NO870454L

NO870454L - PIPE POWER GENERATOR.

Info

Publication number: NO870454L
Application number: NO870454A
Authority: NO
Inventors: Preston T Gaspard; Lewis D Holmes Jr; James V Theis
Original assignee: Baker Cac
Priority date: 1987-02-04
Filing date: 1987-02-04
Publication date: 1988-08-05
Also published as: NO870454D0

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører produksjon av elektrisk kraft fra dynamisk energi i et fluid som transporteres gjennom en strømningsledning eller rørledning, og vedrører nær-mere bestemt produksjon av elektrisk kraft på fjerntliggende steder i en strømningsledning eller rørledning benyttet for transport av fluider. The present invention relates to the production of electric power from dynamic energy in a fluid which is transported through a flow line or pipeline, and relates more specifically to the production of electric power at remote locations in a flow line or pipeline used for the transport of fluids.

Elektrisk kraft behøves for mange operasjoner som utføres i forbindelse med produksjon, oppsamling og fordeling av fluider og forskjellige strømningsmedia i petroleumsindustrien. Eksempelvis krever flere-brønnsoppsamlingsutstyr elektrisk kraft for kontrollpaneler for varmere og prosessutstyr, separator-kontrollpaneler, varmere for tanker og strømningsledninger, brannbekjempelse, gassdetektorsystemer, elektrohydrauliske pumper, kjemiske injeksjonspumper, telemetriutstyr og mikro-prosessorbaserte kontrollsystemer. Elektrisk kraft er også nødvendig ved fjerntliggende brønner såsom karbondioksydpro-duserende og-injiserende brønner, gassinjeksjonsbrønner og vanninjeksjonsområder. Elektrisk kraft er nødvendig for å aktivisere justerbare strømningsledningsdyser, strømningsled-ningsvarmere, sikkerhetssystemer og mikroprosessorbasert telemetriutstyr. Elektrisk kraft er nødvendig for rørledning-er, nær rørledningsventiler for kraft til kontrollsystemer for ventilaktivatorer, ledningsbruddsysterner, elektrohydrauliske kraftpakker og telemetriutstyr. For havbaserte anvendelser er elektrisk kraft nødvendig for navigasjonssystemer såsom tåkelurer, navigasjonslys og kommunikasjonssystemer. Kort sagt finnes det mange forskjellige fjerntliggende steder hvor kontinuerlig elektrisk kraft eller intermittent elektrisk kraft er nødvendig for å utføre operasjoner i petroleumsindustrien. På mange av disse steder er det uøkonomisk å benytte motordrevne generatorer. Solcellepaneler har vært benyttet for å gi elektrisk kraft på fjerntliggende steder. Til havs har man lagt sjøkabler for å bringe elektrisk kraft til fjerntliggende steder. Electrical power is needed for many operations that are carried out in connection with the production, collection and distribution of fluids and different flow media in the petroleum industry. For example, multi-well gathering equipment requires electrical power for heater and process equipment control panels, separator control panels, tank and flowline heaters, firefighting, gas detection systems, electrohydraulic pumps, chemical injection pumps, telemetry equipment, and microprocessor-based control systems. Electric power is also needed at remote wells such as carbon dioxide producing and injecting wells, gas injection wells and water injection areas. Electrical power is required to activate adjustable flowline nozzles, flowline heaters, safety systems, and microprocessor-based telemetry equipment. Electrical power is required for pipelines, near pipeline valves for power to control systems for valve actuators, line break systems, electro-hydraulic power packs and telemetry equipment. For marine applications, electrical power is required for navigation systems such as fog lights, navigation lights and communication systems. In short, there are many different remote locations where continuous electrical power or intermittent electrical power is required to carry out operations in the petroleum industry. In many of these places it is uneconomical to use motor-driven generators. Solar panels have been used to provide electrical power in remote locations. At sea, submarine cables have been laid to bring electric power to remote locations.

Forskjellige tidligere kjente anordninger er blitt benyttetVarious previously known devices have been used

i et forsøk på å produsere elektrisk kraft fra dynamisk energi i et arbeidsfluid som strømmer gjennom en rørledning i petro- in an attempt to produce electrical power from dynamic energy in a working fluid flowing through a pipeline in petro-

leumsindustrien. Disse systemer har vanligvis benyttet løpe-hjul eller turbinrotorer montert i strømningsledningen med aksen forløpende enten parallelt med eller sammenfallende med strømningsledningens akse for å gi tilstrekkelig akselkraft til å drive en vanlig elektrisk generator. Eksempelvis har det vært benyttet akseldrevne likestrømsgeneratorer forsynt med permanente magneter, børster og kommetator drevet av koak-siale boreslamsturbiner nede i borehull i en borestreng for å gi kraft til borehullslogging og annet utstyr. the leum industry. These systems have typically used impellers or turbine rotors mounted in the flow line with the axis running either parallel to or coinciding with the flow line axis to provide sufficient shaft power to drive a conventional electric generator. For example, shaft-driven direct current generators equipped with permanent magnets, brushes and cometator driven by coaxial drilling mud turbines down in boreholes in a drill string have been used to provide power for borehole logging and other equipment.

I tillegg til konvensjonelle aksialstrømningsturbiner har akselkraft også blitt produsert i andre anvendelser ved bruk av impulsturbiner som har tatt kraft fra fluider som påvirker turbinene ved deres periferi. Impulsturbiner drevet av en rekke dyser plassert langs periferien av et kammer som inneholder turbinen er vist i US patent nr. 4 060 336 og 4 150 918. In addition to conventional axial flow turbines, shaft power has also been produced in other applications using impulse turbines that have taken power from fluids impinging on the turbines at their periphery. Impulse turbines driven by a series of nozzles located along the periphery of a chamber containing the turbine are shown in US Patent Nos. 4,060,336 and 4,150,918.

