NO20140581A1

NO20140581A1 - Anordning og framgangsmåte ved pumpe for dykket anvendelse

Info

Publication number: NO20140581A1
Application number: NO20140581A
Authority: NO
Inventors: Egil Eriksen
Original assignee: Subsea Hydraulic Components As
Priority date: 2013-05-26
Filing date: 2014-05-07
Publication date: 2014-11-27
Also published as: WO2014193239A1

Abstract

Det beskrives en anordning ved stempelpumpe (1) for anvendelse under vann, hvor en pumpeaksling (5), via et sylinderhus (9) som er aksialt fastmontert på pumpeakslingen (5), er innrettet til å bevege et antall stempler (20) mellom en første posisjon og en andre posisjon i respektive sylinderboringer (12), og hvert av stemplene (20) er koplet til en stempelsko (22) som er holdt fast i en skråstilt rotasjonsbane, hvor stempelskoenes (22) og en gliderings (25) rotasjonsbane er anordnet mellom en støttering (26) og en glideflate (28) på ei skråplate (27). Det beskrives også en framgangsmåte for tilpassing av ei stempelpumpe (1) for anvendelse under vann.

Description

ANORDNING OG FRAMGANGSMÅTE VED PUMPE FOR DYKKET ANVENDELSE

Oppfinnelsen vedrører en anordning ved stempelpumpe for anvendelse under vann, hvor en pumpeaksling, via et sylinderhus som er aksialt fastmontert på pumpeakslingen, er innrettet til å bevege et antall stempler mellom en første posisjon og en andre posisjon i respektive sylinderboringer, og hvert av stemplene er koplet til en stempelsko som er holdt fast i en skråstilt rotasjonsbane. Oppfinnelsen vedrører også en framgangsmåte for tilpassing av ei stempelpumpe for anvendelse under vann.

Under operasjoner knyttet til petroleumsutvinning anvendes det ofte pumper for å tilveiebringe et hydraulisk trykk for manøvrering av utstyr, injisering av hjelpekjemi-kalier i produksjonsstrukturer, etc. Slike pumper kan være anbrakt på en overflatein-stallasjon og være forbundet med en brønn eller utstyr plassert på havbunnen via slange- og/eller rørforbindelser. Av forskjellige årsaker er det ønskelig å plassere pumper til dette formålet på havbunnen, særlig når petroleumsutvinningen foregår i områder med store vanndyp. Til pumper som skal arbeide med høyt omgivelsestrykk, for eksempel vanntrykket på 3000 meters dybde og mer, stilles det store krav til holdbarhet på for eksempel stempler. Stempelpumper som er bygget for overflate-bruk, kan bare anvendes på moderat vanndybde ved undervannsanvendelser på grunn av at det dannes et høyt differansetrykk på stempelet ved innsug, noe som bidrar til økt motstand mot retur av stempelet. Den dynamiske motstanden ved retur av stemplene under innsug er bestemt av vanndypet, restriksjoner ved innløpet til sylinderboringene og stempelhastigheten, som igjen avhenger av pumpas rotasjonshastig-het.

Når ei pumpe som skal arbeide under slike forhold, i tillegg arbeider med medier med liten eller ingen smøreevne, for eksempel vannholdige væsker, og pumpa på grunn av høye installasjonsomkostninger må kunne oppvise lang levetid, stilles det ei rekke krav som vanlig tilgjengelige pumper ifølge kjent teknikk ikke tilfredsstiller.

Oppfinnelsen har til formål å avhjelpe eller å redusere i det minste én av ulempene ved kjent teknikk, eller i det minste å skaffe til veie et nyttig alternativ til kjent tek-

nikk.

Formålet oppnås ved trekkene som er angitt i nedenstående beskrivelse og i de etter-følgende patentkravene.

