(12) PATENT (19) NO (11) (13) B1 NORGE. (51) Int Cl. Patentstyret

Transkript

1 (12) PATENT (19) NO (11) (13) B1 NORGE (51) Int Cl. F04D 13/08 ( ) F04D 25/06 ( ) F04D 29/10 ( ) Patentstyret (21) Søknadsnr (86) Int.inng.dag og søknadsnr (22) Inng.dag (85) Videreføringsdag (24) Løpedag (30) Prioritet (41) Alm.tilgj (45) Meddelt (73) Innehaver Aker Subsea AS, Postboks 94, 1325 LYSAKER, Norge (72) Oppfinner Kjell Olav Stinessen, Vækerøveien 132 O, 0383 OSLO, Norge (74) Fullmektig Protector Intellectual Property Consultants AS, Oscarsgate 20, 0352 OSLO, Norge (54) Benevnelse UNDERVANNS TRYKKØKNINGSMASKIN (56) Anførte publikasjoner US A NO B1 NO B1 US A US A1 US A1 US A1 US A1 (57) Sammendrag Turbomaskin for undervanns trykkøkning, som omfatter en elektrisk motor og en turbomaskin som er en flerfase pumpe eller kompressor, der motoren er operativt koblet til å drive turbomaskinen, direkte via en felles aksling eller via en girkopling, en motoraksling til en turbomaskinaksling, særpreget ved at turbomaskinen omfatter minst én oljesmurt mekanisk tetning, og et middel for smøreoljetrykk for å tilveiebringe kontroll på smøreoljetrykk for å justere nevnte trykk til å bli høyere enn eller lik motorhustrykket under alle driftsforhold.

2 UNDERVANNS TRYKKØKNINGSMASKIN 1 Område for oppfinnelsen Den foreliggende oppfinnelsen verdører undervanns roterende utstyr, dvs. kompressorer, flerfase pumper og væskepumper drevet av elektromotorer, og dens formål er særlig å forbedre motorinnmaten på en gassfylt motor, fra forurensningen fra de komprimerte eller pumpede fluidene som vil kunne skade eller ødelegge motoren. Dette oppnås ved å separere motor og kompressor, flerfase pumpen eller pumpen inn i to kammere med oljesmurte mekaniske tetninger. Beskrivelse av oppfinnelsen, dens bakgrunn og tidligere teknikk Oppfinnelsen beskytter smøreoljen for den mekaniske tetningen og lagrene ved å forhindre gassforurensning, eller annen forurensning av mekaniske tetninger, og overtrykk av smøreolje sammenlignet med det indre trykket i motor og pumpe. Kontroll på trykket i smøreoljen, motoratmosfæren og kompressoren, og sugetrykket på kompressoren, flerfase pumpen eller væske pumpen i forhold til hverandre er nøkkelsærtrekk ved oppfinnelsen I den følgende beskrivelsen og patentkravene vil ordet "kompressor" også innbefatte flerfase pumpe og væske pumpe når dette er relevant for begge deler. Dersom det er elementer av beskrivelsen og kravene som kun er relevant for kompressor, flerfase pumper eller væske pumpe, vil dette bli spesielt beskrevet. Oppfinnelsen og flere utførelsesformer av oppfinnelsen er definert ved kravene, som det vil bli gjort henvisning til. Den foreliggende oppfinnelse tilveiebringer en undervanns trykkøkningsmaskin omfattende en elektrisk motor og en kompressor, flerfasepumpe eller pumpe drevet av den elektriske motoren, for å øke trykket i en undervanns strømning omfattende petroleum gass eller væske, særpreget ved at trykkøkningsmaskinen omfatter et felles trykkhus for den elektriske motoren og kompressoren, flerfasepumpen eller pumpen; en skillevegg eller membran som deler trykkhuset i to kamre eller rom, et gassfylt kammer

3 2 for den elektriske motor og et kammer for kompressoren, flerfasepumpen eller pumpen; en aksling som kobler den elektriske motoren til kompressoren, flerfasepumpen eller pumpen; og minst en oljesmurt mekanisk akseltetning anordnet mellom akslingen og skilleveggen eller membranen; og lagre på akslingen. For tiden er det bare væske (for eksempel olje eller vann eller MEG; i det som følger vil begrepet "olje" også omfatte alle andre egnede væsker for lagre, mekaniske tetninger og gir) -fylte motorer som har blitt brukt til undervanns flerfase og væske pumper. Dette medfører en praktisk begrensning på kraften i motoren, for eksempel 4 MW, og en hastighet på for eksempel 4000 rpm, på grunn av friksjonstapet som oppstår når rotoren roterer i væske. Mer kraft kunne ha blitt tilveiebrakt ved å gjøre slike motorer lengre, men en praktisk grense på lengde synes å ha blitt nådd ved rundt 4 MW på grunn rotordynamikken, nødvendig antall lagringer og behov for plass. Det er identifisert anvendelse for undervanns flerfase og væske pumper som krever mer enn 4 MW, typisk 6 MW, og til undervanns bruk er det derfor et behov for gassfylte motorer, som vil kunne brukes til slike pumper, fordi slike motorer vil kunne bli konstruert for mye mer enn 6 MW, for eksempel 25 MW, som er mye mer enn som er nødvendig for pumper, og dette vil fjerne begrensningen i motoreffekten ved dimensjonering av pumpekapasitet. Når det gjelder undervanns kompressorer har det blitt utformet en prototype, - Kværner Booster Station (KBS) -kompressor med en 850 kw motor, som ble konstruert i begynnelsen av 1990 og som ble grundig testet gjennom 1993, og dessuten testet på nytte etter ombygging i Denne kompressoren, som i tillegg til motor og kompressor hadde et opptrinns gir, hadde oljesmurte lagre og girkasse, og tetningen mellom motoren og kompressorkammeret var en labyrinttetning. Smøreoljekretsen var åpen, dvs. smøreolje hadde direkte kontakt med den rå gassatmosfæren, med de forurensningene som fulgte med her (for eksempel partikler, vanndamp, H 2 S og CO 2 ), og som gjorde smøreoljen utsatt for nedbrytning og kunne gi funksjonsskader. Videre var det en svakhet ved labyrinttetningen mellom motor og kompressoren at den ikke fullstendig klarte å skille disse to kamrene helt, og over tid vil det kunne være en viss

