SUTER ROGER (CH)
STALDER CLAUDE (CH)
KLEYNHANS GEORGE (CH)
SUTER ROGER (CH)
STALDER CLAUDE (CH)
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Patentansprüche 1 . Unterwasser-Kompressoranordnung (10, 10A) zur Komprimierung eines Prozessfluids, aufweisend: ein Gehäuse (100), einen Turbokompressor (200) mit einem Kompressorläufer (210) und eine Drehantriebseinheit (300) mit einem Antriebsläufer (310), wobei der Turbokompressor (200) und die Drehantriebseinheit (300) in dem Gehäuse (100) angeordnet sind und der Kompressorläufer (210) mit dem Antriebsläufer (310) drehantriebsverbunden ist, wobei das Gehäuse (100) hermetisch abgedichtet ist, und wobei der Kompressorläufer (210) mittels einer Wälzlagerung drehbar in dem Gehäuse (100) gelagert ist. 2. Unterwasser-Kompressoranordnung (10, 10A) gemäß Anspruch 1 , wobei die Wälzlagerung von wenigstens einem und insbesondere mehreren Kugellagern, Rollenlagern (410) und/oder Nadellagern gebildet ist. 3. Unterwasser-Kompressoranordnung (10, 10A) gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei die Drehantriebseinheit (300) derart eingerichtet ist, dass beim Drehantrieb des Kompressorläufers (210) eine Maximaldrehzahl, welche für die Dauerfestigkeit der Wälzlagerung bestimmt ist, nicht überschritten wird. 4. Unterwasser-Kompressoranordnung (10, 10A) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Kompressorläufer (210) und die Drehantriebseinheit (300) eine gemeinsame Läuferwelle (400) aufweisen, über die der Kompressorläufer (210) und der Antriebsläufer (310) direkt miteinander drehantriebsverbunden sind. 5. Unterwasser-Kompressoranordnung (10, 10A) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, ferner mit einer Wartungseinrichtung, die eingerichtet ist, eine Schmierung und/oder eine Kühlung der Wälzlagerung zu gewährleisten, wobei als Betriebsmittel zur Schmierung und/oder Kühlung der Wälzlagerung eine Flüssigkeit und/oder ein Gas vorgesehen sind. 6. Unterwasser-Kompressoranordnung (10, 10A) gemäß Anspruch 5, wobei als Betriebsmittel zur Schmierung und/oder Kühlung der Wälzlagerung ein Methanol-Ethanol-Glykol-Gemisch vorgesehen ist. 7. Unterwasser-Kompressoranordnung (10, 10A) gemäß Anspruch 5 oder 6, wobei die Wartungseinrichtung eingerichtet ist, das Betriebsmittel zur Schmierung und/oder Kühlung der Wälzlagerung über das zu komprimierende Prozessfluid der Wälzlagerung zuzuführen. 8. Unterwasser-Kompressoranordnung (10, 10A) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der Turbokompressor (200) eingerichtet ist, als zu komprimierendes Prozessfluid Erdgas zu verarbeiten. 9. Unterwasser-Kompressoranordnung (10, 10A) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, ferner mit einer Vibrationsüberwachungseinheit (500), die eingerichtet ist, Vibrationen in der Wälzlagerung hinsichtlich ihrer Amplitude und/oder ihrer Frequenz zu überwachen. 10. Unterwasser-Kompressoranordnung (10, 10A) gemäß Anspruch 9, wobei die Vibrationsüberwachungseinheit (500) ferner eingerichtet ist, die Amplitude und/oder die Frequenz der Vibrationen wiedergebende Überwachungsdaten an eine entfernt von der Unterwasser-Kompressoranordnung (10, 10A) befindliche Überwasserposition zu übertragen. 