NO338790B1 - Fremgangsmåte og system for regulering av fluid - Google Patents

Description

Fremgangsmåte og system for regulering av fluid

Oppfinnelsens område

Foreliggende oppfinnelse vedrører en fremgangsmåte og et system for regulering av 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.

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.

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.

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.

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.

Bakgrunn for oppfinnelsen og tidligere kjent teknikk

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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 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.

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.

Sammenfatning av oppfinnelsen

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.

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.

Fremgangsmåten omfatter som følger:

- 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.

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.

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.

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.

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.

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.

Analogt med dette blir målet også oppnådd med et reguleringssystem for fluidtrykk som regulerer trykkdifferansen over

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:

- 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.

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.

I følge oppfinnelsen omfatter den hydrauliske

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.

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.

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.

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.

I én utførelse er pumpen og elektromotoren, eller i tilfelle motor/generatoren, plassert i separate containere og drivmessig koblet sammen via en magnetisk kobling.

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.

Kort beskrivelse av tegningsfigurene

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:

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.

Detaljert beskrivelse av foretrukne utførelser

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

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

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.

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.

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.

Trykksensorer som passer til dette formålet er f.eks. kapasitive transdusere eller piezoelektriske sensorer som leverer et utsignal i området 4 til 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.

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).

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.

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.

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.

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) •

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.

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.

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.

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.

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.

Det presiseres videre at barrierefluidsystemet på figur 1 kan omfatte en konnektor 19 for etterfylling av barrierefluidsystemet fra et eksternt fluidlager.

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.

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.

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.

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.

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

væske eller gass, og kan eventuelt ha dielektriske egenskaper.

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.

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.

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.

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.

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'.

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.

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.

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:

• Ingen barrierefluid går tapt under oppstart

• Mulighet for redundans uten å øke kompleksiteten i systemet

• Enkel programvareovervåking av komponentslitasje

• Mer tolerant for forurensing av fluidpartikler enn ventilbaserte systemer.

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.

Claims (15)

1. 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 andre volum av fluid som er skilt fra det første volumet av fluid ved den minste ene tetningen, idet fremgangsmåten omfatter: - avlesing (12, 13) av trykket i det første fluidvolumet og i det andre fluidvolumet, - generering, i en styreenhet (14), av et motorstyresignal basert på detektert differanse i trykk mellom første og andre fluidvolum, og - drift av en hydraulisk forflytningsenhet (15, 16) som respons på nevnte styresignal for regulering av trykket i det første fluidvolumet ved å flytte fluid til eller fra det første fluidvolumet,karakterisert vedat regulering av trykkdifferansen over tetningen omfatter regulering av rotasjonshastigheten og rotasjonsretningen av en hydraulisk forflytningsenhet som omfatter en toveis pumpe (16) som regulerer strømmen av fluid til og fra det første fluidvolumet (BF).

2. Fremgangsmåten i henhold til krav 1, idet den omfatter generering av et hastighetsstyresignal som leveres av styreenheten (14) til en frekvensomformer (17) som regulerer en elektromotor (15) som drivmessig er koblet til den toveis pumpen (16).

3. Fremgangsmåten i henhold til krav 2, idet den videre omfatter generering av et firekvadrantmotor-styresignal for en elektromotor (15) som kjører i fire kvadranter.

4. Fremgangsmåten i henhold til krav 3, idet elektrisk kraft blir gjenvunnet av firekvadrantmotoren (15) som kjører som generator i bremsemodus.

5. Fremgangsmåten i henhold til hvilket som helst av kravene 1-4, idet regulering av trykkdifferansen over tetningen omfatter å opprettholde et høyere trykk i det første fluidvolumet enn i det andre fluidvolumet.

6. Fremgangsmåten i henhold til krav 5, idet trykk-differansen mellom første og andre fluidvolum blir holdt konstant.

7. Fremgangsmåten i henhold til hvilket som helst av kravene 1-6, idet det første volumet er barrierefluid (BF) tilført til minst én akseltetning (10) i en motor og pumpe-sammenstilling eller i en motor og kompressor-sammenstilling (1, 2), og det andre volumet er prosessfluid (PF) på sugesiden eller på utløpssiden (5) av pumpen eller kompressoren (1).

8. Fluidtrykkreguleringssystem for regulering av en trykkdifferanse over 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 skilt fra det første volumet av fluid av den minst ene tetningen, idet systemet omfatter: - trykksensorer (12, 13) innrettet for avlesing av trykket i det første fluidvolumet og i det andre fluidvolumet, - en styreenhet (14) innrettet til å generere et motorstyresignal basert på detektert differanse i trykk mellom første og andre fluidvolum, og - en hydraulisk forflytningsenhet (15, 16) som virker som respons på motorstyresignalet for å regulere trykket i det første fluidvolumet, ved å flytte fluid til eller fra det første fluidvolumet,karakterisert vedat den hydrauliske forflytningsenheten (15, 16) omfatter en toveis pumpe (16) som også kan drives som en hydraulisk motor.

9. Systemet i henhold til krav 8, idet driften av toveispumpen (16) blir styrt av styreenheten (14) over en frekvensomformer (17) og en elektromotor (15) som også kan drives som en generator.

10. Systemet i henhold til krav 9, idet at toveispumpen (16) blir drevet av en elektromotor (15) som kjører i fire kvadranter.

11. Systemet i henhold til krav 10, idet i bremsemodus kan firekvadrantmotoren (15) kjøres som en elektrisk kraftgenerator.

12. Systemet i henhold til hvilket som helst av kravene 8-11, idet den hydrauliske forflytningsenheten (15, 16) er i strømningskommunikasjon med det trykkregulerte første fluidvolumet (BF) og med en container (8).

13. Systemet i henhold til hvilket som helst av kravene 12-15, idet toveispumpen (16) og elektromotoren og generatoren (15) er plassert i separate containere (20; 24) og drivmessig koblet sammen via en magnetisk kobling (25).

14. Systemet i henhold til hvilket som helst av kravene 8-13, idet et dreneringsutløp i den hydrauliske forflytningsenheten (15, 16) munner ut i en container (20) som inneholder enheten, idet containeren blir drenert via tilbakeslagsventiler (22, 23) til en fluidledning (9, 9') som er koblet til den hydrauliske forflytningsenheten (15, 16) .

15. Systemet i henhold til hvilket som helst av kravene 8-14, idet minst én trykksensor (13) er innrettet for å avlese trykket i barrierefluid (BF) som blir tilført til minst én akseltetning (10) i en motor og pumpe-sammenstilling eller i en motor og kompressor-sammenstilling (1, 2), og ved at minst én trykksensor (12) er innrettet for avlesing av trykket i prosessfluid (PF) på sugesiden eller utløpssiden (5) av pumpen eller kompressoren (2).