DE102011088246A1

DE102011088246A1 - Wasserhebesystem und Verfahren mit einem solchen System

Info

Publication number: DE102011088246A1
Application number: DE201110088246
Authority: DE
Inventors: Thomas Heng; Benedikt Freienstein
Original assignee: KSB AG
Current assignee: KSB SE and Co KGaA
Priority date: 2011-12-12
Filing date: 2011-12-12
Publication date: 2013-06-13
Also published as: BR112014014171B1; WO2013087387A1; MX379820B; IN2014KN01226A; US20140299196A1; CN104126073A; EP2791512A1; BR112014014171A2; EP2791512B1; BR112014014171A8; AR090042A1; MX2014006340A

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Wasserhebesystem, insbesondere Feuerlöschanlage für Offshore-Anlagen, wie Öl- und/oder Gasförderplattformen, oder Schiffe oder dergleichen mit einer eine Ansaugöffnung und eine Ausströmöffnung aufweisende Pumpe (3), einem eine Pumpeneinheit (4) und eine Turbineneinheit (5) aufweisendes Pumpen-Turbinenaggregat (6), wobei Pumpeneinheit (4) und Turbineneinheit (5) jeweils eine Ansaug- oder Eingangsöffnung und eine Ausströmöffnung aufweisen, und einer die Ausströmöffnung der Pumpeneinheit (5) des Pumpen-Turbinenaggregats und die Ansaugöffnung der Pumpe (3) verbindende und einen Volumenstrom (QS) führende Leitung (7). Erfindungsgemäß umfasst der Volumenstrom (QS) einen ersten Teilvolumenstrom (QF) und einen zweiten Teilvolumenstrom (QT), wobei eine den ersten Teilvolumenstrom (QF) führende Leitung (10) mit wenigstens einer Wasserentnahmestelle und eine den zweiten Teilvolumenstrom (QT) führende Leitung (11) mit der Eingangsöffnung der Turbineneinheit (5) des Pumpen-Turbinenaggregats (6) verbunden ist. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren mit einem solchen System.

Description

Die Erfindung betrifft ein Wasserhebesystem, insbesondere Feuerlöschanlage für Offshore-Anlagen, wie Öl- und/oder Gasförderplattformen, oder Schiffe oder dergleichen mit einer eine Ansaugöffnung und eine Ausströmöffnung aufweisende Pumpe, einem eine Pumpeneinheit und eine Turbineneinheit aufweisendes Pumpen-Turbinenaggregat, wobei Pumpeneinheit und Turbineneinheit jeweils eine Ansaug- oder Eingangsöffnung und eine Ausströmöffnung aufweisen, und einer die Ausströmöffnung der Pumpeneinheit des Pumpen-Turbinenaggregats und die Ansaugöffnung der Pumpe verbindende und einen Volumenstrom führende Leitung, sowie ein Verfahren mit einem solchen System.
Aus der DE 643 151 A ist eine Einrichtung zum Anlassen von Pumpen für Feuerlösch- und ähnliche Zwecke bekannt, bei denen es große Saughöhen zu überwinden gilt. Da die für die Feuerlöschzwecke verwendete Pumpe bei großen Saughöhen das benötigte Wasser alleine nicht ansaugen kann, ist die Pumpe über eine Leitung mit einer in einem Löschbecken oder dergleichen angeordneten Hilfspumpe verbunden, die durch eine Flüssigkeits- oder Luftturbine angetrieben wird, deren Treibmittel von einer besonderen Treibmittelpumpe geliefert wird. Über zwei Leitungen ist die Turbine mit der Treibmittelpumpe verbunden. Nachteilig dabei ist, dass Vorkehrungen getroffen werden müssen, die mögliche Leckageverluste im Treibmittelkreis wieder ausgleichen können. Da das Treibmittel in einem geschlossenen Kreislauf von der Treibmittelpumpe zur Turbine und wieder zurück gepumpt wird, wird das Treibmittel ständig weiter erwärmt und muss gekühlt werden, da sonst Teile der Anlage schaden nehmen können.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein zuverlässiges, Bauraum sparendes, mit weniger Aufwand zu montierendes und gleichzeitig mit weniger Verlusten behaftetes Wasserhebesystem und ein Verfahren zum Betreiben eines derartigen Wasserhebesystems zu schaffen.
Die Aufgabe wird dadurch gelöst, dass der Volumenstrom einen ersten Teilvolumenstrom und einen zweiten Teilvolumenstrom umfasst, wobei eine den ersten Teilvolumenstrom führende Leitung mit wenigstens einer Wasserentnahmestelle und eine den zweiten Teilvolumenstrom führende Leitung mit der Eingangsöffnung der Turbineneinheit des Pumpen-Turbinenaggregats verbunden ist.
