NO345167B1 - Pumpe med ringmotor - Google Patents

Description

PUMPE MED RINGMOTOR

Oppfinnelsen vedrører ei pumpe hvor en elektrisk motor som er koplet til en rotor forsynt med minst én pumpeskovl, er integrert i et pumpehus.

I mange systemer er det behov for å pumpe fluider av varierende konsistens. Å tilveiebringe ei pumpe med tilstrekkelig kapasitet og moderate dimensjoner er krevende, særlig når pumpa skal anbringes nedihulls i en hydrokarbonbrønn eller i en annen fluidledning, der det tilgjengelige volumet hvor pumpa skal anbringes, er sterkt begrenset, og hvor det er viktig å unngå unødige innskrenkninger av brønnens eller ledningens strømningstverrsnitt. Særlig er det behov for å skaffe til veie pumper som gir minimale innskrenkninger i strømningstverrsnittet i ledninger for returtransport av boreslam mellom en undersjøisk brønn og en overflateinstallasjon ved boring uten bruk av et marint stigerør for framføring av borestreng, returledning for boreslam, m.m. Ved leteboring på store havdyp er det også en fordel om pumper som må koples inn i returledningen for boreslam, har moderate dimensjoner og at returledningens totalvekt begrenses mest mulig.

Pumper hvor en drivmotor er anordnet utenfor et pumpehus, har ofte et stort tverrsnitt og volum, og mange slike pumper oppviser de ulempene som er beskrevet ovenfor.

Fra publikasjonen EP 0903835 A1 beskriver ei aksialpumpe hvor en hylseformet rotor forsynt med ett eller flere skovlblad er anordnet i senterløpet for å tilveiebringe en fluidstrømning i rotorens aksialretning. Rotoren er omkranset av en stator samt elektromagnetiske midler anordnet mellom statoren og rotoren for generering av et roterende magnetfelt som sørger for at rotoren settes i en roterende bevegelse. Et smøre/kjølearrangement er tildannet mellom rotoren og de innvendige flatene på pumpehuset ved at et gap er fylt med et smøre/kjølemedium. Mediet kan være ei olje, typisk ei vanlig transformatorolje.

Publikasjonen CN 107246395 A beskriver en elektromagnetisk ringmotorpumpe som omfatter et hus, en stator, en rotor og en lagersammenstilling.

Publikasjonen DE 10301877 A1 beskriver en elektrisk motor som er forsynt med en sugeskovl som innbefatter et stålrør med hul stator anordnet omkring en hul rotor.

Oppfinnelsen har til formål å avhjelpe eller å redusere i det minste én av ulempene ved kjent teknikk, eller i det minste å skaffe til veie et nyttig alternativ til kjent teknikk.

Formålet oppnås ved trekkene som er angitt i nedenstående beskrivelse og i de etterfølgende patentkravene.

Oppfinnelsen tilveiebringer ei pumpe forsynt med et skovlhjul anordnet i et pumpehus. Skovlhjulet omfatter minst en pumpeskovl som er fastgjort innvendig i ei hylse som er aksielt og radielt opplagret i pumpehuset. Hylsa tildanner rotoren i en ringformet elektrisk motor, for eksempel som en permanentmagnetmotor, hvor det på hylsas utvendige veggflate er anordnet flere permanentmagneter. En stator omkranser rotoren, idet ankerviklinger er anordnet på en innvendig veggflate i pumpehuset.

For å forbedre pumpas driftssikkerhet når den anvendes i neddykket tilstand, for eksempel i en hydrokarbonbrønn, er ringmotoren fortrinnsvis oljefylt. For å hindre oljelekkasje inn i det innenforliggende pumpefluidløpet, kan det være anordnet dynamiske tetninger mellom endepartier av rotoren og endepartier av pumpehuset. Det er en fordel om en oljeakkumulator står i fluidkommunikasjon med det oljefylte volumet av ringmotoren slik at et foreskrevet oljetrykk opprettholdes uavhengig av motorens og oljas temperatur.