4 3 inntrengning av rågass inn i motoratmosfæren som fører til fare for forringelse og skade på de innvendige materialene i motoren, og da spesielt de ikke-metalliske materialene som særlig oppstår på grunn av forurensningene i rågass. Det er derfor behov for en teknisk løsning på tetningen, som i konseptet forhindrer at rågass fullstendig eller nesten strømmer inn i motoren, og videre vil det være et behov for et smøreoljesystem som kan holdes atskilt fra rågassen for å kunne eliminere risiko for forringelse av smøreoljen, og dette blir ifølge oppfinnelsen tilveiebrakt med smurte mekaniske tetninger. Det finnes flere patenter på undervannskompressor av KBS-type. Det henvises til patenter NO og NO og NO og NO og NO og NO De tekniske løsningene som blir beskrevet i disse patentene avviker vesentlig fra oppfinnelsen, ved at det blir brukt labyrinttetning og åpen smøreoljekrets, som fører til de risikoene og problemene som er beskrevet ovenfor. Etter 2000 har enkelte kompressorprodusenter, leverandører av undervannssystemer og oljeselskaper gjennomført et betydelig arbeide med å utvikle, designe, konstruere, teste og kvalifisere havbunnskompressorer med magnetiske lagringer for å unngå de potensielle problemene som er beskrevet ovenfor, og som vil kunne oppstå fordi man har et smøreoljesystem. Slike løsninger, som fortsatt er i utviklingsfasen og ikke som ikke enda er fullt ut kvalifisert for undervanns bruk, har også iboende potensielle problemer. De polymere overflatematerialene i lagringene er utsatt for kjemiske angrep fra rågassens forurensninger når motoratmosfæren er rågass, hvilket er en vanlig løsning. Dette kan i prinsippet løses ved å dekke overflaten med en tynn metallplate, det vil si en såkalt bokslagring. Dette er imidlertid ikke ansett for å være en godt utprøvd løsning, og det oppstår komplikasjoner og risiko ved å lage lagringene, og dessuten drift og styring av disse. Kontrollsystemet for undervanns magnetiske lagringer, som må plasseres undervanns og i nærheten av lagringene, er også til bekymring fordi på det nåværende stadiet i teknologien er disse fortsatt under utvikling og kvalifisering. Selv en vellykket kvalifisering vil kunne etterlate seg bekymringer når det gjelder risikofaktorer med hensyn til undervannsdriften, ettersom elektronikken i kontrollsystemet vil kunne svikte av og til, og kontrollsystemet har ganske store dimensjoner og er tungt, og dette vil derfor ikke være lett å erstatte hvis det svikter. Det

5 4 vil også være mange ledninger med kontakter og penetratorer som også vil kunne svikte av og til. Alle bekymringene ved kontrollsystemet vil kunne bli eliminert ved å bruke oljesmurte lagringer ifølge den foreliggende oppfinnelsen ettersom smøresystemet ikke har noe kontrollsystem. Det er også en viss risiko for at smøreoljesystemet, smurte lagringer og mekaniske tetninger vil kunne svikte av og til. I dette tilfellet er alle komponenter som til sammen danner hele systemet godt kjent for de ulike industrielle anvendelsene, og det er kjent hvor hyppig systemet vil kunne svikte, hvilket vil kunne minimeres ved å velge ut en bestemt kvalitet på komponentene. Det nye ved oppfinnelsen, sammenlignet med de nevnte industrielle applikasjonene, er imidlertid den spesielle konfigurasjonen og den tilpasningen som gjøres for å passe til undersjøiske forhold. Det vises til patenter NO og NO og NO og NO Figurer Oppfinnelsen er illustrert med figurene 1-6, som illustrerer utførelsesformer og detaljer ved utførelsesformene i oppfinnelsen. Utførelsesformer av oppfinnelsen I det følgende vil bli beskrevet flere utførelsesformer av oppfinnelsen, som alle har til felles at de gir fullstendig, eller for all praktisk betydning er tilstrekkelig nære ved å gi fullstendig, beskyttelse av motoren og smøreolje for tetninger, lagringer og gir (valgfritt) forhindres i å bli forringet og skadet ved at de blir forurenset av rågass eller blir pumpet i flerfase- eller væsketilstand hvor den vil blande seg sammen med gassen i motoratmosfæren eller smøreoljen. Dette oppnås ved kontroll av trykknivået for smøreolje, motoratmosfære og sugetrykk i forhold til hverandre, og ved hjelp av en måte for å sikre at motoratmosfæren er inert og tørr. Ulike utførelsesformer vil bli beskrevet med henvisning til figurer. Forklaring på henvisningstallene er beskrevet i Tabell 1 nedenfor.