Dadurch braucht das Pumpen-Turbinenaggregat mit nur zwei Leitungen verbunden zu werden, die von der Plattform oder vom Schiff ins Meer führen. Zudem kann auf einen mit einem Fluid, insbesondere Hydrauliköl, betriebenen Hydraulikkreis zum Antreiben des Pumpen-Turbinenaggregats, einen mit dem Fluid gefüllten Tank und eine Kühlvorrichtung mit Wärmetauschern oder dergleichen zum Kühlen des Fluids verzichtet werden.
Nach einer Ausgestaltung weist die Turbineneinheit eine Ausströmöffnung auf, die mit einem Wasserreservoir verbunden ist oder in das Wasserreservoir mündet.
Um die Betriebssicherheit beim Anfahren des Wasserhebesystems zu erhöhen, ist auf der Offshore-Anlage oder dem Schiff ein in einem Behälter untergebrachter Wasservorrat vorgesehen.
Erfindungsgemäß ist eine Ausgangsöffnung des Behälters mit der Ansaugöffnung der Pumpe verbunden.
Nach einer weiteren Ausgestaltung ist die den Volumenstrom führende Leitung mit einer Eingangsöffnung des Behälters verbunden.
Ferner kann die den Volumenstrom führende Leitung mit der Ausgangsöffnung des Behälters verbunden sein.
Zweckmäßigerweise ist die Ausströmöffnung der Pumpe über die den ersten Teilvolumenstrom führende Leitung mit der wenigstens einen Wasserentnahmestelle verbunden.
Nach einer weiteren Ausgestaltung ist vorgesehen, dass über die den zweiten Teilvolumenstrom führende Leitung mit der Eingangsöffnung der Turbineneinheit des Pumpen-Turbinenaggregats verbunden ist.
Bei einer alternativen Ausführungsform ist die Ausströmöffnung der Pumpeneinheit mit einer Ansaugöffnung einer weiteren Pumpeinrichtung, vorzugsweise eine Hochdruckpumpe, verbunden.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung ergibt sich, wenn die Ausströmöffnung der weiteren Pumpe über die den zweiten Teilvolumenstrom führende Leitung mit der Eingangsöffnung der Turbineneinheit des Pumpen-Turbinenaggregats verbunden ist.
Um das dauerhaft im salzhaltigen Meerwasser verweilende Pumpen-Turbinenaggregat gegen Festsetzen und Blockade zu schützen, ist zweckmäßigerweise ein Elektromotor an das Pumpen-Turbinenaggregat angebracht.
Die Aufgabe der Erfindung wird ferner dadurch gelöst, dass ein erster Teilvolumenstrom eines aus einem Wasserreservoir entnommenen und über eine Leitung geförderten Volumenstroms mittels einer den ersten Teilvolumenstrom führenden Leitung zu wenigstens einer Wasserentnahmestelle und ein zweiter Teilvolumenstrom mittels einer den zweiten Teilvolumenstrom führenden Leitung zurück zum Wasserreservoir gefördert wird. Anhand von Ausführungsbeispielen wird die Erfindung näher erläutert. Es zeigen die
1 die schematische Darstellung einer Offshore-Plattform mit einer erfindungsgemäßen Wasserhebeeinrichtung mit einer Pumpe und einem Pumpen-Turbinenaggregat, die
2 eine Offshore-Plattform mit einer Wasserhebeeinrichtung gemäß der 1 mit einem geschlossenen Druckbehälter für einen Wasservorrat, die
3 eine Offshore-Plattform und Wasserhebeeinrichtung gemäß der 1 mit einem offenen Behälter für einen Wasservorrat, die
4 eine Offshore-Plattform mit einer weiteren Ausführungsform der Wasserhebeeinrichtung gemäß der 3, die
5 eine Offshore-Plattform mit einer weiteren Ausführungsform der Wasserhebeeinrichtung gemäß der 3, die
6 eine Offshore-Plattform gemäß der 1 mit Wasserhebeeinrichtung mit einer Pumpe, einem Pumpen-Turbinenaggregat und einer zusätzlichen Pumpeinrichtung, die
7 eine Offshore-Plattform und Wasserhebeeinrichtung mit einer Pumpeinrichtung und einem Pumpen-Turbinenaggregat und die
8 eine Offshore-Plattform und Wasserhebeeinrichtung gemäß der 1 mit einem an dem Pumpen-Turbinenaggregat 6 angeordneten Motor.
Die 1 zeigt schematisch eine Offshore-Anlage 1 in der Ausführungsform einer Öl- und/oder Gasförderplattform mit einer auf der Offshore-Anlage 1 angeordneten und über einen Motor 2 angetriebenen Pumpe 3, vorzugsweise eine Kreiselpumpe, und einem, eine Pumpeneinheit 4 und eine Turbineneinheit 5 aufweisendes Pumpen-Turbinenaggregat 6, das sich im Meer befindet. Pumpeneinheit 4 und Turbineneinheit 5 können als getrennte Einheiten oder als in einem Gehäuse untergebrachte Einheiten ausgebildet sein. Die Pumpeneinheit 4 umfasst beispielsweise eine als Unterwasserpumpe ausgebildete Kreiselpumpe, und die Turbineneinheit 5 eine als Turbine betriebene Unterwasserpumpe, vorzugsweise eine mehrstufige Unterwasserpumpe bzw. eine mehrstufige Kreiselpumpe. Die beiden Komponenten sind vorzugsweise auf einer Welle angeordnet und/oder über ein Getriebe miteinander gekoppelt.
