BRPI0709128A2

BRPI0709128A2 - unidade compressora

Info

Publication number: BRPI0709128A2
Application number: BRPI0709128-1A
Authority: BR
Inventors: Gaston Mathijssen; Aarsen Mark Van
Original assignee: Siemens Ag
Priority date: 2006-03-24
Filing date: 2007-02-15
Publication date: 2011-06-28
Also published as: NO20084450L; CN101410623B; CN101410623A; WO2007110275A1; US20090263265A1; RU2396466C2; RU2008142113A; EP1999374A1

Abstract

UNIDADE COMPRESSORA. A presente invenção refere-se a uma unidade compressora (1), em particular para operação debaixo d<39>água, compreendendo um compressor (3) com um eixo de rotação (60) e um motor elétrico (2). A referida unidade compressora (1) possui um alojamento (4) com uma unidade de automação (51) para executar tarefas de controle e regulação. O objetivo da invenção é melhorar a co-operação da unidade de automação e a unidade compressora e, em particular, para reduzir a complexidade do resfriamento da unidade de automação, e transmissão de sinal e energia. Para conseguir isto, um alojamento adicional (56), que contém a unidade de automação (51) é anexada ao alojamento (4).

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "UNIDADECOMPRESSORA".

A presente invenção refere-se a uma unidade compressora, emparticular para operação debaixo d'água, compreendendo um compressorcom um eixo de rotação e um motor elétrico, unidade compressora esta quepossui um invólucro que possui uma entrada e uma saída para meio debombeamento, possuindo uma unidade de automação que é projetada demodo que ela realiza tarefas de controle em malha aberta e em malha fe-chada para a unidade compressora.

Recentes desenvolvimentos no campo de projeto de compressortambém têm sido concentrados em disposições submarinas de grandescompressores que são pretendidos para serem utilizados para o bombea-mento de gases naturais.

Devido às condições particulares de operação, em particular de-vido à capacidade de acesso altamente restrita tanto para propósitos de ma-nutenção como por meio de linhas de suprimento, os especialistas são con-frontados com requerimentos importantes. As normas ambientais relevantesproíbem qualquer troca de substâncias entre o equipamento a ser instaladoe a água do mar circundante. Adicionalmente, a água do mar é um meio a-gressivo e condições extremas de temperatura e pressão podem ser encon-tradas em várias profundidades no mar. Um requerimento adicional é que oequipamento deve, por um lado, possuir uma vida útil extremamente longa e,por outro lado, deve ser projetado para ser virtualmente livre de manutenção.Um fator de exacerbação adicional é a contaminação do meio a ser bombe-ado que em alguns casos é quimicamente agressivo.

As unidades compressoras normalmente exigem várias cone-xões elétricas para sua operação, em particular para abastecimento de e-nergia e para transmissão de sinais de controle entre uma unidade de auto-mação de nível mais alto e a unidade compressora. As unidades de automa-ção de nível mais alto são neste caso dispostas separadamente da unidadecompressora, a alguma distância, por um lado, de modo a alcançar um altonível de modularidade de projeto, e por outro lado, para garantir condiçõesótimas de operação para os componentes eletrônicos da unidade de auto-mação. Particularmente quando utilizando mancais magnéticos ativos, váriaslinhas de sinal são requeridas entre a unidade de automação e a unidadecompressora, e transmitem vários valores medidos para a unidade de auto-mação, e transmitem os parâmetros de controle correspondentes para osmancais magnéticos.

A transmissão da energia para operação da unidade compresso-ra e dos sinais entre a unidade compressora e a unidade de automação ne-cessita uma considerável quantidade de complexidade desde que várias Ii-nhas devem ser projetadas, entre outras coisas, para serem desconectáveispor meio de uma conexão de tomada muito onerosa. O aspecto de custo setorna muitas vezes mais importante quando isto se relaciona com uma insta-lação que seja adequada para operação debaixo d'água, desde que a cone-xão de tomada tem que estar de acordo com requerimentos particulares pa-ra este propósito.

