工艺流体润滑泵制造技术

本发明专利技术涉及一种用于输送工艺流体的工艺流体润滑泵，其具有公共壳体、布置在公共壳体中的泵单元、以及布置在公共壳体中的驱动单元，其中公共壳体包括用于工艺流体的泵入口和泵出口，其中泵单元包括用于将工艺流体从泵入口输送到泵出口的至少一个叶轮以及其上安装有每个叶轮的泵轴，其中驱动单元包括用于驱动泵轴的驱动轴和用于使驱动轴围绕轴向方向旋转的电动马达，并且其中液力耦合器被设置用于通过传输流体将驱动轴液力耦合到泵轴。液力耦合器被配置成接收工艺流体作为传输流体。

【技术实现步骤摘要】
工艺流体润滑泵
本专利技术涉及根据独立权利要求的前序部分的用于输送工艺流体的工艺流体润滑泵。
技术介绍
用于输送工艺流体的工艺流体润滑泵已在许多不同的行业中使用。重要示例是油气加行业，其中工艺流体润滑泵例如被设计为用于输送烃类流体的多相泵，例如用于从油田中提取原油或用于通过管线或在炼油厂内进行油/气运输。工艺流体润滑泵在油气行业中的另一种应用是将工艺流体（大多数情况下是水，并且尤其是海水）喷射到油储层中。对于此类应用，所述泵被设计为水喷射泵，其将高压海水供应到通向油储层的地下区域的井。由这种水喷射泵生成的压力升高的典型值为200-300bar（20-30MPa）或甚至更高。向油储层中喷射水是用于增加从油气田的碳氢化合物的回收的众所周知的方法。所喷射的水维持或增加了储层中的压力，由此驱使油或碳氢化合物进出生产井。在一些应用中，将原始海水喷射到油储层中。然而，在其它应用中，应对海水进行预处理以避免对油储层产生负面影响，预处理诸如酸化油（例如通过硫化氢（H2S））或堵塞储层中的孔或小通道（例如通过硫酸盐）。为了实现期望的海水质量，海水要经过一系列不断细化的过滤器，从而对海水进行微过滤。此外，可以使用生物或电化学工艺来预处理海水。通常，过滤的最后步骤是纳米过滤，具体是从海水中移除硫酸盐。纳米过滤是一种膜过滤工艺，其需要以通常为25-50bar（2.5-5.0MPa）的压力向膜单元供应水。特别是对于反渗透过滤，所需要的压力甚至可能更高。在纳米过滤工艺之后，海水被供应到水喷射泵，被加压并喷射到油储层所在的地下区域中。因此，对海水进行预处理并将其喷射到油储层中通常需要两个泵，即，用于向膜过滤单元供应海水的膜馈送泵，以及用于将已过滤的海水供应到井中以用于将海水引入油储层中的水喷射泵。鉴于对油气田的有效开发，如今对泵、并且尤其是水喷射泵的需求不断增长，其可以直接安装在海底上，特别是在水面以下100m的深度、500m或甚至多于1,000m的深度。不用说，此类泵的设计具有挑战性，特别是因为这些泵应当在困难的海底环境中长时间运行以及进行尽可能少的维护和保养工作。这需要采取特殊措施以最小化所涉及的设备量并优化泵的可靠性。鉴于部署在海底的水喷射泵和海水的预处理，如果海水喷射系统的安装深度使得环境水压足以为膜过滤单元进行馈送，则可省去膜馈送泵。例如，在水面以下500m处，海水的静水压力已经约为50bar，该压力可能足够高以便为膜过滤单元进行馈送。用于海底应用的水喷射泵必须递送相当高的压力升高，其可能达到200bar或甚至更高。对于离心泵，这需要高速但相对较小的速度变化。为了驱动此类泵，已知使用液体填充或浸没的感应马达或永磁马达。由于液体的填充，由粘性阻力引起的粘性损失非常高，并且它们大概随着马达速度的立方而增加。实际上，这些粘性损失将马达速度限制到约6000rpm。对于更高的速度，粘性损失变得太高以至于无法允许经济且有效地运行泵。因此，例如在WO2016/189397中已经提出了通过液力耦合器与磁力耦合器串联的组合来耦合马达和泵单元。与马达速度相比，液力耦合器能够增加泵的操作速度。液体填充的电动马达连接到布置在气密容器中的液力耦合器和磁力耦合器驱动器部分。容器填充有冷却和润滑流体，该冷却和润滑流体循环通过所述容器和外部布置的冷却盘管。由磁耦合驱动器驱动的磁耦合从动件驱动泵叶轮。通过这种设计，系统可以将泵送的工艺流体与冷却和润滑流体密封地分离。系统需要特定的冷却和润滑流体以及磁力耦合器以避免工艺液渗透到驱动单元中。不言而喻，对于海底上的海底安装而言，泵的可靠性以及泵内的磨损和劣化的最小化是至关重要的。因此，从该现有技术出发，本专利技术的目的是提出一种改进的或替代的工艺流体润滑泵，该泵特别适合于海底应用和部署在海底上。该泵应当具有设备方面的低复杂性、低磨损和高操作可靠性。具体地，泵应当适于被配置为用于在地下区域中喷射海水的水喷射泵。满足这些目的的本专利技术的主题由相应独立权利要求的特征来表征。
