专利名称：用于液压动力止推轴承的瞬时液压静力操作的系统和方法
技术领域：
本发明涉及一种用于液压动力止推轴承的瞬时液压静力操作的系统和方法，该液压动力止推轴承用于设计为在烃流体的水下生产中操作的泵和压缩机中的转子，其中该泵或压缩机由马达驱动并连同该马达一起布置于在操作过程中具有竖直定向的流体转移模块中，并且阻碍和润滑流体在其中循环，以防止海水和生产流体侵入流体转移模块的腔室、 密封件和轴承内。
背景技术：
在深海深度下烃产品的回收中操作的泵和压缩机面临包括例如级别大大超过100 巴的高压的严峻环境。为了防止液体、气体和固体颗粒侵入马达和泵/压缩机结构中，使略高压力下的液压流体循环通过这些结构，以提供防止有害物质侵入的润滑和阻碍。典型地， 使阻碍和润滑流体在第一压力下循环通过马达结构，并使阻碍和润滑流体在略低于马达流体回路中的压力的压力下循环通过泵或压缩机结构。常施加约5-10巴的压力差且该压力差足以分开马达和泵/压缩机流体回路，并且可施加相同的压力差以使阻碍和润滑流体与泵或压缩机中的生产流体分开。用于此目的的马达、泵或压缩机是需要大量功率来使泵或压缩机的转子旋转以及长寿命轴承来承受由于转子的重量而施加到转子和来自生产流体的推力负荷的重型设计。 一旦旋转，润滑流体便被加压并由转子或与转子相关的装置输送，以供给止推轴承的倾斜垫片，从而允许形成液压动力润滑膜并由此保持可推力接合的表面与表面之间的流体膜流动分离。在静止时，可推力接合的表面可例如在转子的重量作用下或者由于静止时泵送的介质的静压力而接触。从旋转到不旋转以及从不旋转到旋转的转换，即在起动和停机时，由于当转子速度不足以分开可推力接合的表面时止推轴承的液压动力操作失效而引发问题。 在起动和停机时，“干”轴承的旋转导致可推力接合的表面的磨损。具有干轴承的泵或压缩机的起动首先引起很高的扭矩需求，这要求使海底配电栅极、马达和变压器等的尺寸相应超大。
发明内容
本发明旨在避免止推轴承磨损的问题并提供一种降低在马达和泵/压缩机模块起动时的扭矩要求并由此降低功率和电流要求的方案。在一种用于包括马达和泵或压缩机的用于海底操作的竖直流体转移模块中的液压动力止推轴承的瞬时液压静力操作的系统中实现了该目的，其中所述模块连接到压力控制单元上，该压力控制单元位于海底并布置成用于控制将阻碍和润滑流体供给到所述模块和从所述模块排放。阻碍和润滑流体在阻碍和润滑流体回路中在第一压力下在马达内循环，并且阻碍和润滑流体在低于所述第一压力的第二压力下在阻碍和润滑流体回路中在泵 /压缩机内循环。
布置了连接流量控制单元和泵/压缩机中的液压动力止推轴承的流体供给管线， 并且该流体供给管线中的流量控制装置可控制以便分别在泵/压缩机起动和停机时在足以在止推轴承中的可推力接合的表面之间产生流体膜的压力下瞬时供给流体到止推轴承。 布置流体连通以便将流体从止推轴承排放到泵/压缩机中的阻碍和润滑流体回路，藉此响应于从压力控制单元到工作流体流的流体排放分别在起动和停机时在可推力接合的表面之间产生流体流(驱动压力)。通过此设置，确保了可以在泵或压缩机起动和停机时立即获得压力和体积足以分开可推力接合的表面的液压流体。流体经由泵/压缩机阻碍和润滑流体回路和压力控制单元从轴承排放进一步确保了能够通过压力控制单元中的压力控制分别维持马达和泵/压缩机的阻碍和润滑流体回路之间的合适的压力差。通过布置从位于海底的流量控制单元到轴承的流体源，实现了快速的响应和紧凑的结构。在优选实施例中，流量控制装置包括流量控制阀，例如通/断控制阀，以及串联布置在连接到止推轴承上的流体供给管线中的止回阀。另外，该流量控制装置可包括压力调节阀。该压力调节阀可与允许远程调节液压静压力供给水平的电动马达驱动装置相关。流量控制装置可以被容纳在海底流量控制单元内部或压力控制单元中，这两者都可以作为系统的可收回单元布置。优选地，经由电气响应的流量控制装置从上面管理止推轴承的液压静力操作。