NO872460L - Pumpeanordning. - Google Patents

Description

Oppfinnelsen angår en pumpeanordning for pumping av

et flerfasemedium bestående av en blanding av gass, væske og finfordelt fast materiale med innbyrdes varierbart blandingsforhold. Pumpeanordningen er fluiddrevet med drivstempler på-virket av et drivfluid under trykk forbundet med pumpestempler i sylinderrom i en roterende tromme.

Ved f.eks. US-A- 3 999 895 er det tidligere kjent en hydraulikkdrevet pumpeanordning, hvor flere aksielle sylinderrom i en rotor er anordnet konsentrisk og inneholder drivstempler, hver og en forbundet med et pumpestemp"e 1. I den ene enden av pumpeanordningen tilføres og bortføres drivfluid og i den andre enden tilføres og bortføres pumpemedium. Også tekniske løsninger med flere konisk anordnede sylinderrom i en rotor, hvor et drivstempel i hvert sylinderrom er forbundet med et pumpestempel er tidligere kjent fra US-A- 4 500 261. Når rotoren drives rundt påvirker hydraulikktrykket drivstemplet forbundet med pumpestemplet for pumping av et medium.

Oppfinnelsen skal beskrives nærmere i det følgende under henvisning til tegningene, der fig. 1 viser et lengde-snitt av en pumpeanordning ifølge oppfinnelsen. Fig. 2 viser tverrsnitt av pumpeanordningen etter snittlinjene vist på fig. 1 samt front- og enderiss.

For å kunne motvirke erosjon og kvitasjon med opp-rettholdt effekt ved pumping av flerfasemediet, bestående av

en blanding av gass, væske og finfordelt fast materiale med innbyrdes varierbart blandingsforhold er det tilveiebrakt en ny type pumpeanordning som er langsomt roterende og med få bevegelige deler. Pumpeanordningen består hovedsakelig av en lukket roterende trommel,som er lagret i og avtettet omsluttet av et pumpehus. Husets gavler forsynt med portåpninger for tilføring og bortføring av drivfluid og pumpemedium. I trommen er det et antall sylindere med drivstempler hver og en forbundet med et pumpestempel.

Pumpeanordningen kan f.eks. tenkes anvendt som en undervannspumpe for pumping av et brønnmedium fra et borehull på havbunnen. Undervannspumpen anbringes da på havbunnen i direkte tilslutning til borehullet, og brønnmediumet kan pumpes direkte til lang for videre behandling. Med det avtettende omsluttende pumpehuset blir pumpen forholdsvis ufølsom for en ytre korrosiv atmosfære. De innesluttede bevegelige deler er få og de beveger seg med forholdsvis lav hastighet og er omgitt av en væske. Alt dette bidrar til å gi en minimal indre slitasje.

Pumpeanordningens konstruksjon og funksjon avviker i det vesentlige fra tidligere kjente pumpekonstruksjoner. Den er robust, ufølsom og fleksibel, som gir den et bredt anvendelses-område .

I forbindelse med f.eks. oljeutvinning oppstår økono-miske fordeler i og med at minste mulige mengde utrustning be-høver å bli anbrakt på havbunnen. Ved å forberede en installa-sjon kan pumpen installeres først når den trengs, som også gir en fordelaktig investeringsprofil. Samtidig kan lave drifts- og vedlikeholdskostnader samt høy driftstilgjengelighet og lang lavetid forventes.

Noen av pumpeanordningens viktigste fordeler ved oljeutvinning på havbunnen er:

Fleksibel tilpasning,

anvendbar for forskjellige typer av brønnmedium,

også flerfasemedier med varierende gassinnhold, ufølsom for usikkerheter eller endringer i brønndata, stort arbeidsområde både for trykk og medium for en og samme pumpestørrelse,

minste mulige behov for utrustning på havbunnen (ingen elektrisk kraftutrustning, ingen separasjonsutrustning, få instrumenter), som innvirker både på inversterings-kostnad og driftstilgjengelighet,

gunstig investeringsprofil, pumpen kan installeres først når den trengs, dvs. når reservoartrykket begynner å synke,

Høy virkningsgrad (90%),

robust konstruksjon, langsomt roterende, få bevegelige deler, ufølsom for sand (abrasjon),

passende for undervannsplassering og vedlikehold uten dykker, innkapslet konstruksjon med få tilslutnings-punkter,

"pigger" (piggar) kan transporteres gjennom pumpen.