技术实现思路
因此，根据本专利技术，提出了一种用于输送工艺流体的工艺流体润滑泵，其具有公共壳体、布置在所述公共壳体中的泵单元、以及布置在所述公共壳体中的驱动单元，其中所述公共壳体包括用于所述工艺流体的泵入口和泵出口，其中所述泵单元包括用于将所述工艺流体从所述泵入口输送到所述泵出口的至少一个叶轮以及其上安装有每个叶轮的泵轴，其中所述驱动单元包括用于驱动所述泵轴的驱动轴和用于使所述驱动轴围绕轴向方向旋转的电动马达，并且其中液力耦合器被设置用于通过传输流体将所述驱动轴液力耦合到所述泵轴。所述液力耦合器被配置成接收所述工艺流体作为所述传输流体。通过使用工艺流体作为用于将驱动轴液力耦合到泵轴的传输流体，不再需要将液力耦合器布置在相对于工艺流体气密密封的容器内。不需要特定的传输流体。仅工艺流体用于将驱动单元液力耦合到泵单元。此外，不需要附加的磁耦合。电动马达和泵单元之间只有一个耦合器，从而大大减少了传输损失。由此，大大降低了泵的复杂性并提高了可靠性。优选地，所述液力耦合器包括用于接收所述工艺流体作为所述传输流体的外壳、连接到所述驱动轴的泵轮、连接到所述泵轴的涡轮机轮、以及布置在用于引导所述工艺流体的所述泵轮和所述涡轮机轮之间的定子。由此，液力耦合器可以被设计为液力转矩转换器。这使得泵轴能够以比驱动轴更高的速度旋转（以每分钟转数（rpm）为单位进行测量）。因此，有可能以更高的速度驱动泵轴，例如以7800rpm（而不是6000rpm），或有可能降低驱动轴的速度。两种措施都提高泵的效率。此外，由于转矩转换器可以用于泵的速度控制或泵叶轮转速的自调节，也可以用价格较低的驱动器（例如，单速电驱动器）来代替变频驱动器（VFD），或使用具有更窄范围的VFD来改变驱动轴旋转的频率。从经济角度看，这两种措施都具有相当大的优势。优选地，泵包括用于支撑泵轴和驱动轴的多个轴承，其中所述轴承被配置成接收所述工艺流体作为润滑剂和冷却剂。通过将工艺流体用作多个轴承的冷却剂和润滑剂，进一步降低了泵的复杂性。根据特别优选的实施例，泵被设计为无机械密封件的非密封泵。机械密封件通常用于密封泵的旋转轴并且应防止工艺流体沿泵的轴泄漏。通常，机械密封件包括定子和转子。转子以抗扭方式与泵的轴连接，并且定子相对于泵壳体固定，使得定子被固定以防止旋转。在轴的旋转期间，转子与定子滑动接触，从而执行密封作用。尽管此类机械密封件在离心泵技术中广泛使用，但其对于海底应用而言却有些问题，因为它们非常复杂并且通常需要附加设备，这通常被认为是海底应用的缺点。因此，优选地，根据本专利技术的泵被设计为非密封泵，即没有机械密封件的泵。在许多应用中，这要求泵单元和驱动单元充满工艺流体。非密封泵的优点是泵的更简单的设计。此外，工艺流体本身可以用于冷却和润滑泵的部件，例如泵轴的轴承单元和泵的驱动单元。优选地，非密封泵在没有隔离流体系统的情况下被配置和操作，即在操作期间不需要或不提供隔离流体。优选地，泵包括被配置用于使工艺流体从所述泵的高压侧再循环到低压侧的平衡管线。通过设置平衡本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于输送工艺流体的工艺流体润滑泵，其具有公共壳体（2）、布置在所述公共壳体中的泵单元（3）、以及布置在所述公共壳体（2）中的驱动单元（4），/n其中，所述公共壳体（2）包括用于所述工艺流体的泵入口（21）和泵出口（22），/n其中，所述泵单元（3）包括用于将所述工艺流体从所述泵入口（21）输送到所述泵出口（22）的至少一个叶轮（31）以及其上安装有每个叶轮（31）的泵轴（5），/n其中，所述驱动单元（4）包括用于驱动所述泵轴（5）的驱动轴（42）和用于使所述驱动轴（42）围绕轴向方向（A）旋转的电动马达（41），/n并且其中，液力耦合器（8）被设置成用于通过传输流体将所述驱动轴（42）液力耦合到所述泵轴（5），/n其特征在于：所述液力耦合器（8）被配置成接收所述工艺流体作为所述传输流体。/n