Intet tidligere kjent apparat som benytter en turbindrevet generator til å omdanne dynamisk energi i et arbeidsfluid i en strømningsledning til elektrisk kraft er kjent hvor den turbindrevne generator kan monteres og demonteres mens fluidet strømmer gjennom ledningen. Videre har ingen av de tidligere kjente anordninger et valgfritt fluidomløp som kan føre fluid rundt turbinen når elektrisk kraft ikke er påkrevet og som tillater valgfri aktivisering av turbinen etter ønske. No previously known apparatus that uses a turbine-driven generator to convert dynamic energy in a working fluid in a flow line into electrical power is known where the turbine-driven generator can be assembled and disassembled while the fluid flows through the line. Furthermore, none of the previously known devices has an optional fluid circuit which can lead fluid around the turbine when electric power is not required and which allows optional activation of the turbine as desired.

Oppfinnelsen omfatter således en anordning for bruk i konvertering av dynamisk energi i et fluid som strømmer i en ledning, strømningsledning eller rørledning, til elektrisk energi som er tilgjengelig på forutbestemte steder mellom endene av ledningen, hvilken anordning omfatter en turbin som drives av fluidet som strømmer i ledningen, hvilken turbin er koblet til en elektrisk generator. Et separat organ såsom et ventilhus er innlemmet i strømningsledningen på hvert forutbestemte sted, og turbinen og generatoren kan være festet til ventilhuset. Ventilhuset omfatter et avledningsrørapparat for å omdirigere i det minste en del av strømmen i ledningen i en bane på tvers av ledningen. Det omdirigerte fluid bringes til kontakt med rotasjonsturbinen for å produsere roterende kraft ut fra trykkfallet i arbeidsfluidet, gjennom en dyse plassert inntil periferien av turbinen. I den foretrukne utførelse av oppfinnelsen roterer turbinen om en akse som forløper på tvers eller perpendikulært på aksen av fluidledningen eller strømningsledningen. En omløpspassasje som står i forbindelse med ventilhuset og kan forskyves mellom en første og andre stilling tilveiebringer midler for å omdirigere fluid fra kontakt med turbinen. Denne, omløpspassasje kan forskyves til en stilling hvor den gir forbindelse mellom det oppstrøms og det nedstrøms parti av ledningen. Når omløpspassasjen gir forbindelse mellom ledningens oppstrøms og nedstrøms partier kan turbinen og generatoren fjernes fra ventilhuset uten å forstyrre strømmen gjennom kanalen eller rørledningen. Bruk av et ventilhus som har dette interne omløpsparti gir også mulighet for anbringelse av en turbingenerator på ethvert sted hvor et ventilhus er innlemmet i ledningen på ethvert tidspunkt under ledningens bruk. Omløpspartiet eller glideventilen påvirkes utenifra slik at omløpspartiet eller glideventilen kan forbli lukket inntil det blir nødvendig å aktivisere turbingeneratoren. The invention thus comprises a device for use in converting dynamic energy in a fluid flowing in a conduit, flow line or pipeline, to electrical energy available at predetermined locations between the ends of the conduit, which device comprises a turbine driven by the flowing fluid in the line, which turbine is connected to an electric generator. A separate member such as a valve housing is incorporated into the flow line at each predetermined location, and the turbine and generator may be attached to the valve housing. The valve housing includes a diverter tube apparatus for diverting at least a portion of the flow in the line in a path across the line. The diverted fluid is brought into contact with the rotary turbine to produce rotary power from the pressure drop in the working fluid, through a nozzle placed close to the periphery of the turbine. In the preferred embodiment of the invention, the turbine rotates about an axis which extends transversely or perpendicularly to the axis of the fluid conduit or flow conduit. A bypass passage communicating with the valve housing and displaceable between a first and second position provides means to divert fluid from contact with the turbine. This bypass passage can be moved to a position where it provides a connection between the upstream and the downstream part of the line. When the bypass passage provides a connection between the upstream and downstream sections of the line, the turbine and generator can be removed from the valve housing without disturbing the flow through the channel or pipeline. The use of a valve body having this internal circulation portion also allows for the placement of a turbine generator at any location where a valve body is incorporated into the line at any time during the line's use. The bypass section or slide valve is influenced from the outside so that the bypass section or slide valve can remain closed until it becomes necessary to activate the turbine generator.

Til bedre forståelse av oppfinnelsen skal den beskrives nær-mere under henvisning til det utførelseseksempel som er vist på vedføyede tegninger. Fig. 1 er et snitt gjennom en rørlednings-turbingenerator og -ventilhusmontasje innlemmet i en strømningsledning på et forutbestemt sted. For a better understanding of the invention, it shall be described in more detail with reference to the design example shown in the attached drawings. Fig. 1 is a section through a pipeline turbine generator and valve body assembly incorporated into a flow line at a predetermined location.

Fig. 2 er et snitt langs linjen 2-2 på fig. 1.Fig. 2 is a section along the line 2-2 in fig. 1.