6 5 Tabell 1: Forklaring av henvisningstall til figurene Refnr. Forklaring 1 Felles trykk i hus for kompressor og motor 2 Elektrisk motor 3 Kompressor eller flerfase pumpe eller væske pumpe 4 Oljesmurt lagring, enten radielt eller aksielt eller kombinert 5 Lagerhus 6 Oljesmurte mekanisk tetning 7 Membran, partisjon 8 Løpehjul 9 Utjevningstrommel lekkasje, labyrint 10 Utjevningstrommel 11 Kobling, stiv, fleksibel eller felles aksling for motor og kompressor 12 Kompressor innløp 13 Kompressor utløp 14 Pumpe for smøreoljekrets 15 Vifte for motorgassens resirkulering gjennom gasskjølekrets 16, 16 Trykkoverføringsrør fra kompressor til motor 17, 17 Trykkoverføringsrør fra kompressor til smøreoljetank 18 Kjøler for trykkoverføringsgass 19 Ventil for MEG-tilførsel (eller andre hydrathindrende kjemikalier: for eksempel DEG, TEG, metanol) 20 Smøreolje rør 21 Smøreolje kjøler 22 Ventil for smøreolje tilførsel 23 Smøreolje reservoar 24 Dreneringsledning fra motor 25 Dreneringstank 26 Dreneringsventil; trykkavlastningsventil for motorgass 27 Rørledning for lekket olje til utslippspunktet ved lavere trykk enn pm, for eksempel kompressor innløp eller oppstrøms separator 28 Gasskjølekrets rør

7 29 Gasskjøler 30 Anti-surge ledning for kompressor eller resirkuleringsledning for pumpe 31 Anti-surge kjøler eller resirkulasjonskjøler 32 Smøreoljetank 33 Dreneringsretning for kondensert væske 34 Utjevningsrør 35 Nivåsensor 36 Nivåindikasjon på dreneringstank, høyt 37 Nivåindikasjonsindikator på dreneringstank, lav 38 Nivåindikasjon på smøreoljetank, høyt 39 Nivåindikasjon på smøreoljetank, lav 40 Nitrogen tank 41 Kontrollventil for motor trykk pm 42 Kontrollventil for smøreolje trykk p " 6 43 Ventil for påfylling av komprimert nitrogen ved umbilical eller ROV eller rør fra skip forbundet med ROV 44 Trykktransmitter av pm 45 Trykktransmitter av p " 46 Smøreoljefilter (valgfritt) 47 Opptrinns gir 48 Anti-surge/resirkulasjon ventil 49 Rotor 50 Stator 51, 51 Membran, for eksempel flytende stempel 52, 52 ' Akslinger h h ' pd pl pl ' pm Statisk høyde fra lagringene til lavt nivå av smøreoljetank Statisk høyde på lavt nivå av smøreoljetank, variabel fra lavt til høyt nivå Utløpstrykket Smøreoljetrykk i lagringene Smøreoljetrykk på lavt nivå av smøreoljetank Trykk i motoratmosfære

8 7 pn ps pt p1 p2 Trykk på komprimert nitrogen (eller annen virkelig inert gass) i tank Sugetrykk Trykk i dreneringstank; ca pt = pm Trykk på første løpehjul eller en annen løpehjul Trykk fra andre løpehjul eller hvilken som helst løpehjul eller utslippstrykk, og løpehjulnummer høyere enn løpehjulet som gir p1 Det grunnleggende prinsippet ved oppfinnelsen er å hindre strømningskommunikasjon mellom kompressor og motor. Dette oppnås ved separasjon av motoren og kompressoren i to kammere, et motor- og et kompressorkammer, ved hjelp av en membran med oljesmurte mekaniske akseltetninger, og ved å kontrollere trykket på smøreoljen slik at dette trykket på tetningen blir høyere enn både trykket på gassen som utgjør motoratmosfæren og av gasstrykket på sugesiden av kompressoren. Det er viktig å merke seg at det gasstrykket som er i utjevningstrommelen for kompressoren er et sugetrykk, som oppnås ved en gasslekkasje fra utløpssiden av kompressoren gjennom en labyrinttetning og et utjevningsrør til sugesiden av kompressoren. Mekaniske tetninger ved oppfinnelsen vil lukke ved en slags fjærmekanisme når kompressoren ikke er i drift, og forhindrer derfor samblanding av rågass inn i motoratmosfæren ved stillstand, og det vil også forhindre tap av smøreolje ved lekkasje. Ved å plassere smøreoljetanken på en viss høyde over motorkompressoren, vil det være et noe høyere trykk av smøreolje inne i tetningene i forhold til trykket inne i motoren og kompressoren, og dermed vil eventuell lekkasje være fra smøreoljesiden av tetningene for motoren og kompressoren, og hindrer dermed at smøreoljen blir forurenset. De samme prinsippene med utjevningstrommelen kan brukes for flerfase- og væskepumper. Hvis andre prinsipper benyttes, for eksempel motsatte løpehjul for en pumpe, eller ved å ha trykksiden av en flerfase pumpe eller en pumpe på motoren, må trykket på smøreoljen settes slik at den er høyere enn det høyeste væsketrykket for alle tetningene.

