DE102013214911A1

DE102013214911A1 - Unterwasser-Kompressor zum Verdichten eines Gases unter Wasser und Verwendung des Unterwasser-Kompressors

Info

Publication number: DE102013214911A1
Application number: DE102013214911.5A
Authority: DE
Inventors: Karl-Heinz Staudt
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2013-07-30
Filing date: 2013-07-30
Publication date: 2015-02-05
Also published as: WO2015014522A1

Abstract

Es wird ein Unterwasser-Kompressor zum Verdichten eines Gases unter Wasser angegeben, aufweisend mindestens ein Kompressor-Gehäuse mit einer Kompressor-Gehäuse-Wandung und einem von der Kompressor-Gehäuse-Wandung umgrenzten Kompressor-Gehäuse-Innenraum. Das Kompressor-Gehäuse ist einem Außendruck ausgesetzt. Im Kompressor-Gehäuse-Innenraum ist mindestens ein Temperier-Fluid zum Temperieren mindestens einer im Kompressor-Gehäuse-Innenraum angeordneten Kompressor-Komponente angeordnet. Die Kompressor-Gehäuse-Wandung weist mindestens eine Druckübertragungs-Membran zum Übertragen des Außendrucks auf das Temperier-Fluid auf, so dass das Temperier-Fluid unter einem Temperier-Fluid-Druck steht, der im Wesentlichen dem Außendruck entspricht. Das Temperier-Fluid (z.B. Kühl-fluid) wird als Druck-Ausgleich-Medium verwendet. Durch die Verwendung des Temperier-Fluids als Druckausgleich-Medium in Kombination mit der Druckübertragungs-Membran treten nur geringe Druck-Differenzen auf. Somit ist es möglich, ohne hohen zusätzlichen Aufwand in Bezug auf das Kompressor-Gehäuse Erdgas am Meeresgrund bei Tiefen von bis zu 2500 m zu verdichten.