1 1 . Unterwasser-Prozessfluidförderanordnung (1 ) mit: einer Unterwasser-Kompressoranordnung (10, 10A) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, einer Prozessfluidquelle (20), die über eine Zuführleitung (30) mit einem Prozessfluideinlass (220) des Turbokompressors (200) der Unterwasser- Kompressoranordnung (10, 10A) fluidverbunden ist, so dass dem Turbokompressor (200) Prozessfluid aus der Prozessfluidquelle (20) zuführbar ist, und einem Prozessfluidempfanger (50), der über eine Abführleitung (40) mit einem Prozessfluidauslass (230) des Turbokompressors (200) der Unterwasser- Kompressoranordnung (10, 10A) fluidverbunden ist, so dass dem Prozessfluidempfanger (50) komprimiertes Prozessfluid aus dem Turbokompressor (200) zuführbar ist, wobei zumindest die Prozessfluidquelle (20) und die Unterwasser- Kompressoranordnung (10, 10A) unterhalb einer Wasseroberfläche (71 ) eines Gewässers (70) angeordnet sind. 12. Unterwasser-Prozessfluidförderanordnung (1 ) gemäß Anspruch 1 1 , wobei der Prozessfluidempfänger (50) einen Speicherraum (52, 54, 56) zum Aufnehmen komprimierten Prozessfluids aufweist. 13. Unterwasser-Prozessfluidförderanordnung (1 ) gemäß Anspruch 1 1 oder 12, wobei der Prozessfluidempfänger (50) unterhalb der Wasseroberfläche (71 ) des Gewässers (70) angeordnet ist. 14. Unterwasser-Prozessfluidförderanordnung (1 ) gemäß Anspruch 13, wobei der Prozessfluidempfänger (50) von einer Kaverne (51 ) gebildet ist. 15. Unterwasser-Prozessfluidförderanordnung (1 ) gemäß Anspruch 1 1 oder 12, wobei der Prozessfluidempfänger (50) oberhalb der Wasseroberfläche (71 ) des Gewässers (70) angeordnet ist. 16. Unterwasser-Prozessfluidförderanordnung (1 ) gemäß Anspruch 15, wobei der Prozessfluidempfänger (50) von einem Schiff (55) oder einer Förderplattform gebildet ist. 17. Unterwasser-Prozessfluidförderanordnung (1 ) gemäß einem der Ansprüche 1 1 bis 16, wobei die Prozessfluidquelle (20) von einem Bohrloch im Gewässergrund (72) gebildet ist. 18. Unterwasser-Prozessfluidförderanordnung (1 ) gemäß einem der Ansprüche 1 1 bis 17, wobei das Prozessfluid von Erdgas gebildet ist. 19. Unterwasser-Prozessfluidförderanordnung (1 ) gemäß einem der Ansprüche 1 1 bis 18, wobei das Betriebsmittel zur Schmierung und/oder Kühlung der Wälzlagerung des Turbokompressors (200) der Unterwasser- Kompressoranordnung (10, 10A) von an der Prozessfluidquelle (20) in das Prozessfluid injiziertem Methanol-Ethanol-Glykol-Gemisch gebildet ist. |
ausgerüstete Unterwasser-Prozessfluidförderanordnung
Die Erfindung betrifft eine Unterwasser-Kompressoranordnung und eine mit einer solchen Unterwasser-Kompressoranordnung ausgerüstete Unterwasser- Prozessfluidförderanordnung.
In dem Magazin der MAN Gruppe "MANforum", Ausgabe 01/2007, ist auf den Seiten 24-25 eine Unterwasser-Kompressoranordnung bzw. Subsea- Kompressoranordnung in Form eines von der MAN Turbo AG angebotenen HOFIM Sealed (High Speed Oil Free Integrated Motor Compressor - integrierter ölfreier Hochgeschwindigkeits-Motor-Kompressor) beschrieben.
Fig.1 zeigt einen solche Unterwasser-Kompressoranordnung 1 ', welche einen elektrischen Hochfrequenzmotor 10' als eine Drehantriebseinheit und zwei über eine gemeinsame Läuferwelle 20' jeweils direkt mit dem Hochfrequenzmotor 10' drehantriebsverbundene Turbokompressoren 30' aufweist, wobei der
Hochfrequenzmotor 10', die Läuferwelle 20' und die beiden Turbokompressoren 30' in einem mit Ausnahme von Betriebsanschlüssen für die Turbokompressoren 30' (z.B. Prozessfluideinlass 31 ' und Prozessfluidauslass 32') und den
Hochfrequenzmotor 10' (z.B. Stromzufuhr 1 1 ') hermetisch abgeschlossenen Gehäuse 40' vereint bzw. angeordnet sind. Die gemeinsame Läuferwelle 20' ist über eine Mehrzahl von elektrisch betriebenen Magnetlagern 21 ' in dem Gehäuse 40' gelagert.
