BR102012021382A2

BR102012021382A2 - Rotor, aparelho para o fornecimento de uma fonte de potência e método de propulsão de um fluido

Info

Publication number: BR102012021382A2
Application number: BR102012021382A
Authority: BR
Inventors: Gopalakrishna Gudivada
Original assignee: Vetco Gray Controls Ltd
Priority date: 2011-08-25
Filing date: 2012-08-24
Publication date: 2014-04-29
Also published as: CN102953761B; MY158332A; US20130052043A1; AU2012216365A1; CN102953761A; US8985967B2; SG188057A1; EP2562423A1

Abstract

ROTOR, APARELHO PARA O FORNECIMENTO DE UMA FONTE DE POTÊNCIA E MÉTODO DE PROPULSÃO DE UM FLUIDO. Trata-se de um rotor (1) que tem as pás externas (2) para uso na indução da rotação do rotor, sendo que o rotor ainda tem pás internas (5) para uso na propulsão de um fluido através do rotor durante a rotação do rotor. O fluido propulsado pode ser usado como uma fonte de potência, por exemplo, em um poço de hidrocarboneto submarino.

Description

“ROTOR, APARELHO PARA O FORNECIMENTO DE UMA FONTE DE POTÊNCIA E MÉTODO DE PROPULSÃO DE UM FLUIDO”

Campo da Invenção

A presente invenção refere-se a rotores, por exemplo, no aparelho que fornece uma fonte de potência, tal como em uma instalação de poço de hidrocarboneto.

Antecedentes da Invenção

Em sistemas de controle de produção de óleo e gás em alto mar, grande quantidade do equipamento de controle é instalada no leito marinho. Esse equipamento submarino essencialmente abre e fecha válvulas submarinas que controlam e permitem o fluxo do fluido de hidrocarboneto do poço. A potência elétrica e a potência hidráulica necessárias para operar o equipamento e as válvulas instaladas no leito marinho é normalmente fornecida por uma unidade de potência elétrica e uma unidade de potência hidráulica instalada na superfície, tanto em uma plataforma, plataforma de flutuação ou em terra. A potência elétrica é transportada ao equipamento submarino através de um cabo umbilical que também inclui um enlace de comunicação (que transporta sinais de controle e de instrumentação) junto com tubulações hidráulicas que transportam fluido hidráulico para válvulas de controle operadas por fluido hidráulico acionadas eletricamente.

O cabo umbilical pode estar a vários quilômetros de distância e é pesado e caro, pois o seu traçado é por essa razão crítico. O custo do cabo em um em um sistema típico de produção submarina foi estimado em cerca de 40% do custo total do sistema submarino completo e um projeto efetivo de 25 custo é, portanto, essencial. Uma redução na quantidade de potência elétrica de transmissão submarina reduzirá o tamanho, a potência e o custo dos cabos elétricos necessários no cabo umbilical. Similarmente, uma redução na quantidade ou pressão do fluido hidráulico nos tubos hidráulicos no cabo umbilical resultará em economias significativas.

Descrição Resumida da Invenção De acordo com a presente invenção sob um aspecto, é proporcionado um rotor que compreende um rotor que tem pás externas para uso na indução da rotação do rotor, o rotor adicionalmente tem pás internas para uso na propulsão de um fluido através do rotor durante a rotação do rotor.

Preferencialmente, existe um estator no dito rotor, de modo que o dito fluido possa ser propulsado entre o dito rotor e o dito estator. Nesse caso, preferencialmente o dito estator tem uma pluralidade de pás externas 10 intercaladas com as ditas pás internas do rotor de modo que a rotação do rotor induza ao dito fluido ser propulsado entre as ditas pás. Tipicamente, o volume entre as pás internas e externas adjacentes decresce na direção na qual o dito fluido é propulsado entre o dito rotor e o dito estator, por exemplo, pelos comprimentos das ditas pás internas e externas que decrescem na direção na 15 qual o dito fluido é propulsado entre o dito rotor e o dito estator.