Die Pumpeneinheit 4 weist eine nicht näher dargestellte Ansaugöffnung auf, die unterhalb des Meeresspiegels, vorzugsweise in einem Bereich mit wenig Wellengang, liegt. Eine Ausströmöffnung der Pumpeneinheit 4 ist über eine erste Leitung 7, vorzugsweise ein Rohr oder ein Schlauch, die einen Volumenstrom Q_S führt, mit einer Ansaugöffnung der Pumpe 3 verbunden. Eine zweite Leitung 8 führt von einer Ausströmöffnung der Pumpe 3 zu einer Eingangsöffnung einer ersten Verteilungseinrichtung 9. Eine erste Ausgangsöffnung der Verteilungseinrichtung 9 ist über eine einen ersten Teilvolumenstrom Q_F führende dritte Leitung 10 mit wenigstens einer auf der Offshore-Anlage 1 angeordneten, in den Zeichnungen nicht dargestellten Wasserentnahmestelle, insbesondere Feuerlöschvorrichtung, beispielsweise Sprinkleranlage, Hydrant oder dergleichen, verbunden. Eine zweite Ausgangsöffnung der Verteilungseinrichtung 9 ist über eine einen zweiten Teilvolumenstrom Q_T führende vierte Leitung 11 an eine Eingangsöffnung der Turbineneinheit 5 des Pumpen-Turbinenaggregats 6 angeschlossen. Somit umfasst der Volumenstrom Q_S einen ersten Teilvolumenstrom Q_F und einen zweiten Teilvolumenstrom Q_T, wobei eine den ersten Teilvolumenstrom Q_F führende Leitung 10 mit wenigstens einer Wasserentnahmestelle und eine den zweiten Teilvolumenstrom Q_T führende Leitung 11 mit der Eingangsöffnung der Turbineneinheit 5 des Pumpen-Turbinenaggregats 6 verbunden ist. Die Turbineneinheit 5 weist wiederum eine in ein Wasserreservoir, insbesondere Meer, mündende oder wenigstens mit dem Wasserreservoir verbundene Ausströmöffnung auf, die unterhalb des Wasserspiegels liegt und über die das zur Turbineneinheit 5 geförderte Wasser ins Wasserreservoir ausgestoßen wird.
Der vorzugsweise als Verbrennungsmotor oder Turbine ausgebildete Motor 2 treibt die Pumpe 3 an, welche sich auf der Plattform befindet. Über den durch die Leitung 11 geführten zweiten Volumenstrom Q_T wird das unter Wasser befindliche Pumpen-Turbinenaggregat 6 angetrieben. Das Pumpen-Turbinenaggregat 6 dient als Vorpumpe zur Pumpe 3 und stellt die Anhebung des Wasserstandes auf das Niveau der Pumpe 3 sicher.
Als Löschpumpe verwendet, muss bei einem Brand die Pumpe 3 den über die Leitung 10 geführten und zur Brandbekämpfung benötigten ersten Teilvolumenstrom Q_F, die benötigte Druckhöhe H_D sowie den über die Leitung 11 geführten zweiten Teilvolumenstrom Q_T, welcher die Turbine antreibt, zur Verfügung stellen. Dabei ist der zweite Teilvolumenstrom Q_T wesentlich geringer als der erste Teilvolumenstrom Q_F zur Brandbekämpfung. Die Pumpeneinheit 4 muss die Saughöhe H_S sowie die beiden Teilvolumenströme Q_F und Q_T erbringen.
Die Turbineneinheit 5 muss demnach einen zweiten Teilvolumenstrom Q_T sowie die Druckhöhe H_D plus die Saughöhe H_S verarbeiten. Dazu ist, wie vorstehend erwähnt, insbesondere eine als Turbine betriebene mehrstufige Unterwasserpumpe geeignet, die den hohen Druck in eine Drehbewegung zum Antrieb der Pumpeneinheit 4 umwandeln kann. Als Pumpeneinheit 4 eignen sich besonders gut als einstufige Spiralgehäusepumpen gestaltete Kreiselpumpen, welche die Saughöhe H_S mit dem hohen Volumenstrom Q_S bzw. den den Volumenstrom Q_S bildenden Teilvolumenströmen Q_F und Q_T, beispielsweise zur Brandbekämpfung, überwinden.
Somit wird also ein erster Teilvolumenstrom Q_F des aus dem Wasserreservoir entnommenen und über die Leitung 7 geförderten Volumenstroms Q_S mittels der den ersten Teilvolumenstrom Q_F führenden Leitung 10 zu wenigstens einer Wasserentnahmestelle und der zweite Teilvolumenstrom Q_T mittels der den zweiten Teilvolumenstrom Q_T führenden Leitung 11 zurück zum Wasserreservoir gefördert.
