Beschreibung

Verdichtereinheit und Montageverfahren

Die Erfindung betrifft eine Verdichtereinheit insbesondere für den Unterwasserbetrieb, umfassend einen Verdichter und einen elektrischen Motor, welche Verdichtereinheit ein Gehäuse aufweist mit einem Einlass und einem Auslass für ein Fördermedium, mit einer Drehachse, um welche ein Rotor der Verdichtereinheit drehbar ist. Daneben ist ein Montageverfahren für eine erfindungsgemäße Verdichtereinheit Gegenstand der Erfindung.

Jüngste Entwicklungen im Bereich des Verdichterbaus fokussieren sich auch auf Unterseeanordnung großer Verdichter, welcher der Förderung von Erdgasen dienen sollen. Aufgrund der besonderen Betriebsbedingungen, insbesondere wegen der stark eingeschränkten Zugänglichkeit sowohl zu

Wartungszwecken als auch mittels Versorgungsleitungen sieht sich die Fachwelt vor großen Herausforderungen gestellt. Einschlägige Umweltbestimmungen verbieten jeglichen stofflichen Austausch zwischen den zu installierenden Aggregaten und dem umgebenden Seewasser. Hinzukommt, dass das Seewasser ein aggressives Medium ist und in den verschiedenen Meerestiefen extreme Druck- und Temperaturbedingungen anzutreffen sind. Eine weitere Anforderung besteht darin, dass die Aggregate einerseits eine äußerst hohe Standzeit aufweisen sollen und andererseits nahezu wartungsfrei ausgebildet sein müssen. Erschwerend ist zusätzlich eine nicht unerhebliche Verschmutzung des teilweise chemisch aggressiven zu fördernden Mediums.

Das zu verdichtende Fördermedium, insbesondere zu förderndes Erdgas, weist nicht nur eine häufig variierende aggressive chemische Zusammensetzung auf, sondern ist auch Träger verschiedener Kondensate, welche die Verdichtung erschweren,

insbesondere zu einem erhöhten Verschleiß des Verdichters führen. Aus diesem Grund findet vor der Verdichtung eine Kondensatabscheidung statt. Selbst mit aufwendigster Abscheidetechnologie gelingt es nicht, eine nachfolgende Abscheidung von Kondensat auch in der Verdichtereinheit zu verhindern, was zumindest die Standzeit einer Verdichtereinheit beeinträchtigen kann. Bei einer unter Wasser betriebenen Verdichtereinheit kommt zudem das Problem hinzu, dass ein Anschließen, der das Fördermedium zuleitenden und ableitenden Leitungen regelmäßig erst am Betriebsort stattfindet und auf dem Transportweg dorthin bereits das Umgebungsmedium, beispielsweise aggressives Seewasser, in die Verdichtereinheit eintreten kann und dort zu Schäden führen kann .

Ausgehend von den Problemen des Standes der Technik hat es sich die Erfindung zur Aufgabe gemacht, dass Schadenspotenzial von Kondensaten und anderen Flüssigkeiten in einer insbesondere für den Unterwasserbetrieb vorgesehenen Verdichtereinheit zu beseitigen.

Zur Lösung der erfindungsgemäßen Aufgabe wird eine Verdichtereinheit nach Anspruch 1 und eine Methode zur Montage einer Verdichtereinheit nach Anspruch 7 vorgeschlagen. Die jeweils rückbezogenen Unteransprüche beinhalten vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.

Ein entscheidender Vorteil der Kombination der vertikalen Aufstellung mit einer Entwässerung am unteren axialen Ende des Gehäuses liegt darin, dass sich einerseits aufgrund der länglichen Erstreckung entlang der Drehachse besonders günstige Bedingungen der Entwässerung deshalb ergeben, weil in Folge der höheren Wassersäule höhere hydrostatische Drücke vorliegen, welche für ein besseres Abfließen der Kondensate aus dem Gehäuse sorgen. Dem zur Folge fließen auch durch die am unteren axialen Ende des Gehäuses befindliche Entwässerung Kondensate getrieben von dem höheren hydrostatischen Druck aufgrund der vertikalen Ausrichtung besser ab.

