НАСОСНАЯ СИСТЕМА
PUMPING SYSTEM

Область техники
Настоящее изобретение касается насосной системы, как правило, системы гидравлических насосов для подводного использования.
Предпосылки изобретения
Подводные насосной системы обычно имеют двигатель, который приводит в действие насос. Система, двигатель и насос, как правило, являются гидравлическими или электрогидравлическими. В системе или контуре гидравлического привода без обратной связи применяется гидравлический двигатель для привода гидронасоса, используемого для перемещения между первым и вторым положением другой текучей среды, часто называемой промежуточной средой, которая может быть морской водой. Существующие системы, такие как эта, используются для закрывания плашек противовыбросового устройства (ПВУ).
Подводные насосной системы, содержащие два насоса, в прошлом использовались для закрывания плашек ПВУ. Как правило, один из насосов является насосом большого расхода, а другой насос является насосом высокого давления.
Сущность изобретения
В целом, предложена насосная система, включающая первый насос и второй насос, предназначенные для перекачивания текучей среды от источника к объекту, причем система содержит управляющее устройство, выполненное с возможностью автоматического управления по меньшей мере одним из первого и второго насосов. По выбору, управляющее устройство управляет двумя насосами вместе или управляет одним, но не другим.
В соответствии с первым аспектом изобретения, создана подводная насосная система, выполненная с возможностью закрывания гидравлической плашки противовыбросового устройства, причем подводная насосная система, содержащая множество насосов, включающий по меньшей мере первый насос и второй насос, предназначенные для перекачивания приводной текучей среды от источника к гидравлической плашки, причем система содержит управляющее устройство, выполненное с возможностью автоматического выбора по меньшей мере одного из первого и второго насосов для перекачивания приводной текучей среды, причем по меньшей мере первый насос выбирается в нижнем диапазоне давления текучей среды, и по меньшей мере второй насос выбирается в верхнем диапазоне давления текучей среды.
Преимущественно источник приводной текучей среды содержит резервуар для текучей среды - им может быть, например, эластичный баллон, приспособленный для заполнения морской водой.
Как правило, управляющее устройство направляет текучую среду через насосы. Как правило, управляющее устройство переключает поток текучей среды между двумя насосами в автоматическом режиме.
При использовании насосной системы, содержащей два насоса, каждый насос может быть выбран для обеспечения конкретной функции, и поэтому каждый насос может работать при оптимальной или близкой к ней эффективности.
Как правило, насосы являются гидравлическими насосами и приводятся в действие посредством приводной текучей среды. Проход приводной текучей среды через насос, например, через контур приводной текучей среды из резервуара для приводной текучей среды, через ведущую сторону каждого насоса и обратно в резервуар, обычно управляет перекачиванием текучей среды через сторону среды насоса.
Насосная система может быть предназначена для использования под водой. Приводная текучая среда может подаваться от дистанционно управляемого транспортного средства (ДУТС). Насосная система может быть совмещена с ДУТС, например, на блоке, перемещаемом дистанционно управляемым транспортным средством, или может быть размещена на ПВУ, например, в аварийной заглушке, расположенной на ПВУ.
5
Варианты осуществления изобретения обеспечивают более эффективное использование ограниченной гидравлической энергии от ДУТС для управления подводным аппаратом, который обычно требует повышенных технических характеристик гидравлического насоса, способного подавать примерно 150 л/мин гидравлической жидкости при давлении до 450 бар (450·10 Па).
Насосная система, содержащая первый насос и второй насос, как правило, представляет собой насос большого расхода и насос высокого давления. Полезно иметь возможность как большого расхода, так и высокого давления, особенно, если гидравлическая система должна использоваться для включения ПВУ.
Перекачиваемая среда может быть любой текучей средой. Это обычно вода и типично морская вода. Среда может сохраняться в резервуаре или, если это вода, текучая среда может извлекаться из воды, окружающей ДУТС и систему гидравлического привода. Когда среда является водой, чтобы препятствовать попаданию на ведомую сторону системы гидравлического привода содержащихся в воде твердых частиц или отложений, используется фильтр. По выбору, в том же варианте осуществления перекачиваемая промежуточная текучая среда может доставляться как из резервуара, так и из морской воды.
Как правило, первый и второй насосы имеют различные оптимальные рабочие характеристики. Как правило, насосы имеют различные оптимальные характеристики давления и потока, и обычно первый насос может быть приспособлен для накачивания текучей среды с большим расходом, т.е., при высоких скоростях потока. Обычно второй насос может быть приспособлен для накачивания текучей среды под высоким давлением. Обычно первый насос имеет более низкое оптимальное номинальное давление, чем второй насос.
Первый и второй насосы могут быть гидравлическими насосами высокого давления воды, поставляемыми компанией Dynaset Oy (Ltd.).
Большинство гидравлических насосов приводится в действие приводной текучей средой, используемой для накачивания перекачиваемой текучей среды, имеющей диапазон давлений и расходов, и объемы, при которых рабочие параметры гидравлического насоса оптимальны. При давлениях и/или расходах, выходящих за эти диапазоны, насосы, как правило, не обеспечивают максимального отношения входных/выходных параметров. Варианты осуществления настоящего изобретения обеспечивают конструкцию насосных систем, которые имеют различные оптимальные операционные коэффициенты, например, первый насос с большим расходом, например, большими объемами текучей среды, проходящими через насос за минуту, но рассчитанный на довольно низкое давление, и второй насос, имеющий малый расход, например, меньшие объемы, проходящие через насос за минуту, но способный обеспечить высокое давление на выходе. В некоторых вариантах осуществления насосы связаны в контур и приспособлены для накачивания той же среды через управляющее устройство.
Как правило, управляющее устройство автоматически изменяет входную или выходную мощность двух насосов в соответствии с характеристиками давления или расхода перекачиваемой текучей среды. В некоторых вариантах осуществления управляющее устройство автоматически изменяет входную или выходную мощность двух насосов в соответствии с характеристиками давления или расхода приводной текучей среды. Например, когда давление одной из сред, перекачиваемой или приводной, превышает оптимальное рабочее давление первого насоса, управляющее устройство переключает накачивание перекачиваемой текучей среды ко второму насосу, который, как правило, способен работать при более высоких давлениях, чем первый насос, принимает больше нагрузки от перекачиваемой текучей среды и уменьшает нагрузку на первый насос.