Fig. 3 er et riss av ventilhuset med omløpsventilen i lukket stilling, hvor turbinen og generatoren er blitt fjernet fra ventilhuset. Fig. 4 viser en typisk installasjon som benytter turbingeneratoren i en strømningsledning nær et brønnhode benyttet for å gi kraft til en mikroprosessorbasert elektrohydraulisk kontrollpakke for en enkelt brønn. Fig. 3 is a view of the valve housing with the bypass valve in the closed position, where the turbine and generator have been removed from the valve housing. Fig. 4 shows a typical installation using the turbine generator in a flowline near a wellhead used to power a microprocessor-based electro-hydraulic control package for a single well.

Den elektriske turbindrevne rørledningsgenerator 2 omfatterThe electric turbine-driven pipeline generator 2 comprises

i den foretrukne utførelse av oppfinnelsen et ventilhus 4, som er innlemmet i en strømningsledning eller rørledning 6, og en elektrisk generator 8, en turbin 10 og en glide- eller sluseventilinnretning 18 og 20, innbefattende en omløpsseksjon 18c. Turbinen 10 og generatoren 8 kan være montert på ventilhuset 4 . I den foretrukne utførelse av oppfinnelsen ut-gjøres strømningsledningen 6 av en konvensjonell strømnings-ledning eller rørledning benyttet for transport av petrole-umsfluider såsom råolje. Eksempelvis kan ledningen 6 være en rørledning som forløper over lengre distanser til lands, eller den kan utgjøres av en ledning i et oppsamlingssystem plassert i et oljefelt som har flere produserende brønner. Vanligvis, men ikke nødvendigvis, vil ledningen 6 omfatte et overflateparti hvor det er adkomst for befestigelse, fjerning eller vedlikehold av kraftgeneratoren. Ventilhuset 4 har flensfoirsynte partier 4a i hver ende og midler for å oppta en flerhet bolter 12 for befestigelse og innlemmelse.av ventilhuset 4 i strømningsledningen. Ventilhuset 4 er blitt innlemmet, i strømningsledningen på et tidspunkt hvor det ikke strømmet noen fluider i angjeldende parti av strømningsled-ningen. Således kan ventilhuset 4 innlemmes i en ny rørled-ning på et eller flere forutbestemte steder hvor elektrisk kraft senere vil trenges. Ventilhuset 4 kan innsettes i strømningsledningen 6 uavhengig av generatoren 8 og turbinen 10. Derfor kan generatoren 8 og turbinen 10 festes til ventilhuset 4 etter den opprinnelige installasjon av ventilhuset 4 når behovet for elektrisk kraft oppstår. in the preferred embodiment of the invention, a valve housing 4, which is incorporated in a flow line or pipeline 6, and an electric generator 8, a turbine 10 and a slide or gate valve device 18 and 20, including a bypass section 18c. The turbine 10 and the generator 8 can be mounted on the valve housing 4 . In the preferred embodiment of the invention, the flow line 6 is a conventional flow line or pipeline used for the transport of petroleum fluids such as crude oil. For example, the line 6 can be a pipeline that extends over longer distances to land, or it can be made up of a line in a collection system located in an oil field that has several producing wells. Usually, but not necessarily, the line 6 will comprise a surface portion where there is access for attachment, removal or maintenance of the power generator. The valve housing 4 has flanged portions 4a at each end and means for receiving a plurality of bolts 12 for attachment and incorporation of the valve housing 4 in the flow line. The valve housing 4 has been incorporated into the flow line at a time when no fluids were flowing in the relevant part of the flow line. Thus, the valve housing 4 can be incorporated into a new pipeline at one or more predetermined locations where electrical power will later be needed. The valve body 4 can be inserted into the flow line 6 independently of the generator 8 and the turbine 10. Therefore, the generator 8 and the turbine 10 can be attached to the valve body 4 after the original installation of the valve body 4 when the need for electrical power arises.

Ventilhuset 4 har en første eller oppstrøms strømningspas-sasje 14 som er innrettet med strømningspassasjen gjennom den oppstrøms seksjon av rørledningen eller kanalpartiet 6. The valve body 4 has a first or upstream flow passage 14 which is aligned with the flow passage through the upstream section of the pipeline or channel section 6.

I den foretrukne utførelse er innerdiameteren av den oppstrøms passasje 14 lik innerdiameteren av den oppstrøms ledningssek-sjon. En lignende nedstrøms passasje 26 står i forbindelse med den nedstrøms strømningsledning 6. I den foretrukne ut-førelse er den andre eller nedstrøms strømningspassasje 26 koaksial med den oppstrøms eller første passasje 14. Mellom endene av ventilhuset 4 strekker det seg en tversgående vegg eller skillevegg 78, som adskiller den første eller oppstrøms passasje 14 fra den andre eller nedstrøms passasje 26. I utførelsen vist på fig. 1 er en plugg 70 som inneholder en dyse 68 innsettbar i skilleveggen 78. Dysen 68 gir direkte forbindelse mellom den oppstrøms strømningspassasje og ned-strøms strømningspassasje 26. Pluggen 70 kan fjernes og erstattes med en massiv plugg for å forhindre direkte forbindelse mellom strømningspassasjen 14 og strømningspassasjen 26. Slik det vil fremgå av det følgende, er bruken av en plugg, f.eks. såsom pluggen 70 med dysen 68, relatert til de relative strømningshastigheter i kanalen 6 og turbinen 10. In the preferred embodiment, the inner diameter of the upstream passage 14 is equal to the inner diameter of the upstream conduit section. A similar downstream passage 26 communicates with the downstream flow line 6. In the preferred embodiment, the second or downstream flow passage 26 is coaxial with the upstream or first passage 14. Between the ends of the valve body 4 extends a transverse wall or partition 78 , which separates the first or upstream passage 14 from the second or downstream passage 26. In the embodiment shown in fig. 1 is a plug 70 containing a nozzle 68 insertable into the partition wall 78. The nozzle 68 provides direct connection between the upstream flow passage and the downstream flow passage 26. The plug 70 can be removed and replaced with a solid plug to prevent direct connection between the flow passage 14 and the flow passage 26. As will be apparent from the following, the use of a plug, e.g. such as the plug 70 with the nozzle 68, related to the relative flow rates in the channel 6 and the turbine 10.

