 fylt med barrierefluid, samtidig som de elektroniske komponentene inkludert styreenheten 14, VSD 17 og elektromotoren 15 er installert i en atmosfærisk container 24. Motoren 15 og pumpen 16 er drivmessig forbundet via en magnetisk kobling 25 som er installert på en drivaksel 26 mellom motor og pumpe. Figure 4 illustrates the arrangement with the barrier fluid pump 16 in the container 20 filled with barrier fluid, while the electronic components including the control unit 14, VSD 17 and the electric motor 15 are installed in an atmospheric container 24. The motor 15 and the pump 16 are driven via a magnetic coupling 25 which is installed on a drive shaft 26 between motor and pump.

Barrierefluidsystemets komponenter er med fordel plassert inne i en opptrekkbar enhet. To redundante gjenhentbare enheter kan tenkes, slik at en unngår driftsavbrudd under utskifting av den enheten som har feil. Spesielt kan en øke påliteligheten av systemet ved redundans av kritiske komponenter. Figur 5 illustrerer en utførelse av reguleringssystemet for barrierefluid som gir elektrisk redundans. Utførelsen på figur 5 omfatter dublerte motorer 15 og 15' installert i en fluidfylt beholder 20. Motorene 15, 15' er drivmessig koblet til én enkelt pumpe 16 via en felles drivaksel 27. Hver motor 15 og 15' blir styrt individuelt via separate styreenheter 14 og 14' og tilknyttede VSD-er 17 og 17' som er installert i en atmosfærisk container 24. Hver motorstyring blir drevet separat via kraft- og kommunikasjonsforbindelser, henholdsvis 28, 29 og 28', 29'. Figur 6 illustrerer en utførelse av reguleringssystemet for barrierefluid som gir fullstendig redundans. Utførelsen på figur 6 omfatter dublerte pumper 16 og 16' installert på parallelle fluidtilførselsledninger 9' og 9'' i en fluidfylt beholder 20. Hver pumpe er drivmessig koblet til en separat motor 15 eller 15' via individuelle drivaksler 30 og 30'. Hver motor 15 og 15' er individuelt styrt via separate styrenheter 14 og 14' og tilknyttede VSD-er 17 og 17' som er installert i en atmosfærisk container 24. Hver motorstyring blir drevet separat via kraft- og kommunikasjonsforbindelser, henholdsvis 28, 29 og 28', 29'. The components of the barrier fluid system are advantageously placed inside a retractable unit. Two redundant recoverable units can be envisaged, so that interruptions in operation are avoided during the replacement of the faulty unit. In particular, the reliability of the system can be increased by redundancy of critical components. Figure 5 illustrates an embodiment of the regulation system for barrier fluid which provides electrical redundancy. The embodiment in Figure 5 includes duplicated motors 15 and 15' installed in a fluid-filled container 20. The motors 15, 15' are drive-wise connected to a single pump 16 via a common drive shaft 27. Each motor 15 and 15' is controlled individually via separate control units 14 and 14' and associated VSDs 17 and 17' which are installed in an atmospheric container 24. Each motor control is operated separately via power and communication connections, 28, 29 and 28', 29' respectively. Figure 6 illustrates an embodiment of the regulation system for barrier fluid which provides complete redundancy. The embodiment in Figure 6 includes duplicated pumps 16 and 16' installed on parallel fluid supply lines 9' and 9'' in a fluid-filled container 20. Each pump is drive-wise connected to a separate motor 15 or 15' via individual drive shafts 30 and 30'. Each motor 15 and 15' is individually controlled via separate controllers 14 and 14' and associated VSDs 17 and 17' which are installed in an atmospheric container 24. Each motor controller is operated separately via power and communication links 28, 29 and 28', 29'.

Konfigurasjonen på figur 6 er vist med redundante motorer koblet til en felles tilførselsledning 9 fra barrierefluidcontaineren 8. Solenoidventiler 31 og 31' er installert på de parallelle tilførselsledningene 9' og 9''. Sensorer og solenoidstyrekretser er ikke vist på figur 6, imidlertid vil hver av de to redundante styreenheter 14 og 14' styre sin egen solenoidventil. Avstenging av krafttilførselen til ett system vil stenge den tilsvarende solenoidventilen og deaktivere den tilhørende kretsen. The configuration in Figure 6 is shown with redundant motors connected to a common supply line 9 from the barrier fluid container 8. Solenoid valves 31 and 31' are installed on the parallel supply lines 9' and 9''. Sensors and solenoid control circuits are not shown in Figure 6, however, each of the two redundant control units 14 and 14' will control its own solenoid valve. Shutting down the power supply to one system will close the corresponding solenoid valve and disable the associated circuit.

Reguleringssystemet for barrierefluid som er beskrevet, sørger for en enkel overvåking av komponentslitasje. Nærmere bestemt er det mulig, ved å overvåke driften av barrierefluidpumpen 16 under normal drift, å estimere den interne lekkasjeraten i barrierefluidpumpen. Dersom VSD-en driver barrierefluidpumpen til å levere barrierefluid til containeren 8, er den interne lekkasjeraten i pumpen høyere enn lekkasjeraten gjennom tetningen(e) i pumpen eller kompressoren, og vice versa. Denne informasjonen kan bli brukt for preventivt vedlikehold av barrierefluidpumpen 16. Dessuten kan lekkasjen over tetningen(e) i pumpen eller kompressoren estimeres ved å overvåke nivået i barrierefluidcontaineren 8 under normal drift. The regulation system for barrier fluid described provides simple monitoring of component wear. More specifically, it is possible, by monitoring the operation of the barrier fluid pump 16 during normal operation, to estimate the internal leakage rate in the barrier fluid pump. If the VSD drives the barrier fluid pump to deliver barrier fluid to the container 8, the internal leakage rate in the pump is higher than the leakage rate through the seal(s) in the pump or compressor, and vice versa. This information can be used for preventive maintenance of the barrier fluid pump 16. Furthermore, the leakage over the seal(s) in the pump or compressor can be estimated by monitoring the level in the barrier fluid container 8 during normal operation.