В некоторых вариантах осуществления управляющее устройство может содержать элементы управления потоком, гидравлически соединенные с выходной линией насоса. В некоторых вариантах осуществления элементы управления потоком могут быть гидравлически соединены с входной линией насоса. Как правило, оба насоса снабжены элементами управления потоком на одной стороне насоса, на входной или выходной.
В одном варианте осуществления управляющее устройство содержит уравнительные тарельчатые клапаны.
Как правило, переключение между первым и вторым насосами инициируется прежде, чем достигается порог давления (или другой характеристики), так что для данного диапазона перекрытия характеристик текучей среды (например, обычно давления), в действии находятся оба насоса. По выбору, два насоса могут накачивать перекачиваемую текучую среду в диапазоне перекрытия, хотя это необязательно, и один насос может, по выбору, работать на холостом ходу или выполнять цикл, и в некоторых случаях, один или два насоса могут замедлять скорость, так что через заторможенный насос не будет проходить перекачиваемая текучая среда. Перекрытие действия насосов в определенном диапазоне давлений или других характеристик текучей среды может помочь достижению насосом его оптимальной рабочей скорости, перед принятием значительной доли нагрузки перекачиваемой текучей среды.
Преимущественно в системе с уравнительными тарельчатыми клапанами, эти клапаны приспособлены для открывания при различных давлениях, задавая диапазон перекрытия.
5
5
5
Как правило, диапазон перекрытия характеристик потока, в данном случае - давления текучей среды, когда действуют оба насоса, составляет от примерно 6894,8 Па до 13,7895·10 Па, как вариант, примерно 68947 Па-689475 Па, и обычно в диапазоне давлений от примерно 68947 Па до 206842 Па; в альтернативном варианте разность в пороговых значениях давлений между двумя насосами может составлять от 20,6842·10 Па до 137,8951·10 Па.
Дополнительным преимуществом от наличия диапазона расходов и давлений, в которых действуют оба насоса, является то, что за более короткий промежуток времени к объекту подается необходимый объем текучей среды при соответствующем давлении.
Как правило, когда расходы перекачиваемой текучей среды становятся ниже оптимальных расходов для второго насоса, управляющее устройство отводит нагрузку от второго насоса, отдавая предпочтение первому насосу. Как правило, когда давление перекачиваемой текучей среды становится ниже оптимальных значений для первого насоса, управляющее устройство отводит нагрузку от первого насоса, отдавая предпочтение второму насосу. Как правило, когда давление одной из сред, перекачиваемой и приводной, выходит за пределы заданного диапазона, управляющее устройство изменяет конфигурацию между активированной и дезактивизированной.
В различных вариантах осуществления впускное отверстие первого насоса и впускное отверстие второго насоса могут быть установлены последовательно или параллельно.
Как правило, перекачиваемая текучая среда управляет гидравлическим устройством. Гидравлическое устройство может быть любым подходящим устройством, таким как гидравлический контур в устье нефтяной или газовой скважины. Как правило, устье скважины является подводным устьем скважины. Как правило, гидравлическое устройство может требовать длинного хода между двумя компонентами, но может также требовать высоких показателей (например, высокого давления) взаимодействия между двумя компонентами, и варианты настоящего изобретения обычно подходят для управления подводными ПВУ на устьях скважин. Как правило, плашки ПВУ требуют прохождения длинных расстояний для запирания действующей скважины через устье скважины, чтобы гарантировать сдерживание добываемых скважинных флюидов в скважине, а также требуют уплотнения высокого давления на границе раздела между поршнями. Варианты осуществления настоящего изобретения дают возможность создавать насосную систему, которая может выполнять действенный быстрый длинный ход, когда поршни ПВУ направляются навстречу друг другу, при этом обеспечивая высокое давление, направляющее поршни друг против друга для образования уплотнения высокого давления на границе раздела между ними. Возможны и другие варианты использования, такие как испытания под давлением прокладок или других компонентов контура текучей среды.
По выбору котроллер может автоматически изменять входные или выходные характеристики (например, давление или расход) двух насосов при открывании или закрывании. Например, в то время как плашки ПВУ закрываются вместе, поршни изредка заклиниваются, и для дальнейшего перемещения необходимо преодолеть препятствие или сопротивление. Как правило, первый насос низкого давления с большим расходом практически не подходит для приложения больших усилий к поршням, чтобы преодолевать сопротивление перемещению поршня, и в таких случаях управляющее устройство может автоматически изменить выпуск или впуск насосов, чтобы быстро преодолевать сопротивление, используя насос высокого давления с малым объемом, который, как правило, способен преодолевать сопротивление, так как может достичь более высокого давления на выходе, и поэтому может прилагать большее усилие к поршням. Обычно, когда сопротивление преодолевается, нагрузка автоматически передается обратно к насосу большого объема / большого расхода / низкого давления для продолжения заполнения камер плашки как можно быстрее, используя первый насос.
Как правило, управляющее устройство переключается между насосами в диапазоне давлений перекачиваемой текучей среды, приводя к действию и нагрузке обоих насосов при переходе к перекрытию, что обеспечивает плавное управление переходом между двумя насосами при увеличении давления.
По выбору управляющее устройство содержит канал текучей среды, отклоняющий текучую среду от впуска или выпуска каждого из насосов, и клапанное устройство, приспособленное для закрывания или открывания каналов. Клапанное устройство может содержать несколько клапанов, приспособленных для реагирования на давление или другие характеристики текучей среды внутри канала, чтобы открывать клапан и инициировать отклонение текучей среды (и, следовательно, нагрузки) между двумя насосами.
По выбору насосы могут быть соединены с одним и тем же контуром, и перекачиваемая текучая среда может протекать через каждый из насосов последовательно. По выбору стороны приводной текучей среды насосов могут быть соединены с тем же самым контуром, но ведомые стороны насосов могут быть установлены параллельно.