Den midlere skillevegg 78 skaper en tversgående tredje strømningspassasje 16, som står i direkte forbindelse med den oppstrøms passasje 14. I den foretrukne utførelse av oppfinnelsen strekker den tversgående passasje 16 seg perpendikulært på aksen av den oppstrøms strømningspassasje 14 og aksen av den rørformede kanal 6. Strømningspassasjen 16 åpner uten-for hovedventilhuset 4, og på fig. 1 er den vist innrettet med en strømningspassasje 18a som befinner seg i en forskyvbar glider eller sluse 18 som kan festes på toppen av ventilhuset 4. En fjerde strømningspassasje 24, som også strekker seg på tvers av kanalens 6 akse, er plassert på motsatt side av skilleveggen 78 i forhold til den tredje strømningspassasje 16. The intermediate partition wall 78 creates a transverse third flow passage 16, which is in direct communication with the upstream passage 14. In the preferred embodiment of the invention, the transverse passage 16 extends perpendicular to the axis of the upstream flow passage 14 and the axis of the tubular channel 6. The flow passage 16 opens outside the main valve housing 4, and in fig. 1, it is shown arranged with a flow passage 18a located in a displaceable slider or sluice 18 which can be attached to the top of the valve housing 4. A fourth flow passage 24, which also extends across the axis of the channel 6, is located on the opposite side of the partition wall 78 in relation to the third flow passage 16.

I den foretrukne utførelse av oppfinnelsen har strømningspas-sasjen 24 en diameter som er lik eller større enn diameteren av den nedstrøms strømningspassasje 26 som strømningspassasjen 24 står i forbindelse med. Strømningspassasjen 24 åpner i den øvre overflate av ventilhuset 4 i den flate som er i kontakt med den forskyvbare glider 18 festet til ventilhuset 4. In the preferred embodiment of the invention, the flow passage 24 has a diameter that is equal to or greater than the diameter of the downstream flow passage 26 with which the flow passage 24 is in communication. The flow passage 24 opens in the upper surface of the valve housing 4 in the surface that is in contact with the displaceable slide 18 attached to the valve housing 4.

En mottrykksventil 72 er plassert i det nedre parti av ventilhuset 4 og står på den ene side i forbindelse med den opp-strøms strømningspassasje 14. Mottrykksventilen eller tilbakeslagsventilen 72 kan omfatte en vanlig tilbakeslagsventil som har et stempel eller en kule som er fjærbelastet til anlegg mot et ventilsete i denne. Den fjærbelastede kule eller stempel (ikke vist) holdes i kontakt med ventilsetet for å forhindre fluidstrømning fra nedstrøms siden av ventilen 7 2 inn i den oppstrøms strømningspassasje 14. Når trykket i den oppstrøms strømningspassasje 14 er tilstrekkelig til å over-vinne fjærbelastningen mot kulen, tvinges kulen bort fra sitt sete og tillater strømning fra den oppstrøms strømningspas-sas je 14 inn i tilbakeslagsventilen 72. Når trykkdifferensialet mellom den første og andre strømningspassasje som virker på tilbakeslagsventilen 72 når et forutbestemt nivå, åpner ventilen slik at omdreiningstallet og dreiemomentet av turbinen holdes innenfor forutbestemte grenser. En aksialt for-løpende kanal 74, som står i forbindelse med nedstrøms siden av tilbakeslagsventilen 72, møter en tversgående strømnings-passas je 76. Den tversgående strømningspassasje 76 står i sin tur i forbindelse med de nedstrøms strømningspassasjer 24 og 26. Strømningspassasjen 74 er boret i siden av ventilhuset 4 og krysser strømningspassasjen 76 som er boret fra den nedre flate av ventilhuset 4. Strømningspassasjene 72 og 76 er forsynt med plugger for å tette strømningspassasjene. A back pressure valve 72 is located in the lower part of the valve housing 4 and stands on one side in connection with the upstream flow passage 14. The back pressure valve or non-return valve 72 may comprise a normal non-return valve which has a piston or a ball which is spring-loaded to abut against a valve seat in this. The spring-loaded ball or piston (not shown) is held in contact with the valve seat to prevent fluid flow from the downstream side of the valve 72 into the upstream flow passage 14. When the pressure in the upstream flow passage 14 is sufficient to overcome the spring load against the ball, forces the ball away from its seat and allows flow from the upstream flow passage 14 into the check valve 72. When the pressure differential between the first and second flow passages acting on the check valve 72 reaches a predetermined level, the valve opens so that the rpm and torque of the turbine is maintained within predetermined limits. An axially extending channel 74, which communicates with the downstream side of the check valve 72, meets a transverse flow passage 76. The transverse flow passage 76 in turn communicates with the downstream flow passages 24 and 26. The flow passage 74 is drilled in the side of the valve body 4 and intersects the flow passage 76 which is drilled from the lower surface of the valve body 4. The flow passages 72 and 76 are provided with plugs to seal the flow passages.