Adicionalmente, a unidade de automação deve ser proporciona-da com um sistema de resfriamento por meio do qual a energia perdida quedeve ser considerada a partir dos componentes, alguns dos quais são naforma de componentes eletrônicos de energia, deve ser dissipada.

Junto com os antecedentes dos problemas da técnica anterior, oobjetivo da invenção é proporcionar uma melhor interação entre a unidadede automação, e a unidade compressora e, em particular, reduzir a comple-xidade para resfriar a unidade de automação e da transmissão de sinal eenergia.

Uma unidade compressora, como reivindicada na reivindicação1, é proposta de modo a alcançar o objetivo de acordo com a invenção. Asreivindicações dependentes contêm desenvolvimentos vantajosos da inven-ção.

A disposição de um invólucro adicional, no qual a unidade deautomação é disposta, no invólucro da unidade compressora possui, em par-ticular, a vantagem de que linhas apropriadas de suprimento de energia elinhas de sinal entre a unidade de automação e a unidade de compressãonão precisam mais serem projetadas para ficarem de acordo com um padrãoque seja adequado para contato direto com as condições ambientais. Naverdade, estas linhas podem ser projetadas de modo que elas simplesmentesatisfaçam às condições de operação sempre reproduzíveis e exatamenteprevisíveis no interior do invólucro adicional e do invólucro da unidade com-pressora. Adicionalmente, nenhuma conexão de tomada especial é requeri-da para desconexão de linhas entre a unidade de automação e a unidadecompressora. De forma surpreendente, foi verificado que algumas áreas noinvólucro da unidade compressora satisfazem às restrições térmicas reque-ridas para operação da unidade de automação, sem qualquer modificaçãoadicional. Esta vantagem principal significa que não existe mais a necessi-dade de um sistema de resfriamento separado para a unidade de automa-ção. Esta vantagem é particularmente evidente quando o invólucro adicionalpara a unidade de automação é termicamente de forma condutiva encaixadocom o invólucro na área de uma cabeça de conexão de admissão da entradade modo que a perda de energia a partir da unidade de automação é dissi-pada por meio da condução térmica do invólucro. Apesar desta vantagemser fundamentalmente relevante para unidades compressoras, ela é adicio-nalmente importante no campo de operação debaixo d'água desde que, nes-te caso, a capacidade de acesso à unidade compressora é muito restrita e,por esta razão, meios de resfriamento adicionais ficam disponíveis somentecom dificuldade, se ficarem. É virtualmente impossível utilizar a água do marcomo um meio de resfriamento, por causa das características químicas a-gressivas. Quando bombeando gás natural, a energia perdida pode ser ab-sorvida sem qualquer problema pelo meio de bombeamento frio. Entretanto,um problema neste caso é a introdução de calor dentro do fluxo bombeado.

Particularmente quando uma unidade compressora é de um pro-jeto de eixo único com um motor e uma unidade compressora ao longo deum eixo de rotação único, ele normalmente é em uma forma alongada, as-sim resultando em um perfil de temperatura na extensão longitudinal durantea operação. A temperatura na área axial da entrada ou da cabeça de cone-xão de admissão é particularmente vantajosa para encaixe termicamentecondutivo do invólucro adicional para a unidade de automação. De acordocom a invenção, o calor é dissipado a partir da unidade de automação pormeio da condução térmica na área da cabeça de conexão de admissão doinvólucro, e introduzido para o meio de bombeamento fluindo através da uni-dade compressora. Os versados na técnica podem decidir a posição circun-ferencial da área axial da cabeça de conexão de admissão na qual o invólu-cro adicional é encaixado, dependendo das condições de condução térmicaentre o invólucro da unidade compressora e o invólucro adicional.