Oppfinnelsen tilveiebringer ei pumpe som er innrettet til å tåle store aksielle krefter under innsug av et pumpemedium ved anvendelse på store havdyp, dvs. ved høyt omgivelsestrykk, og med lang levetid for lokal hydraulisk kraftgenerering med en vannbasert hydraulikkvæske på en havbunnsmontert applikasjon. Alternativt er pumpa egnet for pumping av andre medier med dårlig smøreevne, eksempelvis ved væskeinjeksjon i en produksjonsstruktur.

Ei sugeside på pumpa står i fluidkommunikasjon med et trykkompensert undervanns-reservoar for mediet som skal pumpes. Pumpa skal tåle å pumpe et medium med liten eller ingen evne til å smøre de bevegelige pumpedelene. Dette fordrer valg av materialer med lav friksjon og høy slitestyrke, slik at lang levetid oppnås også ved pumping av medier med liten eller ingen smøreevne, for eksempel vannbasert hydraulikkvæske eller filtrert sjøvann for vannhydraulikk. Det anvendes derfor fortrinnsvis industrike-ramiske materialer i pumpas vitale deler, for eksempel i lager, ventil kom po nente r, sylinderhus, stempler, stempelsko, etc.

Oppfinnelsen er definert av de selvstendige patentkravene. De uselvstendige kravene definerer fordelaktige utførelser av oppfinnelsen.

I et første aspekt vedrører oppfinnelsen mer spesifikt en anordning ved ei stempelpumpe for anvendelse under vann, hvor en pumpeaksling, via et sylinderhus som er aksialt fastmontert på pumpeakslingen, er innrettet til å bevege et antall stempler mellom en første posisjon og en andre posisjon i respektive sylinderboringer, og hvert av stemplene er koplet til en stempelsko som er holdt fast i en skråstilt rotasjonsbane, kjennetegnet ved at stempelskoenes og en gliderings rotasjonsbane er anordnet mellom en støttering og en glideflate på ei skrå plate.

Et kuleledd på et endeparti av hvert stempel kan være festet til den respektive stempelskoen ved hjelp av ei kraget låsehylse som står i inngrep med et låsespor rundt stempelskoen.

Stempelskoen kan være holdt fast i en åpning i glideringen.

Sylinderhuset kan ligge an mot ei ventilplate som er forsynt med ei første og ei andre slisse, idet den første slissa står i fluidkommunikasjon med en innløpsport og den andre slissa står i fluidkommunikasjon med en utløpsport, og er innrettet til i et stempels sugefase å tildanne en fluidstrømningsforbindelse mellom stempelet og innløps-porten, og i stempelets trykkfase å tildanne en fluidstrømningsforbindelse mellom stempelet og utløpsporten. Den første slissa kan ha et strøm ni ngstverrsnitt som er større en strømningstverrsnittet for den andre slissa.

I et andre aspekt vedrører oppfinnelsen mer spesifikt en framgangsmåte for tilpassing av ei stempelpumpe for anvendelse under vann, hvor pumpeakslingen via et sylinderhus som er aksialt fastmontert på akslingen, er innrettet til å bevege et antall stempler mellom en første posisjon og en andre posisjon i sylinderboringer, kjennetegnet ved at framgangsmåten omfatter trinnene: å feste pumpas stempler til hver sin stempelsko med ei kraget låsehylse som omslutter et kuleledd på hvert stempel, og å la låsehylsa gå i inngrep med et låsespor rundt stempelskoen;

å feste stempelskoene ved hjelp av en glidering mellom en støttering og ei skråplate med en glideflate.

Framgangsmåten kan omfatte det ytterligere trinnet:

å endre pumpas leveringsmengde ved et gitt turtall ved å sette inn ei skråplate med en annen vinkel.

Konstruksjonen muliggjør en kompakt byggeform. Pumpas leveringsmengde styres ved turtallsregulering av motoren. Dersom man ønsker at pumpa skal ha en annen leveringsmengde ved et gitt turtall settes det inn ei skråplate med en annen vinkel, slik at stemplenes slaglengde endres i henhold til foretrukket leveringsmengde.

Anordningen og framgangsmåten ifølge oppfinnelsen tilveiebringer således ei pumpe som er egnet for pumping av medier med liten eller ingen smøreevne på store havdyp.