En sluse- eller glideventil omfatter to plane metallseksjoner 18 og 20. Den nedre glideventilseksjon eller -skive 18 er plassert i kontakt med den øvre flate på ventilhuset 4. En første sylindrisk åpning 18a er innrettet med ventilhusets strømningspassasje 16 i den stilling som er vist på fig. 1. A gate or slide valve comprises two planar metal sections 18 and 20. The lower slide valve section or disk 18 is placed in contact with the upper surface of the valve body 4. A first cylindrical opening 18a is aligned with the valve body flow passage 16 in the position shown in fig. 1.

En O-ringtetning 32 er montert i et spor i ventilhuset 4 og omslutter fullstendig både fluidpassasjen 16 og fluidpassasjen 18a, for således å sikre tetning i denne forbindelse mellom ventilhuset og glideskiven 18. En større O-ringtetning 4 0 strekker seg rundt og nær periferien av skiven 18 for ytterligere å etablere tetning mellom ventilhuset 4 og glideventilskiven 18. Et andre hull 18b strekker seg gjennom glideventilskiven 18 og er plassert i forbindelse med strømningspas-sasjen 24 i ventilhuset 24 i den utformning som er vist på fig. 1. Glideventilskiven 18 har også en annen åpning for å oppta en tapp 48, som også befinner seg i inngrep med et gjenget hull i det øvre parti av ventilhuset 4. An O-ring seal 32 is mounted in a groove in the valve housing 4 and completely encloses both the fluid passage 16 and the fluid passage 18a, so as to ensure sealing in this connection between the valve housing and the sliding disc 18. A larger O-ring seal 40 extends around and close to the periphery of the disk 18 to further establish a seal between the valve housing 4 and the sliding valve disk 18. A second hole 18b extends through the sliding valve disk 18 and is placed in connection with the flow passage 24 in the valve housing 24 in the design shown in fig. 1. The slide valve disc 18 also has another opening to receive a pin 48, which also engages a threaded hole in the upper part of the valve body 4.

En andre skive 20 er plassert i overlappende kontakt med glideventilskiven 18. Den plane glideventilskive 20 har også gjengede åpninger for å oppta en tapp 46 og åpninger for tappen 48. Tappen 48 har imidlertid et hode som samvirker med en skulder på oversiden av det hull som strekker seg gjennom skiven 20. En O-ringtetning 38 strekker seg rundt periferien av skiven 18 for å tette mellom skiven 18 og skiven 20. En O-ringtetning 4 2 strekker seg langs den øvre flate på ventilskiven 18 for å sikre tetning mellom skiven 18 og skiven 20 rundt en åpning 20b som står i forbindelse med åpningen 18b i den konfigurasjon som er vist på fig. 1. En åpning 20a på den motsatte side av skiven 20 er innrettet med åpningen 18a i den konfigurasjon som er vist på fig. 1. En O-ringtetning 54 danner tetning ved forbindelsen mellom åpningene 18a og 20a. A second disk 20 is placed in overlapping contact with the slide valve disk 18. The planar slide valve disk 20 also has threaded openings to receive a pin 46 and openings for the pin 48. However, the pin 48 has a head which cooperates with a shoulder on the upper side of the hole which extends through disc 20. An O-ring seal 38 extends around the periphery of disc 18 to seal between disc 18 and disc 20. An O-ring seal 42 extends along the upper surface of valve disc 18 to ensure sealing between disc 18 and the disk 20 around an opening 20b which is connected to the opening 18b in the configuration shown in fig. 1. An opening 20a on the opposite side of the disc 20 is aligned with the opening 18a in the configuration shown in fig. 1. An O-ring seal 54 forms a seal at the connection between the openings 18a and 20a.

Generatoranordningen omfatter et ytre hus 30 og en flens 44 som er sveiset eller på annen måte stivt forbundet ved hjelp av konvensjonelle midler med generatorhuset 30, idet flensen 44 er plassert overlappende med glideventilskiven 20. Flensen 44 har et hull for opptagelse av tappen 46. Det vil forstås at ytterligere tapper 4 6 kan være anordnet for stivt å for-binde generatoren med ventilskiven 20. En O-ringtetning 36 er plassert nær periferien av skiven 20 for å etablere tetning mellom skiven 20 og flensen 44. En ringformet åpning 22 er tildannet i den nedre flate av flensen 44. Slik det best vil fremgå av fig. 2, står denne ringformede åpning i forbindelse med strømningspassasjen som omfatter seksjonene 16, 18a og 20a. En ringformet skillevegg 52, som er plassert i kontakt med den øvre flate på skiven 20 ved den nedre ende av flensen 44, adskiller det ringformede hulrom 22 fra et indre hulrom 25. En dyse 28 forløper gjennom en fjernbar ringformet skillevegg 52 for å etablere forbindelse mellom det ytre hulrom 22 og det indre hulrom 25. Det indre hulrom 25 som defineres av skilleveggen 28 og av en utsparing i den øvre flate på ventilskiven 20, er sylindrisk og er innrettet til å oppta en turbinrotor 10 hvis rotasjonsakse er orientert perpendikulært på strømningspassasjene 14 og 26 i ventilhuset 4. The generator device comprises an outer housing 30 and a flange 44 which is welded or otherwise rigidly connected by conventional means to the generator housing 30, the flange 44 being placed overlapping the sliding valve disc 20. The flange 44 has a hole for receiving the pin 46. it will be understood that additional pins 4 6 may be provided to rigidly connect the generator to the valve disk 20. An O-ring seal 36 is placed near the periphery of the disk 20 to establish a seal between the disk 20 and the flange 44. An annular opening 22 is formed in the lower surface of the flange 44. As will best be seen from fig. 2, this annular opening is in communication with the flow passage comprising sections 16, 18a and 20a. An annular partition 52, which is placed in contact with the upper surface of the disc 20 at the lower end of the flange 44, separates the annular cavity 22 from an internal cavity 25. A nozzle 28 extends through a removable annular partition 52 to establish connection between the outer cavity 22 and the inner cavity 25. The inner cavity 25, which is defined by the partition wall 28 and by a recess in the upper surface of the valve disk 20, is cylindrical and is adapted to receive a turbine rotor 10 whose axis of rotation is oriented perpendicular to the flow passages 14 and 26 in valve housing 4.