Как правило, управляющее устройство включает в себя клапан, гидравлически связанный с контуром приводной текучей среды или перекачиваемой текучей среды. Клапан, как правило, имеет вход и выход и запирающее устройство, такое как пружина, к которой обычно прилагается давление текучей среды приводной текучей среды или перекачиваемой текучей среды. Запирающее устройство обычно удерживает клапан в одной конфигурации, например, нормально открытым или нормально закрытым. Давление, необходимое для сжатия пружины, например, таким образом, обеспечивающее гидравлическое сообщение между входом и выходом клапана, зависит от усилия пружины. Деформация пружины может быть изменяемой и поэтому сжимаемость может подбираться для конкретного давления приводной текучей среды или перекачиваемой текучей среды, при котором клапан должен открываться и обеспечивать гидравлическое сообщение между входом и выходом.
Согласно одному из вариантов, при использовании двух насосов, насос большого расхода (БР) и насос высокого давления (ВД) могут соединяться вместе последовательно. Гидравлическая мощность может подаваться вначале к насосу БР, а затем сток из этого насоса может подаваться к насосу ВД. Выпуск перекачиваемой среды из насоса ВД, как правило, проходит через клапан для гарантии того, что, если высокое давление не требуется, насос будет «свободно вращаться», сбрасывая весь выпускаемый поток текучей среды обратно в резервуар для среды. Поэтому насос ВД вращается и поглощает минимальную мощность из системы, и позволяет насосу БР работать в полную силу. Когда давление на выходе достигает максимального заданного давления для насоса БР, второй клапан может открываться, понижая сток в резервуар для среды, и тогда насос БР работает вхолостую, и поглощает минимальную мощность из системы. Логический клапан на выходе ВД также будет закрываться в этот момент, обеспечивая выпуск из системы при высоком давлении. Если давление на выходе падает ниже максимально допустимого давления для насоса БР, логические клапаны, как правило, приспособлены для реверса, и система снова будет подавать перекачиваемую среду при больших расходах. Этот вариант обычно позволяет непрерывно переключаться между выходами для оптимизации потока при закрывании плашек.
Как вариант, насосная система оборудуется более чем двумя насосами, например, насосом большого расхода (БР) и двумя или более насосами высокого давления (ВД). По выбору насосная система оборудуется насосом высокого давления (ВД) и двумя или более насосами большого расхода (БР). Предусмотрены различные сочетания насосов высокого давления (ВД) и/или большого расхода (БР). При наличии более чем одного насоса ВД или БР выпуск насосной системы может быть приспособлен для работы с конкретным инструментом или для работы в конкретном режиме.
В другом аспекте настоящее изобретение предусматривает блок обеспечения вмешательства, присоединяемый к дистанционно управляемому транспортному средству (ДУТС) для взаимодействия с противовыбросовым устройством (ПВУ) и включающий по меньшей мере множество насосов в насосной системе, как указано выше. Блок обеспечения вмешательства может, кроме того, включать в себя резервуар для текучей среды такой насосной системы.
В еще одном аспекте, изобретение обеспечивает способ управления гидравлической плашкой подводного противовыбросового устройства нефтяной или газовой скважины, включающий накачивание приводной текучей среды для управления гидравлической плашкой, тогда как приводная текучей среды накачивается подводной насосной системой, содержащей множество насосов, включающей в себя по меньшей мере первый насос и второй насос, и при накачивании приводной текучей среды автоматически выбирающей по меньшей мере один из первого и второго насосов для накачивания приводной текучей среды, причем по меньшей мере первый насос выбирается в нижнем диапазоне давления текучей среды, и по меньшей мере второй насос выбирается в верхнем диапазоне давления текучей среды.
Преимущественно, нижний диапазон давления текучей среды и верхний диапазон давления текучей среды перекрываются, включая в себя автоматический выбор действия обоих насосов для подачи приводной текучей среды при перекрытии диапазонов давления текучей среды. Предпочтительно, способ включает автоматическое изменение нагрузки первого и второго насосов при открывании и закрывании гидравлической плашки.
Различные аспекты настоящего изобретения могут осуществляться по отдельности или в сочетании с одним или несколькими другими аспектами, что должно быть понятно специалисту в соответствующих областях. Различные аспекты изобретения могут по выбору осуществляться в сочетании с одной или несколькими особенностями других аспектов изобретения. Кроме того, дополнительные особенности, описанные в отношении одного варианта осуществления, могут, как правило, применяться отдельно, или сочетаться с другими особенностями в различных вариантах осуществления настоящего изобретения.
Краткое описание чертежей
Теперь будут подробно раскрыты различные варианты осуществления изобретения на примерах со ссылками на сопровождающие чертежи. Другие аспекты, признаки и преимущества настоящего изобретения очевидны из всего этого описания, включая чертежи, которые иллюстрируют ряд примеров осуществления, аспектов и реализации. Изобретение также допускает другие и отличные варианты осуществления и аспекты, и некоторые его детали могут быть изменены в различных отношениях, без отклонения от сущности и объема настоящего изобретения.
Соответственно, чертежи и описания должны рассматриваться как иллюстративные по характеру, а не как ограничительные. Кроме того, терминология и фразеология, используемая здесь, используется исключительно с целью описания и не должны истолковываться как имеющие ограничительный характер. Такие формулировки, как «включающий», «содержащий», «имеющий», «имеющий в составе», или «вовлекающий», и их варианты применяются в широком смысле и охватывают элементы, перечисленные после них, не упоминаемые эквиваленты и дополнительные объекты, и не предназначены для исключения других дополнений, компонентов, систем или этапов. Аналогично, термин «содержащий» рассматривается как синоним терминов «включающий или «имеющий в составе» для применимых юридических целей.
Любое обсуждение документов, действий, материалов, устройств, изделий и т.п. включено в технические характеристики исключительно с целью представления контекста настоящего изобретения. Не предполагается и не представляется, что любые или все эти вопросы составляли часть основ предшествующего уровня техники или были общедоступными сведениями в области, относящейся к настоящему изобретению.