Die in Fig.1 gezeigte Unterwasser-Kompressoranordnung 1 ' kann dazu dienen, Prozessfluide, wie z.B. Erdgas, in einen Prozessfluidempfänger wie einen Zwischenspeicher ein- und auszulagern. Als Zwischenspeicher können z.B. sogenannte Kavernen, d.h. z.B. die Hohlräume erschöpfter Erdgasfelder, oder auch unter oder über dem Meeresspiegel angeordnete Tanks dienen. Die
Unterwasser-Kompressoranordnung 1 ' kann somit z.B. vorteilhaft für die
Erdgasgewinnung mittels z.B. Plattformen oder Schiffen auf hoher See verwendet werden.
Da bei erschlossenen Erdgasfeldern der Druck im Bohrloch immer weiter absinkt, bis eine normale Förderung unmöglich wird, ist eine vollständige Ausnutzung der Gasreserven solcher Erdgasfelder kaum möglich. Mit der Unterwasser- Kompressoranordnung 1 ', welche den Druck nach dem Bohrloch bis auf einen gewünschten Wert anheben kann, können Erdgasfelder, die bis zu 3000 Meter unter dem Meeresspiegel liegen, komplett ausgeschöpft werden. Das nach außen komplett versiegelte Gehäuse 40' der Unterwasser-Kompressoranordnung 1 ' prädestiniert diese somit für die Förderung direkt am Bohrloch auf dem
Meeresgrund, d.h. für sogenannte Subsea-Anwendungen. Dazu wird die
Unterwasser-Kompressoranordnung 1 ' versenkt und mit einer unterseeischen Pipeline sowie Förderrobotern verbunden.
Wie oben bereits erwähnt, ist die Läuferwelle 20' der Unterwasser- Kompressoranordnung 1 ' mittels elektrisch betriebenen Magnetlagern 21 ' drehbar im Gehäuse 40' gelagert, wobei die Magnetlager 21 ' von einer oder mehreren elektronischen Steuervorrichtungen (in Fig.1 nicht gezeigt) angesteuert werden müssen, wie z.B. in WO 97/13986 A1 z.B. mit Bezug auf deren Figuren 1 und 6 oder in EP 1 069 313 B1 z.B. mit Bezug auf deren Fig.4 beschrieben.
Weitere Details zur Magnetlagertechnik und zur Nutzung von Unterwasser- Kompressoranordnungen sind auch in dem Vorlesungsskript 2009 "Theorie und Praxis der Magnetlagertechnik - eine kurze Einführung" von R. Schob von der Eidgenössischen Technischen Hochschule Zürich beschrieben. Bei einer Erdgas komprimierenden Unterwasser-Kompressoranordnung auf dem Meeresgrund wird ein MTBF (Mean Time Between Failure - mittlerer
Ausfallabstand) von 5 Jahren gefordert. Magnetlager mit elektronischen
Steuervorrichtungen haben jedoch ein digitales Versagensverhalten. D.h., ein Stillstand bzw. Ausfall der ganzen Unterwasser-Kompressoranordnung aufgrund des Versagens der Magnetlager erfolgt ohne Vorankündigung. Bei einer
Unterwasser-Kompressoranordnung bedeutet dies, dass die Unterwasser- Kompressoranordnung unvorhergesehen mit einem Schiffskran vom
Meeresboden gehievt werden muss, was schon hinsichtlich der Bereitstellung des Schiffskrans viel Zeit in Anspruch nehmen kann. Außerdem können durch den plötzlichen Ausfall der Unterwasser-Kompressoranordnung weiter Kosten und Schäden entstehen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Unterwasser- Kompressoranordnung bereitzustellen, bei der ein plötzlicher Ausfall der Lagerung im Wesentlichen vermieden werden kann. Der Erfindung liegt ferner die Aufgabe zugrunde, eine mit einer solchen Unterwasser-Kompressoranordnung
ausgerüstete Unterwasser-Prozessfluidförderanordnung bereitzustellen.
Die o.g. Aufgaben werden mit einer Unterwasser-Kompressoranordnung gemäß Anspruch 1 bzw. mit einer Unterwasser-Prozessfluidförderanordnung gemäß Anspruch 1 1 gelöst. Weiterbildungen der Erfindung sind in den jeweils abhängigen Ansprüchen definiert.