Die in der 2 dargestellte Ausführungsform entspricht weitgehend dem in der 1 gezeigten Ausführungsbeispiel. Um die Betriebssicherheit des Systems weiter zu erhöhen, ist auf der Plattform zusätzlich ein Wasservorrat vorgesehen, wobei der Wasservorrat in einem Behälter 12 untergebracht ist. Die den Volumenstrom Q_S führende Leitung 7 ist mit einer Eingangsöffnung des Behälters 12 verbunden. Die Ausströmöffnung der Pumpeneinheit 4 des Pumpen-Turbinenaggregats 6 ist direkt über die den Volumenstrom Q_S führende Leitung 7 an die Eingangsöffnung an der Oberseite des Behälters 12 angeschlossen, wobei der Behälter 12 bei dem in der 2 gezeigten Ausführungsbeispiel als geschlossener Druckbehälter ausgebildet ist. Bei Bedarf kann an der Oberseite des Behälters 12 oder alternativ an einer der Wände, in einem Bereich, der über dem Wasserpegel liegt, ein Entlüftungsventil 13 angeordnet sein. Eine Ausgangsöffnung des Behälters 12 ist mit der Ansaugöffnung der Pumpe 3 verbunden. Dazu ist die Ausgangsöffnung am Boden des Behälters 12 über eine fünfte Leitung 7a an einen Eingang einer die Leitung 7a verschließbaren ersten Armatur 14, beispielsweise ein Ventil oder ein Schieber, angeschlossen. Der Ausgang der Armatur 14 ist über eine sechste Leitung 7b an die Ansaugöffnung der mittels des Motors 2 angetriebenen Pumpe 3 angeschlossen. Die Ausströmöffnung der Pumpe 3 ist über die den ersten Teilvolumenstrom Q_F führende Leitung 10 mit der wenigstens einen Wasserentnahmestelle und über die den zweiten Teilvolumenstrom Q_T führende Leitung 11 mit der Eingangsöffnung der Turbineneinheit 5 des Pumpen-Turbinenaggregats 6 verbunden. Die Leitung 8 führt von der Ausströmöffnung der Pumpe 3 zu der Eingangsöffnung der Verteilungseinrichtung 9. Die erste Ausgangsöffnung der Verteilungseinrichtung 9 ist mittels einer den ersten Teilvolumenstrom Q_F führenden siebten Leitung 10a an einen Eingang einer zweiten Armatur 15 angeschlossen. Über die den ersten Teilvolumenstrom Q_F führende Leitung 10 ist der Ausgang der Armatur 15 mit der wenigstens einen nicht dargestellten Wasserentnahmestelle fluidisch verbunden. Die zweite Ausgangsöffnung der Verteilungseinrichtung 9 ist über die den zweiten Teilvolumenstrom Q_T führende Leitung 11 an die Eingangsöffnung der Turbineneinheit 5 des Pumpen-Turbinenaggregats 6 angeschlossen.
Zum Anfahren des Systems wird am Behälter 12 die Armatur 14 geöffnet und die Pumpe 3 angefahren. Das am Behälter 12 angebrachte Entlüftungsventil 13 lässt Luft in den Behälter 12 strömen. Somit kann das Wasser aus dem Behälter 12 über die Leitungen 7a und 7b in die Pumpe 3 strömen. Die Armatur 15 ist beim Anfahren der Pumpe 3 zunächst geschlossen, so strömt das Wasser über die Leitungen 8 und 11 und die Turbineneinheit 5 ins Meer und treibt dabei das Pumpen-Turbinenaggregat 6 an. Die Pumpeneinheit 4 des Pumpen-Turbinenaggregats 6 saugt dadurch Meerwasser an und fördert es in den Behälter 12. Hat der Behälter 12 das benötigte Füllniveau zum erneuten Anfahren des Systems mittels der Speisung durch die Turbineneinheit 5 erreicht, wird die Armatur 15 geöffnet und das Entlüftungsventil 13 geschlossen. An der bzw. den Wasserentnahmestellen steht nun die maximale von der Pumpeneinheit 4 und der Pumpe 3 geförderte Wassermenge zur Verfügung. Das Entlüftungsventil 13 muss so ausgeführt sein, dass es beim Anfahren der Pumpe 3 ein Vakuum im Behälter 12 verhindert und bei Druckanstieg während des Betriebes des Systems den Behälter 12 druckdicht verschließt.
Alternativ kann das Entlüftungsventil 13 weggelassen werden. Dazu ist sicherzustellen, dass das Wasserniveau im Behälter 12 nicht über dem Niveau in der Pumpe 3 liegt. Damit kann das Wasser nicht aus dem Behälter 12 durch die Pumpe 3 und die Turbineneinheit 5 ins Freie bzw. Meer strömen. Somit ist sichergestellt, dass genug Wasser zum wiederholten Anfahren des Systems nach einem Stillstand vorhanden ist.
