NO339915B1 - Kompressorenhet og monteringsfremgangsmåte - Google Patents

Description

Oppfinnelsen vedrører en kompressorenhet, særlig for undervannsbruk, innbefattende en kompressor og en elektrisk motor, hvilken kompressorenhet har et hus med et innløp og et utløp for et transportmedium, ved en dreieakse som en rotor i kompressorenheten kan rotere om, idet det er anordnet elektromagnetiske lagre som ved hjelp av et kjølesystem kjøles til en driftstemperatur, hvilket kjølesystem har et uttak fra en overstrømning i kompressoren, fra hvilket uttak en del av transportmediet gjennom rørledninger føres gjennom et filter og deretter gjennom to separate rørledninger til lagrene.

Senere tids utvikling innenfor kompressorområdet har fokusert seg på store undervannskompressorer for transport av jordgasser. Som følge av de spesielle driftsbetingelsene, særlig som følge av den sterkt begrensede tilgjengeligheten, ikke bare for vedlikeholdsformål, men også på grunn av forsyningsledningene, står fagverdenen overfor store utfordringer. Dagens miljøbestemmelser forbyr enhver stoffveksling mellom de aggregater som skal installeres og det omgivende havvannet. Hertil kom at havvannet er et aggressivt medium og at det hersker ekstreme trykk- og temperaturbetingelser på de ulike havdypene. Nok et krav er at aggregatene på den ene siden skal ha en meget lang levetid og på den annen side skal være så godt som vedlikeholdsfrie. En vanskelighet er også den ikke ubetydelige forurensningen som det delvis kjemisk aggressive medium medfører.

Transportmediet som skal komprimeres, særlig jordgass, har ikke bare en ofte varierende aggressiv kjemisk sammensetning, men fører også med seg ulike kondensatorer, som vanskeliggjør komprimeringen og særlig medfører slitasje i kompressoren. Før komprimeringen foretas det derfor en kondensatutskilling. Selv med en utstrakt utskillingsteknologi er det ikke mulig å hindre en etterfølgende utskilling av kondensat også i kompressorenheten, hvilket i det minste kan påvirke kompressorenhetens levetid. En kompressorenhet som drives under vann, er dessuten forbundet med det problemet at en tilkobling av ledninger som fører transportmediet til og fra, som regel først kan skje på driftsstedet, og at under transporten til driftsstedet det omgivende medium, eksempelvis aggressivt havvann, kan trenge inn i kompressorenheten og føre til skader der.

Fra den internasjonale patentsøknaden WO 92/14062 er det kjent en pumpestasjon for undervannsdrift. Denne pumpestasjonen har en kompressor som brukes for transport av gassformede bestanddeler i en fossil råstoffkilde fra havbunnen og til land. Det foreslås der at rotorene i transportmaskinene skal lagres ved hjelp av oljeglidelagre som smøres ved hjelp av en oljefilm. Husene til turbomaskinene står vertikalt og på det nederste stedet er det et permanent åpent oljeuttak, hvorigjennom også andre gasser og kondensatorer føres ut fra huset. De flytende bestanddelene i dette uttaket, transporteres til land og separeres der. Det er derfor nødvendig med separate rørledninger og et komplisert oppberedningsanlegg. Også GB 2 226 776 A og WO 95/15428 viser anlegg som i WO 92/14062.

Med utgangspunkt i de problemer man kjenner fra teknikkens stand, er det en hensikt med oppfinnelsen å fjerne skadepotensialet til kondensater og andre væsker i en særlig for undervannsdrift beregnet kompressorenhet av den foran nevnte type, uten derved å øke innsatsen i forbindelse med oppstilling og installasjon av kompressorenheten.

For oppnåelse av den inventive hensikten foreslås det en kompressorenhet som angitt i krav 1, og en fremgangsmåte for montering av en kompressorenhet som angitt i krav 7. De respektive uselvstendige kravene angir fordelaktige videreutviklinger av oppfinnelsen.

En avgjørende fordel med kombinasjonen av den vertikale oppstillingen og en drenering ved den nedre aksialenden av huset er for det første at lengdeutstrekningen i omdreiningsaksen gir særlig gunstige betingelser for en drenering, fordi den økede vannsøylen gir større hydrostatisk trykk, som gir en bedre utstrømming av kondensat fra huset. Derfor vil også kondensat strømme bedre ut gjennom den ved den nedre aksialenden av huset anordnede dreneringen under påvirkning av det høyere hydrostatiske trykket som skyldes den vertikale oppstillingen.