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung weist eine Unterwasser- Kompressoranordnung zur Komprimierung eines Prozessfluids auf: ein Gehäuse, einen Turbokompressor mit einem Kompressorläufer und eine Drehantriebseinheit mit einem Antriebsläufer, wobei der Turbokompressor und die Drehantriebseinheit in dem Gehäuse angeordnet sind und der Kompressorläufer mit dem
Antriebsläufer drehantriebsverbunden ist, wobei das Gehäuse mit Ausnahme von Betriebsanschlüssen für den Turbokompressor und die Drehantriebseinheit hermetisch abgedichtet ist, und wobei der Kompressorläufer mittels einer
Wälzlagerung drehbar in dem Gehäuse gelagert ist.
Die Drehantriebseinheit ist bevorzugt von einem Elektromotor gebildet, kann aber auch z.B. von einem Fluidmotor oder Ähnlichem gebildet sein.
Durch die erfindungsgemäße Wälzlagerung des Kompressorläufers - und bevorzugt auch des Antriebsläufers - wird auf einfache und robuste Weise ein digitales Versagensverhalten vermieden, da sich ein Ausfall von Wälzlagern im Allgemeinen langsam anhand steigender Vibrationen in der jeweiligen Lagerstelle ankündigt. Dies ermöglicht es einem Betreiber der Unterwasser- Kompressoranordnung aufgrund von Vibrationstrends ein Wartungsfenster zu planen und die Unterwasser-Kompressoranordnung planmäßig und rechtzeitig vor einem Ausfall zu ersetzen.
Bevorzugt ist die Wälzlagerung von wenigstens einem und insbesondere mehreren Kugellagern, Rollenlagern und/oder Nadellagern gebildet. Derartige Lager sind als Normteile für einen weiten Lastbereich verfügbar und damit schnell und kostengünstig bereitstellbar.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist die Drehantriebseinheit derart eingerichtet, dass beim Drehantrieb des Kompressorläufers eine
Maximaldrehzahl, welche für die Dauerfestigkeit der Wälzlagerung bestimmt ist, nicht überschritten wird.
Turbokompressoren werden in der Regel mit Drehzahlen betrieben, welche für normale Wälzlager zu hoch sind und damit zu deren vorzeitigen Ausfall führen. Unter anderem aus diesem Grunde werden im Stand der Technik für
Turbokompressoren z.B. berührungslos arbeitende Magnetlager oder
hydrodynamische Lager eingesetzt. Begrenzt man allerdings die Drehzahl der Drehantnebseinheit auf eine für die Dauerfestigkeit geeignete Maximaldrehzahl, so kann auch für Wälzlager die Dauerfestigkeit gewährleistet werden. Die
Drehzahlbegrenzung kann z.B. mittels mechanischer und/oder elektrischer Vorkehrungen erzielt werden, wie sie dem Fachmann hinläufig bekannt sind.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weisen der
Kompressorläufer und die Drehantriebseinheit eine gemeinsame Läuferwelle auf, über die der Kompressorläufer und die Drehantriebseinheit direkt miteinander drehantriebsverbunden sind.
Auf diese Weise können vorteilhaft Kupplungen und Getriebe, welche weitere Ausfallquellen bilden können, eingespart werden und damit auch Kosten reduziert werden.
Gemäß noch einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist die
Unterwasser-Kompressoranordnung ferner eine Wartungseinrichtung auf, die eingerichtet ist, eine Schmierung und/oder eine Kühlung der Wälzlagerung zu gewährleisten, wobei als Betriebsmittel (Schmier- und/oder Kühlmittel) zur
Schmierung und/oder Kühlung der Wälzlagerung eine Flüssigkeit und/oder ein Gas vorgesehen sind.
Bevorzugt ist als Betriebsmittel zur Schmierung und/oder Kühlung der
Wälzlagerung ein Methanol-Ethanol-Glykol-Gemisch vorgesehen, welches z.B. zur Vorbeugung von Hydratbildung an einem Bohrloch in einem Gewässergrund wie einem Meeresgrund eingespritzt wird und damit am Gewässergrund in großen Mengen vorhanden ist.