I det etterfølgende beskrives et eksempel på en foretrukket utførelsesform og frem-gangsmåte som er anskueliggjort på medfølgende tegninger, hvor: Fig. 1 viser i perspektiv ei pumpe ifølge oppfinnelsen; Fig. 2 viser et aksialsnitt gjennom pumpa; Fig. 3 viser i perspektiv et sylinderhus; Fig. 4 viser i større målestokk et utsnitt fra fig. 2; Fig. 5 viser i mindre målestokk og i delvis eksplodert perspektiv ei pumpe sett skrått ovenfra; Fig. 6 viser i delvis eksplodert perspektiv ei pumpe sett skrått nedenfra;

Fig. 7 viser et sideriss og et aksialsnitt av et stempel med stempelsko; og

Fig. 8 i perspektiv ei ventilplate med en innløpsåpning og en utløpsåpning.

På tegningene angir henvisningstallet 1 ei stempelpumpe som omfatter et i og for seg kjent sylindrisk pumpehus 2 med en koplingsflens 3, et endelokk 4 og en pumpeaksling 5 som er opplagret i et første lager 6 i senter av koplingsflensen 3 og et andre lager 7 i senter av endelokket 4 (se særlig figur 2). Det første lageret 6 holdes på plass av ei låseskive 8 som er skrudd fast til koplingsflensen 3.

Et sylinderhus 9 (se særlig figur 3), fortrinnsvis tildannet av et keramisk materiale, omkranser et parti av pumpeakslingen 5. Et senterhull 10 er forsynt med langsgående riller 10a som står i inngrep med korresponderende riller 5a (se figur 2) utvendig på akslingen 5. Utvendig er sylinderhuset 9 forsynt med en støttering 11, fortrinnsvis av metall. Innvendig i sylinderhuset 9 er det anordnet ei fjær 13 som i den indre enden av sylinderhuset 9 ligger an mot en første støttering 14a som står i inngrep med et spor 14b i pumpeakslingen 5 (se figur 4). Fjæra 13 presser sylinderhuset 9 i aksial retning mot ei ventilplate 15, fortrinnsvis tildannet av et keramisk materiale og som er festet på innsiden av endelokket 4 ved at den skyver mot en ring 16 som ligger an mot en andre støttering 17a som står i inngrep med et innvendig spor 17b i sylinderhuset 9.

Sylinderhuset 9 roterer med pumpeakslingen 5 og glir mot ventilplata 15 som er forsynt med ei første og ei andre slisse 15a, 15b som står i fluidkommunikasjon med henholdsvis en innløpsport 19 og en utløpsport 18 i endeplata 4. Den første slissa 15a som står i fluidkommunikasjon med innløpsporten 19, har større strøm ni ngstverrsnitt enn den andre slissa 15b som står i fluidkommunikasjon med utløpsporten 18.

Sylinderhuset 9 er forsynt med et antall gjennomgående sylinderboringer 12 anordnet i sylinderhusets 9 aksiale retning. I hver av sylinderboringene 12 er det anbrakt et stempel 20. Hvert stempel 20 er forsynt med et kuleledd 21 (se figur 7) som er festet til en tilordnet stempelsko 22 ved hjelp av en kraget låsehylse 23 som står i inngrep med et låsespor 24 rundt stempelskoen 22. Stempelskoen 22 er holdt på plass i en indre glidering 25 som er forsynt med åpninger for hver stempelsko 22 og som ligger an mot en støttering 26. Stempelskoene 22 ligger an mot ei skråplate 27 med ei inn- felt keramisk glideplate 28. Skråplata 27 er festet til innsiden av koplingsflensen med bolter 29.