В данном описании, когда соединение, элемент или группа элементов предваряется переходной фразой «содержащий», понятно, что также рассматривается то же соединение, элемент или группа элементов с переходными фразами «состоящий по существу из», «состоящий», «выбранный из группы, состоящей из», «включающий» или «существует», предшествующими перечислению соединения, элемента или группы элементов, и наоборот.
Все численные значения в данном описании следует понимать как определяемые «приблизительно». Все формы единственного числа элементов или любых других компонентов, описанных здесь, толкуются как включающие формы их множественного числа и наоборот.
На сопровождающих чертежах:
на фиг. 1 изображена схема первого варианта насосной системы согласно настоящему изобретению;
на фиг. 2 изображена схема второго варианта насосной системы согласно настоящему изобретению и
на фиг. 3 изображена схема насосной системы согласно третьему варианту настоящего изобретения.
Подробное описание конкретных вариантов
Ссылки делаются на чертежи, каждый из которых изображает отдельную насосную систему для ДУТС (дистанционно управляемого транспортного средства), обычно используемую для управления плашками ПВУ (противовыбросового устройства).
Первый вариант изобретения описан со ссылками на фиг. 1. Данная насосная система содержит первый насос 10 и второй насос 20. Насосы 10, 20 представляют собой гидравлические насосы, каждый из которых имеет ведущую сторону 11, 21, которая приводится в действие потоком приводной жидкости, подаваемой ДУТС или от другого источника, и ведомую сторону 12, 22 среды соответственно. Ведомые стороны 12, 22 среды накачивают перекачиваемую текучую среду из резервуара к объекту, который в данном варианте осуществления содержит одну или большее количество гидравлических камер в плашках ПВУ. Различные варианты осуществления объединяет то, что они обеспечивают автоматическое переключение насосов, так что один насос (как правило, насос большого расхода) используется для быстрого заполнения камеры плашки гидравлической текучей средой (перекачиваемой средой), а затем насос высокого давления может использоваться для придания окончательного сжатия плашке, чтобы получить высокоэффективное уплотнение высокого давления, которое недостижимо с помощью первого насоса низкого давления, большого объема. В других вариантах осуществления могут использоваться несколько насосов для обеспечения резервирования или для обеспечения дополнительно градации в производительности в рабочем диапазоне давлений системы.
Насосная система раскрывается здесь как отдельная как от ДУТС, так и от ПВУ. В принципе насосная система может быть совмещена с ДУТС (или даже выполнена внутри него) или совмещена с ПВУ (например, выполнена в аварийной заглушке ПВУ). Особенно предпочтительным решением является размещение насосной системы на блоке обеспечения вмешательства. Блок обеспечения вмешательства представляет собой модульный блок, который может быть выполнен с ДУТС для использования при выполнении вмешательства в установленную систему потока.
Резервуар 3 может быть эластичном баллоном в сборе - он может быть смонтирован на ДУТС, или, в предпочтительном решении, смонтирован на блоке обеспечения вмешательства с насосной системой. Преимущественно, морская вода используется в качестве приводной среды насоса, и эластичный баллон в сборе может заполняться морской водой (при соответствующей фильтрации в системе заполнения).
Ведущая сторона 11 первого насоса 10 питается гидравлической текучей средой от ДУТС через обратный клапан и уравнительный по давлению клапан регулирования расхода. Выпускной патрубок ведущей стороны 11 питает впускное отверстие ведущей стороны 21 на втором насосе, так что насосы 10, 20 соединены последовательно на своих ведущих сторонах. Выпуск ведущей стороны 21 второго насоса возвращается в резервуар для приводной жидкости ДУТС. Проход приводной жидкости через контур из резервуара для приводной жидкости ДУТС через ведущие стороны 11, 22 приводит в действие насосы 10, 20, соответственно, для накачивания перекачиваемой среды из резервуара 3, который по выбору может размещаться на ДУТС или на отдельном блоке, по желанию.
Тогда как ведущие стороны 11, 21 насосов 10, 20 соединены последовательно, ведомые стороны 12, 22 среды насосов 10, 20, соответственно, соединены параллельно с резервуаром 3, который питает впуск каждой ведомой стороны 12, 22 среды. Сток ведомой стороны 12 среды первого насоса 10 проходит через не имеющий обратного хода обратный клапан 13, и проходит через управляющий переключатель 14 направления, который, как правило, управляется от ДУТС. Управляющий переключатель направления отклоняет перекачиваемую промежуточную среду между направляющей и возвратной линиями А или В в ПВУ, в зависимости от направления гидравлической текучей среды, перекачиваемой в ПВУ. Направляющие и возвратные линии А, В, как правило, содержат обратные клапаны и манометры для управления и контроля расходов и давлений в направляющей и возвратной линиях А, В.
Управляющий переключатель направления является вспомогательным для насосной системы, согласно вариантам осуществления изобретения. В некоторых вариантах осуществления выпуск насосной системы может быть выполнен непосредственно в ПВУ, а не через переключатель, такой как управляющий переключатель 14 направления. В других вариантах осуществления насосной системы этого типа, таких как испытания под давлением, управляющий выключатель, такой как управляющий переключатель 14 направления, будет использоваться более широко. Если управляющий переключатель 14 направления не используется, следовательно, активация переключателя от ДУТС также не требуется.
Управляющий переключатель 14 направления показан на чертежах в промежуточном положении, но давление, прилагаемое к переключателю 14 через линию АР управления включением, перемещает корпус переключателя для передачи текучей среды из резервуара 3 через ведомую сторону 12 среды насоса 10, через передающую линию Р и обратный клапан 13 и в передающую линию А, для подачи текучей среды под давлением к ПВУ. Управляющий переключатель 14 направления может быть реверсирован путем приложения давления через линию ВР управления, чтобы переместить корпус переключателя 14 обратно, и соединить ведомую сторону 12 первого насоса 10 с питающей линией В посредством пересечения в корпусе переключателя 14.