Bevorzugt ist dazu die Wartungseinrichtung eingerichtet, das Betriebsmittel zur Schmierung und/oder Kühlung der Wälzlagerung über das zu komprimierende Prozessfluid der Wälzlagerung zuzuführen. Somit kann auf einfache und kostensparende Weise eine Schmierung und/oder Kühlung der Wälzlagerung gewährleistet werden und damit deren Lebensdauer zusätzlich verlängert werden.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist der Turbokompressor
eingerichtet, als zu komprimierendes Prozessfluid Erdgas zu verarbeiten.
Gemäß noch einer Ausführungsform der Erfindung weist die Unterwasser- Kompressoranordnung ferner eine Vibrationsüberwachungseinheit auf, die eingerichtet ist, Vibrationen in der Wälzlagerung hinsichtlich ihrer Amplitude und/oder ihrer Frequenz zu überwachen.
Die Vibrationsüberwachungseinheit kann dabei beispielsweise einen oder mehrere Vibrationssensoren an einer oder allen Lagerstellen aufweisen. Bevorzugt ist die Vibrationsüberwachungseinheit ferner eingerichtet, die Amplitude und/oder die Frequenz der Vibrationen wiedergebende Überwachungsdaten an eine entfernt von der Unterwasser-Kompressoranordnung befindliche Überwasserposition zu übertragen. Dies kann z.B. über eine Kabelverbindung oder über Ultraschallwellen realisiert sein.
Eine solche entfernt von der Unterwasser-Kompressoranordnung befindliche Überwasserposition kann beispielsweise ein entsprechender Empfänger auf einem Schiff, einer Förderplattform oder sogar an einem Ufer des betreffenden Gewässers sein.
Im Fazit wird gemäß der Erfindung eine Unterwasser-Kompressoranordnung bzw. Subsea-Kompressoreinheit mit Wälzlagerung bereitgestellt. Gemäß einer
Ausführungsform der Erfindung operiert der Turbokompressor der Unterwasser- Kompressoranordnung mit der Wälzlagerung. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird der Rotor des Turbokompressors mit Wälzlagerungen gehalten. Gemäß Ausführungsformen der Erfindung sind die Wälzlager entweder mit Kugeln, Rollen (zylindrisch oder sphärisch), Nadeln oder sonstigen Wälzkörpern aus geeigneten Werkstoffen ausgeführt. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung erfolgt die Schmierung/Kühlung der Wälzkörper mit Flüssigkeiten und/oder Gasen. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung erfolgt die
Überwachung der Lager.
Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird eine Unterwasser- Prozessfluidförderanordnung bereitgestellt, die eine Unterwasser- Kompressoranordnung gemäß einer, mehreren oder allen zuvor beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung in jeder denkbaren Kombination, eine
Prozessfluidquelle, die über eine Zuführleitung mit einem Prozessfluideinlass des Turbokompressors der Unterwasser-Kompressoranordnung fluidverbunden ist, so dass dem Turbokompressor Prozessfluid aus der Prozessfluidquelle zuführbar ist, und einen Prozessfluidempfänger aufweist, der über eine Abführleitung mit einem Prozessfluidauslass des Turbokompressors der Unterwasser- Kompressoranordnung fluidverbunden ist, so dass dem Prozessfluidempfänger komprimiertes Prozessfluid aus dem Turbokompressor zuführbar ist, wobei zumindest die Prozessfluidquelle und die Unterwasser-Kompressoranordnung unterhalb einer Wasseroberfläche eines Gewässers angeordnet sind.
Ein Gewässer im Sinne der Erfindung kann beispielsweise ein Meer bzw. Ozean, ein See, ein Fluss oder auch ein Kanal sein. Ist das Gewässer ein Meer bzw. Ozean, so bildet die Wasseroberfläche den Meeresspiegel.
Bevorzugt ist die Unterwasser-Kompressoranordnung auf einem Gewässergrund, wie einem Meeresgrund, angeordnet.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist der Prozessfluidempfänger einen Speicherraum zum Aufnehmen komprimierten Prozessfluids auf. Gemäß noch einer Ausführungsform der Erfindung ist der Prozessfluidempfanger unterhalb der Wasseroberfläche des Gewässers angeordnet.
Gemäß noch einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist der
Prozessfluidempfänger von einer Kaverne gebildet.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist der
Prozessfluidempfänger oberhalb der Wasseroberfläche des Gewässers angeordnet.