Turbinen 10 omfatter en rotor som er beskrevet i større detalj i US patent nr. 4 150 918, som herved medtas som referan-se. Det ytre parti av impulsturbinrotoren 10 har skovler som er innrettet med dysen 28, som beskrevet i større detalj i The turbine 10 comprises a rotor which is described in greater detail in US patent no. 4,150,918, which is hereby incorporated by reference. The outer portion of the impulse turbine rotor 10 has vanes which are aligned with the nozzle 28, as described in greater detail in

US patent nr. 4 150 918, for overføring av kinetisk energiUS Patent No. 4,150,918, for transfer of kinetic energy

i fluidet som strømmer fra dysen 28 til reaksjonskontakt med turbinrotoren 10, til roterende mekanisk energi som gir tilstrekkelig effekt til å drive generatoren 8. Trykkfallet gjennom dysen 28 fra det relativt høy-trykksområde i strøm-ningspassas jene 14, 16, 18a, 20a og i det ytre ringformede hulrom 22 til det relativt lavere trykk på nedstrøms siden i det indre hulrom 25, strømningspassasjene 20b, 18b, 24 og 26, gir energi til å drive turbinen. Turbinens aksel 50 strekker seg perpendikulært på strømningspassasjene 14 og 26 og på strømningspassasjen i ledningen 6, og strekker seg oppad inn i den i og for seg konvensjonelle generator 8. Rotasjon av turbinen 10 og akselen 50 gir således roterende mekanisk energi for drift av en konvensjonell generator for å produsere likestrøm. Konvensjonelle lagre 58 er plassert rundt akselen 50 på vanlig måte. in the fluid that flows from the nozzle 28 to reaction contact with the turbine rotor 10, to rotating mechanical energy that provides sufficient power to drive the generator 8. The pressure drop through the nozzle 28 from the relatively high-pressure area in the flow passages 14, 16, 18a, 20a and in the outer annular cavity 22 to the relatively lower pressure on the downstream side in the inner cavity 25, the flow passages 20b, 18b, 24 and 26, provide energy to drive the turbine. The turbine shaft 50 extends perpendicularly to the flow passages 14 and 26 and to the flow passage in the line 6, and extends upwardly into the inherently conventional generator 8. Rotation of the turbine 10 and the shaft 50 thus provides rotary mechanical energy for operation of a conventional generator to produce direct current. Conventional bearings 58 are located around the shaft 50 in the usual manner.

Generatoranordningen 8 omfatter en øvre belg 64, som omgir øvre lagre 62 plassert ved den øvre ende av turbinakselen 50. Midler er anordnet for å utligne kraften på motstående sider av lagrene 62 og lagrene 58. Et fluid er helt inn i generatorhuset, og luft har fått unnslippe fra det indre av belgen 62. En separat strømningsledning 60 strekker seg oppad i det ytre generatorhus 30 på utsiden av belgen 64. Strømningsledningen 60 står i forbindelse med det indre hulrom 25 hvori turbinen 10 og arbeidsfluidet med relativt lavere trykk foreligger. Arbeidsfluidet virker således mot utsiden av belgen og mot trykket av fluidet i dennes indre. Belgen tjener til å sikre at trykket i fluidet i det indre av generatoren er likt trykket i det indre hulrom 25 som virker i området for den nedre ende av akselen ved lagrene 58. Således vil fluidtrykket som virker mot de avtettede aksel-ender til enhver tid være balansert. Konvensjonelle elektriske komponenter 66 for å regulere kraftproduksjonen av generatoranordningen 8 er plassert ved det øvre parti av generatoranordningen i det ytre generatorhus 30. Elektriske sig-naler og kraft bringes ut gjennom en høyttrykks elektrisk kobling 56. The generator assembly 8 comprises an upper bellows 64, which surrounds upper bearings 62 located at the upper end of the turbine shaft 50. Means are provided to equalize the force on opposite sides of the bearings 62 and the bearings 58. A fluid is completely inside the generator housing, and air has allowed to escape from the interior of the bellows 62. A separate flow line 60 extends upwards in the outer generator housing 30 on the outside of the bellows 64. The flow line 60 is connected to the inner cavity 25 in which the turbine 10 and the working fluid of relatively lower pressure exist. The working fluid thus acts against the outside of the bellows and against the pressure of the fluid in its interior. The bellows serves to ensure that the pressure in the fluid inside the generator is equal to the pressure in the internal cavity 25 which acts in the area of the lower end of the shaft at the bearings 58. Thus the fluid pressure acting against the sealed shaft ends will at all times be balanced. Conventional electrical components 66 for regulating the power production of the generator device 8 are located at the upper part of the generator device in the outer generator housing 30. Electrical signals and power are brought out through a high-pressure electrical coupling 56.