止推轴承的液压静力操作可包括从压力控制单元供给液压流体(经由连接到止推轴承的固定垫片上的供给管线)。止推轴承的液压静力操作可包括将液压流体从流量控制单元供给到止推轴承中包括的固定垫片。压力控制单元在泵/压缩机的进口侧或出口侧上连接到工作流体流以便将流体排放到工作流体流中。因此，如以上简短描述的系统包括用于实施在包括马达和泵或压缩机的用于海底操作的竖直流体转移模块的起动或停机过程中轴向支撑泵或压缩机转子轴的方法的装置， 该方法包括以下步骤经由与海底压力控制单元相结合地布置的流量控制装置从上面或基于陆地的流体源瞬时供给用于液压动力止推轴承的液压静力操作的润滑流体，该海底压力控制单元构造成用于控制将阻碍和润滑流体供给到所述模块/从所述模块排放。根据本发明的海底系统和方法的进一步的优点及有利特征将从从属权利要求和以下描述显现。
下文将参考示意性地示出实施本发明的海底系统的附图更具体地说明本发明。在附图中，图I示出了用于海底操作的竖直流体转移模块中的液压动力止推轴承的瞬时液压静力操作的系统设置；图2是穿过止推轴承的剖视图，示意性地示出了用于液压静力操作的液压流体的供给，以及图3是止推轴承的端视图，示出了用于液压静力操作的液压流体的供给。
具体实施例方式在图I的图中，总体由参考标号I表示的流体转移模块将马达单元2和流体转移单元3限定在其边缘内。在操作中，流体转移模块I具有如图所示的垂直或竖直定向。流体转移单元3可包括实现工作流体的转移的泵，或者可包括实现流体流的加压的压缩机。泵或压缩机3典型地具有由马达旋转驱动的一个或多个转子。转子被轴颈支撑(journalled) 以便在泵或压缩机腔室内旋转，该腔室分别经由在图I的示意图中通常表示为参考标号4 的进口和出口与工作流体管线连通。马达2和泵或压缩机3可以是技术人员公知的用于海底操作的任何常规的结构。 出于公开本发明的目的，且不局限于所公开的实施例，图I示出包括螺杆转子泵的实施例， 该螺杆转子泵具有使用互相啮合的齿轮或正时齿轮5旋转驱动的两个螺杆转子，正时齿轮提供旋转运动的同步。转子轴6、7被轴颈支撑在泵外壳中的径向轴承8、9和10中，并且转子从止推轴承11被轴向地支撑。转子轴承在转子的两端处通过密封装置12和13与泵介质分开。马达2布置在保护马达不受周围的海洋影响的马达外壳中。马达轴被轴颈支撑在该马达外壳中以便在径向轴承14和15中旋转。尽管图中未示出，但止推轴承也可布置在马达外壳中，以承受马达轴上的轴向负荷。马达外壳内部通过密封装置16与泵外壳内部液压分离，马达轴延伸穿过该密封装置，以经由柔性联轴器17与转子驱动地连接。马达外壳中的液压流体被控制在泵的内部压力之上的压力下，从而用作防止工作流体和颗粒经由密封在马达轴18周围的密封装置16侵入马达外壳中的屏障。由于该压力差，液压流体沿着马达轴的泄漏是不可避免的。泄漏率取决于流体特性、压差、泵的瞬时工况和密封件的紧密度。通过从液压流体的外部源重新加注马达外壳来补偿该泄漏。同样， 液压流体用于润滑泵轴承和正时齿轮。泵润滑流体中的压力应该维持在在泵内部泵送的介质的压力之上，以便防止工作流体和颗粒侵入泵轴承、密封件和正时齿轮中。通过从液压流体的外部源重新加注来补偿经由泵密封件进入泵送的介质中的泄漏。经由在流体管线20中从上部向其供给流体的压力控制单元19提供供给到马达单元2和泵单元3的液压流体的体积和压力管理。压力控制单元19作为将阻碍和润滑流体供给到海底马达和泵/压缩机模块I/从海底马达和泵/压缩机模块I排放阻碍和润滑流体的压力调节装置而操作。为此，马达阻碍和润滑流体在流体回路21、22、23中循环，从而将阻碍和润滑流体供给到马达和马达轴轴承和从马达和马达轴轴承排放。液压流体在马达单元2内部的流动通常借助泵或随马达轴旋转的叶轮(例如，如图I中所示介于15和16 之间)产生。