NO853670L - Kj¯leanordning for neddykkbar pumpe. - Google Patents

Description

Den foreliggende oppfinnelse vedrører avkjøling av motorer i elektrisk drevne, nedbrytbare pumpehoder.

Pumpesystemer for anvendelse eksempelvis på offshore-installasjoner eller i lastetankene på skip for transportering av olje og løsvekts-kjemikalier kan omfatte pumpehode med en pumpeseksjon innbefattende et skovlhjul og et motorkammer som opptar en elektromotor for drift av skovlhjulet, og en rørsats som er innrettet for å opphenges i en bæredel, med sin nedre ende forbundet med pumpehodet, og som er utstyrt med en utløps-kanal for det pumpede fluidum, samt strømledninger for over-føring av kraft til elektromotoren.

Elektromotoren i pv.rnpehodet vil nødvendigvis utvikle spillvarme, og må derfor avkjøles for å kunne oppnå en rimelig levetid. En viss avkjøling kan gjennomføres ved at væske-strømmen som pumpes, ledes langs utsiden av ytterhuset som opptar motoren, og/eller ved sirkulering av en dielektrisk væske gjennom ytterhuset, som beskrevet i europeisk patentpublikasjon 0 063 444.

Ifølge den foreliggende oppfinnelse er det imidlertid frembrakt et pumpehode som er innrettet for neddykking i et fluidum som skal pumpes og som omfatter en skovhjulsanordning for fjerning av fluidet, et motorhus som opptar en elektromotor for drift av skovlhjulanordningen og midler for opprettelse av en fluidumstrøm i motorhuset, for avkjøling av motoren.

Ved at pumpet fluidum faktisk ledes inn i motorhuset, er det mulig å opprette en varmevekslingsforbindelse med motoren som er meget mer effektiv enn den som kan oppnås ved å lede fluidet langs motorhusets yttervegg. Det pumpede fluidum bringes fortrinnsvis til å gjennomstrømme én eller flere skrue-formede vindinger som er anordnet rundt motoren, mellom denne og motorhusveggen. Det pumpede fluidum som ledes gjennom motorhuset, kan med fordel utgjøre bare en meget liten del av den totale fluidumsmengde som forflyttes av skovlhjulanordningen. Etter å ha gjennomløpt sin bane i motorhuset kan fluidet ut-strømme mot yttersiden av pumpehodet.

Selv om det kan være anordnet separate skovlhjul, vil kjølefluidet fortrinnsvis ledes gjennom motorhuset under på-virkning av det trykk som frembringes av pumpehodets skovlhjulanordning. Kjølemediumstrømmen vil følgelig øke ved inn-snevring av pumpehodeutløpet, f.eks. grunnet stenging av en ut-løpsventil for minsking av fluidumstrømmen ved den utløps-stasjon hvortil fluidet transporteres av pumpehodet. En slik minsking av utløpsstrømmen medfører økning av varmeutviklingen i pumpehodet, og kjølesystemet ifølge den foreliggende oppfinnelse er derfor innrettet for å kompensere dette ved auto-matisk økning i avkjølingen. Vil pumpehodet også, selv ved fullstendig lukket utløpsventil, fortsatt kunne være i funksjon uten alvorlig overheting.

Det pumpede fluidum som ledes gjennom motorhuset kan med fordel være avledet fra lekkasjestrømmen gjennom de sliteringer som vanligvis er innmontert mellom den roterbare skovlhjulanordning og den tilstøtende ende av motorhuset og som normalt utgjør 3-5% av totalstrømmen.

Det indre av motorhuset kan være fylt med en dielektrisk væske som med henblikk på avkjøling kan sirkulere gjennom et kretssystem bestående av motorhuset, kanaler som forløper langs den rørsats hvorimellom det pumpede fluidum ledes oppad til en utløpsstasjon, pumpen og en varmeveksler som er anbrakt ved utløpsstasjonen, som beskrevet i europeisk patentpublikasjon 0 063 444. Med den avkjøling som kan oppnås ifølge foreliggende oppfinnelse vil det imidlertid i mange tilfeller være tilstrekkelig at den dielektriske væske utelukkende sirkulerer i motorhuset.