9 8 Gassen som danner motoratmosfæren, hvis ikke gassen blir komprimert, velges fortrinnsvis slik at den er inert med hensyn til motormaterialene, som innbefatter både metalliske og ikke-metalliske materialer. Gassen vil for eksempel kunne være en tørr nitrogen eller en tørr hydrokarbongass. I det som følger vil oppfinnelsen bli beskrevet med henvisning til figur 1 til 6 og Tabell 1. I løsningen beskrevet i figur 1 er motor 2 fylt med rågass fra kompressoren, som fortrinnsvis er tørr, med et trykkoverføringsrør 16 fra et av kompressortrinnene eller fra sugesiden. Det er kommunikasjon mellom den gassen som er inne i motoren og den gassen som strømmer gjennom kompressoren, men siden det ikke er noen strømning gjennom motoren, og motoren i prinsippet er fylt med det samme gassvolumet uten utveksling med atmosfæren, betyr dette at mengden av forurensninger er begrenset til én volumfylling, og det finnes ikke noen kontinuerlig tilførsel av miljøgifter, slik som det ville ha vært dersom det hadde vært en strøm av rågass gjennom motoren eller dersom det hadde vært en labyrinttetning mellom kompressor og motor, som ville være ganske åpent for samblanding. I illustrasjonen i figur 1 leveres motortrykket pm fra trinn 8 1 med trykk p1. Således vil trykket pm i motorrommet være lik trykket p1 i det første kompressortrinnet og høyere enn sugetrykket ps. Tørking av gassen oppnås ved å kjøle gassen ned til sjøvannstemperatur eller i nærheten av sjøvannstemperaturen ved varmeveksling til sjøvann med en varmeveksler 18 som er felles for rør 16 og 17 i rør 17. Det arrangementet som er vist i Figur 1, med en felles kjøler for rør 17 og 17 er av praktiske årsaker. Det vil også kunne være to separate rør fra trinn 8 1, som har hver sin kjøler. I tilfeller hvor kjøling har blitt funnet å være unødvendig, er kjøler utelatt. En viss mengde MEG (eller et annet egnet hydratforebyggende kjemikalie) kan om nødvendig bli injisert i kjøler 18 for å hindre at det blir dannet hydrater. Den injiserte MEG en vil også kunne ha gunstig innvirkning på tørking av gass med hensyn til vann, og vil også

10 9 kunne bidra med et visst MEG-damptrykk i gassatmosfæren. Det samlede resultatet av disse to mekanismene vil være senkning av vannets duggpunkt i gassen ved for eksempel 5 C. Ved drift i stabil tilstand er det ingen strømning i røret 16, og gassen vil bli avkjølt mot sjøvannstemperaturen. Ved en transient operasjon, for eksempel ved ramping av kompressorhastigheten opp og ned, eller ved start og stopp, vil temperatur og trykk på kompressor og motor forandre seg, og det vil være en viss strømning i røret 16 slik at det dermed er en viss utveksling av gass mellom motor og kompressor. Det verste tilfellet er når du starter eller stopper kompressoren, og motoren og kompressoren har blitt varmet opp fra sjøvannstemperatur til driftstemperatur, eller i motsatt retning fra driftstemperatur og ned til sjøvannstemperatur. Retningen på utjevningsstrømmen under transientene vil være et resultat av de relative temperaturene og volumene for motoren og kompressoren, samt andre faktorer. Disse transiente strømmene vil imidlertid være små, og det er lett å dimensjonere og konstruere varmevekslere for å få en gasstemperatur som er lik eller på nivåe med sjøvannstemperaturen, for eksempel ikke mer enn 5 C over sjøvannstemperaturen, og dermed vil gassen kunne være tørr under drift når motoren er varm, og trolig også i stillstand, når den blir avkjølt ned til sjøvannstemperatur ettersom den lille mengden med vanndamp som kan strømme fra kompressoren gjennom røret 16 til motoren vil bli utvannet av den tørre gassen i motoren. Dersom kondens skulle oppstå, vil den være ubetydelig liten med hensyn til skade på motormaterialer hvis rågassen kun har ubetydelige mengder syredannende komponenter så som H 2 S og CO 2. Dersom trykket "pl" blir tilført fra et av løpehjulene i kompressoren, og ved et høyere trykk enn motortrykket, så vil smøreoljetanken 32 kunne bli plassert ved siden av eller under trykkhuset når trykket "p" er tilstrekkelig høyt til å kunne løfte oljen inn i lagringene og tetningen, og gi et overtrykk her i forhold til motortrykket og sugetrykket for kompressoren. En membran 51 kan settes inn i trykkoverføringsrør 16, 17, 17 ' for ytterligere å forhindre strømningskommunikasjon mellom kompressor og motorrom ved transiente tilstander og diffusjon ved stabil tilstand. Membranen kan for eksempel være av flytende stempeltype, belgtype eller være av et fleksibelt polymermateriale.