A presente invenção também compreende também o aparelho para fornecimento de uma fonte de potência que inclui um rotor de acordo com a invenção, em que:

um circuito de fluido é acoplado ao dito rotor, sendo que a rotação do rotor propulsa o fluido no circuito através do circuito; e

o aparelho inclui meios para utilização do fluido propulsado através do circuito como uma fonte de potência.

O rotor poderia estar em um percurso de escoamento para um segundo fluido, em que o rotor é giratório pelo fluxo do segundo fluido através 25 do dito percurso. Nesse caso, o rotor poderia estar em um percurso de escoamento para o fluido de hidrocarboneto em uma instalação de poço de hidrocarboneto, sendo que os ditos meios de utilização usam o fluido propulsado através do circuito como uma fonte de potência para a instalação. Os ditos meios de utilização poderiam compreender meios para operar hidraulicamente pelo menos um dispositivo e/ou meios para geração de potência elétrica do fluido propulsado através do dito circuito.

De acordo com a presente invenção sob um outro aspecto, é proporcionado um método de propulsão de um fluido, que compreende o fornecimento de um rotor que tem pás externas e pás internas e que induz a rotação do rotor através das pás externas para propulsar o fluido através do rotor durante a rotação do rotor.

Tipicamente, um circuito de fluido é acoplado ao dito rotor, sendo que a rotação do rotor propulsa o fluido no circuito através do circuito e o fluido propulsado através do circuito é usado como uma fonte de potência.

O rotor poderia estar em um percurso de escoamento para um segundo fluido, em que o rotor é girado pelo fluxo do segundo fluido através do dito percurso. Nesse caso, o rotor poderia estar em um percurso de 15 escoamento para o fluido de hidrocarboneto em uma instalação de poço de hidrocarboneto, sendo que o fluido propulsado através do circuito é usado como uma fonte de potência para a instalação.

O fluido propulsado poderia ser usado para operar hidraulicamente pelo menos um dispositivo e/ou ser usado para a geração de potência elétrica.

Uma realização desta invenção utiliza a energia cinética no fluido

de hidrocarboneto que flui de um poço para gerar energia local no leito marinho que pode ser subsequentemente usada para fornecer potência elétrica e/ou alguma ou toda a potência necessária para operar as válvulas submarinas, portanto, reduzindo a potência total necessária a ser transferida através do 25 cabo umbilical ao equipamento do leito marinho. Ao fazer isso, diminuirá a necessidade estabelecida no cabo umbilical e proporcionará um meio de redução do custo umbilical total.

Embora seja conhecido proporcionar um meio de geração de J 4

eletricidade que use o fluxo do fluido de hidrocarboneto para girar as pás de um rotor fixado a um gerador elétrico, essa realização da invenção opera capturando uma da energia cinética do fluido de hidrocarboneto e transfere-a diretamente para pressurizar um sistema hidráulico e fornecer potência que 5 possa então ser usada para operar dispositivos hidráulicos tais como as válvulas e/ou para acionar uma turbina impulsionada por gerador para fornecer potência elétrica a atuadores de acionamento por exemplo.

A invenção não é limitada ao fornecimento de potência hidráulica, mas poderia ser usada para gerar potência pneumática se necessário.

Breve Descrição do Desenho

A Figura 1 mostra esquematicamente uma realização da invenção.

Descrição Detalhada da Invenção.

A Figura 1 mostra uma aplicação da invenção para gerar potência hidráulica e/ou elétrica pela captura de alguma energia no fluxo do fluido de 15 hidrocarboneto em uma instalação de poço de hidrocarboneto submarina. O dispositivo de captura de energia, que é instalado no fluxo do fluido de hidrocarboneto, é um sistema de bomba recente tipo turbina que compreende duas partes principais como se segue:

1) Um rotor 1, mostrado na vista seccionada, que tem no seu 20 exterior pás tipo aerofólio 2 projetadas para otimizar a captura da energia cinética do fluido de hidrocarboneto que flui através de uma tubulação de fluido de produção 3 na direção da seta A. O rotor 1 é montado em mancais 4 nas extremidades opostas e é livre para girar no fluxo de fluido. O rotor é posicionado axialmente no fluxo de fluido para otimizar a captura da energia. O 25 fluido de hidrocarboneto força o rotor 1 a girar através das pás 2, gerando energia mecânica rotacional. O interior do rotor 1 também tem pás 5 que são usadas para propulsar fluido hidráulico em um segundo circuito de fluido hidráulico, separado 6. 2) Um estator fixo 7 no rotor 1 define uma parte do circuito de fluido hidráulico 6 entre o próprio e o rotor 1. O estator 7 é fixado dentro da tubulação de fluido de produção 3 que transporta o fluido de hidrocarboneto por suportes mecânicos 8 transportados pelas partes 9 do circuito 6, os mancais 4 5 que estão entre o rotor 1 e as partes 9. O estator 7 tem as pás 10 no seu exterior que efetivamente se igualam e estão intercaladas com as pás 5 no interior do rotor 1. O volume entre as pás adjacentes 5 e 10 decresce na direção na qual o fluido hidráulico no circuito 6 é propulsado entre essas pás. Nessa realização, isso é alcançado pelas pás 5 e 10 decrescendo em 10 comprimento naquela direção.

Quando o rotor 1 gira, devido ao fluxo do fluido de hidrocarboneto na tubulação 3, o mesmo força e bombeia o fluido hidráulico no circuito 6 entre as pás do rotor 5 e as pás do estator 10, que geram alta pressão de fluido. Esse fluido é então usado como uma fonte de potência no sistema de controle submarino.

Um sistema de controle controla a quantidade de pressão de

fluido hidráulico gerada pelo dispositivo de captura de energia e canaliza o fluido hidráulico do circuito 6 através de uma válvula 11 para onde quer que o fluido hidráulico de alta pressão seja necessário, tal como uma turbina 12 que aciona um gerador 13 para gerar eletricidade (o fluido hidráulico que sai da 20 turbina 12 através de uma válvula 14) e/ou para operar hidraulicamente pelo menos uma válvula 15. O numeral de referência 16 designa uma entrada para o fornecimento de fluido hidráulico ao circuito 6 conforme apropriado. O fluxo do fluido hidráulico é indicado por pequenas setas na Figura 1.

A realização da invenção fia-se na viabilidade do fluxo do fluido de hidrocarboneto. A inicialização desse fluxo de fluido requer a operação das válvulas apropriadas (tal como uma válvula 17 na Figura 1) que terá quer ser acionada e controlada do equipamento de superfície através de um cabo umbilical. Alternativamente, se a potência elétrica submarina está disponível a partir de outras fontes, então apenas o controle da inicialização do fluxo pode ser necessário através do cabo umbilical.

As vantagens de utilizar a invenção são expostas abaixo.

A mesma proporciona um meio de geração de potência local no

leito marinho.

A potência hidráulica e/ou elétrica está disponível onde quer que o fluido de hidrocarboneto esteja circulando.

O tempo de execução para a operação de uma válvula é consideravelmente reduzido pela utilização de potência hidráulica local (do 10 comando ao encerramento) porque o fornecimento de potência hidráulica através do cabo umbilical depende da constante de tempo do circuito hidráulico, que sem os reservatórios hidráulicos pode ser substancial. Alternativamente, a disponibilidade de uma fonte de potência hidráulica local pode eliminar a necessidade por acumuladores hidráulicos submarinos.

A energia elétrica gerada pode ser armazenada em baterias e/ou

usada alimentar sensores submarinos e instrumentação e/ou para fins de aquecimento.

Se potência elétrica suficiente pode ser gerada, então um sistema de controle submarino todo elétrico pode ser possível.

A disponibilidade de potência localizada no leito marinho significa

que as potências elétrica e hidráulica do cabo umbilical e, portanto, seu diâmetro e peso físico podem ser reduzidos o que significativamente reduz o custo do cabo umbilical necessário para transportar a potência elétrica e hidráulica ao equipamento do leito marinho.