Oppfinnelsen er nærmere beskrevet i det etterfølgende under henvisning til med medfølgende tegninger, hvori: Fig. 1 viser et forenklet, skjematisk sideriss av et pumpesystem med et elektrisk drevet, neddykkbart pumpehode ifølge oppfinnelsen. Fig. 2A og 2B viser lengdesnitt, i meget større måle-stokk, som utelukkende omfatter henholdsvis det øvre og det

nedre parti av pumpehodet ifølge fig. 1.

Det er i fig. 1 vist et pumpesystem som omfatter en rør-sats 1 som er opphengt i en bæredel 2, med pumpehodet 4 i den nedre ende av rørsatsen neddykket i en væske som skal pumpes ved hjelp av pumpehodets skovlhjul, for å utstrømme gjennom en utløpsventil (ikke vist) som er anordnet ved en utløpsstasjon ved bæredelen. Rørsatsen 1 omfatter konsentriske inner- og ytterrør 5 og 6, og det indre av innerrøret 5 opptar elektriske ledninger som strekkes imellom bæredelen 2 og en elektromotor som er innmontert i pumpehodet 4, for drift av skovlhjulet. Det ringformede rom mellom innerrøret 5 og ytterrøret 6 tjener som en utløpskanal hvorimellom væsken som pumpes, ledes oppad til utløpsstasjonen.

Pumpehodet 4 som er vist i fig. 2A og 2B, omfatter et innerhus 10 med en sylindrisk sidevegg 11 og en øvre endearmatur 12 for fastgjøring av innerhuset til innerrøret 5 i rørsatsen. Innerhuset 10 opptas i et ytterhus 20 som likeledes omfatter en sylindrisk sidevegg 21 som er konsentrisk med sideveggen 11, og en endearmatur 22 som er forbundet med ytterrøret 6. Det ringformede rom mellom husene 10 og 20 opptar væsken som pumpes, og står i forbindelse med utløpskanalen i rørsatsen. Det er i innerhuset 10 innmontert en elektromotor med en midtre drivaksel 14 som er forbundet med en rotor 15 som omsluttes av en ringformet stator 16.

Den øvre ende av innerhuset 10 opptar en bæredel 17 bestående av konsentriske hylsepartier som er sammenføyd gjennom et øvre, ringformet steg. Den øvre ende av motordrivakselen 14 er opplagret i den nedre ende av innerhylsen, og ytterhylsens ytterside dannes sammen med yttersiden av statoren 16 en sylinderflate som er atsxilt fra sideveggen 11, for avgrensing av et ringformet kammer 24. De elektriske ledninger som opptas i rørsatsens innerrør 5, er forbundet med statoren 16 gjennom samleskinnemontasjer 25 som strekker seg gjennom isolerende bøssinger 26 som er innført gjennom åpninger i bæredelens 17 ringformede steg.

En nedre bæredel 27 ved underenden av innerhuset 10 består likeledes av indre og ytre, konsentriske hylser hvis nedre ende er forbundet med hverandre gjennom et ringformet steg som er opplagret på og avtettet mot et innvendig endeflensparti 29 av innerhusveggen 11. Delens 27 innerhylse fastholder innerkransene av to aksialt atskilte kulelagre 30 for opp-lagring av drivakselen og rotormontasjen, og hylseytterveggen avgrenser det ringformede kammer 24.

Drivakselen 14 strekker seg nedad gjennom flenspartiet 29, og er forbundet med en skovlhjulanordning med skovlhjul-enheter 31 for transportering av væsken som skal pumpes.