11 10 Volumkapasiteten for membranen 51, for gassekspansjonen, blir konstruert for å imøtekomme det verste tilfellet av endringen i volumforskjellen mellom kompressor og motorrom og mellom kompressor og smøreoljetank. I Figur 1 vil trykket over væskenivået i smøreoljetanken være det samme som motortrykket pm, og lik førstetrinns kompressortrykk p1. Gassen vil bli holdt tørt av den samme varmeveksleren som for motorgassen. Hvis smøreoljetanken 32 blir hevet over kulelagringene 5, 5, 5 «i en motorkompressor 1, 2, 3, vil smøreoljetrykket i lagringene ved stillstand være pl = pm + h + h, og pm = ps, dvs. pl > pm = ps. Under drift kan trykkforskjellen mellom pl og pm anordnes til å være høyere enn ved stillstand, ved å tilføre olje fra trykksiden av smøreoljepumpen 15. Dersom den statiske høyden er stor nok i forhold til trykktapet i røren for sugekretsen og lagringer, kan lagringen være på sugesiden av pumpen. I figuren er pumpen koblet til og blir drevet av kompressorakslingen, enten direkte eller ved hjelp av et mekanisk gir eller overføring, eller med en magnetisk kobling eller magnetisk utstyr, men pumpen vil også kunne være en separat pumpe som blir anordnet et sted langs smøreoljekretsen 20, også innenfor smøreoljetanken 32. Når pumpen blir plassert utenfor kompressoren i smøreoljekretsen, kan den anordnes å kunne bli hentet opp for seg selv, og det vil kunne være flere pumper for å ha et overskudd av disse. I tilfelle av utrangerte pumper som er anordenet parallelt eller i serie, må det være en ventilanordning, herunder tilbakeslagsventiler, slik at det er mulig med automatisk fortsettelse av driften med kun en pumpe i drift, eller at innstilling av ventiler vil kunne være anordnet manuelt fra overflaten (plattform eller på land) eller til og med ROV. Forbruk av olje ved lekkasje gjennom en tetning er liten, i størrelsesorden 1 liter per dag, og for de fem tetningene som er angitt i figur 1 vil det være en total lekkasje per dag som er i en størrelsesorden på 5 liter, det vil si omtrent 2 m³ pr år. Ved for eksempel å dimensjonere volumet for smøreoljetanken til 5 m³, vil det kun være nødvendig å fylle opp hvert andre år ved hjelp av en ROV, eller ved å få olje tilført med umbilical eller til og med ved å bytte ut den tomme tanken med en full tank. En annen fremgangsmåte vil kunne være å bytte, med de nødvendige mellomrommene, den nesten tomme tanken

12 11 med en full tank. Praktiske hensyn, som innbefatter pålitelighet og kostnader, vil utgjøre grunnlaget for valg av løsning fra sak til sak. Dersom smøreolje tilføres fra overflaten direkte til smøreoljekretsen uten en buffertank, vil det være nødvendig å kontrollere smøreoljetrykket pl med et eller annet botemiddel, for eksempel en trykk-volum regulator (PVR), som er godt kjent fra anvendelser for flerfase- og væske pumper. Mer tradisjonell kontroll av pl i forhold til pm og ps vil også kunne brukes, ettersom det normalt ikke vil være behov for ha en svært rask kontroll for å holde pl > pm og ps. Praktiske hensyn, som innbefatter pålitelighet og kostnader, bør være grunnlaget for valg av løsning fra sak til sak. Drenering av den oljen som har lekket inn i motoren fra tetningene 6 1, 6 2 og 6 3, som vanligvis er på rundt 3 liter per dag, er for den utførelsesformen av figur 1 og 3 enkel under drift, ettersom trykket pm = p1 i dreneringstanken 25 er høyere enn sugetrykket ps, og den samlete lekkasjeoljen kan rutes til for eksempel en separator, til utjevningsgassledningen 34 eller til gassledningen som er oppstrøms for kompressoren. Dersom for eksempel volum på dreneringstanken er 100 l, vil det i teorien være nødvendig å tømme omtrent én gang per måned bare. Drenering vil kunne bli arrangert til å være automatisk, ved å ha en type nivåsensor 35 (trykkdifferanse, nukleonisk, eller noe annet) som gir et signal om å åpne dreneringsventilen 26 når et innstilt høyt nivå 36 er nådd, og som vil lukke når et lavt nivå 37 er nådd. Drenering ved forhåndsinnstilte intervaller er også et alternativ, men er mer risikabelt, og det samme er manuell betjening av ventilen 26 basert på avlesninger fra en nivåindikator. Kontroll av åpningen av ventilen 26 er slik det ikke båser noe gass ut fra motoren under drenering. Ventilen 26 vil også virke slik at den reduserer trykket på motoren dersom den i løpet av en driftsmodus skulle være høyere enn som er ønskelig. Et signal fra en trykktransmitter 44, som føler motortrykket, vil da være grunnlaget for drift av ventil 26.