Um cabo umbilical de peso reduzido será mais fácil de manejar e

reduzirá os custos de instalação.

A realização possibilita uma funcionalidade submarina maior comparada aos sistemas submarinos convencionais.

Claims

1. ROTOR, que compreende um rotor que tem pás externas para uso na indução da rotação do rotor, sendo que o rotor ainda tem pás internas para uso na propulsão de um fluido através do rotor durante a rotação do rotor.

2. ROTOR, de acordo com a reivindicação 1, que inclui um estator no dito rotor, de modo que o dito fluido pode ser propulsado entre o dito rotor e o dito estator.

3. ROTOR, de acordo com a reivindicação 2, em que o dito estator tem uma pluralidade de pás externas intercaladas com as ditas pás internas do rotor de modo que a rotação do rotor induz o dito fluido a ser propulsado entre as ditas pás.

4. ROTOR, de acordo com a reivindicação 3, em que o volume entre as pás internas e externas adjacentes decresce na direção na qual o dito fluido é propulsado entre o dito rotor e o dito estator.

5. APARELHO PARA O FORNECIMENTO DE UMA FONTE DE POTÊNCIA, que inclui um rotor, conforme definido em qualquer reivindicação anterior, em que: um circuito de fluido é acoplado ao dito rotor, sendo que a rotação do rotor propulsa o fluido no circuito através do circuito; e o aparelho inclui meios para utilização do fluido propulsado através do circuito como uma fonte de potência.

6. APARELHO, de acordo com a reivindicação 5, em que o rotor está em um percurso de escoamento para um segundo fluido, sendo que o rotor é giratório pelo fluxo do segundo fluido através do dito percurso.

7. APARELHO, de acordo com a reivindicação 6, em que o rotor está em um percurso de escoamento para o fluido de hidrocarboneto em uma instalação de poço de hidrocarboneto, sendo que os ditos meios de utilização usam o fluido propulsado através do circuito como uma fonte de potência para a instalação.

8. APARELHO, de acordo com qualquer reivindicação de 5 a7, em que o dito meio de utilização compreende meios para operar hidraulicamente pelo menos um dispositivo.

9. APARELHO, de acordo com qualquer reivindicação de 5 a 8, em que o dito meio de utilização compreende meios para gerar potência elétrica do fluido propulsado através do dito circuito.

10. MÉTODO DE PROPULSÃO DE UM FLUIDO, que compreende proporcionar um rotor que tem pás externas e pás internas e induz a rotação do rotor através das pás externas para propulsar o fluido através do rotor durante a rotação do rotor.

11. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 10, em que existe um estator no dito rotor de modo que o dito fluido é propulsado entre o dito rotor e o dito estator.

12. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 11, em que o dito estator tem uma pluralidade de pás externas intercaladas com as ditas pás internas do rotor de modo que a rotação do rotor induz o dito fluido a ser propulsado entre as ditas pás.

13. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 12, em que o volume entre as pás internas e externas adjacentes decresce na direção na qual o dito fluido é propulsado entre o dito rotor e o dito estator.

14. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 10 a 13, em que um circuito de fluido é acoplado ao dito rotor, sendo que a rotação do rotor propulsa o fluido no circuito através do circuito e o fluido propulsado através do circuito é usado como uma fonte de potência.

15. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 14, em que o rotor está em um percurso de escoamento para um segundo fluido, em que o rotor é girado pelo fluxo do segundo fluido através do dito percurso.

16. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 15, em que o rotor está em um percurso de escoamento para o fluido de hidrocarboneto em uma instalação de poço de hidrocarboneto, sendo que o fluido propulsado através do circuito é usado como uma fonte de potência para a instalação.

17. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 14 a 16, em que o dito fluido propulsado é usado para operar hidraulicamente pelo menos um dispositivo.

18. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 14 a 17, em que o dito fluido propulsado é usado para a geração de potência elétrica.