Det indre av motorhusets 10 endearmatur 12 står i forbindelse med innerrøret 5 og kan derved fylles med en dielektrisk eller isolerende væske som medvirker til avleding av den varme som utvikles av motoren og som fungerer som et smøre-middel for drivaksellagrene. Den dielektriske væske fremføres til røret 5 fra en samletank 7 som er anbrakt på bæredelen 2 i slik høyde at den dielektriske væske i motorhuset vil holdes under et statisk trykk som er tilstrekkelig til å motvirke lekkasje av væsken som innpumpes i motorhuset.

Den dielektriske væske holdes i sirkulasjon i motorhuset 10 ved hjelp av en sekundær skovlhjulanordning 35 som er fastgjort på drivakselen 14 umiddelbart under lagrene 30. Under innvirkning av denne skovlhjulanordning vil den dielektriske væske ledes fra det ringformede kammer 24, gjennom én eller flere radialt forløpende kanaler 36 i flenspartiet 29 og ut-støtes oppad til lagrene 30 og i sideretning til rommet mellom hylsene på den nedre bæredel 27. Under bevegelsen oppad gjennom spalten mellom rotoren 15 og statoren 16 vil væsken nå det indre av armaturen 12 gjennom én eller flere kanaler i bæredelens 17 stegparti. Den sirkulerende, dielektriske væske inn-strømmer deretter i kammeret 24 gjennom én eller flere kanaler som er anordnet ved ytterkanten av bæredelens 17 stegparti. En pakningsholder 37 som er fastgjort til bæredelen 27 nedenfor den sekundære skovlhjulanordning 35, avgrenser sammen med akselen 14 et ringformet innløpskammer for skovlhjulanordningen. Pakningsholderen er forbundet med paknings-elementet 39 som ligger an mot akselen, for avtetting av den nedre ende av innerhuset 10.

Flenspartiet 29 ved underenden av innerveggen 11 er på innersiden forbundet med to atskilte, konsentriske sliteringer 40 og 41 som omgir en mellomliggende, oppadrettet slitering 42 som er fastgjort til skovlhjulanordningen 34 med sin frie ende atskilt fra flenspartiet.

sliteringene 40, 41 og 42 som ligger an mot hverandre, opptas i et ringformet kammer 44 som avgrenses oppad av pakningsholderen 37 og står i forbindelse med pumpehodets ytterside gjennom en radial kanal 45 i flenspartiet 29, og derved vil befinne seg under samme trykk som den omgivende væske. Da avtetningen mot akselen 14 ved pakningsholderen 37 er anordnet mellom dette kammeret 44 og innløpskammeret i skovlhjulenheten 35, kan det anvendes relativt svake og følgelig billige pakningselementer 39.

Grunnet leding vil varmen som utvikles av elektromotoren, nå innerhuset 10 og fjernes i viss grad ved varmeoverføring til den pumpede væske som strømmer langs husytterveggen. Pumpehodet er imidlertid utstyrt med ytterligere midler for fjerning av

varme fra motoren ved hjelp av den pumpede væske.

Flenspartiet 29 innbefatter således en kanal 50 som ut-munner i rommet ovenfor skovlhjulsliteringen 42 og gjennom de fikserte lagerringer 40 og 41. Denne kanal står i sin øvre ende i forbindelse med et rør 51 som er utformet til en skrueformet spiral i kammeret 24, mellom statoren 16 og bæredelene 17 og 27 på den ene side, og innerhusveggen 11 på den annen. Rørspiralen 51 står i sin øvre ende i forbindelse med et utløpsrør 52 som strekker seg gjennom den øvre ende av innerhusveggen 11, krysser rommet mellom innerhuset og ytterhuset og fortsetter gjennom ytterhusveggen for å utmunne på yttersiden av pumpehodet. Ca. 3-5% av væsken som pumpes av skovlhjulenheten 31, unnviker innad gjennom sliteringene 40, 41 og 42, og av dette kvantum vil en vesentlig del strømme gjennom kanalen 50, rør-spiralen 51 og utløpsrøret 52. Røret 51 omslutter motoren og står i en god varmevekslingsforbindelse med statoren 16, som begunstiges av den dielektriske væske i kammeret 24. Varmeavledningen fra motoren vil følgelig økes i meget stor grad, jevnført med varmeavledningen utelukkende gjennom innerhusveggen 11. Pumpehodets levetid blir derved forlenget, i likhet med dets funksjonsevne, idet væskestrømmen gjennom røret 51 vil øke som følge av en trykkøkning i utløpskanalen, slik at ut-gangsstrømmen ved utløpsstasjonen kan begrenses, selv om pumpe-hodemotoren fortsatt er i funksjon, hvorved risikoen for overheting er meget redusert i forhold til pumpehoder med konven-sjonelle kjølesystemer.