Ведомая сторона 22 второго насоса 20 питается от того же резервуара 3, и сток из ведомой стороны 22 подается через обратный клапан 23, аналогичный обратному клапану 13, для подачи текучей среды в ту же входную линию Р к управляющему переключателю 14 направления. Таким образом, второй насос 20 также получает текучую среду из резервуара 3 через впуск на ведомой стороне 22, подавая ее через передающую линию Р, обратный клапан 23 и в передающую или возвратную линию А или В, в зависимости от конфигурации управляющего переключателя 14 направления.
Действием двух насосов 10, 20 избирательно управляет управляющее устройство в виде перепускной линии 30, соединяющей выпускные линии от ведомых сторон 12 и 22 первого и второго насосов 10, 20. Перепускная линия 30 включает в себя нормально закрытый уравнительный тарельчатый клапан 36 и нормально открытый уравнительный тарельчатый клапан 37. Перепускная линия 30 соединена с возвратной линией Т текучей среды на стороне ДУТС управляющего переключателя 14 направления. Предохранительный редукционный клапан 38 подключен между передающей линией Р и перепускной линией 30. Возвратная линия Т от ПВУ, ниже по течению от управляющего переключателя направления подает текучую среду через фильтр 8 возвратного контура и клапан 9 сброса давления обратно в резервуар 3.
Уравнительные тарельчатые клапаны 36 и 37 включаются посредством линий 36р, 37р управления, которые соединяют тарельчатые клапаны 36р, которые, соответственно, соединяют тарельчатые клапаны 36, 37 с передающей линией Р. Линия 37р управления подключена перед обратным клапаном 23, а линия 36р управления подключена за обратным клапаном 13. Соответственно, линия 36р управления переключает давление, преобладающее в передающей линии Р текучей среды, тогда как линия 37р управления переключает давление, преобладающее на выпуске ведомой стороны 22 второго насоса 20. Как правило, тарельчатые клапаны 36, 37 настроены для изменения конфигурации при определенных пороговых значениях. Как правило, пороговое значение для тарельчатого клапана 36 установлено на более высокое давление, чем пороговое значение для тарельчатого клапана 37, так что тарельчатый клапан 37 начинает закрываться незадолго до того, как начинает открываться тарельчатый клапан 36. Соответственно, оба клапана 36, 37 открываются на короткий период между пороговыми значениями давлений, обеспечивая действие каждого из насосов совместно друг с другом. Когда тарельчатый клапан 36 закрыт, как показано на чертежах, текучая среда направляется из резервуара 3 через ведомую сторону 12 среды первого насоса 10, через обратный клапан 13 и в передающую линию Р, ведущую к ПВУ, в направлении, зависящем от управляющего переключателя 14 направления. Когда клапан 36 закрыт, как показано на фиг.1, клапан 37, как правило, открыт, и поэтому второй насос 20 нагнетает текучую среду из резервуара 3 через ведомую сторону 22 среды второго насоса, и через перепускную линию 30, где она направляется через узел пересечения между перепускной линией 30 и передающей линией Т текучей среды и проходит через возвратную линию 31 обратно в резервуар 3.
5
5
5
5
5
Это преимущественно действующая система при низком давлении текучей среды, обычно задаваемым пороговым значением уравнительных тарельчатых клапанов 36, 37. Когда давление ниже порогового значения тарельчатого клапана 37, первый насос 10 конфигурирован для работы при низком давлении, но для подачи больших объемов, как правило, нагнетает весь объем текучей среды через передающую линию Р к ПВУ, и обычно несет всю нагрузку. Второй насос просто выполняет кругооборот перекачиваемой среды через перепускную линию 30 и возвратную линию 31 обратно в резервуар 3, не неся существенной нагрузки для перекачивания текучей среды к ПВУ. Как правило, первый насос 10 имеет конкретное отношение между ведущей стороной и стороной среды, и действует лучше при низких давлениях, когда он может перекачивать большие объемы, очень быстро и эффективно. Тарельчатые клапаны 37 и 36, как правило, установлены на изменение конфигурации примерно при верхнем пороговом значении эффективного действия первого насоса 10. Выше этого порогового значения (примерно 75,8·10 Па или 75,8 бар) первый насос способен работать достаточно эффективно, тогда как второй насос рассчитан на другое отношение и, как правило, приспособлен для перекачивания малых объемов текучей среды при высоком давлении. Использование второго насоса 20 для перекачивания больших объемов текучей среды является неэффективным, поскольку он действует сравнительно медленно из-за присущих ему характеристик, но второй насос обычно весьма эффективен при быстром перекачивании малых объемов текучей среды при высоких давлениях. Поэтому при давлении срабатывания около 75,1·10 Па или 75,1 бар, тарельчатый клапан 37 смещает конфигурацию гидравлического соединения между перепускной линией 30 и вторым насосом 20, таким образом, перенаправляя текучую среду, нагнетаемую с ведомой стороны 22 второго насоса через обратный клапан 23 и к впускному отверстию подающей линии Р, а затем к ПВУ, как описано ранее. То же пороговое значение давления, преобладающего между обратными клапанами 13, 23, открывает нормально закрытый тарельчатый клапан 36, примерно при 75,8·10 Па или 75,8 бар, который поэтому направляет перекачиваемую текучую среду от первого насоса через перепускную линию 30 и возвратную линию 31, обратно в резервуар 3. Соответственно перепускная линия 30 со своими тарельчатыми клапанами 36, 37 автоматически переключает перекачиваемую текучую среду между выпускными отверстиями насосов 10 и 20, в зависимости от давления в перекачиваемой текучей среде, направляемой к ПВУ, гарантируя, что при любом данном давлении текучей среды, она эффективно перекачивается насосом, подходящим для перекачивания при этом давлении. Настройка клапанов 36, 37 на различные пороговые значения давления дает возможность совмещенного действия двух насосов на этапе перехода между давлениями 75,1529·10 Па и 75/8423·10 Па, так что между пороговыми значениями давлений два насоса действуют вместе, и при их действии второй насос не несет всю нагрузку, и поэтому менее вероятно, что он действует при мощности, ниже оптимальной. Обычно выгодно поддерживать разность пороговых значений между двумя насосами на низком уровне; как правило, наиболее эффективной системой является система с очень малым перекрытием, что дает максимальное использование выходного потока высокого объема, высокого расхода от первого насоса до момента непосредственно перед началом его остановки.