Pumpeanordningen blir forholdsvis ufølsom for usikkerheter eller endringer i brønndata, f.eks. produktivitet (trykk, medium), fri gassmengde (gass/oljforhold), tilstedeværelse av sand (abrasjon), dvs. pumpen kan utnyttes under hele levetiden for et oljereservoar uten svekkelse av virkningsgrad og funksjon. Pumpen er videre ufølsom for flerfasemedium og forskjellige mediumstyringer (flodesregimer) på grunn av en robust konstruksjon og de lave hastigheter på bevegelige deler. Dette eliminerer behoved for separatorer og/eller blandere på pumpens sugeside.

Stor fleksibilitet kan også råde angående valg av driv-medium til stemplene. Foruten hydraulikkvæske, saltvann, fersk-vann, kan f.eks. vann fra en trykksatt (akvesfar) eller en ubehandlet brønnstrøm med tilstrekkelig drivtrykk utnyttes. Det eksisterer potensiell større mulighet for å tåle såkalt "slugs", da inngående konstruksjonsdetaljer er robuste og arbeider med en lav hastighet, dvs. de dynamiske krefter er mindre. For en gitt konstruksjon og størrelse kan pumpen ha et meget stort arbeidsområde både når det gjelder trykk og medium. En sentrifugalpumpe er derimot meget følsom dersom man forflytter seg fra det valgte driftpunkt. Mediumet kan enkelt reguleres ved å variere turtall og slaglengde, som skjer ved å variere driv-mediumets trykk.

Virkningsgraden ligger på ca. 90%, dvs. betydelig høyere enn for en hydraulisk turbindrevet sentrifugalpumpe.

Pumpeanordnignen kan være helt hydraulisk drevet, slik at det ikke er behov for tilførsel av elektrisk kraft. Alle potensielle feilkilder fra et elektrisk krafttilførsels-utstyr elimineres (kabler,elektriske undervannskoblinger, transformatorer, elmotor, instrumentering og overvåkning). Behov for instrumentering for måling, overvåkning og regulering er mindre enn for sentrifugalpumper. Pumpen er en type av for-trengningspume, slik at man i prinsippet har kunnskap om mediumet fordi man kjenner pumpens turtall og slaglengde.

Langsomt roterende og lave relative hastigheter mellom inngående konstruksjonsdetaljer minsker risikoen for slitasje. Turtall mindre enn 100 omdreininger pr. minutt kan her sammenlignes med sentrifugalpumper med turtall på 3000-8000 omdreininger pr. minutt. Den roterende bevegelse kan til-veiebringes av en langsomt roterende hydraulisk motor med direkte drift. Konstruksjonsprisnsippene for en hydraulisk motor gjør den egnet for å operere i vann på store havdyp.

Alle bevegelige deler er videre innelukket i den smørende hydrauliske væske, noe som minsker risikoen for slitasje. Ingen konstruksjonsdetaljer er følsomme for f.eks. abrasjon fra faste partikler (sand) som er tilfellet når et pumpehjul roterer med høy hastighet.

Pumpeanordningen kan være forsynt med stempelringer og sliteringer, som kan utskiftes i samsvar med forutbestemte planlagte intervaller og som er tilrettelagt for enkel utskift-ing. Stor frihet tilbys når det gjelder materialvalg uten av-hengighet av de konstruktive pumpetekniske aspekter. Også "eksotiske" materialer, f.eks. keramiske, kan derfor være fullt tenkbare. Pumpestemplenes bevegelse fører til "selvrensing" av pumpesylinderene med tanke på f.eks. voksavleiring. Konstruk-sjonen tillater at enklere "piggar" kan transporteres gjennom pumpen. Pumpen er videre innesluttet i et helkapslet sylindrisk pumpehus, som kan motstå aktuelle ytre overtrykk på store havdyp, og som kan ha et lite antall koblinger for de hydrauliske tilslutninger.

På figurene er det vist en utførelsesform av en pumpeanordning ifølge oppfinnelsen. Pumpeanordningen består av et lukket og avtettet pumpehus 1 med gavler 2, 3. I gavlene 2, 3 er det tilslutningsåpninger for drivfluid og pumpemedium. En drivmotor er tilsluttet den ene gavl 2. Inne i pumpehuset 1 er det innelukket en roterbar tromme 4. Trommen 4 inneholder flere aksielle sylinderrom 5, 6 som er anordnet parvis aksialt med felles senterlinje, parallelt og konsentrisk innenfor trommens 4 periferi. Trommen 4 har en drivside og en pumpeside. I hvert sylinderrom 5 på drivsiden er det anordnet et drivstempel 7.