Pumpehuset er fortrinnsvis seksjonert, idet pumpehuset omfatter en første endeseksjon som tildanner et første endeparti av pumpehuset og omfatter et koplingsparti for tilslutning til en første fluidledning, typisk via en koplingsflens eller en gjengestuss, samt festeelementer for løsgjørbar sammenføyning av den første endeseksjonen med et første endeparti av en sylindrisk mellomseksjon. En andre endeseksjon tildanner et andre endeparti av pumpehuset og omfatte et koplingsparti for tilslutning til en andre fluidledning, typisk via en koplingsflens eller en gjengestuss, samt festeelementer for løsgjørbar sammenføyning av den andre endeseksjonen med et andre endeparti av den sylindriske mellomseksjonen. En elektrisk kabel som forbinder pumpemotoren med en energikilde, er ført inn i pumpehuset gjennom en port som fortrinnsvis er anordnet fluidtettende og typisk anordnet i den av endeseksjonene som vender mot en fremføringsbane for elektrisk energi. En av endeseksjonene er fortrinnsvis forsynt med en port for fluidkommunikasjon mellom det oljefylte volumet av ringmotoren og en oljeakkumulator. En ringmotor, fortrinnsvis i form av en frekvensstyrt permanentmagnetmotor, er anordnet i en mellomseksjon med en stator fastgjort i mellomseksjonen og en rotor opplagret i mellomseksjonen eller endeseksjonene. Rotoren er hylseformet med et gjennomgående senterløp og er forsynt med flere pumpeskovler anordnet i senterløpet.

Oppfinnelsen er definert av det selvstendige patentkravet. De uselvstendige kravene definerer fordelaktige utførelser av oppfinnelsen.

Oppfinnelsen vedrører mer spesifikt ei pumpe hvor en elektrisk motor som er koplet til en rotor forsynt med minst én pumpeskovl, er integrert i et pumpehus hvor

den elektriske motoren er en ringmotor som omkranser i det minste et parti av et fluidstrømningsløp gjennom pumpa, hvor

en stator er anordnet innvendig i en mellomseksjon av pumpehuset og omkranser rotoren,

rotoren, som er opplagret i pumpehuset, er hylseformet og tildanner et mellomparti av nevnte fluidstrømningsløp,

den minst ene pumpeskovlen er fastgjort innvendig i rotoren, og

dynamiske tetninger er anordnet ved endepartier av rotoren og avgrenser på fluidtettende vis hulrom i pumpehuset og den elektriske motoren,

nevnte hulrom er fylt med et motorfluid i form av olje og står i fluidkommunikasjon med en motorfluidtrykkregulator, kjennetegnet ved at

motorfluidtrykkregulatoren er tilknyttet et kontrollsystem som er innrettet til å overvåke sammensetningen av motorfluidet i ringmotorens hulrom, særlig forekomsten av vann i motorfluidet.

Den elektriske motoren kan være en permanentmagnetmotor, hvor flere permanentmagneter er fastgjort på en utvendig veggflate på rotoren.

Den elektriske motoren kan være en frekvensstyrt permanentmagnetmotor.

Motortrykkregulatoren kan være integrert i pumpehuset.

Den minst ene pumpeskovlen kan strekke seg diametralt gjennom rotoren.

Flere pumpeskovler kan strekke seg frittragende ut fra rotorens innvendige rotorveggflate mot en senterakse i rotoren.

I det etterfølgende beskrives eksempler på foretrukne utførelsesformer som er anskueliggjort på medfølgende tegninger, hvor:

Fig. 1 viser et aksialsnitt I-I ifølge figur 2 gjennom ei pumpe med en første pumpeskovlutførelse ifølge oppfinnelsen;

Fig. 2 viser et radialsnitt II-II ifølge figur 1 gjennom pumpa;

Fig. 3 viser i mindre målestokk ei perspektivskisse av en utførelse av pumpa med en integrert motoroljeakkumulator; og

Fig. 4 viser i samme målestokk som figur 2 et radialsnitt gjennom pumpa med en alternativ pumpeskovlutførelse.

På tegningene angir henvisningstallet 1 ei pumpe hvor en elektrisk ringmotor 12 er integrert i et pumpehus 11.