Gemäß noch einer Ausführungsform der Erfindung ist der Prozessfluidempfänger von einem Schiff oder einer Förderplattform gebildet.
Gemäß noch einer Ausführungsform der Erfindung ist die Prozessfluidquelle von einem Bohrloch im Gewässergrund, wie beispielsweise einem Meeresboden, gebildet. Natürlich könnte die Prozessfluidquelle z.B. auch von irgendeinem anderen geeigneten Speicher, wie z.B. einem auf dem Gewässergrund
angeordneten Tank, gebildet sein.
Gemäß noch einer Ausführungsform der Erfindung ist das Prozessfluid von Erdgas gebildet.
Gemäß noch einer Ausführungsform der Erfindung ist das Betriebsmittel zur Schmierung und/oder Kühlung der Wälzlagerung des Turbokompressors der Unterwasser-Kompressoranordnung von an der Prozessfluidquelle in das
Prozessfluid injiziertem Methanol-Ethanol-Glykol-Gemisch gebildet. Im Folgenden wird die Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsformen und unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren detaillierter beschrieben.
Fig.1 zeigt eine perspektivische teilweise geschnittene Ansicht einer
Unterwasser-Kompressoranordnung gemäß dem Stand der Technik.
Fig.2 zeigt eine schematische Längsschnittansicht einer Unterwasser- Kompressoranordnung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
Fig.3 zeigt eine schematische Längsschnittansicht einer Unterwasser- Kompressoranordnung gemäß noch einer Ausführungsform der Erfindung. Fig.4 zeigt eine schematische Ansicht einer Unterwasser-
Prozessfluidförderanordnung gemäß einer Ausführungsform der
Erfindung.
Fig.2 zeigt eine schematische Längsschnittansicht einer Unterwasser- Kompressoranordnung 10 zur Komprimierung eines Prozessfluids, wie hier beispielsweise Erdgas, gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
Wie aus Fig. 2 ersichtlich, weist die Unterwasser-Kompressoranordnung 10 ein Gehäuse 100, zwei Turbokompressoren 200 radialer Bauart mit jeweils einem Kompressorläufer 210 und eine in Form eines Elektromotors ausgebildete
Drehantriebseinheit 300 mit einem Antriebsläufer 310 und einem Antriebsstator 320 auf.
Die beiden Turbokompressoren 200, 200 und die Drehantriebseinheit 300 sind in dem Gehäuse 100 angeordnet, wobei die beiden Kompressorläufer 210, 210 und der Antriebsläufer 310 über eine gemeinsame Läuferwelle 400 direkt miteinander drehantriebsverbunden. Je nach gewünschter Verdichtung bzw. Kompression oder auch vorgesehener Kompressionsaufgabe können von einem Nutzer die beiden Turbokompressoren 200, 200 der Unterwasser-Kompressoranordnung 10 prozesstechnisch
hintereinander bzw. in Reihe geschaltet werden oder auch prozesstechnisch parallel oder einzeln betrieben werden.
Das Gehäuse 100 ist mit Ausnahme von Betriebsanschlüssen (in Fig.2 nicht gezeigt, siehe jedoch analog hierzu Fig.1 Prozessfluideinlass 31 ',
Prozessfluidauslass 32' und Stromzufuhr 1 1 ') für die Turbokompressoren 200, 200 und die Drehantriebseinheit 300 hermetisch abgedichtet.
Die gemeinsame, bevorzugt einstückige Läuferwelle 400 ist über eine
Wälzlagerung drehbar in dem Gehäuse 100 gelagert, so dass damit sowohl die auf der Läuferwelle 400 angeordneten Kompressorläufer 200, 200 als auch der auf der Läuferwelle 400 angeordnete Antriebsläufer 310 mittels der Wälzlagerung drehbar in dem Gehäuse 100 gelagert sind.
Gemäß dieser Ausführungsform der Erfindung weist die Wälzlagerung vier Zylinderrollenlager 410 auf, welche der Läuferwelle 400 sowohl die nötige radiale als auch die nötige axiale Abstützung im Gehäuse 100 bereitstellen. Natürlich könnten gemäß nicht gezeigten Ausführungsformen der Erfindung auch ein oder mehrere Radialwälzlager (wie Radialrillenkugellager) und zusätzlich ein oder mehrere Axialwälzlager (wie Axialrillenkugellager) vorgesehen sein.