Eine weitere Ausführungsform zum Anfahren des Systems ist in der 3 dargestellt. Zusätzlich zur Verteilungseinrichtung 9, welche die Pumpe 3 über die Leitungen 8 und 10 mit den Wasserentnahmestellen und über die Leitung 11 mit der Turbineneinheit 5 der Pumpen-Turbinenaggregat 6 verbindet, ist eine zweite Verteilungseinrichtung 16 vorgesehen, deren Eingangsöffnung über die den Volumenstrom Q_S führende Leitung 7 an die Ausströmöffnung der Pumpeneinheit 4 des Pumpen-Turbinenaggregats 6 angeschlossen ist. Über eine achte Leitung 7c ist einer der Ausgangsöffnungen der Verteilungseinrichtung 16 mit einem Eingang einer dritten Armatur 17 verbunden. Ein Ausgang der Armatur 17 ist mit einer neunten Leitung 7d mit der Eingangsöffnung des Behälters 12 fluidisch verbunden. Dadurch ist die den Volumenstrom Q_S führende Leitung 7 mit der Ausgangsöffnung des Behälters 12 verbunden. Die Eingangsöffnung ist an einer der Wände des Behälters 12, in einem Bereich der sich unterhalb des Wasserpegels befindet, vorgesehen. Bei dem hier gezeigten Behälter 12 handelt es sich um einen an seiner Oberseite ganz oder teilweise offenen Behälter oder um einen Behälter mit einer Öffnung, die das Innere des Behälters 12 mit der äußeren Umgebung verbindet. Die Ausgangsöffnung am Boden des Behälters 12 ist über die Leitung 7a mit dem Eingang der Armatur 14 verbunden. Der Ausgang der Armatur 14 ist über die Leitung 7b an eine erste Eingangsöffnung einer dritten Verteilungseinrichtung 18 angeschlossen. Eine Ausgangsöffnung der Verteilungseinrichtung 18 ist mit der Ansaugöffnung der Pumpe 3 über eine zehnte Leitung 7e strömungstechnisch verbunden. Eine zweite Eingangsöffnung der Verteilungseinrichtung 18 ist mittels einer elften Leitung 7f an eine Ausgangsöffnung einer vierten Armatur 19 angeschlossen, deren Eingangsöffnung wiederum über eine zwölfte Leitung 7g mit einer Ausgangsöffnung der Verteilungseinrichtung 16 verbunden ist. Somit ist die Verteilungseinrichtung 16 mit der Verteilungseinrichtung 18 über einen Leitungsstrang, der die Leitungen 7a, 7b, 7c und 7d umfasst, und einen Leitungsstrang, der die Leitungen 7f und 7g umfasst, verbunden. An einem weiteren Ausgang der Verteilungseinrichtung 16 ist eine Entlüftungsleitung 7h vorgesehen, die an ein Entlüftungsventil 20 angeschlossen ist. Das Anschließen der Ausströmöffnung der Pumpe 3 erfolgt auf die gleiche Weise, wie bei 2 beschrieben.
Zum Anfahren des Systems mit dem offenen Behälter 12 müssen zunächst die Armaturen 15, 17, 19 geschlossen und Armatur 14 und Entlüftungsventil 20 geöffnet werden bzw. geöffnet sein. Die geschlossene Armatur 17 verhindert ein Entweichen des Wassers aus dem Behälter 12, bedingt durch Niveauunterschiede von Behälter 12 und der Pumpeneinheit 4. Über die Leitungen 7a, 7b und 7e strömt das Wasser in die Pumpe 3 und von dort über die Leitungen 8 und 11 sowie die Turbineneinheit 5 ins Meer. Die Pumpeneinheit 4 des Pumpen-Turbinenaggregats 6 fördert Wasser in die Leitung 7 bis die in dieser vorhandene Luft aus dem Entlüftungsventil 20 entweichen kann. Sobald an dem Entlüftungsventil 20 Wasser angelangt, wird das Entlüftungsventil 20 geschlossen und die Armatur 17 geöffnet. Das von der Pumpeneinheit 4 geförderte Wasser wird über die Leitungen 7, 7c und 7d in den Behälter 12 gefördert. Hat der Behälter 12 das definierte Füllniveau zum erneuten Anfahren des Systems erreicht, werden die Armaturen 14 und 17 geschlossen und die Armaturen 15 und 19 werden geöffnet. Die Armatur 14 verhindert das Entweichen des Wassers aus dem Behälter 12 und die Armatur 19 ermöglicht das Speisen der Pumpe 3 durch die Pumpeneinheit 4 des Pumpen-Turbinenaggregats 6.
Wird, wie in der 4 gezeigt, die Armatur 17 als Rückschlagventil, beispielsweise als eine Rückschlagklappe, ausgebildet, kann auf die in der 3 gezeigte, mit einer Ausgangsöffnung der Verteilungseinrichtung 16 fluidisch verbundene Entlüftungsleitung 7h und das Entlüftungsventil 20 verzichtet werden. Die als Rückschlagventil ausgebildete Armatur 17 verhindert ein Entweichen des Wassers, bedingt durch Niveauunterschiede von Behälter 12 und der Pumpeneinheit 4 des Pumpen-Turbinenaggregats 6, und lässt zudem die sich im System befindliche Luft über den offenen Behälter 12 entweichen.