Fig. 3 viser konfigurasjonen av ventilhuset 4 og glideventil-skivene 18 og 20 når generatoren 8 er fjernet. Det skal poengteres at ventilskiven 18 er blitt rotert for å innrette den lateralt forløpende strømningspassasje 18c med strømnings-passasjene 16 og 24 for derved å gi direkte forbindelse fra strømningspassasjen 14 gjennom passasjen 16, gjennom passasjen 18c og gjennom passasjen 24 inn i strømningspassasjen 26. Fig. 3 shows the configuration of the valve housing 4 and the sliding valve discs 18 and 20 when the generator 8 has been removed. It should be pointed out that the valve disk 18 has been rotated to align the laterally running flow passage 18c with the flow passages 16 and 24 to thereby provide direct connection from the flow passage 14 through the passage 16, through the passage 18c and through the passage 24 into the flow passage 26.

En innsnevring kan være anordnet i passasjen 18c for å simu-lere det trykkfall som er resultatet av fluidets passasje gjennom dysen 28 for å forhindre plutselige trykkøkninger på nedstrømssiden når ventilskiven 18 lukkes. Ventilskiven 18 forskyves fra den stilling som er vist på fig, 1 til den stilling som er vist på fig. 3 ved å gripe periferien av glideventilskiven 18 ved hjelp av konvensjonelle midler og rotere ventilskiven. Rotasjon av ventilskiven 18 stoppes av tappen 48 når passasjene 18a og 18c er bragt ut av innret-ning med passasjene 16 og 24 og når omløpspartiet 18c på undersiden av glideventilskiven 18 er i den stilling som er vist på fig. 3. Når generatoren som vist på fig. 1 skal fjernes, er første trinn å rotere glideventilskiven 18 fra den stilling som er vist på fig. 1 til den stilling som er vist på fig. 3. Strømningen fortsetter i kanalen 6 gjennom passasjene 14 og 26 i ventilhuset 4, men i den konfigurasjon som er vist på fig. 3 strømmer fluidet utenom turbinen 10. Turbinen 10 og generatoren 8 kan derfor lett fjernes ved å fjerne tappen eller bolten 46 fra ventilhuset 4 mens fluid fortsetter å strømme gjennom kanalen. Generatoren 8 og turbinen 10 forbundet med denne kan også monteres til ventilhuset 4 plassert i strømningsledningen 6 når det blir nødvendig å A constriction may be arranged in the passage 18c to simulate the pressure drop resulting from the fluid's passage through the nozzle 28 to prevent sudden pressure increases on the downstream side when the valve disc 18 is closed. The valve disc 18 is displaced from the position shown in fig. 1 to the position shown in fig. 3 by gripping the periphery of slide valve disc 18 by conventional means and rotating the valve disc. Rotation of the valve disk 18 is stopped by the pin 48 when the passages 18a and 18c are brought out of alignment with the passages 16 and 24 and when the bypass part 18c on the underside of the sliding valve disk 18 is in the position shown in fig. 3. When the generator as shown in fig. 1 is to be removed, the first step is to rotate the sliding valve disc 18 from the position shown in fig. 1 to the position shown in fig. 3. The flow continues in the channel 6 through the passages 14 and 26 in the valve body 4, but in the configuration shown in fig. 3, the fluid flows outside the turbine 10. The turbine 10 and the generator 8 can therefore be easily removed by removing the pin or bolt 46 from the valve housing 4 while fluid continues to flow through the channel. The generator 8 and the turbine 10 connected to it can also be mounted to the valve housing 4 placed in the flow line 6 when it becomes necessary to

ta kinetisk energi ut av arbeidsfluidet for å produsere elektrisk kraft på et forutbestemt sted langs strømningsledning-en. Så snart generatoren 8 og turbinen 10 er montert, roteres glideventilskiven 18 fra den stilling som er vist på fig. 3 til den stilling som er vist på fig. 1 for å lede fluid inn i det indre hulrom 25, slik at trykkfallet gjennom dysen 28 aktiviserer turbinen 10. extract kinetic energy from the working fluid to produce electrical power at a predetermined location along the flow line. As soon as the generator 8 and the turbine 10 are mounted, the sliding valve disc 18 is rotated from the position shown in fig. 3 to the position shown in fig. 1 to guide fluid into the inner cavity 25, so that the pressure drop through the nozzle 28 activates the turbine 10.