Die Unterwasser-Kompressoranordnung 10 weist ferner für die
Drehantriebseinheit 300 eine Drehzahlsteuereinrichtung 330 auf, die derart konfiguriert ist, dass beim Drehantrieb der Kompressorläufer 210, 210 eine Maximaldrehzahl, welche für die Dauerfestigkeit der Wälzlagerung bestimmt ist, nicht überschritten wird. In Fig.2 ist die Drehzahlsteuereinrichtung 330 nur schematisch dargestellt, da diese in unterschiedlichsten Formen, wie z.B. einem Frequenzumrichter, einer entsprechenden Wicklungsgestaltung (z.B. Polzahl) von Antriebsläufer 310 und Antriebsstator 320 oder einem mechanischen Drehzahlbegrenzer, ausgebildet sein kann.
Die Unterwasser-Kompressoranordnung 10 weist ferner eine Wartungseinrichtung auf, die eingerichtet ist, eine Schmierung und Kühlung der Wälzlagerung zu gewährleisten, wobei als Betriebsmittel zur Schmierung und Kühlung der
Wälzlagerung ein Methanol-Ethanol-Glykol-Gemisch vorgesehen ist, welches über das zu komprimierende Prozessfluid, wie hier z.B. Erdgas, der Wälzlagerung zugeführt wird. Mit anderen Worten wird gemäß dieser Ausführungsform der Erfindung die Wartungseinheit dadurch realisiert, dass bei der Unterwasser- Kompressoranordnung 10 auf Dichtungssysteme verzichtet wurde, so dass das Betriebsmittel enthaltende Prozessfluid die Wälzlagerung umströmen und damit schmieren und kühlen kann.
Die Unterwasser-Kompressoranordnung 10 weist ferner eine
Vibrationsüberwachungseinheit 500 auf, die eingerichtet ist, Vibrationen in der Wälzlagerung hinsichtlich ihrer Amplitude und ihrer Frequenz zu überwachen. Genauer gesagt weist die Vibrationsüberwachungseinheit 500 für jedes
Zylinderrollenlager 410 einen Vibrationssensor 510 auf, wobei die
Vibrationssensoren 510 jeweils mit einer Auswerte-und-Sende-Einheit 520 signalgekoppelt sind.
Die Auswerte-und-Sende-Einheit 520 ist eingerichtet, die Amplitude und die Frequenz der Vibrationen wiedergebende Überwachungsdaten über einen
Ultraschallsender 521 an eine entfernt von der Unterwasser- Kompressoranordnung 10 befindliche Überwasserposition (siehe z.B. Fig.4) zu übertragen. Fig.3 zeigt eine schematische Längsschnittansicht einer Unterwasser- Kompressoranordnung 10A zur Komprimierung eines Prozessfluids, wie hier beispielsweise Erdgas, gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.
Die in Fig.3 gezeigte Ausführungsform der Unterwasser-Kompressoranordnung 10A ist bis auf wenige im Folgenden beschriebene Unterschiede mit der in Fig.2 gezeigten Ausführungsform der Unterwasser-Kompressoranordnung 10 identisch. Deshalb werden im Folgenden auch nur die Unterschiede beschrieben, wobei gleiche Bezugszeichen gleiche oder ähnliche Komponenten bezeichnen.
Im Unterschied zu Fig.2 weist die Unterwasser-Kompressoranordnung 10A gemäß Fig.3 nur einen einzigen Turbokompressor 200 auf. Ferner weist die Wälzlagerung nur drei Zylinderrollenlager 410 auf. Im Ergebnis baut die Unterwasser- Kompressoranordnung 10A gemäß Fig.3 in ihrer Länge etwas kürzer als die Unterwasser-Kompressoranordnung 10 gemäß Fig.2.
Fig.4 zeigt eine schematische Ansicht einer Unterwasser- Prozessfluidförderanordnung 1 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
Die Unterwasser-Prozessfluidförderanordnung 1 weist eine Unterwasser- Kompressoranordnung 10, 10A gemäß Fig.2 oder gemäß Fig.3 und eine
Prozessfluidquelle 20 auf, die über eine Zuführleitung 30 mit einem
Prozessfluideinlass 220 der Unterwasser-Kompressoranordnung 10, 10A bzw. des im Prozess ersten Turbokompressors 200 fluidverbunden ist, so dass dem
Turbokompressor 200 Prozessfluid aus der Prozessfluidquelle 20 zuführbar ist.