Zum Anfahren des Systems, das heißt, wenn die Pumpe 3 gestartet wird, sind die Armaturen 15 und 19 geschlossen. Die Armatur 14 wird geöffnet und über die Leitungen 7a, 7b und 7e strömt das Wasser aus dem Behälter 12 in die an die Verteilungseinrichtung 18 angeschlossene Pumpe 3 und von dort über die Leitungen 8 und 11 sowie die Turbineneinheit 5 ins Meer. Die Pumpeneinheit 4 des Pumpen-Turbinenaggregats 6 fördert das dem Meer entnommene Wasser über die Leitungen 7, 7c und 7d in den Behälter 12. Hat der Behälter 12 sein definiertes Füllniveau zum erneuten Anfahren des Systems wieder erreicht, wird die Armatur 14 geschlossen, um das Wasser im Behälter 12 zu belassen und die Armaturen 15 und 19 geöffnet, um die Pumpe 3 über die Pumpeneinheit 4 und die Leitungen 7, 7g, 7f und 7e mit dem von der Pumpeneinheit 4 aus dem Meer entnommenen Wasser zu speisen und eine oder mehrere Wasserentnahmestellen mit der geforderten Wassermenge zu versorgen.
Erfolgt, wie in der 5 gezeigt, der Zulauf in den an der Oberseite ganz oder teilweise offenen Behälter 12 in einem Bereich oberhalb des Wasserpegels, wird sichergestellt, dass die sich im System befindliche Luft entweichen und trotz der gegebenen Niveau-Unterschiede kein Wasser aus dem Behälter 12 durch die Pumpeneinheit 4 des Pumpen-Turbinenaggregats 6, bedingt durch die Niveauunterschiede entweichen kann. Der Aufbau vereinfacht sich dahingehend, dass auch hier auf die in der 3 gezeigten Bauteile Armatur 17, Entlüftungsleitung 7h und Entlüftungsventil 20 verzichtet werden kann. Die Leitung 7c ist mit einem Ende an eine Ausgangsöffnung der Verteilungseinrichtung 16 angeschlossen und endet mit dem anderen Ende in einem Bereich oberhalb des Wasserpegels des Behälters 12. Der Anschluss der Leitungen 7a, 7b, 7e, 7f und 7g sowie der Armatur 19 erfolgt analog zu dem in der 3 dargestellten Ausführungsbeispiel.
Beim Anfahren der Pumpe 3 sind die Armaturen 15 und 19 geschlossen und die Armatur 14 geöffnet. Über die Leitungen 7a, 7b und 7e strömt das Wasser aus dem Behälter 12 in die mit der Verteilungseinrichtung 18 verbundene Pumpe 3 und von dort über die Leitungen 8 und 11 sowie die Turbineneinheit 5 ins Meer. Die Pumpeneinheit 4 des Pumpen-Turbinenaggregats 6 fördert Wasser über die Leitungen 7 und 7c in den Behälter 12, bis dieser den definierten Füllstand zum erneuten Anfahren des Systems erreicht hat. Danach wird die Armatur 14 geschlossen, damit kein Wasser mehr aus dem Behälter gefördert werden kann. Die Armaturen 15 und 19 werden geöffnet, um die Pumpe 3 über die Pumpeneinheit 4, die Leitungen 7, 7g, 7f und 7e mit dem von der Pumpeneinheit 4 aus dem Meer entnommenen Wasser zu speisen, damit an den Wasserentnahmestellen der erforderliche erste Teilvolumenstrom Q_F bereitsteht.
Die 3 bis 5 sind mit einem an seiner Oberseite offenen Behälter 12 dargestellt, der alternativ, gemäß 1, als geschlossener Behälter ausgebildet sein kann.