Neste caso, a unidade de automação é convenientemente co-nectada com componentes da unidade compressora por meio de linhas in-ternas de sinal e / ou por linhas internas de suprimento de energia. Estaslinhas internas podem ser convenientemente projetadas para serem desco-nectáveis por meio de uma conexão por tomada, de modo que os elementospodem ser substituídos sem qualquer problema mesmo durante o curso dastarefas de manutenção. As conexões por tomada precisam ser projetadassomente para satisfazer as condições de operação sempre reproduzíveis eprevisíveis no interior do invólucro. Os componentes que são conectadoscom a unidade de automação são, em particular, mancais magnéticos para orotor do compressor e do motor, e o motor elétrico. Em adição, várias medi-ções de temperatura e medições de pressão podem ser proporcionadas.

A unidade de automação é convenientemente conectada comuma estação base por meio de uma linha externa de sinal ou de uma linhaexterna de suprimento de energia, ou por meio de ambas.

Um desenvolvimento vantajoso da invenção proporciona o invó-lucro adicional para ser conectado com o invólucro da unidade compressorapor meio de soldagem, o que, por um lado, garante boa condução térmicaentre os invólucros e por outro lado, proporciona impermeabilidade ao gás,em particular para operação debaixo d'água. De modo a garantir que oscomponentes no invólucro adicional contudo sejam acessíveis para tarefasde manutenção, é vantajoso que o invólucro adicional possua uma aberturaque possa ser fechada. Esta abertura que pode ser fechada pode ser lacra-da por meio de uma vedação convencional. Para fases de operação debaixod'água relativamente longa, é razoável que esta abertura seja lacrada pormeio de uma costura por solda, a qual em qualquer caso suporte as condi-ções adversas de operação.

De modo a dissipar de forma confiável, por um lado, a energiaperdia a partir da unidade de automação e por outro lado, esta a partir daoperação da unidade compressora, é conveniente que a própria unidadecompressora possua um sistema de resfriamento de alto desempenho. Estesistema de resfriamento pode, em particular durante o bombeamento de gásnatural, durante a operação debaixo d'água, ser projetado de modo que omeio de bombeamento flua ao redor de vários componentes da unidadecompressora, e o calor perdido deste modo é emitido por meio de o meio debombeamento.

A invenção será descrita em mais detalhes no texto seguinteutilizando uma concretização ilustrativa específica para propósitos ilustrati-vos, e com referência aos desenhos. A concretização apresentada deve sersomente considerada como sendo ilustrativa, como um exemplo da inven-ção. Na figura:

A Figura 1 apresenta uma seção longitudinal através de umaunidade compressora com uma unidade de automação encaixada de acordocom a invenção, na forma de uma ilustração esquemática.

A Figura 1 apresenta uma seção ao longo de uma unidade com-pressora 1 de acordo com a invenção, a qual possui, como componentesprincipais, um motor 2 e um compressor 3 em um invólucro 4 que é projeta-do para ser impermeável a gás. O invólucro 4 acomoda o motor 2 e o com-pressor 3. Na área da junção entre o motor 2 e o compressor 3, o invólucro 4é proporcionando com uma entrada 6 e com uma saída 7, com o fluido a sercomprimido sendo sugado através da entrada 6 por meio de uma cabeça deconexão de admissão 8, e com o fluido comprimido fluindo para fora atravésda saída 7.

A unidade compressora 1 é disposta verticalmente durante aoperação, com um rotor do motor 15 do motor 2 sendo combinado atravésde um rotor do compressor 9 do compressor 3 para formar um eixo comum19, o qual gira ao redor de um eixo geométrico de rotação vertical comum 60.

O rotor do motor 15 é montado em um primeiro mancai radial 21na extremidade superior do rotor do motor 15.

O rotor do compressor 9 é montado em um segundo mancai ra-dial 22 em uma posição inferior.

Um mancai axial 25 é portanto proporcionado na extremidadesuperior do rotor do motor 15, na extremidade superior do eixo comum 19.

Os mancais radiais 21, 22 e o mancai axial 25 operam eletromagneticamen-te, e cada um é projetado para ser encapsulado. Os mancais radiais 21, 22neste caso se estendem na direção circunferencial ao redor do respectivoponto de apoio do eixo 19, e neste caso, são projetados para girar 360° enão para serem divididos.