同样，泵/压缩机阻碍和润滑流体在流体回路24、25、26、27中循环，从而将阻碍和润滑流体供给到泵/压缩机轴轴承和正时齿轮以及从泵/压缩机轴轴承和正时齿轮排放。液压流体在泵/压缩机单元内部的流动同样典型地借助随转子/转子轴旋转的泵或叶轮产生，例如如图I中所示的润滑泵30。流体回路21-23和24-27中可如常规那样包括阻碍和润滑流体外部冷却器，同样如图I所示。压力控制单元19可有利地如申请人的在先挪威专利申请no. 20100902中公开的那样构造，该申请的内容通过引用结合在本文中。在优选实施例中，压力控制单元19因此包括基于阻碍和润滑流体回路21-23和24-27中的流体压力的变化响应于对液压流体供给的需求来操作的第一和第二压力补偿器和流量控制阀(图I中未示出)。压力补偿器可以是任何可用类型的用于在海底使用并设计为将先导流体与待控制的液压回路分开的活塞装载压力补偿器。在此实施例中，控制单元19在系统中提供以下操作 通过从第一分离压力补偿器施加的压力朝马达预压马达阻碍和润滑流体回路 21-23中的液压流体； 通过从第二分离压力补偿器施加压力而朝泵/压缩机预压泵/压缩机阻碍和润滑流体回路24-27中的液压流体；其中 第二压力补偿器对在泵进口处和/或在泵出口处(在泵的抽吸侧和/或排放侧) 泵送的介质压力做出响应，以将该压力及其固有的预压压力的总和施加到泵/压缩机阻碍和润滑流体回路，并且 第一压力补偿器对泵/压缩机阻碍和润滑流体回路中的压力做出响应，以将该压力及其固有的预压压力的总和施加到马达阻碍和润滑流体回路。为了相对于泵送的介质压力平衡阻碍和润滑流体回路21-23和24-27中的压力， 泵送介质压力经由充当压力基准管线的先导管线40、28被传送到压力控制单元19。出于相同的目的，压力控制单元19在另一优选实施例中可包括如申请人的在先挪威专利申请no. 20100905中公开的第一和第二减压调节器和压力控制阀(图I中未示出)，该申请的内容通过引用结合在本文中。在备选实施例中，压力控制单元19包括 经由第一减压调节器与液压流体源流动连通的泵/压缩机阻碍和润滑流体回路 24-27 ； 经由第二减压调节器与液压流体源流动连通的马达阻碍和润滑流体回路21-23， 其中 第一减压调节器构造成响应于在泵的抽吸侧或排放侧的泵送介质压力降低供给流体压力，并且 第二减压调节器构造成响应于第一减压调节器的输出压力而降低供给流体压力。从引用和结合的挪威专利申请可以获得压力控制单元19的内部和操作的详细说明。现在更具体地查看转子止推轴承11的结构，还参看图2。止推轴承11包括轴向支撑泵或压缩机转子的旋转固定的倾斜垫片29。在操作中，泵/压缩机流体回路24-27中的液压流体由旋转转子或由该转子驱动的装置(诸如与例如正时齿轮组件5相关的润滑泵 30(参看图I))加压并输送到止推轴承。这样，加压润滑流体被供给倾斜垫片，从而在旋转后通过在垫片29与形成在转子上或与转子连接的相对轴向表面之间形成液压动力流体膜而使可推力接合的表面分开。在这种模式中，止推轴承11的操作是液压动力的。在纯液压动力止推轴承中，液压流体的流体压力和流量在停机过程中随着转子的转速降低而相继降低，直到可推力接合的表面一即轴承中的支撑垫片和转子上的相对轴向表面——形成摩擦接触。在从静止模式起动的过程中，可推力接合的表面在摩擦接触下旋转直到转子速度和引起的流体压力和流量足以使转子上的轴向表面与垫片分开。根据本发明，液压动力止推轴承11在起动和停机过程中作为液压静力轴承瞬时操作，直到转子速度足以提供液压动力操作。为此，供给液压流体以在垫片与转子上的相对轴向表面之间的分界面处产生流体膜。液压流体经由穿过垫片29形成的孔31供给到此分界面。各垫片均可形成有将液压流体从形成在垫片安装在其中的垫片基座33中的公共流体腔室或通道32传送到分界面的孔31。密封的插入件34提供各垫片29与垫片基座33之间的流体通路。