Pumpehuset 11 er tildannet av en sylindrisk, rørformet mellomseksjon 112 og en første og en andre endeseksjon 111, 111a. Endeseksjonene 111, 111a slutter tett mot respektive endepartier av mellomseksjonen 112 og er fastholdt ved hjelp av flere festemidler 113, her vist som skruer. Hver endeseksjon 111, 111a tildanner en fluidport 1114a for innløp, respektive utløp av et pumpefluid som kan strømme i et fluidstrømningsløp 1114 som strekker seg gjennom pumpa 1. Endeseksjonene 111, 111a er innrettet til å kunne koples til fluidledninger (ikke vist) som leder pumpefluidet til pumpa 1, henholdsvis fører pumpefluidet bort fra pumpa 1, for eksempel ved hjelp av koplingsflenser 1111 som vist på tegningene, eller andre former for fluidtettende koplingspartier.

Pumpehuset 11 rommer den elektriske ringmotoren 12, idet en stator 121 er fastgjort på en innvendig veggflate 1121 på mellomseksjonen 112. En rotor 123 som er omkranset av statoren 121, er radielt og aksielt opplagret i pumpehuset 11 ved hjelp av rotorlagre 125. På en utvendig rotorveggflate 1231 er det fastgjort flere permanentmagneter 124. På en Innvendig rotorveggflate 1232 er det fastgjort flere pumpeskovler 127 som i denne utførelsesformen strekker seg diametralt gjennom et senterløp 1233 i rotoren 123.

Statoren 121 er forbundet med en dertil egnet strømkilde (ikke vist) via en elektrisk ledning 122 som er ført ut fra ringmotoren 12 gjennom en fluidtettende kabelport 1112 i en av endeseksjonene, her vist i en første endeseksjon 111 som typisk er den av endeseksjonene 111, 111a som ligger nærmest strømkilden.

Rotoren 123 slutter fluidtettende mot pumpehuset 11, typisk ved at rotorens 123 endepartier og motstående partier av endeseksjonene 111, 111a er forsynt med dynamiske rotortetninger 126, særlig i form av keramiske tetninger. Hulrom 128 i ringmotoren 12 kan dermed være fylt med motorfluid, typisk ei dertil egnet olje som hindrer inntrengning av pumpefluidet og hindrer korrosjon og kortslutning. Hulrommene 128 er trykkutlignet, idet de via én eller flere porter 1113 i en av pumpehusets 11 endeseksjoner 111, 111a, her vist i den første endeseksjonen 111a, står i fluidkommunikasjon med en motorfluidtrykkregulator 13 (se figur 3). Trykket i motorfluidtrykkregulatoren 13 er fortrinnsvis innrettet til å tilpasses pumpefluidtrykket i og omkring pumpa 1. Det er en fordel om motorfluidtrykkregulatoren 13 kan opprettholde et motorfluidtrykk i ringmotorens 12 hulrom 128 på et nivå som ligger noe over trykket i pumpefluidet, dvs. fluidet som pumpes. Motorfluidtrykkregulatoren 13 er tilknyttet et motorfluidreservoar (ikke vist) som blant annet sørger for etterfylling av motorfluid i hulrommene 128 ved lekkasje over rotortetningene 126 fra hulrommene 128 til fluidstrømningsløpet 1114. Motorfluidtrykkregulatoren 13 kan omfatte trykktransmittere (ikke vist) anordnet ved endeseksjonenes 111, 111a fluidporter 1114a for registrering av pumpefluidtrykket oppstrøms og nedstrøms pumpa 1. Motorfluidtrykkregulatoren 13 er fortrinnsvis tilknyttet et kontrollsystem (ikke vist) som også kan overvåke andre tilstander i pumpa 1, slik som rotasjonshastighet for rotoren 123, vibrasjon i pumpa 1, sammensetningen av motorfluidet i ringmotorens 12 hulrom 128, særlig forekomsten av vann i motorfluidet. Kontrollsystemet kan være tilknyttet flere pumper 1 og er typisk anordnet på en installasjon fjernt fra pumpa 1, for eksempel på en overflateinstallasjon i form av en flytende borerigg (ikke vist) tilknyttet en hydrokarbonbrønn.

Ringmotorens 12 strømforsyning (ikke vist) er på i og for seg kjent vis innrettet til å kunne regulere ringmotorens 12 arbeidshastighet, for eksempel ved frekvensregulering, og rotorens 123 rotasjonsretning.