Description

Die Erfindung betrifft einen Unterwasser-Kompressor zum Verdichten eines Gases unter Wasser. Darüber hinaus wird ein Verfahren zum Verdichten eines Gases unter Wasser unter Verwendung des Unterwasser-Kompressors angegeben.
Ein Unterwasser-Kompressor zum Verdichten eines Gases unter Wasser, wie er beispielsweise aus der WO 2007110378 A1 bekannt ist, wird bei einer Meerestiefe von bis zu 3000 m eingesetzt. Aufgrund der in solchen Tiefen herrschenden Wasserdrücke (Außendrücke, Umgebungsdrücke) muss ein Kompressor-Gehäuse (Verdichter-Gehäuse) entsprechend ausgelegt sein. So wird beispielsweise eine Wandstärke des Kompressor-Gehäuses relativ dick gewählt. Dies führt zu hohen Kosten, hohem Gewicht und entsprechend großen Abmessungen. Der damit verbundene Aufwand ist entsprechend hoch.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, aufzuzeigen, wie ein Unterwasser-Kompressor ausgestaltet werden kann, so dass ein hinsichtlich des Kompressor-Gehäuses aufzubringende Aufwand im Vergleich zum Stand der Technik reduziert ist.
Die Aufgabe wird durch die Ansprüche gelöst.
Zur Lösung der Aufgabe wird ein Unterwasser-Kompressor zum Verdichten eines Gases unter Wasser angegeben, aufweisend mindestens ein Kompressor-Gehäuse mit einer Kompressor-Gehäuse-Wandung und einem von der Kompressor-Gehäuse-Wandung umgrenzten Kompressor-Gehäuse-Innenraum, wobei das Kompressor-Gehäuse einem Außendruck ausgesetzt ist, im Kompressor-Gehäuse-Innenraum mindestens ein Temperier-Fluid zum Temperieren mindestens einer im Kompressor-Gehäuse-Innenraum angeordneten Kompressor-Komponente angeordnet ist und die Kompressor-Gehäuse-Wandung mindestens eine Druckübertragungs-Membran zum Übertragen des Außendrucks auf das Temperier-Fluid aufweist, so dass das Temperier-Fluid unter einem Temperier-Fluid-Druck steht, der im Wesentlichen dem Außendruck entspricht.
Der Außendruck ist der Umgebungs-Druck, den das Umgebungs-Medium (z.B. Meerwasser) auf das Kompressor-Gehäuse ausübt. Der Kompressor-Gehäuse-Innenraum ist teilweise oder komplett mit dem Temperier-Fluid ausgefüllt. Die Druckübertragungs-Membran kann dabei vollständig den Kompressor-Gehäuse-Innenraum umgeben. Dies bedeutet, dass die Kompressor-Gehäuse-Wandung vollständig bzw. nahezu vollständig von der Drück-Übertragungs-Membran gebildet ist. Denkbar ist insbesondere aber auch, dass lediglich ein Abschnitt des Kompressor-Gehäuses von der Druck-Übertragungs-Membran gebildet ist. In diesem Fall ist nur ein Teil der Kompressor-Gehäuse-Wandung von der Drückübertragungs-Membran gebildet.
Durch die Druckübertragungs-Membran ist dafür gesorgt, dass zu jeder Zeit im Temperier-Fluid ein dem Außendruck entsprechender Innendruck herrscht. Somit treten nahezu keine Druckdifferenzen auf. Dies bedeutet, dass im Hinblick auf die Konstruktion des Kompressor-Gehäuses keine speziellen Maßnahmen ergriffen werden müssen. Es sind keine besonderen Maßnahmen hinsichtlich Material und Wandstärke des Kompressor-Gehäuses notwendig. Ebenso sind keine besonderen Vorkehrungen hinsichtlich verwendeter Dichtungen notwendig, die ein Eindringen des Umgebungsmediums in den Kompressor-Gehäuse-Innenraum verhindern sollen.
Als Kompressor-Komponente kommt jeder für den Betrieb des Unterwasser-Kompressors notwendige Kompressor-Bestandteil in Frage. Beispielsweise betrifft die Kompressor-Komponente eine Steuereinrichtung des Unterwasser-Kompressors.
Mit Hilfe des Temperier-Fluids findet eine Temperierung der im Kompressor-Gehäuse-Innenraum angeordneten Kompressor-Komponente statt. Darüber hinaus fungiert das Temperier-Fluid als Druckübertragungsmedium. Über das Temperier-Fluid wird der Außendruck, unter dem das Kompressor-Gehäuse steht, direkt (oder indirekt) auf die im Kompressor-Gehäuse-Innenraum angeordnete Kompressor-Komponente übertragen. Das Temperier-fluid erfüllt somit zwei Funktionen, nämlich die Funktion der Temperierung der Kompressor-Komponente und die Funktion der Stabilisierung des Kompressor-Gehäuses.
In einer besonderen Ausgestaltung weist die Kompressor-Komponente mindestens eine Elektromotor-Komponente eines Elektromotors auf. Der gesamte Elektromotor oder ein Teil des Elektromotors ist in dem Kompressor-Gehäuse-Innenraum angeordnet.
Gemäß einer besonderen Ausgestaltung weist die Elektromotor-Komponente mindestens ein magnetisches Lager auf, das durch mindestens einem Stator und mindestens einen im Stator rotierbar gelagerten Rotor ausgebildet ist. Vorzugsweise ist dabei der Stator thermisch mit dem Temperier-Fluid verbunden. Temperier-Fluid und Stator stehen im thermischen Kontakt zueinander. Zwischen Temperier-Fluid und Stator findet Wärmeleitung statt.
Gemäß einer besonderen Ausgestaltung ist zwischen dem Rotor und dem Stator mindestens eine Zwischenwand angeordnet. Die Zwischenwand wird beispielsweise als Dose oder Kanne (can) bezeichnet. Diese Zwischenwand sorgt für eine Trennung des Rotors und des Stators des Elektromotors voneinander. Die Zwischenwand muss dabei verschiedensten Anforderungen genügen. So ist es zum Beispiel notwendig, dass die Zwischenwand möglichst dünn ausgebildet ist. Des Weiteren ist gefordert, dass die Zwischenwand aus einem elektrisch nicht-leitfähigen Material besteht. Darüber hinaus soll die Zwischenwand möglichst nicht deformierbar sein. Nur dadurch ist gewährleistet, dass ein Abstand zwischen Rotor und Stator möglichst klein gewählt werden kann.
Für ein Nicht-Deformieren der Zwischenwand ist es besonders vorteilhaft, eine Temperatur der Zwischenwand möglichst konstant zu halten. Dies bedeutet, dass die Zwischenwand temperiert werden sollte. Gleiches gilt für den Rotor und insbesondere für den Stator. Diese Elektromotor-Komponenten sollten temperiert werden. Aufgrund der herrschenden Druckverhältnisse ist es dabei besonders vorteilhaft, feste stehende, also sich nicht bewegende (z.B. nicht rotierende) Komponenten, zu temperieren. Gemäß einer besonderen Ausgestaltung stehen daher der Stator und/oder die Zwischenwand im thermischen Kontakt mit dem Temperier-Fluid. Das Temperieren erfolgt mit Hilfe des Temperier-Fluids. Dabei ist es besonders günstig, wenn ein direkter thermischer Kontakt vorliegt. Ein indirekter thermischer Kontakt ist aber auch möglich.
Gemäß einer besonderen Ausgestaltung ist das Temperier-Fluid ein Kühl-Fluid. Das Kühl-Fluid ist vorzugsweise eine Kühl-Flüssigkeit in Form eines Kühl-Öls. Beispielsweise ist das Kühl-Öl ein Transformatoren-Öl. Sogenannte „Green Oils“ haben sich hier als besonders vorteilhaft herausgestellt.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Verdichten eines Gases unter Wasser mit folgenden Verfahrensschritten angegeben:

a) Bereitstellen des Unterwasser-Kompressors unter Wasser und
b) Zuführen des Gases zum Unterwasser-Kompressor und Verdichten des zugeführten Gases mit Hilfe des Kompressors.

Vorzugsweise wird Verdichten bei einer Wasser-Tiefe von unter 500 m durchgeführt. Das Verfahren zum Verdichten des Gases unter Verwendung des Unterwasser-Kompressors eignet sich insbesondere für eine Wasser-Tiefe aus einem Bereich von 1000 m bis 3000 m ausgewählt wird. Beispielsweise erfolgt die Verdichtung bei einer Wasser-Tiefe von etwa 2000 m oder etwa 2500 m.
Mit Hilfe des Unterwasser-Kompressors wird insbesondere Erdgas verdichtet, das am Meeresgrund gefördert wird. Gemäß einer besonderen Ausgestaltung des Verfahrens wird daher als Gas Erdgas verwendet.
Anhand zweier Ausführungsbeispiele und der dazugehörigen Figuren wird die Erfindung im Folgenden näher erläutert. Die Figuren sind schematisch und stellen keine maßstabsgetreue Abbildungen dar.
1 zeigt einen erstes Ausführungsbeispiel des Unterwasser-Kompressors in einem seitlichen Querschnitt.
2 zeigt einen zweites Ausführungsbeispiel des Unterwasser-Kompressors in einem seitlichen Querschnitt.
Gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel (1) ist ein Unterwasser-Kompressor 1 zum Verdichten eines Gases unter Wasser 2 gegeben. Der Unterwasser-Kompressor 1 weist ein Kompressor-Gehäuse 10 mit einer Kompressor-Gehäuse-Wandung 100 auf. Die Kompressor-Gehäuse-Wandung 100 umgrenzt einen Kompressor-Gehäuse-Innenraum 11 des Unterwasser-Kompressors 1 vollständig.
Das Kompressor-Gehäuse 10 ist einem Außendruck 102 ausgesetzt, der auf dem Druck basiert, der von dem umgebenden Wasser ausgeübt wird.
Im Kompressor-Gehäuse-Innenraum 11 ist ein Temperier-Fluid 103 angeordnet. Das Temperier-Fluid 103 ist ein Kühl-Fluid. Als Kühl-Fluid wird ein Transformatoren-Öl eingesetzt. Das Transformatoren-Öl ist so genanntes „Green-Oil“.
Das Kühl-Fluid dient dem Kühlen einer im Kompressor-Gehäuse-Innenraum 11 angeordneten Kompressor-Komponente 12. Die Kompressor-Komponente 11 ist eine Elektromotor-Komponente.
Die Elektromotor-Komponente weist ein elektrisches Lager auf, das durch einen Stator und einen im Stator rotierbar gelagerten Rotor gebildet ist.
Zwischen dem Rotor und dem Stator ist eine Zwischenwand (als (Dose oder Kanne bezeichnet) angeordnet.
Die Zwischenwand und/oder der Stator des Elektromotors stehen im direkten thermischen Kontakt mit dem Temperier-Fluid. Es findet eine Kühlung der Zwischenwand und/oder des Stators statt.
Die Wandung 100 weist eine Druckübertragungs-Membran 1000 auf. Die Druckübertragungs-Membran 1000 dient dem Übertragen des Außendrucks 102 auf das Temperier-Fluid 11. Durch die Übertragung des Außendrucks 102 weist das Temperier-Fluid 11 einen dem Außendruck 102 entgegengesetzten Temperier-Fluid-Druck 1030 auf. Die Höhe des Temperier-Fluid-Drucks 1030 entspricht der Höhe des Außendrucks 102.
Der Unterwasser-Kompressor gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel (2) unterscheidet sich vom Unterwasser-Kompressor gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel (1) dadurch, dass die die Druckübertragungs-Membran 1000 lediglich einen Abschnitt der Kompressor-Gehäuse-Wandung 100 bildet. Der Kompressor-Gehäuse-Innenraum ist nur teilweise von der Druckübertragungs-Membran umgeben.
Verwendung findet der Unterwasser-Kompressor zur Verdichtung eines Gases unter Wasser. Das Gas ist Erdgas, das am Meeresgrund bei einer Meeres-Tiefe von etwa 2000 m gefördert wird.
Zum Verdichten des Erdgases werden folgende Verfahrensschritte durchgeführt:

a) Bereitstellen des Unterwasser-Kompressors 1 unter Wasser und
b) Zuführen des Gases zum Unterwasser-Kompressor 1 und Verdichten des zugeführten Gases mit Hilfe des Unterwasser-Kompressors 1.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

WO 2007110378 A1 [0002]

Claims

Unterwasser-Kompressor (1) zum Verdichten eines Gases unter Wasser (2), aufweisend – mindestens ein Kompressor-Gehäuse (10) mit einer Kompressor-Gehäuse-Wandung (100) und einem von der Kompressor-Gehäuse-Wandung (100) umgrenzten Kompressor-Gehäuse-Innenraum (11), wobei – das Kompressor-Gehäuse einem Außendruck (102) ausgesetzt ist, – im Kompressor-Gehäuse-Innenraum (11) mindestens ein Temperier-Fluid (102) zum Temperieren mindestens einer im Kompressor-Gehäuse-Innenraum (11) angeordneten Kompressor-Komponente (12) angeordnet ist und – die Kompressor-Gehäuse-Wandung (10) mindestens eine Druckübertragungs-Membran (1000) zum Übertragen des Außendrucks (102) auf das Temperier-Fluid (103) aufweist, so dass das Temperier-Fluid (103) unter einem Temperier-Fluid-Druck (1030) steht, der im Wesentlichen dem Außendruck (102) entspricht.
Unterwasser-Kompressor nach Anspruch 1, wobei nur ein Abschnitt (101) der Kompressor-Gehäuse-Wandung (100) von der Druckübertragungs-Membran (1000) gebildet ist.
Unterwasser-Kompressor nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Kompressor-Komponente (12) mindestens eine Elektromotor-Komponente eines Elektromotors aufweist.
Unterwasser-Kompressor nach Anspruch 3, wobei die Elektromotor-Komponente mindestens ein magnetisches Lager aufweist, das durch mindestens einen Stator und mindestens einen im Stator rotierbar gelagerten Rotor ausgebildet ist.
Unterwasser-Kompressor nach Anspruch 4, wobei zwischen dem Rotor und dem Stator mindesten eine Zwischenwand angeordnet ist.
Unterwasser-Kompressor nach Anspruch 4 oder 5, wobei der Stator und/oder die Zwischenwand im thermischen Kontakt mit dem Temperier-Fluid stehen.
Unterwasser-Kompressor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das Temperier-Fluid ein Kühl-Fluid ist.
Unterwasser-Kompressor nach Anspruch 7, wobei das Kühl-Fluid ein Kühl-Öl ist.
Verfahren zum Verdichten eines Gases unter Wasser (2) mit folgenden Verfahrensschritten: a) Bereitstellen des Unterwasser-Kompressors nach einem der Ansprüche 1 bis 8 unter Wasser und b) Zuführen des Gases zum Unterwasser-Kompressor und Verdichten des zugeführten Gases mit Hilfe des Unterwasser-Kompressors.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei das Verdichten bei einer Wasser-Tiefe von unter 500 m durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei die Wasser-Tiefe aus einem Bereich von 1000 m bis 3000 m ausgewählt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, wobei als Gas Erdgas verwendet wird.