O compressor 3, o qual é na forma de um compressor centrífu-go, possui três estágios do compressor 11, cada um dos quais é conectadopor meio de um extravasamento 33. As diferenças de pressão que resultamatravés dos estágios do compressor 11 garantem um empuxo no rotor docompressor 9, o qual é transmitido através do acoplamento 18 para o rotordo motor 15 e é na direção oposta à força produzida pelo peso de todo orotor resultante compreendendo o rotor do compressor 9 e o rotor do modo15, de modo que isto resulta em um grau muito alto de correlação de empu-xo durante a operação nominal. Isto permite ao mancai axial 25 ser projeta-do para ser comparativamente menor do que em uma disposição horizontal.

Os mancais eletromagnéticos 21, 22, 25 são resfriados para atemperatura de operação por meio de um sistema de resfriamento 31, com osistema de resfriamento 31 proporcionando uma derivação 32 em um extra-vasamento do compressor 3. Uma parte do meio de bombeamento, o qual éde preferência gás natural, é passada a partir da derivação 32 por meio decondutos através de um filtro 35, e, então, é passada através de dois condu-tos separados para os respectivos pontos de apoio externos (primeiro man-cai radial 21 e segundo mancai radial 22, bem como o mancai axial 25). Esteresfriamento por meio do meio de bombeamento frio economiza linhas adi-cionais de suprimento.

O rotor do motor 15 é cercado por um estator 16 que possui umencapsulamento 39, de modo que o meio de bombeamento agressivo nãodanifica os enrolamentos do estator 16. O encapsulamento 39 neste caso éde preferência projetado de modo que ele possa suportar a pressão total deoperação. Isto é também porque uma disposição separada de esfriamentodo estator 40 é proporcionada, a qual bombeia um meio de resfriamento de-dicado 41 por meio de um trocador de calor 43 por meio de uma bomba 42.Pelo menos o encapsulamento 39 é projetado de modo que a seção que seestende entre o estator 16 e o rotor do motor 15 admitidamente possua umaespessura de parede fina, mas seja apto a suportar a pressão de projetoquando a disposição de esfriamento do estator 40 está completamente cheiapor meio do meio de resfriamento 41. Isto evita perdas de corrente de Fou-caut (corrente parasita) relativamente importante nesta área, e aperfeiçoa aeficiência da disposição como um todo.

O rotor do compressor 9 convenientemente possui um eixo docompressor 10 no qual os estágios individuais do compressor 11 são monta-dos. Isto de preferência pode ser alcançado por meio de um encaixe termo-contrátil. Um travamento, por exemplo por meio de polígonos, é da mesmaforma possível. Outra concretização proporciona os vários estágios do com-pressor 11 sendo soldados um com o outro, assim resultando em um rotorinteiriço do compressor 9.

Um invólucro adicional 56 é termicamente de forma condutivaencaixado junto ao invólucro 4 da unidade compressora 1 por meio de umacostura por solda 58. O invólucro adicional 56 possui uma abertura 57 atra-vés da qual o interior do invólucro adicional 56 é acessível, e a qual é fecha-da por meio de parafusos 59 e de uma cobertura 70. A cobertura 70 é solda-da por meio de uma junta de vedação 63 com os elementos adjacentes doinvólucro adicional 56 de modo que o meio circundante não possa entrardurante a operação debaixo d'água. Uma unidade de automação 51, com-preendendo componentes eletrônicos de energia 52 e componentes adicio-nais, está localizada no interior do invólucro adicional 56. A unidade de au-tomação 51 é termicamente de forma condutiva conectada com o invólucro 4da unidade compressora por meio de um elemento termocondutivo 64, demodo que a energia perdida que é criada é dissipada por meio de conduçãotérmica para o invólucro 4.