Предпочтительно также, чтобы пока первый насос 10 несет нагрузку при низких давлениях, второй насос 20 выполнял цикл, хотя и не под нагрузкой, поскольку он перекачивает текучую среду через перепускную линию 30 и возвратную линию 31 обратно в резервуар, и, таким образом, при переходных давлениях, когда тарельчатые клапаны 36 и 37 изменяют конфигурацию для использования второго насоса 20, а не первого насоса 10, второй насос уже работает в условиях, приближенных к оптимальным расходам, скоростям насосов и давлениям текучей среды, и это обеспечивает более плавный переход между нагрузками, несомыми двумя насосами.
5
5
Предохранительный редукционный клапан 38 соединен параллельно с тарельчатым клапаном 37 высокого давления и, как правило, рассчитан примерно на давление 345·10 Па (345 бар), так что, если давление в передающей линии Р превышает это значение, предохранительный редукционный тарельчатый клапан 38 открывается для слива текучей среды через перепускную линию 30, и из нее в возвратную линию 31 и обратно в резервуар. Пороговое значение предохранительного редукционного клапана в любой конкретной системе обычно можно изменять вплоть до максимального давления на выходе насоса ВД. 345·10 Па (345 бар) - типичное значение для этой системы, но оно может изменяться в других вариантах осуществления. Следует иметь в виду, что это меры по обеспечению безопасности для практического использования, а не неотъемлемая часть конструкции.
Разгрузочные клапаны 13 соединены с передающей и возвратной линиями А, В за управляющим переключателем 14 направления, и включаются посредством линий управления, чтобы обеспечить слив текучей среды из передающей и возвратной линий А и В, при обводе контура текучей среды.
5
Итак, первый вариант осуществления обеспечивает перекачивание до 150 л/мин приводной жидкости при давлении до 450 бар (450·10 Па), используя сочетание двух насосов. Это позволяет использовать систему для эффективного закрывания плашек ПВУ, применяя только ограниченную мощность, доступную в большинстве систем ДУТС общеизвестных классов работы. Автоматическое переключение между обоими насосами обеспечивает оптимизированный выпуск для каждого контура.
Этот вариант осуществления обеспечивает надежный способ получения потоков и давлений, необходимых для использования доступной мощности от ДУТС стандартного класса работы, не требуя вмешательства пользователя при работе ПВУ, уменьшая риск ошибки оператора и уменьшая время закрывания. Кроме того, система может быть легче и меньше, чем имеющиеся насосы, предлагающие такую же производительность, и в результате автоматического переключения система может также действовать, используя менее мощные источники приводной жидкости.
Теперь, ссылаясь на фиг. 2, будет описан второй вариант осуществления, который имеет отличные от первого варианта признаки. Для облегчения понимания ссылок будут использоваться те же ссылочные номера, но увеличенные на 100. Со ссылками на второй вариант осуществления насосная система, показанная на фиг. 2, содержит первый насос 110 и второй насос 120. Как правило, первый насос 110 имеет характерное отношение, приспособленное для перекачивания больших объемов текучей среды при низких давлениях, а второй насос 120, как правило, имеет другое отношение, и приспособлен для перекачивания меньших объемов текучей среды при высоких давлениях. Каждый из насосов 110, 120 представляет собой гидравлический насос, и приводится в действие на ведущей стороне 111, 121 гидравлической жидкостью высокого давления, подаваемой от ДУТС. Как правило, ведущие стороны 111, 121 насосов 110, 120 соединены параллельно, и каждая из них питается от резервуара для приводной жидкости (не показан) в ДУТС. По выбору, резервуар может предусматриваться на отдельном блоке, по желанию. Ведомые стороны 112, 122 среды насосов 110, 120 соединены параллельно с резервуаром 103 перекачиваемой приводной среды, по выбору, расположенному на ДУТС, но обычно он может предусматриваться в другом местоположении.
5
Впуск ведущей стороны 120 второго насоса 120 снабжен нормально открытым редукционным клапаном 136, который включается с помощью линии 136р управления, которая переключает давление, преобладающее на стороне выпуска клапана 135. Клапан 136 настроен на изменение конфигурации с нормально открытой на закрытую при пороговом значении давления приводной жидкости около 137,8951·10Па. Ниже этого порогового значения клапан 136 является нормально открытым, и позволяет потоку приводной жидкости протекать к впуску второго насоса 120.
5
5
5
Соответственно, при давлениях ниже 137,8951·10 Па в приводной жидкости, жидкость направляется через каждый из насосов 110, 120, соединенных параллельно. Выпускная сторона 112 перекачиваемой текучей среды первого насоса 110 снабжена не имеющим обратного хода обратным клапаном 113 между насосом 110 и передающей линией Р, подающей текучую среду под давлением к ПВУ. Выпуск ведомой стороны среды второго насоса 120 снабжен нормально закрытым тарельчатым клапаном 137, подключенным между насосом 120 и соединением с отводящей линией от первого насоса 110, и поэтому при низких давлениях, ниже порогового значения 255,106·10 Па в перекачиваемой текучей среде, второй насос 120 высокого давления/низкого расхода не подает приводную жидкость под давлением к ПВУ. Клапан 137 создает управляющее устройство для системы по данному варианту осуществления; он является нормально закрытым и рассчитан на открывание при давлении около 255,106·10Па в ответ на давление на входе в перекачиваемой промежуточной текучей среде.
5
5
5
Давление на входе, требуемое для второго насоса 120 для преодоления давления 255,106·10 Па, удерживающего клапан 137 закрытым, будет около 96,5266·10 Па из-за коэффициента мультипликации во втором насосе 120 около 2,62. До тех пор, пока давление на выпуске первого насоса 110 находится выше 55,1581·10 Па, первый насос 120 является путем наименьшего сопротивления, и гидравлическая приводная жидкость будет протекать через него, а не через второй насос 120 высокого давления.
