用于海底海水注入泵的保护系统 【技术领域】
本发明涉及一种泵系统。
背景技术
泵通常必须在最小流量之上工作，以避免产生不稳定特性、过热并因此泵损坏。为了获得在最小流量要求下泵的这种保护，包括一种最小流量结构。这种结构通常包括通过节流装置从出口流回到入口的路径。这种旁通可以通过阀来连续触发或实现，阀会由于出口处的小流量或高压而触发。用于海底未经处理海水的离心泵可以具有与通常使用的路上型的泵相同类型的最小流量结构。
海底泵送系统被设计成从一个地方将流体，即液体和/或气体移动到另一个地方。这可以通过利用泵来实现。移动流体过程中所涉及到的所有过程的共同之处在于需要外加的能量。这个能量通常通过利用一些类型的马达来添加并通过轴供给到泵，例如如GB1218023、US3468259和US6447245中描述的离心泵和叶片泵中那样。因此这个方案需要一些类型的轴密封系统。轴密封系统的目的在于防止马达内侧的流体和泵内的流体混合。由于海水侵入会导致马达内部零件退化或损坏，尤其是在马达是电动的情况下，过压施加到马达上。在马达中较高的压力将导致从马达向泵穿过轴密封系统渗透，防止流体从泵向马达侵入。因此，泄漏的马达流体将与流过泵的海水混合。
相对于流量和压头(head)来说泵具有受限制的工作范围(operatingenvelope)，即，特定最小量的液体必须总是流过泵，来避免过热和过大的震动。为了在任何工作模式下都保持在工作范围内，需要泵保护系统，确保特定最小流量流过泵。这种最小流量结构的典型结构在图1中示出。
而且，通过泵的流量将会被从马达穿过轴密封系统泄漏的流体所污染，这会带来一个问题，即：由于对泄漏到环境中的限制，需要清洁泵送的流体或者减少泄漏。因此，本发明的目的是简化在海底泵送系统中的泵保护系统，并且也减少在泵送流体中的污染。
【发明内容】
通过提供一种简化的泵保护系统来实现，本发明的泵保护系统与用于泵系统的传统再循环系统相比更简单，该泵系统被设计为将海水推进到注入井或用于其他目的。这是通过如上所述的并特别如独立权利要求中描述的泵系统来实现的。
因此，本发明基于在马达中使用环境友善的流体这个概念。环境友善的流体被定义为现有法规所允许的流体，例如它的引入不会毒害环境的流体。通过在泵中使用泵环境可接受的流体，流体流可以倾泻到环境中而不会带来任何危险。本发明还提供这样一种系统，其中泵可以在最佳的流量范围内使用，这是因为所泵送的流体以及从马达泄漏的流体可以循环回到周围环境中，而不会污染环境。从而实现对泵的更高的保护。
【附图说明】
下面将参照附图描述本发明，图中借助示例示出本发明：
图1示出根据现有技术的典型最小流量结构；
图2示出根据本发明的系统；
【具体实施方式】
当前的海底泵送系统采用具有绕组的传统电机，该绕组具有没有完全与环境绝缘的连接件，并且该电机中填充有电介质油，所述电介质油作用为额外的绝缘体。根据环境法规，不允许将这种电介质油排放到环境中。对于利用这种流体的系统来说，如图1所示，必须使用用于保护泵的封闭最小流量循环。
在封闭循环中，相同的水被循环，由泵施加到水上的能量将导致该流体并因而泵过热并最终导致损坏。因此，封闭循环方案需要节流口/阻塞装置、管路和阀来形成封闭循环，并需要冷却器来避免在封闭循环内的再循环流体过热。
如下面将要解释的本发明将明显减小所需部件的尺寸和数量，最终导致海底泵送系统的成本、重量和复杂性降低。
参照图2，泵单元8、9、10、11从泵出口1到排出管道/管路2、6产生流量，接收储池具有流量/压头特性。如果接收储池的阻力在泵工作范围之外，则不能建立通过排出管道6的充分流量。因此，通过建立经过排出分支管线3的流量，该系统必须确保连续工作，该排出分支管线3位于泵的出口下游并且由流体管道2与泵分隔开。根据本发明优选实施方式，通过打开阀4来控制排出分支管线，打开阀4导致排出的流体直接通过阻塞装置5被导引到海。阻塞装置5可以是阀4本身的一部分，或者可以是在没有阻塞功能的阀的上游或下游的单独的阻塞装置。阻塞装置5被设计成当阀4打开时，确保泵具有充足流量，而无论所述接收储池的阻力如何(关闭阀或排放管道6中高阻力的其他原因)。
该系统结合有测量或控制系统，该测量或控制系统以本身公知的方式监控排出管道的状态，并有可能监控其中的其他状态，并且控制泵的速度和阀，以便保持泵在最佳工作范围内。这也可以通过在所选择的马达阻力下自动打开阀或其他泵保护方法来实现。
如在此描述的，只有所述流体是环境友善的，才有可能将泵排出的流体直接导引到海。这是通过下面描述的结构来确保的。
根据本发明优选实施方式，泵单元包括马达腔9，该马达腔9优选的包含电机，并且通过利用密封系统8与泵腔10分隔开，从马达到泵的轴或传动系统11穿过该密封系统8。利用一个或几个附加的腔室，马达腔9与包含泵的泵腔10分隔开，通过管线7，从位于海底或地面上的液体源，所述泵例如是离心泵。马达腔9被提供加压的、环境友善的密封流体，即，所泵送的介质和环境可以接受的流体。通常由水和乙二醇(或其他确保充分抗腐蚀的成份)的混合物构成的马达流体源应该确保马达腔9内的压力大于泵10内的，以防止海水侵入到马达9中。密封系统8被形成为防止流体在腔室之间交换，但是将不完全密封腔室。在马达内更高的压力将因此导致通过密封系统8泄漏。马达流体的泄漏将与来自泵入口1的海水混合。
通过这种方式有可能通过循环确保最小流量流经未经处理海水注入泵，整个流量的至少一部分通过遥控阀流回到大海。流回大海是通过排出分支管线来实现的，该排出分支管线优选的包括阀，例如阻塞阀，该阀可以在地面控制，并包括用于控制流量的局部压力传感器等。阀可以与固定节流口结合来改善对流量的控制。如上所述，由于利用环境友善流体作为马达中的屏蔽流体(barrier fluid)和冷却流体，因此循环到海可以以环境友善方式实现。为了避免通过马达中的加压流体导电，电机具有完全绝缘绕组，从而可以接受水基环境友善流体作为冷却流体。
本发明主要旨在利用电机驱动的叶片泵或活塞泵将海水注入到井中的目的，但是可以构想到其他使用方式，例如包括液压马达。节流口和阀可以从适于该目的的任何可用类型中选择。从上面的讨论可以理解到，被泵送的流体被环境接受也是重要的，这是因为当排出管路中的压力过高时，该流体被排出到环境中。