Um ein restloses Abfließen der Flüssigkeiten zu gewährleisten, ist es zweckmäßig, wenn die Oberflächen im Inneren der Verdichtereinheit derart gestaltet sind, dass bei vertikaler Ausrichtung für den Betrieb im Inneren des

Gehäuses befindliche Flüssigkeiten lediglich aufgrund der Schwerkraft fließend die Entwässerung erreichen. Hierzu sollten die von der Entwässerung abgewandten Oberflächen eine Neigung aufweisen, welche ein Fließen zur Entwässerung zur Folge hat. Zur Sammlung von Flüssigkeit geeignete Hinterschneidungen bezüglich der Entwässerung sind erfindungsgemäß nicht im Gehäuseinneren vorgesehen.

Zur restlosen Abförderung von den Kondensaten und zur überwindung etwaiger Druckdifferenzen ist es zweckmäßig, wenn an die als öffnung ausgebildete Entwässerung eine Pumpe angeschlossen ist, welche das Kondensat abfördert.

Für Montagevorgänge ist es darüber hinaus zweckmäßig, wenn das Gehäuse der Verdichtereinheit in einem Rahmen mittels an dem Gehäuse vorgesehener Abstützelemente gelagert ist, wobei diese Lagerung derart ausgebildet ist, dass das Gehäuse um eine horizontale Achse im Bereich des Rotorschwerpunkts drehbar ist, und so die Entwässerung von einem Tiefpunkt an einem Hochpunkt um Rahmen der Drehung wechselt.

Diese Weiterbildung der Erfindung ist insbesondere dann zweckmäßig, wenn ein Montageverfahren für eine unter Wasser zu betreibende Verdichtereinheit vorsieht, dass die Verdichtereinheit vor dem Absenken an den Betriebsort unter Wasser mit einem inkompressiblen Fluid gefüllt wird, anschließend an den unter Wasser befindlichen Betriebsort transportiert wird und die Anschlüsse an den Einlass und den Auslass angeschlossen werden und abschließend die Verdichtereinheit von dem Fluid durch die Entwässerung entleert wird. Um einen Austausch mit dem Umgebungsmedium unter Wasser zu verhindern, ist es sinnvoll, wenn der Einlass und der Auslass über Wasser verschlossen werden, bevor das

inkompressible Fluid eingefüllt wird und diese Verschlüsse wieder entfernt werden, bevor die Anschlüsse an den Einlass und den Auslass angeschlossen werden. Zum Befüllen des Gehäuses der Verdichtereinheit ist es sinnvoll, wenn dieses um eine horizontale Achse, wie zuvor beschrieben, gedreht wird, so dass sich Entwässerung am oberen axialen Ende befindet. Durch die Entwässerung hindurch kann eine vollständige Füllung des Gehäuses mit dem inkompressiblen Fluid erfolgen, insbesondere, wenn das Innere des Gehäuses so gestaltet ist, dass in dem Betrieb Flüssigkeiten vollständig aufgrund der Schwerkraft fließend die Entwässerung erreichen können und die Verdichtereinheit sich beim Befüllen mit dem unteren axialen Ende oben befindet. Die dementsprechende Neigung der Oberflächen sorgt dafür, dass sich bei der Befüllung mit dem inkompressiblen Fluid keine kompressiblen Gasblasen in dem Gehäuse halten können. Als inkompressibles Fluid können beispielsweise destilliertes Wasser oder demineralisiertes Wasser dienen, so dass das Innere der Verdichtereinheit nicht dem schädigenden Einfluss des Umgebungsmediums, beispielsweise des Seewassers ausgesetzt wird und gleichzeitig die Verschlüsse von Einlass und Auslass im Rahmen des Transports der Verdichtereinheit an den Betriebsort unter Wasser keiner besonderen Druckbelastung Stand halten müssen.

Ein Verschließen des Einlasses und des Auslasses des befüllten Gehäuses ist auch zweckmäßig, damit keine Fische in die Verdichtereinheit schwimmen und keine Krabben hinein kriechen .