Ved å integrere ringmotoren 12 i pumpehuset 11 og la ringmotorens 12 rotor 123 tildanne et gjennomstrømningsløp hvor pumpeskovlene 127 er anordnet, tilveiebringes det ei pumpe 1 som egner seg meget godt til å senkes ned i et rom med lite tverrsnitt og hvor det er viktig å unngå strømningshindrende tverrsnittsreduksjoner, for eksempel i et brønnrør hvor produksjonsfluider, borevæske eller lignende skal kunne strømme med stor strømningsrate. Ei pumpe 1 av denne art egner seg også godt til å integreres i en fluidledning, særlig i en boreslamreturledning ved boring uten bruk av marint stigerør for borestreng og fluidledninger.

Det henvises så til figur 4, hvor pumpa 1 er forsynt med flere pumpeskovler 127a som rager innover fra den innvendige rotorveggflaten 1232 mot en senterakse AR i rotoren 123, idet skovlendepartier 1271 på motstående pumpeskovler 127a ligger i en avstand fra hverandre.

Det bør bemerkes at alle de ovennevnte utførelsesformene illustrerer oppfinnelsen, men begrenser den ikke, og fagpersoner på området vil kunne utforme mange alternative utførelsesformer uten å avvike fra omfanget av de vedlagte kravene. I kravene skal referansenumre i parentes ikke sees som begrensende.

Bruken av verbet "å omfatte" og dets ulike former ekskluderer ikke tilstedeværelsen av elementer eller trinn som ikke er nevnt i kravene. De ubestemte artiklene "en", "ei" eller "et" foran et element ekskluderer ikke tilstedeværelsen av flere slike elementer.

Det faktumet at enkelte trekk er anført i innbyrdes forskjellige avhengige krav, indikerer ikke at en kombinasjon av disse trekkene ikke med fordel kan brukes.

Claims (8)

Patentkrav

1. Pumpe (1) hvor en elektrisk motor (12) som er koplet til en rotor (123) forsynt med minst én pumpeskovl (127), er integrert i et pumpehus (11) hvor

den elektriske motoren (12) er en ringmotor som omkranser i det minste et parti av et fluidstrømningsløp (1114) gjennom pumpa (1),

en stator (121) er anordnet innvendig i en mellomseksjon (112) av pumpehuset (11) og omkranser rotoren (123),

rotoren (123), som er opplagret i pumpehuset (11), er hylseformet og tildanner et mellomparti av nevnte fluidstrømningsløp (1114),

den minst ene pumpeskovlen (127) er fastgjort innvendig i rotoren (123), og

dynamiske tetninger (126) er anordnet ved endepartier av rotoren (123) og avgrenser på fluidtettende vis hulrom (128) i pumpehuset (11) og den elektriske motoren (12),

nevnte hulrom (128) er fylt med et motorfluid i form av olje og står i fluidkommunikasjon med en motorfluidtrykkregulator (13), k a r a k t e r i -s e r t v e d at

motorfluidtrykkregulatoren (13) er tilknyttet et kontrollsystem som er innrettet til å overvåke sammensetningen av motorfluidet i ringmotorens (12) hulrom (128), særlig forekomsten av vann i motorfluidet.

2. Pumpe (1) i henhold til krav 1, hvor den elektriske motoren (12) er en permanentmagnetmotor, hvor flere permanentmagneter (124) er fastgjort på en utvendig veggflate (1231) på rotoren (123).

3. Pumpe (1) i henhold til krav 2, hvor den elektriske motoren (12) er en frekvensstyrt permanentmagnetmotor.

4. Pumpe (1) i henhold til krav 1, hvor motorfluidtrykkregulatoren (13) er integrert i pumpehuset (11).

5. Pumpe (1) i henhold til krav 1, hvor den minst ene pumpeskovlen (127) strekker seg diametralt gjennom rotoren (123).

6. Pumpe (1) i henhold til krav 1, hvor flere pumpeskovler (127a) strekker seg frittragende ut fra rotorens (123) innvendige rotorveggflate (1232) mot en senterakse (AR) i rotoren (123).

7. Pumpe (1) i henhold til krav 1, hvor kontrollsystemet er innrettet til å overvåke rotorens (123) rotasjonshastighet og vibrasjon i pumpa (1).

8. Pumpe (1) i henhold til krav 1, hvor motorfluidtrykkregulatoren (13) er innrettet til å opprettholde et motorfluidtrykk i ringmotorens (12) hulrom (128) på et nivå som ligger noe over trykket i fluidet som pumpes.