I hvert sylinderrom 6 på pumpesiden er det anordnet et pumpestempel 8. Sylinderrommene 5 på drivsiden er adskilt fra sylinderrommene 6 på pumpesiden med en skillevegg 12. I de parvis aksialt anordnede sylinderrom 5, 6 er hvert drivstempel 7 på drivsiden forbundet med et pumpestempel 8 på pumpesiden med en stempelstang 9 som går avtettet gjennom skilleveggen 12. Et rom 10 bak hvert drivstempel 7 er forbundet med en første forbindelseskanal 11 gjennom skilleveggen 12. På denne måte er alle rommene 10 bak drivstemplene 7 forbundet med hverandre. Et rom 13 bak hvert pumpestempel 8 er forbundet med en andre forbindelseskanal 14 gjennom skilleveggen 12. På denne måte er alle rommene 13 bak pumpestemplene 8 forbundet med hverandre.

I det første gavlstykke 2 er det en tilslutningsåpning 15 for tilført drivfluid og en tilslutningsåpning 16 for anvendt/bortledet drivfluid. I det første gavstykkets 2 indre del er det anrodnet en øvre åpning 17 i forbindelse med tilslutningsåpningen 15 for formidling av drivfluid til en tilsvarende åpning i den roterbare trommen 4. En nedre åpning 18 er anordnet i forbindelse med tilslutningsåpningen 16 for formidling av drivfluid fra en tilsvarende åpning i den roterbare trommen 4. I det andre gavlstykkets 3 øvre del er det anordnet en øvre åpning 19 for formidling av bortledet pumpemedium fra en tilsvarende åpning i den roterbare trommen 4 til en ytre tilslutningsåpning 21 i gavlstykket 3. En nedre åpning 20 er anordnet for formidling av tilført pumpemedium til en tilsvarende åpning i den roterbare trommen 4 fra en ytre tilslutningsåpning 22 i gavlstykket 3. Den roterbare trommen 4 er ved sine ender lagret med hydrostatiske glidelager 23 og forøvrig omgitt av et hulrom 24 f.eks. fyllt med fluid. Pumpehuset 1 bærer glidelagrene

23 og er adskilt fra den roterbare trommen 4 med hulrommet 24.

I den første gavlens 2 øvre del tilføres drivfluid/smøremiddel gjennom en tilslutningsåpning 25 til de hydrostatiske glide-lagre 23 på drivsiden og via en forbindelsesledning 26 til glidelagrene 23 på pumpesiden. En fluiddrevet dreiemotor 27 er forbundet med den roterende trommens 4 inngående aksel 28, som er lagret med et aksiallager 29 i det første gavlstykke 2. I tilslutning til den inngående akselens 28 passasje gjennom gavlstykket 2 tilføres trykksatt drivfluid gjennom tilslutningsåpningen 30 til en første forbindelseskanal 31 forbundet med de første forbindelseskanalene 11. En andre indre forbindelseskanal 33 formidler fluid tilførsel fra en tilslutningsåpning 32 til de andre forbindelseskanalene 14. I gavlstykkene 2, 3 er den innsatte slitasjeflate 34 virkende mot sliteflate 35 i den roterende trommens 4 endeflater. Slitasjeflaten 34, 35 er utformet med de nødvendige åpningene 17, 18, 19, 20 for passasje av drivfluid og pumpemedium Et ytre avtettet rom 36, 37 er anordnet rundt driv- og pumpesylindrene 5, 6 og innenfor trommens 4 mantelflate. Et indre avtettet rom 38, 39 er anordnet innenfor driv- og pumpesylindrene 5, 6. Hulrommet 24 mellom pumpehuset 21 og trommen 4 kan være fyllt med trykksatt fluid for å motvirke påvirkning av et ytre aggressivt miljø under overtrykk.