Im Folgenden ist die Erfindung anhand eines speziellen Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf Zeichnungen näher beschrieben. Die gezeigten Ausführungsformen sind lediglich zur Verdeutlichung als Beispiel der Erfindung zu verstehen. Es zeigen:

Figur 1 eine schematische Darstellung eines

Längsschnitts durch eine Verdichtereinheit,

Figur 2, 3 jeweils eine schematische Darstellung von Verfahrensschritten der erfindungsgemäßen Montagemethode .

Figur 1 zeigt einen Schnitt längs einer erfindungsgemäßen Verdichtereinheit 1, welche als wesentliche Bauteile einen Motor 2 und einen Verdichter 3 in einem gasdicht ausgebildeten Gehäuse 4 aufweist. Das Gehäuse 4 beherbergt den Motor 2 und den Verdichter 3. Im Bereich des übergangs von dem Motor 2 zu dem Verdichter 3 ist das Gehäuse 4 mit einem Einlass 6 und einem Auslass 7 versehen, wobei durch den Einlass 6 mittels eines Ansaugstutzens 8 das zu verdichtende Fluid angesaugt wird und durch den Auslass 7 das verdichtete Fluid abströmt.

Die Verdichtereinheit 1 ist im Betrieb vertikal angeordnet, wobei ein Motorrotor 15 des Motors 2 über einem Verdichterrotor 9 des Verdichters 3 eine gemeinsame Welle 19 bildend vereint sind, die sich um eine gemeinsame vertikale Drehachse 60 dreht.

Der Motorrotor 15 ist in einem ersten Radiallager 21 am oberen Ende des Motorrotors 15 gelagert.

Der Verdichterrotor 9 ist in einem zweiten Radiallager 22 in unterer Position gelagert.

Am oberen Ende der gemeinsamen Welle 19 also am oberen Ende des Motorrotors 15 ist ein Axiallager 25 vorgesehen. Die Radiallager 21, 22 und das Axiallager 25 arbeiten elektromagnetisch und sind jeweils gekapselt ausgeführt. Die Radiallager 21, 22 erstrecken sich hierbei in Umfangsrichtung um die jeweilige Lagerstelle der Welle 19 und sind hierbei 360° umlaufend und ungeteilt ausgebildet.

Der als Zentrifugalverdichter ausgebildete Verdichter 3 weist drei Verdichterstufen 11 auf, die jeweils mittels einer überströmung 33 in Verbindung stehen. Die sich an den

Verdichterstufen 11 ergebenen Druckdifferenzen sorgen für einen Schub an dem Verdichterrotor 9, der sich über die Kupplung 18 auf dem Motorrotor 15 überträgt und entgegen der Gewichtskraft des sich ergebenden gesamten Rotors aus Verdichterrotor 9 und Motorrotor 15, gerichtet ist, so dass ein im Nennbetrieb weitestgehender Schubausgleich erfolgt. Auf diese Weise kann das Axiallager 25 vergleichsweise kleiner dimensioniert sein als in einer horizontalen Anordnung.

Die elektromagnetischen Lager 21, 22, 25 sind mittels eines Kühlsystems 31 auf Betriebstemperatur gekühlt, wobei das Kühlsystem 31 eine Anzapfung 32 in einer überströmung des Verdichters 3 vorsieht. Von der Anzapfung 32 wird mittels Rohrleitungen ein Teil des Fördermediums, welches vorzugsweise Erdgas ist, durch einen Filter 35 geleitet und anschließend durch zwei separate Rohrleitungen zu den jeweils äußeren Lagerstellen (erstes Radiallager 21 und zweites Radiallager 22 sowie Axiallager 25) geführt. Diese Kühlung mittels des kalten Fördermediums erspart zusätzliche Versorgungsleitungen .