Die 6 zeigt ein weiteres erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel. Die Ausströmöffnung der Pumpeneinheit 4 ist mit einer Ansaugöffnung einer Pumpeinrichtung 21, vorzugsweise eine Hochdruckpumpe, verbunden. Die Ausströmöffnung der Pumpeneinheit 4 des Pumpen-Turbinenaggregats 6 ist dabei über die den Volumenstrom Q_S führende Leitung 7 an die Eingangsöffnung der Verteilungseinrichtung 18 angeschlossen. Die erste Ausgangsöffnung der Verteilungseinrichtung 18 führt über die Leitung 7e zur Ansaugöffnung der Pumpe 3. Die Ausströmöffnung der Pumpe 3 ist über die den ersten Teilvolumenstrom Q_F führende Leitung 10 an die wenigstens eine Wasserentnahmestelle angeschlossen. Die zweite Ausgangsöffnung der Verteilungseinrichtung 18 ist über eine dreizehnte Leitung 11a an eine Ansaugöffnung der Pumpeinrichtung 21 angeschlossen. Eine Ausströmöffnung der Pumpeinrichtung 21 ist über die den zweiten Teilvolumenstrom Q_T führende Leitung 11 mit der Eingangsöffnung der Turbineneinheit 5 des Pumpen-Turbinenaggregats 6 verbunden. Während in den 1 bis 5 die Ausströmöffnung der Pumpe 3 über die Verteilungseinrichtung 9, also indirekt, mit der Eingangsöffnung der Turbineneinheit 5 verbunden ist, ist in diesem Ausführungsbeispiel die Ausströmöffnung der Pumpeinrichtung direkt mit der Turbineneinheit verbunden. Das Speisewasser für die Pumpeinrichtung 21 wird somit als Teilvolumenstrom der Pumpeneinheit 4 des Pumpen-Turbinenaggregats 6 entnommen. Die Pumpeinrichtung 21 weist in der Regel eine geringere Fördermenge als die Pumpe 3 auf und fördert den zweiten Teilvolumenstrom Q_T für den Antrieb der Turbineneinheit 5. Die Pumpenrichtung 21 wird vorzugsweise mittels des vorhandenen Motors 2 angetrieben. Alternativ kann auch eine andere Antriebseinrichtung für die Pumpeinrichtung 21 vorgesehen sein.
Bei der in der 7 dargestellten Ausführungsform der Erfindung ist auf der Plattform nur die in der Leitung 11 eingebaute und durch den Motor 2 angetriebene Pumpeinrichtung 21 vorgesehen. Die Ausströmöffnung der Pumpeneinheit 4 ist über die den Volumenstrom Q_S führende Leitung 7 an die Eingangsöffnung der Verteilungseinrichtung 18 angeschlossen. Die erste Ausgangsöffnung der Verteilungseinrichtung 18 ist über die den ersten Teilvolumenstrom Q_F führende Leitung 10 an die wenigstens eine nicht dargestellte Wasserentnahmestelle angeschlossen. Die zweite Ausgangsöffnung der Verteilungseinrichtung 18 ist über die den zweiten Teilvolumenstrom Q_T führende Leitung 11a an die Ansaugöffnung der Pumpeinrichtung 21 angeschlossen. Die Pumpeinrichtung 21 auf der Plattform erhält somit ihr Speisewasser von der Pumpeneinheit 4 des Pumpen-Turbinenaggregats 6. Über die den zweiten Teilvolumenstrom Q_T führende Leitung 11 ist die Ausströmöffnung der Pumpeinrichtung 21 mit der Ansaugöffnung der Turbineneinheit 5 des unter dem Meeresspiegel angeordneten Pumpen-Turbinenaggregats 6 strömungstechnisch verbunden. Die Pumpeneinheit 4 des Pumpen-Turbinenaggregats 6 übernimmt dabei die Aufgabe der in den 1 bis 6 dargestellten Pumpe 3 und stellt damit den benötigten ersten Teilvolumenstrom Q_F für die wenigstens eine Wasserentnahmestelle, beispielsweise für die Brandbekämpfung, die benötigte Druckhöhe H_D plus die Saughöhe H_S sowie den zweiten Teilvolumenstrom Q_T zur Speisung des Pumpen-Turbinenaggregats 6 zur Verfügung.
Die Ausgestaltung des Wasserhebesystems gemäß den 6 und 7 mit einem Wasservorrat entspricht im Wesentlichen den zu den 1 bis 5 beschriebenen und in den entsprechenden Figuren dargestellten Möglichkeiten. Der Behälter 12 ist auf der Offshore-Anlage 1 platziert, wobei eine Ausgangsöffnung des Behälters 12 mit der Ansaugöffnung der Pumpe 3 und/oder der Ansaugöffnung der Pumpeinrichtung 21 und eine Eingangsöffnung Behälters 12 mit der Ausströmöffnung der Pumpeneinheit 4 des Pumpen-Turbinenaggregats 6 verbunden ist.
Da das Pumpen-Turbinenaggregat 6 dauerhaft im Meerwasser mit hohem Salzgehalt verweilt, muss es gegen Festsetzen des Rotors geschützt werden. Dazu kann beispielsweise, wie in der 8 dargestellt, ein Elektromotor 22 an das Pumpen-Turbinenaggregat 6 angebracht werden, der dieses in regelmäßigen Abständen rotieren lässt. Dabei genügt eine langsame Rotationsbewegung ohne dass das die Pumpeneinheit 4 Wasser fördert. Vorteilhafterweise kommt ein Elektromotor mit hoher Polzahl zum Einsatz. Dadurch wird der Einsatz eines Getriebes vermieden. Der Elektromotor muss zudem auf die Drehzahlen im Betrieb des Pumpen-Turbinenaggregats 6 ausgelegt sein.
Alternativ dazu könnte auch das gesamte System in regelmäßigen Abständen angefahren werden. So könnte die Funktion überprüft und das Festsetzen des Aggregats verhindert werden.