Når stempelpumpa 1 settes i drift ved at pumpeakselen 5 roteres ved hjelp av en ikke vist drivanordning, roterer sylinderhuset 9 med pumpeakselen 5. Forbindelsen mellom stemplene 20 og stempelskoene 22 og stempelskoenes 22 fastholdelse i den skråstilte glideringen 25 genererer en oscillerende, aksial bevegelse av stemplene 20 slik at det utføres en full pumpesyklus for hver rotasjon av pumpeakselen 5. I et stempels 20 sugefase står den respektive sylinderboringen 12 i fluidkommunikasjon med innløps-porten 19 via ventilplatas 15 første slisse 15a, og i stempelets 5 trykkfase står den respektive sylinderboringen 12 i fluidkommunikasjon med utløpsporten 18 via ventilplatas 15 andre slisse 15b.

Claims

1. Anordning ved stempelpumpe (1) for anvendelse under vann, hvor en pumpeaksling (5), via et sylinderhus (9) som er aksialt fastmontert på pumpeakslingen (5), er innrettet til å bevege et antall stempler (20) mellom en første posisjon og en andre posisjon i respektive sylinderboringer (12), og hvert av stemplene (20) er koplet til en stempelsko (22) som er holdt fast i en skråstilt rotasjonsbane,karakterisert vedat stempelskoenes (22) og en gliderings (25) rotasjonsbane er anordnet mellom en støttering (26) og ei glideflate (28) på ei skråplate (27).

2. Anordning i henhold til krav 1, hvor et kuleledd (21) på et endeparti av hvert stempel (20) er festet til den respektive stempelskoen (22) ved hjelp av en kraget låsehylse (23), som står i inngrep med et låsespor (24) rundt stempelskoen (22).

3. Anordning i henhold til krav 1, hvor stempelskoene (22) er holdt fast i åpninger i glideringen (25).

4. Anordning i henhold til krav 1, hvor sylinderhuset (9) ligger an mot ei ventilplate (15) som er forsynt med ei første og ei andre slisse (15a, 15b), idet den første slissa (15a) står i fluidkommunikasjon med en innløpsport (18) og den andre slissa (15b) står i fluidkommunikasjon med en utløpsport (19), og er innrettet til i et stempels (20) sugefase å tildanne en fluidstrømningsforbin-delse mellom stempelet (20) og innløpsporten (18), og i stempelets (20) trykkfase å tildanne en fluidstrømningsforbindelse mellom stempelet (20) og utløpsporten (19).

5. Anordning i henhold til krav 1, hvor sylinderhuset (9) ligger an mot ei ventilplate (15) som er forsynt med ei første og ei andre slisse (15a, 15b), idet den første slissa (15a) står i fluidkommunikasjon med en innløpsport (19) og den andre slissa (15b) står i fluidkommunikasjon med en utløpsport (18), og er innrettet til i et stempels (20) sugefase å tildanne en fluidstrømningsforbin-delse mellom stempelet (20) og innløpsporten (19), og i stempelets (20) trykkfase å tildanne en fluidstrømningsforbindelse mellom stempelet (20) og utløpsporten (18), og hvor den første slissa (15a) har et strømningstverrsnitt som er større en strøm ni ngstverrsnittet for den andre slissa (15b).

6. Framgangsmåte for tilpassing av ei stempelpumpe (1) for anvendelse under vann, hvor pumpeakslingen (5) via et sylinderhus (9) som er aksialt fastmon tert på akslingen (5), er innrettet til å bevege et antall stempler (20) mellom en første posisjon og en andre posisjon i sylinderboringer (12),karakterisert vedat framgangsmåten omfatter trinnene: å feste pumpas stempler (20) til hver sin stempelsko (22) med en kraget låsehylse (23) som omslutter et kuleledd (21) på hvert stempel (20), og å la låsehylsen (23) gå i inngrep med et låsespor (24) rundt stempelskoen (22); og å feste stempelskoene (22) ved hjelp av en glidering (25) mellom en støttering (26) og ei skråplate (27) med en glideflate (28).

7. Framgangsmåte ifølge krav 6, hvor framgangsmåten omfatter det ytterligere trinnet: å endre pumpas (1) leveringsmengde ved et gitt turtall ved å sette inn ei skråplate (27) med en annen vinkel.