O invólucro adicional 56 é disposto na área axial 50 da entrada6, ou da cabeça de conexão de admissão 8, da unidade compressora, demodo que as condições térmicas que prevalecem neste local garantem res-friamento particularmente eficiente da unidade de automação 51. Um perfilespecífico de temperatura ocorre ao longo do eixo geométrico de rotação 60da unidade compressora durante a operação, e essencialmente possui umponto baixo na área da cabeça de conexão de admissão 8.

A unidade de automação 51 é conectada por meio de linhas ex-ternas de sinal 66 e por linhas externas de suprimento de energia 68 comuma estação 65 que, por um lado, controla, e por outro lado, abastece, aunidade compressora 1. As linhas externas de sinal 66 e as linhas de supri-mento de energia 68 são projetadas de modo que elas podem ser desconec-tadas por meio de conexões externas de tomada 69. Uma bucha 53 veda aentrada das linhas externas (66, 68) dentro do invólucro adicional 56.

A unidade de automação 51 é conectada com os componentesda unidade compressora 1 por meio de linhas internas de sinal 55 e de li-nhas internas de suprimento de energia 67. Os componentes compreendemum mancai axial 25, os mancais radiais 21, 22 e o motor 2. Em adição, sen-sores e componentes adicionais também são proporcionados e são conec-tados com a unidade de automação 51, apesar de eles não serem explica-dos em mais detalhes neste documento.

O invólucro adicional é formado a partir de aço inoxidável, emparticular para operação debaixo d'água. O suprimento de energia originan-do a partir da estação base 65 é 400 V.

Claims

1. Unidade compressora (1), em particular para operação debai-xo d'água, compreendendo um compressor (3) com um eixo geométrico derotação (60) e um motor elétrico (2), unidade compressora (1) esta que pos-sui um invólucro (4) que possui uma entrada (6) e uma saída (7) para ummeio de bombeamento, possuindo uma unidade de automação (51) que éprojetada de modo que ele realiza as tarefas de controle em malha aberta eem malha fechada para a unidade compressora (1), caracterizada pelo fatode que um invólucro adicional (56), no qual a unidade de automação (51) édisposta, é encaixada com o invólucro (4).

2. Unidade compressora (1) de acordo com a reivindicação 1,caracterizada pelo fato de que o invólucro adicional (56) é termicamente deforma condutiva encaixado com o invólucro (4) na área de uma cabeça deconexão de admissão (8) da entrada (6) de modo que a perda de energia apartir da unidade de automação (56) é dissipada por meio de condução tér-mica para o invólucro (4).

3. Unidade compressora (1) de acordo com uma das reivindica-ções precedentes, caracterizada pelo fato de que o meio de bombeamento égás natural, e a unidade compressora (1) é projetada para operação debaixod'água.

4. Unidade compressora (1) de acordo com uma das reivindica-ções precedentes, caracterizada pelo fato de que a unidade de automação(56) é conectada com os componentes por meio de linhas internas de sinal(55) e / ou por linhas internas de suprimento de energia (67).

5. Unidade compressora (1) de acordo com a reivindicação 4,caracterizada pelo fato de que os componentes são mancais magnéticos(mancai axial 25, mancais radiais 21, 22) e / ou o motor (2).

6. Unidade compressora (1) de acordo com uma das reivindica-ções precedentes, caracterizada pelo fato de que a unidade de automação(51) é conectada com uma estação (65) por meio de linhas externas de sinal(66) e / ou por linhas externas de suprimento de energia (68).

7. Unidade compressora (1) de acordo com uma das reivindica-ções precedentes, caracterizada pelo fato de que o invólucro adicional (56) éconectado com o invólucro (4) por meio de uma solda (costura por solda(58)).

8. Unidade compressora (1) de acordo com uma das reivindica-ções precedentes, caracterizada pelo fato de que o invólucro adicional (56)possui uma abertura (57) que pode ser fechada.

9. Unidade compressora (1) de acordo com uma das reivindica-ções precedentes, caracterizada pelo fato de que um sistema de resfriamen-to (31) é proporcionado, o qual proporciona uma derivação (32) e é projetadode modo que a unidade compressora (1) seja resfriada por meio do meio debombeamento.