5
5
5
Когда давление на выходе первого насоса 110 БР/НД увеличивается сверх 55,1581·10 Па, пороговое значение давления на входе в приводной жидкости, питающей оба насоса, находится выше давления 96,5266·10 Па, необходимого для работы второго насоса 120 ВД/МР (коэффициент мультипликации первого насоса БР/НД составляет около 0/52), и затем второй насос 120 будет начинать перекачивать перекачиваемую текучую среду через себя. Когда оба насоса 110, 120 действуют параллельно для перекачивания перекачиваемой промежуточной текучей среды из резервуара 103 через их стороны 112, 122 среды, через клапаны 113 и 137 и в передающую линию Р для подачи под давлением в ПВУ, должен существовать переходный период. Когда давление увеличивается, первый насос 110 ВД/МР будет останавливаться, но только после того, как второй насос 120 БР/НД примет нагрузку перекачиваемой среды. Если давление на выходе падает ниже 55,1581·10 Па, пороговое значение первого насоса 110 ВД/МР снова начнет повышаться, гарантируя, что, когда давление изменяется, по меньшей мере один из насосов действует.
Соответственно, при низком давлении первый насос 110 большого расхода/низкого давления действует для накачивания перекачиваемой промежуточной текучей среды из резервуара 103 через ведомую сторону 112 среды насоса 110 через обратный клапан 113 и в передающую линию Р для подачи под давлением к ПВУ.
При более высоких давлениях клапан 137 открывается для обеспечения потока через второй насос 120, и для переходного диапазона давлений, оба насоса действуют, пока первый насос 110 не достигнет своего давления остановки.
5
Редукционный клапан 136 закрывается при давлении на входе в приводной жидкости выше 137,8951·10 Па, из-за чего приводная среда будет отводиться от второго насоса 120 высокого давления, малого расхода к первому насосу 110 большого расхода/низкого давления.
Система содержит предохранительный клапан 138, соединенный с передающей линией Р ниже по потоку от клапанов 113 и 137.
5
Предохранительный клапан 138 является нормально закрытым, но рассчитан на открывание при пороговом давлении 344,7379·10 Па в передающей линии Р, и может быть приспособлен либо для слива текучей среды в море, либо для рециркуляции ее обратно в резервуар 103, при необходимости.
Как правило, насос низкого давления действует при мощности, близкой к оптимальной, перед тем, как включается второй насос, и, когда второй насос 120 высокого давления принимает полную нагрузку, он уже действует при мощности, близкой к оптимальной. Он получает высокое давление второго насоса 120 вблизи оптимальных условий работы, в которых он находится при полной нагрузке. Манипуляции с двумя пороговыми значениями давлений тарельчатых клапанов 136, 137 могут быть полезны для подбора рабочих характеристик насосов высокого давления и низкого давления. Как правило, насос 110 низкого давления приспособлен для перекачивания больших объемов текучей среды под низким давлением. Насос 120 высокого давления, как правило, приспособлен для перекачивания меньших объемов текучей среды под более высокими давлениями.
5
5
5
Сброс давления 255,106·10 Па на стороне выпуска второго насоса 120 высокого давления обеспечивает то, что первый насос 110 большого расхода является путем наименьшего гидравлического сопротивления при низких давлениях. Сразу же после подачи напряжения к насосам, насос ВД немедленно пытается запуститься, но слив будет перекрыт, до сброса давления 255,106·10 Па, пока первый насос 110 БР не приблизится к своему максимальному давлению, и в этот момент противодавление первого насоса 110 БР будет больше, чем давление, требуемое для второго насоса 120 ВД, для преодоления давления предохранительного клапана 255,106·10 Па, так что второй насос 120 ВД будет вступать в действие и давать высокое давление на выходе. Если на любом этапе давление снова падает (например, если трубопровод срезается, вызывая быстрое перемещение поршней вместе и внезапное падение давления в камере) первый насос 110 НД снова немедленно запустится, что сглаживает рабочий переход между двумя насосами.
Теперь, ссылаясь на фиг. 3, раскрывается модифицированная насосная система, которая, как правило, имеет некоторые признаки, общие с ранее описанными вариантами. Поэтому в третьем варианте используются те же ссылочные номера, но с числами, увеличенными еще на 100. Поэтому насосная система по третьему варианту содержит первый насос 210 и второй насос 220. Насосы 210, 220 снова представляют собой гидравлические насосы, каждый из которых имеет ведущую сторону 211, 221, которая приводится в действие потоком приводной жидкости, подаваемой ДУТС или, как вариант, от другого источника, и ведомую сторону 212, 222 среды, соответственно. Ведомые стороны 212, 222 среды накачивают перекачиваемую текучую среду из резервуара в плашки ПВУ, как описано ранее.
Ведущие стороны насосов 210 и 220 соединены параллельно с резервуаром для приводной жидкости. Ведущая сторона 211 первого насоса 210 питается гидравлической текучей средой от ДУТС через обратный клапан и, как вариант, уравнительный по давлению клапан регулирования расхода. Выходы ведущих сторон 211 и 221 соединены с возвратной линией приводной жидкости в резервуар для приводной жидкости ДУТС. Проход приводной жидкости через контур из резервуара для приводной жидкости ДУТС через ведущие стороны 211, 221 приводит в действие насосы 210, 220, соответственно, для накачивания перекачиваемой среды из эластичного баллона 203, который по выбору может размещаться на ДУТС, или на отдельном блоке, по желанию.
Ведомые стороны 212, 222 среды насосов 210, 220, соответственно, соединены параллельно с резервуаром 3, который питает каждую из ведомых сторон 212, 222 среды. Стоки из ведомых сторон 212, 222 среды проходят через обратные клапаны, и соединяются вместе у соединения с общей передающей линией Р, и перекачиваемая текучая среда проходит через управляющий переключатель 214 направления, который, как правило, управляется от ДУТС. Управляющий переключатель 214 направления, как правило, направляет перекачиваемую промежуточную среду между передающей и возвратной линиями А или В в ПВУ, в зависимости от направления гидравлической текучей среды, перекачиваемой к ПВУ. Направляющие и возвратные линии А, В, как правило, содержат обратные клапаны и манометры для управления и контроля расходов и давлений в направляющей и возвратной линиях А, В. Как и для варианта по фиг. 1, использование управляющего переключателя, такого как управляющий переключатель 214 управления, является необязательным, и в вариантах, в которых такой управляющий переключатель не используется, сток насосной системы может предусматриваться непосредственно в ПВУ.