13 12 I figur 2 er det gitt en utførelsesform av oppfinnelsen som er nokså lik utførelsesformen som er i figur 1, men hvor forskjellen er at trykket i motoren er pm = ps, og gasstrykket over væskenivået i smøreolje tank pl «= p1. I dette tilfellet vil det kunne bli anordnet varmevekslere (ikke vist) i trykkoverføringsrør 16, 17, med MEG-injeksjon om nødvendig, tilsvarende 18 i figur 1. I utførelsesformen av figur 2, vil drenering til et punkt med et trykk på ps kreve noe statisk overhøyde som vil kunne fås ved tilstrekkelig heving av dreneringstank, som er under motoren 2, sammenlignet med det valgte dreneringspunktet. I figur 3 er det illustrert en utførelsesform hvor pl (trykk på tetning og kulelager) = p2 + h + h '+ smøreoljepumpetrykk > pm = p1. Figur 4 illustrerer en utførelsesform som fullstendig sikrer en inert motoratmosfære med nitrogen, og med liten risiko for forurensing fra kompressoratmosfæren, som er en egnet løsning dersom rågassen inneholder signifikant kontaminering av aggressive komponenter (for eksempel H 2 S og CO 2 ), og som også sikrer bedre mot en tørr motoratmosfære, og ingen kondens (hydrokarboner og vann), dersom det er tvil om effekten av kondensatorer 18, 18. Atmosfæren over smøreoljen blir beskyttet av nitrogen på en tilsvarende måte. Komprimert nitrogen (innenfor begrepet nitrogen er det også inkludert en hvilken som helst annen egnet inert gass) ved høyt trykk, dvs. ved et trykk som er høyere enn det som kreves for å holde pl høyere enn både ps og pm, for eksempel 300 bar eller høyere, i tanken 40. Etttersom nitrogenforbruket i teorien er null både ved drift og stillstand, kan tanken være ganske liten, for eksempel 2 m³ og vil likevel kunne tillate for lange intervaller mellom etterfyllinger. Etterfylling vil kunne gjøres enten ved å skifte ut nitrogentanken, koble til et rør fra et skip med ROV og levere fra skipet, eller ved rør i umbilical. Motortrykket pm blir justert ved å levere en mengde nitrogen som fører til ønsket trykk. For å oppnå dette må motoren ha en trykktransmitter, og tilgangen på nitrogen ved ventil 41 blir kontrollert av trykket, enten ved en automatisk styring eller

14 manuelt fra overflaten. Kontroll av trykket pl " i atmosfæren over smøreoljenivået i smøreoljetanken blir oppnådd på en lignende måte. 13 En blandet løsning der motoren leveres med nitrogen og atmosfæren i smøreoljetanken, med gasstrykk fra kompressoren, kan også brukes i enkelte tilfeller, det vil si en kombinasjon av de utførelsesformene som er vist i Figur 1 og 3 og Figur 4. Enda en løsning, som er vist i figur 5, er å klargjøre motoren ved først å fylle den med nitrogen, og deretter lukke ventilen for nitrogentilførsel og som har trykktilførsel til motoren ved noen av de løsningene som er gitt av figur 1-3. En viss forurensning av motoratmosfæren ved samblanding av rå kompressorgass forårsaket av diffusjon, eller ved relative endringer i motorvolum og kompressorrommet ved transienter, særlig ved start og stopp, vil ikke føre til noen skade siden kondensasjon av vann og hydrokarboner vil bli forhindret ved fortynning av forurensninger og innhold av H 2 S, CO 2 og andre skadelige forurensninger i rågassen. Ved intervaller, eller initiert av måling av miljøgifter i motoratmosfæren, kan spyling av motorrommet kunne utføres med nitrogen til en tilnærmet reetablering av ren nitrogenatmosfære. Ved å sette en membran 51 i trykkoverføringsrøret 16, vil forurensing av motoratmosfæren med rågass bli nesten fullstendig forhindret. Komprimert nitrogen (i begrepet nitrogen er også innbefattet en hvilken som helst annen egnet inert gass) ved høyt trykk, det vil si ved høyere trykk enn det som kreves for å holde pl høyere enn både ps og pm, for eksempel 300 bar eller høyere, kan tilføres tanken 40. Ettersom nitrogenforbruket i teorien er null både på drift og stillstand, kan tanken være ganske liten, for eksempel 3 m³ og vil likevel kunne tillate lange intervaller mellom etterfyllingene. Etterfylling vil kunne gjøres enten ved å skifte ut nitrogentanken, koble til et rør fra et skip med ROV, og levere fra skipet, eller med rør i umbilical. Motortrykket pm vil kunne bli justert ved å levere en mengde nitrogen som fører til ønsket trykk. For å oppnå dette, må motoren ha en trykktransmitter, og tilgangen på nitrogen ved ventil 41 blir kontrollert av trykket, enten med en automatisk kontroll eller manuelt fra overflaten. Kontroll av trykket pl " i atmosfæren over smøreoljenivået i smøreoljetanken vil kunne oppnås på en lignende måte.