For oppnåelse av en restfri utstrømming av væsker, er det hensiktsmessig dersom overflatene inne i kompressorenheten er utformet slik at ved den vertikale oppstillingen i forbindelse med driften, vil væske som befinner seg inne i huset, nå frem til dreneringen bare påvirket av tyngdekraften. For oppnåelse av dette skal de overflater som vender fra dreneringen ha en skråstilling som muliggjør en strømning i retning mot dreneringen. Underskårne partier som egner seg for oppsamling av væsker, skal av hensyn til dreneringen ikke forefinnes inne i huset.

For restfri eller fullstendig uttransport av kondensator og for overvinnelse av eventuelle trykkforskjeller, er det hensiktsmessig dersom den som åpning utformede drenering er tilknyttet en pumpe for borttransport av kondensatet.

For monteringen er det dessuten hensiktsmessig dersom kompressorenhetens hus er oppi ågret i en ramme ved hjelp av på huset anordnede bæreelementer, idet denne opplagringen er utformet slik at huset kan dreies om en horisontal akse i området ved rotor-tyngdepunktet, slik at dreneringen kan flyttes mellom et lavpunkt og et høypunkt.

Denne videreutviklingen av oppfinnelsen er særlig hensiktsmessig når en montering for en kompressorenhet som skal drives under vann forutsetter at kompressorenheten før nedsenkingen på driftsstedet under vann skal fylles med et inkompressibelt fluid, deretter transporteres til driftsstedet under vann, tilknytningene til innløp og utløp tilveiebringes og deretter kompressorenheten tømmes for fluidet gjennom dreneringen. For å hindre en utveksling med omgivende medium under vann, er det hensiktsmessig at innløpet og utløpet lukkes over vann, før det innkompressible fluidet fylles i, og at disse lukkene fjernes igjen før tilkoblingene til innløp og utløp anordnes. For fylling av kompressorenhetens hus er det hensiktsmessig dersom dette dreies om en horisontal akse, som beskrevet foran, slik at derved dreneringen da befinner seg ved den øvre aksialenden. Gjennom dreneringen kan det foretas en fullstendig fylling av huset med det innkompressible fluidet, særlig når det indre av huset er utformet slik at væsker under drift fullstendig og under påvirkning av tyngdekraften vil kunne nå frem til dreneringen. Kompressorenheten befinner seg med sin nedre aksialende øverst under fyringen. Skråstillingene av overflatene sørger for at under fyllingen med det innkompressible fluidet vil ingen komprimerbare gassbobler kunne holde seg i huset. Som innkompressibelt fluid kan det eksempelvis brukes destillert vann eller demineralisert vann, slik at det indre av kompressorenheten derved ikke utsettes for den skadelige påvirkningen fra omgivende medium, eksempelvis havvannet, samtidig som lukkingen av innløp og utløp ikke blir utsatt for noen spesiell trykkbelastning i forbindelse med transporten av kompressorenheten til driftsstedet under vann.

En lukking av innløp og utløp i det fylte huset er også hensiktsmessig fordi man da unngår at fisk ikke kan svømme inn i kompressorenheten og at krabber heller ikke kan gå inn.

Oppfinnelsen skal nå beskrives nærmere i form av et spesielt utførelseseksempel og under henvisning til tegningen. De viste utførelsesformer er bare ment å beskrive oppfinnelsen og skal ikke være begrensende.

På tegningen viser

Fig. 1 et skjematisk snitt gjennom en kompressorenhet, og

Fig. 2 og 3 viser respektive skjematiske fremgangstrinn som brukes i den nye monteringsfremgangsmåten ifølge oppfinnelsen. Fig. 1 er et snitt gjennom en kompressorenhet ifølge oppfinnelsen. Vesentlige komponenter i kompressorenheten er en motor 2 og en kompressor 3 i et gasstett utformet hus 4. Huset 4 inneholder motoren 2 og kompressoren 3.1 overgangsområdet mellom motoren 2 og kompressoren 3 er huset forsynt med et innløp 6 og et utløp 7. Via en innsugningsstuss 8 i innløpet 6 blir fluid innsugd, og komprimert fluid går ut gjennom utløpet 7.