液压流体经由将止推轴承11与流量控制单元41相连接的流体供给管线35 供给到垫片基座中的通道32。流体供给管线35中的流量控制阀36控制对止推轴承11的液压流体供给。流体供给管线35中的止回阀37防止逆流。可另外设置压力调节阀38，以调节供给到止推轴承11的流体的压力。流量控制阀36及在适合的情况下压力调节阀38 优选对来自操作止推轴承的液压静力模式的上部控制装置的控制信号做出电气响应。该压力调节阀38可与允许远程调节止推轴承润滑流体供给管线35中的液压静压力供给水平的电动马达驱动装置相关。图3示出其中液压流体被径向输送到固定垫片29的备选实施例。为此，各垫片均形成有将孔31与周边流体连接装置39相连接的连接轴向和径向通道，液压流体从流量控制单元41供给到该流体连接装置39。经由垫片孔31供给的液压流体允许泄漏到泵/压缩机阻碍和润滑流体回路24-27 中。引起的流体回路24-27中的压力上升由压力控制单元19操控，过剩的流体从该压力控制单元排放到外部接收装置，典型地经由将基准压力传送到压力控制单元19的排放管线 40排放到工作流体流。这样，流量控制单元41提供分别在起动和停机时提供垫片29与止推轴承11中相对的轴向表面之间的液压静压力。此外，由于经由流体回路24-27将止推轴承11中的液压静压力传送到压力控制单元19，马达阻碍和润滑流体回路21-23中的压力通过如前文说明的压力控制单元19的固有操作立即平衡并维持在回路24-27中的泵/压缩机阻碍和润滑流体压力之上的预定压力下。流量控制装置36-38可作为单独的外壳41中的流量控制单元设置，液压流体从上部供给到该单独的外壳41。流量控制装置36-38可备选地连同压力控制单元19的构件一起设置在公共外壳42中，液压流体从上部供给到该公共外壳42。在两种情况下，外壳41或 42可通过快速联接装置连接到马达和泵/压缩机模块I上，外壳可通过该快速联接装置拆卸和收回，例如借助远程操作的交通工具R0V。同样，压力控制单元19可设置成可拆卸并且可借助例如ROV单独收回。本发明当然决不局限于上述实施例。相反，其改型的多种可能性对本领域的普通技术人员来说将显而易见而不脱离例如在所附权利要求中限定的本发明的基本理念。
权利要求
1.一种用于包括马达(2)和泵或压缩机(3)的用于海底操作的竖直流体转移模块(I) 中的液压动力止推轴承的瞬时液压静力操作的系统，其中，所述模块(I)连接到压力控制单元(19)上，所述压力控制单元位于海底并且布置成用于控制将阻碍和润滑流体供给到所述模块和从所述模块排放，阻碍和润滑流体在阻碍和润滑流体回路(21-23)中在第一压力下在所述马达内循环， 并且阻碍和润滑流体在低于所述第一压力的第二压力下在阻碍和润滑流体回路(24-27) 中在所述泵/压缩机内循环，其特征在于流体供给管线(35)连接流量控制单元(41)和所述泵/压缩机(3)中的液压动力止推轴承(11)，所述流体供给管线(35)中的流量控制装置(36)可控制，以便分别在所述泵/压缩机的起动和停机时在足以在所述止推轴承中的可推力接合的表面之间产生流体膜的压力下瞬时供给流体到所述止推轴承(11)，并且从所述止推轴承(11)到所述泵/压缩机中的所述阻碍和润滑流体回路(24-27)流体连通，藉此响应于从所述压力控制单元(19)到工作流体流的流体排放而分别在起动和停机时在所述可推力接合的表面之间产生流体流。
2.根据权利要求I所述的系统，其特征在于，所述流量控制装置包括流量控制阀(36)， 例如通/断控制阀，以及串联布置在所述止推轴承流体供给管线(35)中的止回阀(37)。
3.根据权利要求I或2所述的系统，其特征在于，所述流量控制装置包括另外的压力调节阀(38)。
4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述压力调节阀(38)由允许远程调节所述止推轴承润滑流体供给管线(35)中的液压静压力水平的电动马达驱动装置操作。