Der Motorrotor 15 ist von einem Stator 16 umgeben, der eine Kapselung 39 aufweist, so dass das aggressive Fördermedium Wicklungen des Stators 16 nicht beschädigt. Die Kapselung 39 ist hierbei bevorzugt so ausgelegt, dass sie den vollen Betriebsdruck zu ertragen vermag. Dies auch deshalb, weil eine separate Statorkühlung 40 vorgesehen ist, die ein eigenes Kühlmedium 41 über einen Wärmetauscher 43 mittels einer Pumpe 42 fördert. Zumindest ist die Kapselung 39 derart ausgeführt, dass der Abschnitt, der sich zwischen dem Stator 16 und dem Motorrotor 15 erstreckt zwar eine dünne Wandstärke aufweist jedoch bei einer vollständigen Füllung der Statorkühlung 40 mittels des Kühlmediums 41 in der Lage ist, dem Auslegedruck Stand zu halten. Auf diese Weise werden größere Wirbelstromverluste in diesem Bereich vermieden und der Wirkungsgrad der Gesamtanordnung verbessert sich.

Der Verdichterrotor 9 weist zweckmäßig eine Verdichterwelle 10 auf, auf der die einzelnen Verdichterstufen 11 montiert sind. Dies kann bevorzugt mittels einer thermischen Schrumpfpassung erfolgen. Ebenso ist ein Formschluss, beispielsweise mittels Polygonen möglich. Eine andere Ausführungsform sieht eine Schweißung verschiedener Verdichterstufen 11 an einander vor, aus der ein einstückiger Verdichterrotor 9 resultiert.

An dem unteren axialen Ende 63 des Gehäuses 4 in der vertikalen Betriebsposition befindet sich ein

Entwässerungspunkt SDP, an welchem sich in Form einer öffnung des Gehäuses 4 eine Entwässerung 64 befindet. An dem Entwässerungspunkt SDP sammelt sich sämtliche Flüssigkeit, die sich im Inneren des Gehäuses 4 befindet, abfließend aufgrund lediglich der Schwerkraft. Hierzu sind sämtliche Oberflächen im Inneren der Verdichtereinheit derart gestaltet, dass bei vertikaler Betriebsausrichtung die Neigung 65 der Oberflächen ein Ansammeln von Flüssigkeit außer am Entwässerungspunkt sicher verhindert. An die

Entwässerung 64 ist eine Kondensatpumpe 67 angeschlossen, die die anfallende Flüssigkeit abfördert. Im Axialbereich des Rotorschwerpunktes 68 sind an dem Gehäuse Abstützelemente 69 vorgesehen, welche die Möglichkeiten zum Anbringen von Anschlagmitteln an Anschlagpunkten bieten.

Mittels der Abstützelemente 69 ist eine Aufnahme in einem Rahmen 70 möglich, wie in Figur 2 und 3 dargestellt. Die Aufnahme in dem Rahmen 70 ist derart gestaltet, dass eine Drehung der Verdichtereinheit 1 um eine horizontale Achse möglich ist. Auf diese Weise kann die Entwässerung 64 von dem untersten Punkt gemäß der vertikalen Betriebsausrichtung an den obersten Punkt gedreht werden.

Die erfindungsgemäße Montagemethode sieht vor, dass in einem ersten Schritt die Verdichtereinheit 1 in dem Rahmen 70 spiegelbildlich zu der Betriebsposition mit der Entwässerung 64 nach oben in vertikaler Ausrichtung der

Drehachse 60 orientiert ist. In dieser Position findet unter Verschluss des Einlasses 6 und des Auslasses 7 eine Befüllung der Verdichtereinheit 1 mittels eines inkompressiblen Fluids 82, nämlich mittels destillierten oder demineralisierten Wassers statt. Anschließend wird die

Verdichtereinheit 1 zurück in die Betriebsposition gedreht und unter Wasser an den Betriebsort transportiert. Schließlich wird unter Entfernung der Verschlüsse des Einlasses 6 und des Auslasses 7 jeweils eine Leitung 80, 81 für ein Fördermedium angeschlossen und es erfolgt ein Anschluss der Kondensatpumpe 67 mit anschließendem Kondensatsammelbehälter 80 an die Entwässerung 64. Vor Inbetriebnahme der Verdichtereinheit 1 wird die Fluidfüllung der Kondensatpumpe 67 aus dem Inneren der Verdichtereinheit 1 abgepumpt.