Kompressorenheten 1 er vertikalt anordnet når den er i drift, en motorrotor 15 i motoren 2 er med en felles aksel 19 forbundet med en kompressorrotor 9 i kompressoren 3, og akselen 19 har således en felles vertikal dreieakse 60.

Motorrotoren 15 er opplagret i et første radiallager 21 ved motorrotorens 15 øvre ende.

Kompressorrotoren 9 er nederst opplagret i et andre radiallager 22.

Ved den øvre enden til den felles akselen 19, altså ved motorrotorens 15 øvre ende, er det anordnet et aksial I ager 25. Radiallagrene 21, 22 og aksiallageret 25 er elektromagnetiske og er kapslet. Radiallagrene 21, 22 strekker seg i omkretsretningen rundt det respektive lagerstedet for akselen 19 og er således utformet udelt 360° rundt akselen.

Den kompressor 3 som er utformet som sentrifugalkompressor har tre kompressortrinn 11, og disse har innbyrdes forbindelse gjennom en overstrømning 33. Trykkforskjellene i kompressortrinnene 11 gir en skyvkraft på kompressorrotoren 9. Via koblingen 18 overføres denne skyvkraften til motorrotoren 15. Skyvkraften virker mot vekten til rotoren, som består av kompressorrotoren 9 og motorrotoren 15, slik at det derved i høy grad oppnås en skyvkraftutligning ved nominell drift. På denne måten kan aksiallageret 25 dimensjoneres forholdsvis svakere enn i en horisontal anordning.

De elektromagnetiske lagrene 21, 22, 25 kjøles til driftstemperatur ved hjelp av et kjølesystem 31. Kjølesystemet 31 innbefatter et uttak 32 fra en overstrømning i kompressoren 3. Fra uttaket 32 blir en del av transportmediet ved hjelp av rørledninger ført gjennom et filter 35 og deretter gjennom to separate rørledninger til de respektive ytre opplagringsstedene (første radiallager 21 og andre radiallager 22 samt aksiallageret 25). Transportmediet er fordelaktig jordgass. Denne kjølingen ved hjelp av det kalde transportmediet betyr en besparelse av ekstra forsyningsledninger.

Motorrotoren 15 er omgitt av en stator 16. Denne har en kapsling 39, slik at det aggressive transportmediet ikke kan skade viklingene i statoren 16. Kapslingen 39 er fordelaktig utført slik at den kan tåle hele driftstrykket. Dette også fordi det er anordnet en egen statorkjøling 40, med et eget kjølemedium 41 som ved hjelp av en pumpe 42 føres gjennom en varmeveksler 43.1 det minste skal kapslingen 39 være utformet slik at det avsnittet som strekker seg mellom statoren 16 og motorrotoren 15 riktignok skal ha en mindre veggtykkelse, men allikevel ved en fullstendig fylling av statorkjølingen 40 ved hjelp av kjølemediet 41 skal være i stand til å tåle det dimensjonerende trykket. På denne måten unngår man større virvelstrømtap i dette området og hele anordningens virkningsgrad bedres.

Kompressorrotoren 9 har hensiktsmessig en kompressoraksel 10, hvor de enkelte kompressortrinnene 11 er montert. Monteringen kan fordelaktig skje ved hjelp av en termisk krympepasning. Det vil også kunne være mulig å bruke en formslutning, eksempelvis ved hjelp av polygoner. En annen utførelsesform benytter sveiseforbindelser mellom kompressortrinnene 11, slik at man får en enhetlig kompressorrotor 9.

Ved husets 4 nedre aksialende 63 er det i den vertikale driftsstillingen anordnet et dreneringspunkt SDP. Her er det anordnet en drenering 64 i form av en åpning i huset 4.1 dreneringspunktet SDP vil all væske som befinner seg inne i huset 4 kunne strømme ut under påvirkning av tyngdekraften. For å muliggjøre dette er samtlige overflater inne i kompressorenheten utformet slik at i den vertikale driftsstillingen vil skråstillingen 65 til overflatene på en sikker måte hindre at væske samler seg opp utenfor dreneringspunktet. Dreneringen 64 er tilknyttet en kondensatpumpe 67. Denne pumpen transporterer bort væske som har samlet seg. I aksialområdet til rotor-tyngdepunktet 68 er det anordnet bæreelementer 69 på huset. Disse bæreelementene gir mulighet for anbringelse av anslagsmidler i anslagspunkter.