Die 1 bis 8 zeigen schematisch eine Offshore-Anlage anhand welcher Aufbau und Funktionsweise des erfindungsgemäßen Wasserhebesystems erörtert wurden. Alternativ kann das erfindungsgemäße Wasserhebesystem ebenfalls auf einem Schiff oder ähnlichem seinen Einsatz finden.
Bezugszeichenliste

1: Offshore-Anlage
2: Motor
3: Pumpe
4: Pumpeneinheit
5: Turbineneinheit
6: Pumpen-Turbinenaggregat
7: Leitung
7a: Leitung
7b: Leitung
7c: Leitung
7d: Leitung
7e: Leitung
7f: Leitung
7g: Leitung
7h: Entlüftungsleitung
8: Leitung
9: Verteilungseinrichtung
10: Leitung
10a: Leitung
11: Leitung
11a: Leitung
12: Behälter
13: Entlüftungsventil
14: Armatur
15: Armatur
16: Verteilungseinrichtung
17: Armatur
18: Verteilungseinrichtung
19: Armatur
20: Entlüftungsventil
21: Pumpeinrichtung
22: Elektromotor
Q_S: Volumenstrom
Q_F: erster Teilvolumenstrom
Q_T: zweiter Teilvolumenstrom
H_S: Saughöhe
H_geo: geodätische Höhe

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 643151 A [0002]

Claims

Wasserhebesystem, insbesondere Feuerlöschanlage für Offshore-Anlagen, wie Öl- und/oder Gasförderplattformen, oder Schiffe oder dergleichen mit einer eine Ansaugöffnung und eine Ausströmöffnung aufweisende Pumpe, einem eine Pumpeneinheit und eine Turbineneinheit aufweisendes Pumpen-Turbinenaggregat, wobei Pumpeneinheit und Turbineneinheit jeweils eine Ansaug- oder Eingangsöffnung und eine Ausströmöffnung aufweisen, und einer die Ausströmöffnung der Pumpeneinheit des Pumpen-Turbinenaggregats und die Ansaugöffnung der Pumpe verbindende und einen Volumenstrom führende Leitung, dadurch gekennzeichnet, dass der Volumenstrom (Q_S) einen ersten Teilvolumenstrom (Q_F) und einen zweiten Teilvolumenstrom (Q_T) umfasst, wobei eine den ersten Teilvolumenstrom (Q_F) führende Leitung (10) mit wenigstens einer Wasserentnahmestelle und eine den zweiten Teilvolumenstrom (Q_T) führende Leitung (11) mit der Eingangsöffnung der Turbineneinheit (5) des Pumpen-Turbinenaggregats (6) verbunden ist.
Wasserhebesystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausströmöffnung der Turbineneinheit (5) mit einem Wasserreservoir verbunden ist oder in das Wasserreservoir mündet.
Wasserhebesystem nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Offshore-Anlage (1) ein in einem Behälter (12) untergebrachter Wasservorrat vorgesehen ist.
Wasserhebesystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Ausgangsöffnung des Behälters (12) mit der Ansaugöffnung der Pumpe (3) verbunden ist.
Wasserhebesystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die den Volumenstrom (Q_S) führende Leitung (7) mit einer Eingangsöffnung des Behälters (12) verbunden ist.
Wasserhebesystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die den Volumenstrom (Q_S) führende Leitung (7) mit der Ausgangsöffnung des Behälters (12) verbunden ist.
Wasserhebesystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausströmöffnung der Pumpe (3) über die den ersten Teilvolumenstrom (Q_F) führende Leitung (10) mit der wenigstens einen Wasserentnahmestelle verbunden ist.
Wasserhebesystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass über die den zweiten Teilvolumenstrom (Q_T) führende Leitung (11) mit der Eingangsöffnung der Turbineneinheit (5) des Pumpen-Turbinenaggregats (6) verbunden ist.
Wasserhebesystem nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausströmöffnung der Pumpeneinheit (4) mit einer Ansaugöffnung einer weiteren Pumpeinrichtung (21) verbunden ist.
Wasserhebesystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine Ausströmöffnung der weiteren Pumpe (21) über die den zweiten Teilvolumenstrom (Q_T) führende Leitung (11) mit der Eingangsöffnung der Turbineneinheit (5) des Pumpen-Turbinenaggregats (6) verbunden ist.
Wasserhebesystem nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass ein Elektromotor (22) an das Pumpen-Turbinenaggregat (6) angebracht ist.
Verfahren für ein Wasserhebesystem nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Teilvolumenstrom (Q_F) des aus dem Wasserreservoir entnommenen und über die Leitung (7) geförderten Volumenstroms (Q_S) mittels der den ersten Teilvolumenstrom (Q_F) führenden Leitung (10) zu wenigstens einer Wasserentnahmestelle und der zweite Teilvolumenstrom (Q_T) mittels der den zweiten Teilvolumenstrom (Q_T) führenden Leitung (11) zurück zum Wasserreservoir gefördert wird.