5.根据任一项前述权利要求所述的系统，其特征在于，所述流量控制装置被容纳在海底流量控制单元(41)内部或所述海底压力控制单元(19)中，这两者都能布置为所述系统的可收回单元。
6.根据任一项前述权利要求所述的系统，其特征在于，经由电气响应的流量控制装置 (36，38)从上部管理所述止推轴承(11)的液压静力操作。
7.根据任一项前述权利要求所述的系统，其特征在于，所述止推轴承(11)的液压动力操作包括从所述压力控制单元(19)供给液压流体。
8.根据任一项前述权利要求所述的系统，其特征在于，所述止推轴承(11)的液压静力操作包括从所述流量控制单元(41)供给液压流体到所述止推轴承中包括的固定垫片(29)。
9.根据任一项前述权利要求所述的系统，其特征在于，所述压力控制单元(19)连接到所述泵/压缩机的进口侧或出口侧上的工作流体流以便将流体排放到所述工作流体流中。
10.一种用于在包括马达(2)和泵或压缩机(3)的用于海底操作的竖直流体转移模块(I)的起动或停机过程中轴向支撑泵或压缩机转子轴出，7)的方法，包括以下步骤经由流量控制装置(36，38)从上部或基于陆地的流体源瞬时供给用于液压动力止推轴承(11) 的液压静力操作的润滑流体，所述流量控制装置布置成与海底压力控制单元(19)配合，所述海底压力控制单元构造成用于控制将阻碍和润滑流体供给到所述模块(I) /从所述模块(I)排放。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，操作所述压力控制单元(19)以在所述止推轴承(11)的倾斜垫片(29)与所述泵或压缩机中的转子上相对轴向表面之间产生流体膜流动，并且其中所述压力控制装置(19)的操作包括将来自所述压力控制单元(19)的阻碍/润滑流体排放到工作流体流。
12.根据权利要求10或11所述的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤临时操作流量控制阀(36)，所述流量控制阀布置在连接到所述泵或压缩机中的液压动力止推轴承(II)上的止推轴承润滑流体供给管线(35)中。
13.根据权利要求10-12中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法包括从上部控制装置电气地控制所述流量控制装置(36，38)的步骤。
14.根据权利要求10-13中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法包括通过压力调节阀(38)来控制所述止推轴承润滑流体供给管线(35)中的供给压力的步骤。
15.根据权利要求10-14中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法包括在所述止推轴承的液压动力操作中从所述泵/压缩机阻碍和润滑流体回路(24-27)到所述止推轴承(11)供给液压流体的步骤。
全文摘要
本发明涉及用于液压动力止推轴承的瞬时液压静力操作的系统和方法，具体而言，涉及用于在包括马达(2)和泵或压缩机(3)的用于海底操作的竖直流体转移模块(1)的起动或停机过程中轴向支撑泵或压缩机转子轴(6，7)的方法和装置，该方法包括以下步骤经由流量控制装置(36，38)从上部或基于陆地的流体源瞬时供给用于液压动力止推轴承(11)的液压静力操作的润滑流体，该流量控制装置布置成与海底压力控制单元(19)相结合，该海底压力控制单元构造成用于控制将阻碍和润滑流体供给到所述模块(1)/从所述模块(1)排放。
文档编号F16C17/08GK102606617SQ20111043593
公开日2012年7月25日 申请日期2011年12月16日 优先权日2010年12月17日
发明者O·P·汤姆特 申请人:韦特柯格雷斯堪的纳维亚有限公司