Avhengig av strømningshastighetene gjennom kanalen 6 og de optimale strømningshastigheter som dysen 28 krever for å aktivisere turbinen 10, kan det være nødvendig å tilveie- bringe en kontinuerlig åpen alternativ passasje som lar fluidet passere forbi turbinen 10 kontinuerlig. Pluggen 70 som inneholder dysen 68 kan festes i skilleveggen 78 for å gi en kontinuerlig ventilering fra den høyttrykks oppstrøms strøm-ningspassas je 14 til den lavttrykks nedstrøms strømningspas-sas je 26. Det skal poengteres at trykkfallet gjennom dysen eller ventilasjonsåpningen 68 er hovedsakelig likt trykkfallet gjennom dysen 28 og over turbinen 10. Således kan en andel av fluidet i kanalen 6 benyttes som arbeidsfluid for å drive turbinen 10 og produsere elektrisk kraft, mens den gjenvær-ende andel av fluidet kan ventileres gjennom dysen 68. Dersom fluidtrykket i strømningsledningen av en eller annen grunn er større enn ventet eller fluktuerer, gir mottrykksventilen 72 et separat fluidomløp gjennom passasjene 74 og 76. Når trykket i strømningspassasjen 14 overskrider trykket i strøm-ningspassas j en 26 tilstrekkelig mye til å tvinge tilbakeslagsventilen bort fra sitt sete mot virkningen av en fjær (ikke vist), kan fluid strømme gjennom tilbakeslagsventilen direkte mellom passasjene 14 og 26. Det skal bemerkes at tilbakeslagsventilen 26 kan endres etter ønske, og pluggen 70 kan dimensjoneres for å gi den forønskede dyseåpning 68. Videre kan en massiv plugg innlemmes i veggen 78 slik at anordningen kan benyttes uten noe kontinuerlig åpent omløp. Depending on the flow rates through the channel 6 and the optimal flow rates required by the nozzle 28 to activate the turbine 10, it may be necessary to provide a continuously open alternate passage that allows the fluid to pass past the turbine 10 continuously. The plug 70 containing the nozzle 68 can be fixed in the partition wall 78 to provide continuous ventilation from the high-pressure upstream flow passage 14 to the low-pressure downstream flow passage 26. It should be pointed out that the pressure drop through the nozzle or ventilation opening 68 is essentially the same as the pressure drop through the nozzle 28 and over the turbine 10. Thus, a part of the fluid in the channel 6 can be used as a working fluid to drive the turbine 10 and produce electrical power, while the remaining part of the fluid can be vented through the nozzle 68. If the fluid pressure in the flow line of a or other reason is greater than expected or fluctuates, the back pressure valve 72 provides a separate fluid circulation through the passages 74 and 76. When the pressure in the flow passage 14 exceeds the pressure in the flow passage 26 sufficiently to force the check valve away from its seat against the action of a spring (not shown), fluid can flow through the check valve directly between passages ne 14 and 26. It should be noted that the check valve 26 can be changed as desired, and the plug 70 can be sized to provide the desired nozzle opening 68. Furthermore, a solid plug can be incorporated into the wall 78 so that the device can be used without any continuous open circulation.

Fig. 4 viser en illustrasjon av en typisk situasjon hvor en strømningslednings-kraftgenerator benyttes. Det vil ses at generatoren 2 er plassert i strømningsledningen 6 med ventilhuset 4 mellom ender av strømningsledningen. Strømningsled-ningen 6 strekker seg direkte fra et brønnhode 100. Elektrisk kraft som produseres av generatoren 2 kan derved benyttes til å drive en mikroprosessorbasert, elektrohydraulisk kontrollpakke 102 for en enkelt brønn. Det vil naturligvis forstås at eksempelet vist på fig. 4 utgjør kun én av mange mulige anvendelser av strømningsledningsgeneratoren som her er vist. Andre anvendelser i strømningsledninger som strekker seg direkte fra en enkelt brønn eller i brønnsamlesystemer eller i rørledninger som fører fluider fra et punkt til et annet vil være innlysende for fagmannen. Fig. 4 shows an illustration of a typical situation where a flow line power generator is used. It will be seen that the generator 2 is placed in the flow line 6 with the valve housing 4 between the ends of the flow line. The flow line 6 extends directly from a wellhead 100. Electric power produced by the generator 2 can thereby be used to drive a microprocessor-based, electro-hydraulic control package 102 for a single well. It will naturally be understood that the example shown in fig. 4 constitutes only one of many possible applications of the flux line generator shown here. Other applications in flow lines that extend directly from a single well or in well gathering systems or in pipelines that carry fluids from one point to another will be obvious to those skilled in the art.

Selv om oppfinnelsen er blitt beskrevet i form av et spesielt utførelseseksempel som er vist i detalj, vil det forstås at dette er gjort kun av illustrasjonshensyn og at oppfinnelsen ikke er begrenset til dette siden alternative utførelser og bruksmåter vil være innlysende for fagmannen i lys av denne beskrivelse. Således kan det utføres modifikasjoner uten å avvike fra oppfinnelsens ramme og idé. Although the invention has been described in the form of a particular embodiment which is shown in detail, it will be understood that this has been done for illustration purposes only and that the invention is not limited to this since alternative embodiments and methods of use will be obvious to the person skilled in the art in light of this description. Thus, modifications can be made without deviating from the scope and idea of the invention.

Claims

1. Device for use in converting dynamic energy in a fluid flowing in a channel to mechanical energy, comprising a turbine device for converting dynamic energy in a fluid to rotating mechanical energy, which turbine device comprises a housing that defines inlet and outlet passages receptacles for the fluid at one end face thereof, a diverter tube forming a portion of the channel, said diverter tube having non-communicating first and second flow passages at each end, each aligned with the axis of the channel, a third flow passage communicating with the first passage and extending across the axis of the channel to a flat outer surface of said diversion pipe, and a fourth flow passage communicating with said second flow passage and extending across the axis of the channel to said flat outer surface, means for removable mounting of the turbine the housing on the flat outer surface of the diversion pipe with said third and fourth flow passages arranged with respectively the turbine inlet passage and the fluid outlet passage, and a slide valve body which is arranged in a tight manner between said end surface of the turbine device and said planar outer surface of the diversion pipe, which slide valve body is angularly displaceable about its axis between a first position which establishes direct fluid communication between the third and fourth flow passage so as to isolate the turbine inlet and outlet, and a second position in which said third flow passage communicates with the turbine inlet fluid passage and said fourth flow passage communicates with said turbine outlet fluid passage, whereby mechanical energy can be produced at any point along the channel where a diversion pipe is placed in the channel and fluid can flow between sections of the channel through the diversion pipe during assembly and disassembly of the turbine device relative to the channel.

2. Device according to claim 1, characterized in that it further comprises an electric generator device which is coaxially attached to the turbine device and is driven by it.

3. Device according to claim 1, characterized in that it further comprises a reduction nozzle which provides a connection between said first and second flow passages in order to limit the pressure differential between said third and fourth flow passages.