Ved hjelp av bæreelementene 69 muliggjøres en anordning i en ramme 70, se fig. 2 og 3. Plasseringen i rammen 70 er utformet slik at det muliggjøres en dreiebevegelse av kompressorenheten 1 om en horisontal akse. På denne måten kan dreneringen 64 svinges fra det nederste punktet i samsvar med den vertikale driftsstillingen og til det øverste punktet.

Monteringsfremgangsmåten ifølge oppfinnelsen er slik at i et første trinn blir kompressorenheten 1 plassert i rammen 70 i en omvendt stilling i forhold til driftsstillingen, dvs. med dreneringen 64 vendt opp. I denne stillingen, med innløpet 6 og utløpet 7 lukket, kan kompressorenheten 1 fylles med et innkompressibelt fluid 82, nemlig destillert vann eller demineralisert vann. Deretter dreies kompressorenheten tilbake til driftsstillingen og transporteres til driftsstedet under vann. Deretter åpnes innløpet 6 og utløpet 7 og det tilkobles en respektiv ledning 80, 81 for transportmediet. En kondensatpumpe 67 med tilhørende kondensatoppsamlingsbeholder 80, tilkobles dreneringen 64. Før kompressorenheten tas i drift blir fluidfyllingen pumpet ut fra kompressorenheten 1 ved hjelp av kondensatpumpen 67.

Claims (8)

1. Kompressorenhet (1), særlig for undervannsdrift, innbefattende en kompressor (3) og en elektrisk motor (2), hvilken kompressorenhet (1) har et hus (4) med et innløp (6) og et utløp (7) for et transportmedium, med en dreieakse (60) som en rotor i kompressorenheten (1) kan rotere om, karakterisert vedat det er anordnet elektromagnetiske lagre (21, 22, 25) som ved hjelp av et kjølesystem (31) kjøles til en driftstemperatur, hvilket kjølesystem (31) har et uttak (32) fra en overstrømning i kompressoren (3), fra hvilket uttak (32) en del av transportmediet gjennom rørledninger føres gjennom et filter (35) og deretter gjennom to separate rørledninger til lagrene (første radiallager 21 og andre radiallager 22 samt aksiallager 25), hvilken dreieakse (60) er vertikalt innrettet under drift, og hvilket hus (4) har en drenering (64) ved en nedre aksialende (63).

2. Kompressorenhet (1) ifølge krav 1, karakterisert vedat overflater inne i kompressorenheten (1) er utformet slik at ved en vertikal innretting for drift, vil væske som befinner seg inne i huset (4) strømmer ned påvirket av tyngdekraften og frem til dreneringen (64).

3. Kompressorenhet (1) ifølge krav 2, karakterisert vedat overflater inne i kompressorenheten (1) som vender fra dreneringen (64), har en slik skråstilling at væske på overflatene vil strømme i retning mot dreneringen (64) i den vertikale innrettingen av kompressorenheten.

4. Kompressorenhet (1) ifølge et av de foregående krav, karakterisert vedat en kondensatpumpe (67) som transporterer vekk væske, er tilknyttet dreneringen (64).

5. Kompressorenhet (1) ifølge et av de foregående krav, karakterisert vedat huset (4) er opplagret i en ramme (70) ved hjelp av bæreelementet som er anordnet på huset, idet denne opplagringen er utformet slik at huset (4) kan dreies om en horisontal akse, slik at dreneringen (64) kan flyttes mellom et lavpunkt og et høypunkt.

6. Kompressorenhet (1) ifølge krav 4, karakterisert vedat den horisontale aksen, som huset kan dreies om, ligger i området ved rotor-tyngdepunktet (68).

7. Monteringsfremgangsmåte for en kompressorenhet (1) ifølge kravene 1, 2, 3, 4, 5 eller 6, hvilken kompressorenhet er beregnet for undervannsdrift,karakterisert vedat kompressorenheten (1) over vann fylles med et innkompressibelt fluid (82), transporteres til et driftssted under vann, tilknytninger til innløpet (6) og utløpet (7) tilveiebringes, og fluidet (82) føres bort fra kompressorenheten (1) gjennom dreneringen (64).

8. Monteringsfremgangsmåte ifølge krav 6, karakterisert vedat fluidet (82) er destillert eller demineralisert vann.