15 14 Endelig er en utførelsesform vist i figur 6 der et mekanisk opptrinns gir (enten parallelt eller planetgir, eller en annet egnet type), med for eksempel et opptrinn på 3:1, blir introdusert mellom motor og kompressor. Dette vil kunne tillate at et Variable Speed Drive (VSD) for motoren vil kunne være plassert på overflaten, og vil likevel kunne overføre elektrisk strøm til kompressormotoren over en lang avstand uten en Ferranti effekt, og ustabilitet ved å tilføre elektrisk kraft ved lav frekvens, for eksempel ved et nivå på 50 Hz ± 20 Hz, noe som gir en hastighet for en to-polet motor på 3000 ± 1200 rpm, og kompressoren vil da kunne ha en hastighet som varieres mellom rpm i tilfelle av et opptrinn på 3: 1. Både overføringsfrekvensen og opptrinnsforholdet kan velges forskjellig fra eksemplet, i henhold til det som måtte være best egnet fra tilfelle til tilfelle. Trykkontroll av smøreolje og motoratmosfære vil kunne være i henhold til noen av de utførelsesformene som er presentert i figur 1-4. En tenkelig utførelsesform av smøreoljekretsen vil kunne være en "åpen krets", som innebærer at den oljen som lekker ut i motorrommet, og som blir samlet i dreneringstanken 25, blir pumpet tilbake i smøreoljekretsen på en eller annen måte. Dette kan oppnås på forskjellige måter. En pumpe kan for eksempel bli satt inn for å pumpe ut fra utslippet på tanken 25 og inn i smøreoljekretsen 20, eller til smøreoljetanken 32 eller et hvilket som helst annet egnet punkt i smøreoljekretsen. Alternativt vil motortrykket pm for en kort midlertidig periode, for eksempel noen sekunder, kunne bli satt høyt nok til å løfte oljen i tanken 25 til smøreoljekretsen. Det negative særtrekket ved dette er at det kan oppstå en mulig forurensing av smøreolje. I alle utførelsesformer av figurer 1-6 kan et partikkelfilter bli satt inn på et passende sted i smøreoljekretsen. En bypass kan anordnes med automatisk bytting over til en shuntrør rundt filteret i tilfeller der filteret blir tett, og trykktapet over filteret blir uakseptabelt høyt. Bytting over til shuntrøret styres av trykkforskjellene over filteret.

16 15 KRAV 1. Undervanns trykkøkningsmaskin omfattende en elektrisk motor (2) og en kompressor (3), flerfasepumpe eller pumpe drevet av den elektriske motoren, for å øke trykket i en undervanns strømning omfattende petroleum gass eller væske, k a r a k - t e r i s e r t v e d at trykkøkningsmaskinen omfatter et felles trykkhus (1) for den elektriske motoren og kompressoren, flerfasepumpen eller pumpen; en skillevegg eller membran som deler trykkhuset i to kamre eller rom, et gassfylt kammer for den elektriske motor og et kammer for kompressoren, flerfasepumpen eller pumpen; en aksling som kobler den elektriske motoren til kompressoren, flerfasepumpen eller pumpen; og minst en oljesmurt mekanisk akseltetning anordnet mellom akslingen og skilleveggen eller membranen; og lagre på akslingen. 2. Trykkøkningsmaskin ifølge krav 1, k a r a k t e r i s e r t v e d at smøreoljetrykket i minst en tetning mellom motor og kompressorrommet er høyere enn både kompressorens sugetrykk og det innvendige motortrykket. 3. Trykkøkningsmaskin ifølge krav 2, k a r a k t e r i s e r t v e d at det innvendige motortrykket er trykket p1ved det første løpehjulet for kompressoren, eller ved et hvilket som helst annet løpehjul, og som blir overført til motoren med rør (17) og (16) eller bare et rør (17). 4. Trykkøkningsmaskin ifølge krav 2, k a r a k t e r i s e r t v e d at motortrykket er lik kompressorens sugetrykk som blir overført til motoren med et rør (16). 5. Trykkøkningsmaskin ifølge krav 3 og 4, k a r a k t e r i s e r t v e d at en kjøler (18) blir anordnet i rør (17) eller (16) og anordnet slik at kondensatet ikke renner inn i

17 16 motoren, men inn i kompressoren. 6. Trykkøkningsmaskin ifølge krav 1, k a r a k t e r i s e r t v e d at gasstrykket over smøreoljen i smøreoljetanken (23) er lik trykket (p1) ved den første løpehjulet, eller et hvilket som helst annet løpehjul, og som blir overført til smøreoljetank (23) med rør (17) og (17 ) eller bare med rør (17 ). 7. Trykkøkningsmaskin ifølge krav 1, k a r a k t e r i s e r t v e d at trykket (pl'') over smøreoljen i smøreoljetanken og (pm) i motoren blir tilført fra et nitrogenreservoar. 8. Trykkøkningsmaskin ifølge et hvilket som helst av krav 1 til 8, k a r a k t e r i s e r t v e d at olje som lekker ut i motoren blir håndtert av et anordnet arrangement for håndtering av olje drenert ut av motor-kompressor systemet. 9. Trykkøkningsmaskin ifølge krav 8, k a r a k t e r i s e r t v e d at olje som har lekket inn i motoren blir pumpet tilbake til smøreoljekretsen. 10. Trykkøkningsmaskin ifølge hvilke som helst av krav 1-9, k a r a k t e r i s e r t v e d at et oljesmurt step opp gir er anordnet mellom motoren og kompressoren på motorsiden av den minst ene tetningen. 11. Trykkøkningsmaskin ifølge krav 1-9, som omfatter en elektrisk motor og en turbomaskin så som en flerfase pumpe eller kompressor, der motoren er operativt koblet til å drifte turbomaskinen, direkte via en felles aksling, eller en stiv eller fleksibel kobling, eller via en girkobling som er koplet til en motoraksling til en turbomaskin aksling,