【技术特征摘要】
20190423 EP 19170570.61.一种用于输送工艺流体的工艺流体润滑泵，其具有公共壳体（2）、布置在所述公共壳体中的泵单元（3）、以及布置在所述公共壳体（2）中的驱动单元（4），
其中，所述公共壳体（2）包括用于所述工艺流体的泵入口（21）和泵出口（22），
其中，所述泵单元（3）包括用于将所述工艺流体从所述泵入口（21）输送到所述泵出口（22）的至少一个叶轮（31）以及其上安装有每个叶轮（31）的泵轴（5），
其中，所述驱动单元（4）包括用于驱动所述泵轴（5）的驱动轴（42）和用于使所述驱动轴（42）围绕轴向方向（A）旋转的电动马达（41），
并且其中，液力耦合器（8）被设置成用于通过传输流体将所述驱动轴（42）液力耦合到所述泵轴（5），
其特征在于：所述液力耦合器（8）被配置成接收所述工艺流体作为所述传输流体。


2.根据权利要求1所述的泵，其中，所述液力耦合器（8）包括用于接收所述工艺流体作为所述传输流体的外壳（81）、连接到所述驱动轴（42）的泵轮（82）、连接到所述泵轴（5）的涡轮机轮（83）、以及布置在所述泵轮（82）和所述涡轮机轮（83）之间以用于引导所述工艺流体的定子（84）。


3.根据前述权利要求中任一项所述的泵，其包括用于支撑所述泵轴（5）和所述驱动轴（42）的多个轴承（43、44、45、53、54、55），其中，所述轴承（43、44、45、53、54、55）被配置成接收所述工艺流体作为润滑剂和冷却剂。


4.根据前述权利要求中任一项所述的泵，其被设计为不具有机械密封件的非密封泵（1）。


5.根据前述权利要求中任一项所述的泵，其包括被配置用于使工艺流体从所述泵（1）的高压侧再循环到低压侧的平衡管线（9）。


6.根据前述权利要求中任一项所述的泵，其中，所述电动马达（41）被配置为由所述工艺流体穿过并冷却。


7.根据权利要求5所述的泵，其中，所述平衡管线（9）被布置并配置成接收从所述驱动单元（4）排放的工艺流体。


8.根据权利要求3至7中任一项所述的泵，其具有用于冷却和润滑所述驱动单元（4）和所述多个轴承（43、44、45、53、54、55）的外部冷却回路（10），所述外部冷却回路（10）包括用于冷却所述工艺流体的热交换器（12），其中，所述热交换...

【专利技术属性】
技术研发人员：T菲利克斯，M伯尔尼，S嘉斯曼，K德瑞福，
申请(专利权)人：苏尔寿管理有限公司，
类型：发明
国别省市：瑞士;CH