Det foreliggende reguleringssystemet for barrierefluid, som bruker en hydraulisk forflytningsenhet for å regulere trykket i barrierefluidet, har flere fordeler sammenlignet med ventilbaserte reguleringssystemer for barrierefluid: The present barrier fluid control system, which uses a hydraulic displacement unit to regulate the pressure in the barrier fluid, has several advantages compared to valve-based barrier fluid control systems:

• Ingen barrierefluid går tapt under oppstart • No barrier fluid is lost during start-up

• Mulighet for redundans uten å øke kompleksiteten i systemet • Possibility of redundancy without increasing the complexity of the system

• Enkel programvareovervåking av komponentslitasje • Simple software monitoring of component wear

• Mer tolerant for forurensing av fluidpartikler enn ventilbaserte systemer. • More tolerant of fluid particle contamination than valve-based systems.

Ut fra ovenstående vil en fagperson innse at modifikasjoner av de illustrerte utførelsene er mulige uten å fravike fra grunnlaget for denne oppfinnelsen slik dette fremgår av de vedlagte patentkravene. Based on the above, a person skilled in the art will realize that modifications of the illustrated embodiments are possible without deviating from the basis of this invention as is apparent from the attached patent claims.

Claims

1. Method for regulating a pressure difference across at least one seal by reducing, increasing or keeping constant the pressure in a first volume of fluid in relation to the pressure in a second volume of fluid that is separated from the first volume of fluid by the smallest one the seal, the method comprising: - reading (12, 13) of the pressure in the first fluid volume and in the second fluid volume, - generation, in a control unit (14), of a motor control signal based on a detected difference in pressure between the first and second fluid volumes, and - operation of a hydraulic displacement unit (15, 16) in response to said control signal for regulating the pressure in the first fluid volume by moving fluid to or from the first fluid volume, characterized in that regulation of the pressure difference across the seal includes regulation of the rotation speed and direction of rotation of a hydraulic displacement unit comprising a two-way pump (16) which regulates the flow of fluid to and from the first fluid volume (BF).

2. The method according to claim 1, in that it comprises the generation of a speed control signal which is delivered by the control unit (14) to a frequency converter (17) which regulates an electric motor (15) which is drive-wise connected to the two-way pump (16).

3. The method according to claim 2, in that it further comprises the generation of a four-quadrant motor control signal for an electric motor (15) which runs in four quadrants.

4. The method according to claim 3, wherein electric power is recovered by the four-quadrant motor (15) which runs as a generator in braking mode.

5. The method according to any one of claims 1-4, wherein regulating the pressure difference across the seal comprises maintaining a higher pressure in the first fluid volume than in the second fluid volume.

6. The method according to claim 5, in that the pressure difference between the first and second fluid volumes is kept constant.

7. The method according to any one of claims 1-6, the first volume being barrier fluid (BF) supplied to at least one shaft seal (10) in an engine and pump assembly or in an engine and compressor assembly (1, 2), and the other volume is process fluid (PF) on the suction side or on the discharge side (5) of the pump or compressor (1).

8. Fluid pressure regulation system for regulating a pressure difference across at least one seal by lowering, increasing or keeping constant the pressure in a first fluid volume in relation to the pressure in a second fluid volume that is separated from the first volume of fluid by the at least one seal, the system comprises: - pressure sensors (12, 13) arranged for reading the pressure in the first fluid volume and in the second fluid volume, - a control unit (14) arranged to generate a motor control signal based on the detected difference in pressure between the first and second fluid volumes, and - a hydraulic displacement unit (15, 16) which acts in response to the motor control signal to regulate the pressure in the first fluid volume, by moving fluid to or from the first fluid volume, characterized in that the hydraulic displacement unit (15, 16) comprises a two-way pump (16) ) which can also be operated as a hydraulic motor.

9. The system according to claim 8, in that the operation of the two-way pump (16) is controlled by the control unit (14) via a frequency converter (17) and an electric motor (15) which can also be operated as a generator.

10. The system according to claim 9, in that the two-way pump (16) is driven by an electric motor (15) which runs in four quadrants.

11. The system according to claim 10, in that in braking mode the four-quadrant motor (15) can be driven as an electric power generator.

12. The system according to any one of claims 8-11, wherein the hydraulic displacement unit (15, 16) is in flow communication with the pressure-regulated first fluid volume (BF) and with a container (8).

13. The system according to any one of claims 12-15, wherein the two-way pump (16) and the electric motor and generator (15) are located in separate containers (20; 24) and drive-connected via a magnetic coupling (25).

14. The system according to any one of claims 8-13, wherein a drain outlet in the hydraulic displacement unit (15, 16) opens into a container (20) containing the unit, the container being drained via non-return valves (22, 23) to a fluid line (9, 9') which is connected to the hydraulic displacement unit (15, 16).

15. The system according to any one of claims 8-14, wherein at least one pressure sensor (13) is arranged to read the pressure in barrier fluid (BF) which is supplied to at least one shaft seal (10) in a motor and pump assembly or in a motor and compressor assembly (1, 2), and in that at least one pressure sensor (12) is arranged to read the pressure in the process fluid (PF) on the suction side or the discharge side (5) of the pump or compressor (2).