Die Unterwasser-Prozessfluidförderanordnung 1 weist ferner einen
Prozessfluidempfänger 50 auf, der über eine Abführleitung 40 mit einem
Prozessfluidauslass 230 der Unterwasser-Kompressoranordnung 10, 10A bzw. des im Prozess letzten Turbokompressors 200 fluidverbunden ist, so dass dem Prozessfluidempfänger 50 komprimiertes Prozessfluid aus dem Turbokompressor 200 zuführbar ist.
Wie Fig.4 zeigt, sind zumindest die Prozessfluidquelle 20 und die Unterwasser- Kompressoranordnung 10, 10A unterhalb einer Wasseroberfläche 71 eines Gewässers 70 angeordnet.
Der Prozessfluidempfänger 50 weist einen Speicherraum 52, 54, 56 zum
Aufnehmen komprimierten Prozessfluids auf.
Gemäß einer ersten in Fig.4 gezeigten Variante ist der Prozessfluidempfänger 50 unterhalb der Wasseroberfläche 71 des Gewässers 70 angeordnet, wobei der Prozessfluidempfänger 50 von einer im Gewässergrund 72 ausgebildeten Kaverne 51 oder einem auf dem Gewässergrund befindlichen Speichertank 53 gebildet ist.
Gemäß einer zweiten in Fig.4 gezeigten Variante ist der Prozessfluidempfänger 50 oberhalb der Wasseroberfläche 71 des Gewässers 70 angeordnet, wobei der Prozessfluidempfänger 50 von einem Schiff 55 (oder einer nicht gezeigten
Förderplattform) gebildet ist.
Wenn der Prozessfluidempfänger 50 von einem Schiff 55 gebildet ist, kann dieses wie in Fig.4 gezeigt über einen Ultraschallempfänger 57 verfügen, welcher die von dem Ultraschallsender 521 der Unterwasser-Kompressoranordnung 10, 10A ausgesandten Überwachungsdaten empfangen und an eine bordeigene
Auswerteeinrichtung (nicht gezeigt) übermitteln kann. Natürlich kann auch wenn der Prozessfluidempfänger 50 nicht von einem Schiff 55 gebildet ist, z.B. an einem separaten Überwachungsschiff ein entsprechender Ultraschallempfänger 57 vorgesehen sein. Die Prozessfluidquelle 20 ist von einem Bohrloch im Gewässergrund 72 gebildet, wobei als Prozessfluid Erdgas aus dem Bohrloch gefördert wird.
Das als Betriebsmittel zur Schmierung und Kühlung der Wälzlagerung der auf dem Gewässergrund 72 angeordneten Unterwasser-Kompressoranordnung 10, 10A dienende Methanol-Ethanol-Glykol-Gemisch wird im Förderbetrieb an der
Prozessfluidquelle 20 in das Prozessfluid injiziert.
Bezugszeichenliste
1 ' Unterwasser-Kompressoranordnung
10' Hochfrequenzmotor
1 1 ' Stromzufuhr
20' Läuferwelle
21 ' Magnetlager
30' Turbokompressor
31 ' Prozessfluideinlass
32' Prozessfluidauslass
40' Gehäuse
1 Unterwasser-Prozessfluidförderanordnung
10 Unterwasser-Kompressoranordnung 10A Unterwasser-Kompressoranordnung
20 Prozessfluidquelle
30 Zuführleitung
40 Abführleitung
50 Prozessfluidempfänger
51 Kaverne
52 Speicherraum
53 Speichertank
54 Speicherraum
55 Schiff
56 Speicherraum
70 Gewässer
71 Wasseroberfläche
72 Gewässergrund
100 Gehäuse
200 Turbokompressor
210 Kompressorläufer
220 Prozessfluideinlass
230 Prozessfluidauslass 300 Drehantnebseinheit
310 Antriebsläufer
320 Antriebsstator
330 Drehzahlsteuereinrichtung
400 Läuferwelle
410 Zylinderrollenlager
500 Vibrationsüberwachungseinheit
510 Vibrationssensor
520 Auswerte-und-Sende-Einheit
521 Ultraschallsender