Den viste og beskrevne utførelsesform av oppfinnelsen kan varieres på mange måter innenfor oppfinnelsens ramme.

Claims (10)

1. Pumpehode for neddykking i en væske som skal pumpes, karakterisert ved at det omfatter en skovlhjulanordning for transportering av væsken, et motorhus med en innmontert elektromotor for drift av skovlhjulanordningen, og midler for opprettelse av en væskestrøm i det indre av motorhuset, for avkjøling av motoren.

2. Pumpehode i samsvar med krav 1, karakterisert ved at væskestrømmen i motorhuset holdes i bevegelse av skovlhjulanordningen.

3. Pumpehode i samsvar med krav 2, karakterisert ved at skovlhjulanordningen befinner seg nedenfor motorhuset, og at kjølemediets strømningsbane strekker seg oppad i motorhuset til et utløp til pumpehodets ytterside.

4. Pumpehode i samsvar med et av kravene 1-3, karakterisert ved at det mellom skovlhjulanordningen og motorhuset er montert tetningselementer, og at kjølemedium-strømmen dannes ved lekkasje gjennom tetningsdelene.

5. Pumpehode i samsvar med krav 3 eller 4, karakterisert ved at tetningsmidlene omfatter et første par tetningsflater som ligger an mot hverandre mellom skovl-hjulanordningens fluidumsutløp og et andre par tetningsflater i anlegg mot hverandre, at strømningsbanen for kjølemediet innbefatter et innløp mellom det første og det andre par av tetningsflate og et utløp til pumpehodets ytterside, og at en lekkasjebane til pumpeyttersiden innbefatter et utløp som befinner seg innenfor det andre par av tetningsflater.

6. Pumpehode i samsvar med krav 5, karakterisert ved at tetningsmidlene består av indre og ytre sliteringer på den ene motorhusseksjon og skovlhjulanordningen, og en mellomliggende slitering på den annen motorhusseksjon og skovlhjulanordningen, som opptas mellom innerringen og ytter-ringen, og at kjølemediumsstrømmen har en strømningsbane hvis innløp befinner seg ovenfor den mellomliggende slitering.

7. Pumpehode i samsvar med krav 6, karakterisert ved et kammer i den indre slitering, som står i forbindelse med pumpehodets ytterside.

8. Pumpehode i samsvar med krav 7, karakterisert ved at motoren er innrettet for drift av en sekundær skovlhjulanordning som er innmontert i motorhuset, for opprettelse av sirkulasjon av dielektrisk væske i dette, og som er utstyrt med et innløp som er atskilt fra kammeret gjennom sekundære tetningsdeler mellom motorhuset og motoren.

9. Pumpehode i samsvar med et av de foregående krav, karakterisert ved at elektromotoren omfatter et ringformet statorparti som er anbrakt rundt en rotormontasje som strekker seg utad fra motorhuset, for drift av skovlhjulanordningen, idet kjølemediumstrømmen ledes mellom statoren og motorhuset.

10. Pumpehode i samsvar med et av de foregående krav, karakterisert ved at kjølemediumstrømmen fremføres i en skruespiralbane i motorhuset og rundt elektromotoren .