Ved pumpeanordningens drift tilføres trykksatt drivfluid til den fluiddrevne motoren 27 for trommens 4 rotasjon og til tilslutningsåpninger 15 i den ene gavlen 2 og videre til den øvre åpningen 17. Når trommen 4 roterer passerer sylinderrommene 5, 6 i tur og orden åpningene. Når tilsvarende åpning i sylinderrommet 5 på driv- og pumpesiden åpner forbindelsen under trommens 4 rotasjon, tilføres drivfluid til sylinderrommet 5 og påvirker drivstemplet 7 til å bli trykket innover, hvorved samtidig det sammenkoblede pumpestempel føres utover og trykker mottatt pumpemedium gjennom åpningen 19 til tilslutningsåpningen 21. Under drivstemplets 7 bevegelse innover kommer drivfluidet bak stemplet, tilført gjennom forbindelsene 30, 31, å bli overført via den første forbindelseskanalen 11 under trykk til rommet 10 bak drivstemplet 7 på motstående side av trommen 4, som derved føres tilbake samtidig som det sammenkoblede pumpestempel 8 føres innover. Pumpemedium kan da fra tilslutningsåpningen 22 og åpningen 20 tas imot av sylinderrommet 6 på pumpesiden. Også her er rommene 13 bak pumpestemplene 8 forbundet. Gjennom forbindelsen 32, 33 tilføres fluid til den andre forbindelseskanalen 14. Under drivstemplets 7 tilbakegang kommer anvendt drivfluid å bli ført tilbake gjennom åpningen 18 til tilslutningsåpningen 16 i gavlen 2. Under trommens 4 rotasjon kommer etterpå tilført pumpemedium i nedre beliggenhet å bli bortledet i øvre beliggenhet idet drivfuid tilføres øvre beliggenhet og bortledes i nedre beliggenhet.

Claims (10)

1. Pumpeanordning for pumping av et medium med flere faser bestående av en blanding av gass, væske og finfordelt fast materiale med varierbart innbyrdes blandingsforhold om-fattende et drevet rotorlegeme med flere aksialt og konsentrisk anordnede sylinderrom, bevegelige stempler i hvert sylinderrom med en drivside og en pumpeside, en fast avtettet tilslutningsdel for tilført og bortledet drivfluid på den ene siden av rotorlegemet, en fast avtettet tilslutningsdel for tilført og bortledet pumpemedium på den andre siden av rotorlegemet, karakterisert ved at sylinderrommene (5, 6) i rotorlegemet (4)er anordnet parvis aksialt med felles senterlinje og adskilte med en mellomvegg (12), idet det i hvert aksielle par av sylindere er parvis anordnet et drivstempel (7) og et pumpestempel (8) forbundet med en stempelstang (9) som løper avtettet gjennom mellomveggen (12).

2. Pumpeanordning ifølge krav 1, karakterisert ved at rotorlegemet består av en tromme (4) omgitt av en avtettet omsluttende manteloverflate på et pumpehus(1) og med gavlstykker (2, 3)med tilslutningsåpninger (15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22), for drivfluid og pumpemedium.

3. Pumpeanordning ifølge krav 1, karakterisert ved at sylinderrommene (5, 6) er anordnet parallelt, konsentrisk innenfor trommens (4)periferi.

4. Pumpeanordning ifølge krav 3, karakteri- et/ sert ved at rom (10) bak hvert drivstempel (7) er forbundet med en kanal (11) i mellomveggen (12) og fyllt med drivhydrau-likk for overføring av drivfluid fra et drivende drivstempels bakside til et ikke drivende drivstempels bakside.

5. Pumpeanordning ifølge krav 3, karakteri- er/ sert ved at et rom (13) bak hvert pumpestempel (8) forbundet med en kanal (14) i mellomveggen (12) og fyllt med fluid for overføring av fluid fra inngående pumpestempels bakside til utgående pumpestempels bakside.

6. Pumpeanordning ifølge krav 1, karakterisert ved at trommen (4) er forbundet med en fluiddrevet motor (27) med en aksel (28) som går gjennom en gavl (2) til pumpehuset (1) .

7. Pumpeanordning ifølge krav 2, karakterisert ved at trommen (4) ved pumpehusets (1) gavler (2, 3) er lagret i f.eks. hydrostatiske glidelager (23) hvor væske er anordnet for å bli tilført lagrene gjennom en tilslutningsåpning (24) i det ene gavlstykke (2) og videre med en forbindelsesledning (26).

8. Pumpeanordning ifølge krav 3, karakterisert ved at det på gavlstykkenes (2, 3) innsider er innsatte og fast forbundne sliteflater (34) me"d åpninger for fluidpassasje virkende mot sliteflater (35) med åpninger for fluidpassasje med/ fast forbundet trommens(4) endeflater.

9. Pumpeanordning ifølge krav 4, karakterisert ved at det er anordnet en tilslutningsåpning (30) for tilførsel av trykksatt drivfluid via en forbindelseskanal (31) til forbindelseskanalene (11) i mellomveggen (12).

10. Pumpeanordning ifølge krav 5, karakterisert ved at det er anordnet en forbindelseskanal (33) for å forbinde en tilslutningsåpning (32) i gavlstykket (3) med forbindelseskanalene (14) i mellomveggen (12).