18 17 k a r a k t e r i s e r t v e d at turbomaskinen omfatter minst én oljesmurt mekanisk tetning, og et middel for smøreoljetrykk som tilveiebringer kontroll på smøreoljetrykket for å justere nevnte trykk til å bli høyere enn eller lik et motorhustrykk og et kompressorsugetrykk ved alle driftsforhold. 12. Trykkøkningsmaskin i henhold til krav 1-11, hvor motorhuset er fylt med gass. 13. Trykkøkningsmaskin ifølge krav 12, k a r a k t e r i s e r t v e d at den omfatter et motorgassmiddel for å styre trykket og redusere fuktigheten i motorhusgassen. 14. Trykkøkningsmaskin ifølge krav 11-13, k a r a k t e r i s e r t v e d at motoren og turbomaskin er tilkoblet via minst en aksling, et felles trykkhus som omslutter motoren og turbomaskinen bortsett fra en skillevegg i trykkhuset som separerer det felles trykkhuset til et motorhus og et turbomaskinhus, en smøreoljetank blir anordnet på en høyde som er høyere enn trykkhuset, smøreoljelinjer blir anordnet fra en lavere oljefylt del av nevnte smøreoljetank til mekaniske tetninger i hver ende av den mekaniske akslingen og på hver side av skilleveggen, en linje blir anordnet fra et første trinn av turbomaskinen til en øvre gassfylt del av smøreoljetanken, hvor hevingen av smøreoljetanken og det variable overtrykket blir tilveiebrakt av linjen fra turbomaskinens første trinn som tilveiebringer et automatisk justerbart smøreoljeovertrykk, hvor motorhuset blir operativt koblet til en smøreoljedreneringstank, og en trykkutjevningslinje blir arrangert fra det første trinnet i turbomaskinen til motorhuset, og en gasstørkingsenhet så som en sjøvannskjølt varmeveksler og et middel for MEG-injeksjon blir anordnet i eller operativt koblet til trykkutjevningslinjen. 15. Trykkøkningsmaskin ifølge krav 1-14, k a r a k t e r i s e r t v e d at de mekaniske tetningene omfatter en fjær eller et annet oppspenningselement som sammen med

19 18 midler for smøreoljetrykk tilveiebringer lukking av tetningen, avhengig av rotasjoner per minutt (rpm) for akslingen, fra en lukket stilling ved 0 rpm til en maksimalt åpen stilling ved maksimalt turtall. 16. Trykkøkningsmaskin ifølge krav 1-15, k a r a k t e r i s e r t v e d at smøreoljetanken har ROV-betjente forbindelser og løftemidler for å kunne bli byttet ut med en ROV (fjernstyrt undervannsfarkost). 17. Trykkøkningsmaskin ifølge krav 1, omfattende midler for smøreoljetrykk som en separat smøreoljetank anordnet på et høyere nivå enn trykkhuset for turbomaskinen, for hver mekaniske tetning eller gruppe av mekaniske tetninger, som driftes ved vanlig trykk, en smøreoljelinje er via en oljefylt del av en stempelsylinder anordnet fra en lavere oljefylt del av nevnte smøreoljetank til den eller hver mekaniske tetning, en enveis ventil så som en sikkerhetsventil er anordnet i smøreoljelinjen mellom sylinderen og tanken, der ventilen er rettet for å åpne opp for smøreoljeforsyningen fra tanken bare, når tetningstrykket er under trykket som er i tanken, en linje er anordnet fra et første trykktrinn av turbomaskinen til en øvre gassfylt del av smøreoljetanken, og en linje er anordnet fra et andre trykktrinn til en gassfylt side av stempelsylinderen, stempelsylinderen vil kunne innbefatte en fjær som tilveiebringer et minimum overtrykk for den mekaniske tetningen og / eller trykket for andre trykktrinnet minus det første trykktrinnet vil kunne tilveiebringe overtrykk, nevnte overtrykk er i en størrelsesorden av 40-0 bar, mer foretrukket 20-0 bar, mest foretrukket omtrent 5 bar. 18. Trykkøkningsmaskin ifølge krav 1-17, k a r a k t e r i s e r t v e d at smøreoljetanken vil kunne bli anordnet ved siden av eller under motor-kompressoren dersom trykket over smøreoljen blir levert fra et av løpehjulene på kompressoren.

20 1/6 P3893NO00

21 2/6 P3893NO00

22 3/6 P3893NO00

23 4/6 P3893NO00

24 5/6 P3893NO00

25 6/6 P3893NO00