Управляющий переключатель 214 направления показан на фиг. 3 в промежуточном положении, но давление, прилагаемое к переключателю 214 через линию АР управления включением, перемещает корпус переключателя для передачи текучей среды из резервуара 203 через ведомую сторону 212 среды насоса 210, через передающую линию Р и управляющий переключатель 214 направления и в передающую линию А ПВУ, для подачи текучей среды под давлением к ПВУ. Управляющий переключатель 214 направления может быть реверсирован путем приложения давления через линию ВР управления, как описано ранее.
Ведомая сторона 222 среды второго насоса 220 питается от того же резервуара 203, и сток из ведомой стороны 22 подается через обратный клапан для подачи перекачиваемой промежуточной текучей среды в ту же передающую линию Р, питающую управляющий клапан 14 направления. Таким образом, второй насос 220 также получает текучую среду из резервуара 203 через впуск на ведомой стороне 222, подавая ее через передающую линию Р, и в передающую или возвратную линии А или В, в зависимости от конфигурации управляющего переключателя 14 направления.
Действием двух насосов 210, 220 избирательно управляет управляющее устройство потока в виде перепускной линии 230, соединяющей впускные линии от сторон 211 и 221 приводной жидкости первого и второго насосов 210, 220. Впуск ведущей стороны 221 второго насоса 220 также имеет ограничение 240 потока в виде отверстия слива, которое обеспечивает подачу очень малого потока текучей среды ко второму насосу 220 для предотвращения повреждения второго насоса в случае внезапного выключения - это необязательная часть схемы, и, в частности, она не является необходимой, когда второй насос 220 представляет собой тип, который не восприимчив к повреждению при быстром выключении. Перепускная линия 230 включает в себя нормальной закрытый уравнительный тарельчатый клапан 236. Перепускная линия 30 соединена сквозь впускные отверстия сторон 221 и 211 приводной жидкости на стороне ПВУ насосов 210, 220. Предохранительный редукционный клапан 238 предусмотрен на ветви выпуска с ведомой стороны среды первого насоса 210, за обратным клапаном, и может сливать текучую среду в море или возвращать в эластичный баллон 203.
5
Уравнительный тарельчатый клапан 236 включается с помощью линии 236р управления, которая переключает давление, преобладающее на впуске, к ведущей стороне первого насоса 210. Как правило, тарельчатый клапан 236 является нормально закрытым, и установлен на изменение конфигурации при пороговом значении 80 бар (80·10 Па). Когда тарельчатый клапан 236 закрыт, как показано на чертежах, приводная среда, передаваемая от ПВУ, направляется через стороны приводной жидкости двух насосов 210, 220 одновременно, но, вследствие ограничения 204 потока, путем наименьшего сопротивления является первый насос 210, который приводится в действие для перекачивания текучей среды в передающую линию Р, ведущую к ПВУ в направлении, зависящем от управляющего переключателя 14 направления. Таким образом, ниже порогового значения давления 80 бар, действует только первый насос 210, так как малого количества текучей среды, достигающего впуска приводной среды второго насоса через ограничение потока 204, недостаточно для действия второго насоса 220.
5
Это - преобладающая действующая система при низких давлениях текучей среды, обычно задаваемая пороговым значением уравнительного тарельчатого клапана 236, когда давление ниже порогового значения клапана 236. Как правило, первый насос 210 работает лучше при низких давлениях, когда он может перекачивать большие объемы с высокой эффективностью. Клапан 236, как правило, установлен на изменение конфигурации примерно при верхнем пороговом значении эффективного действия первого насоса 210. Второй насос, как правило, рассчитан на другое отношение, и обычно приспособлен для перекачивания малых объемов текучей среды при высоком давлении. Использование лишь одного второго насоса 220 для перекачивания больших объемов текучей среды является неэффективным из-за присущих ему характеристик, но второй насос обычно весьма эффективен при перекачивании малых объемов текучей среды при высоких давлениях. Поэтому при давлении срабатывания около 80 бар (80·10 Па) клапан 236 смещает конфигурацию для открывания канала гидравлического соединения со вторым насосом 220, таким образом, перенаправляя приводную жидкость ко второму насосу 220, так что для узкого диапазона давлений оба насоса 210, 220 действуют параллельно. Параллельное действие обоих насосов продолжается до тех пор, пока при определенном пороговом значении давления первый насос 210, являющийся насосом ВД/МР, останавливается, и вся нагрузка переносится на второй насос БР/НД, но в этот момент второй насос 220 уже действует при мощности, близкой к оптимальной. Соответственно, перепускная линия 230 со своим управляющим устройством в виде перепускной линии 230 с клапаном 236 автоматически переключает перекачиваемую текучую среду между насосами 210 и 220, в зависимости от давления в перекачиваемой текучей среде, направляемой к насосам, гарантируя, что при любом заданном давлении текучей среды, текучая среда эффективно перекачивается насосом (или более чем одним насосом), подходящим для этого давления.
5
Предохранительный редукционный клапан 238 обычно рассчитан на давление около 344,7379·10 Па, так что, если давление в передающей линии Р превышает это значение, предохранительный редукционный клапан 38 открывается для слива текучей среды в море или обратно в резервуар.
Этот вариант обеспечивает то преимущество, что больших расходов, около 150 л/мин при давлениях вплоть до 430 бар можно достигать при использовании под водой с гидравлическими источниками энергии от большинства ДУТС существующих классов работы.
В данном варианте осуществления насос ВД вводится в действие только тогда, когда для окончания закрывания плашек ПВУ требуется более высокое давление. При запирании система может автоматически изменять сток для быстрого преодоления сопротивления.
Как обсуждалось выше, примененные принципы могут использоваться здесь в насосных системах, которые включают более чем два насоса. Для третьего (или следующего) добавляемого насоса в каждом варианте осуществления могут потребоваться модификации на стороне впуска и стороне возврата. Это будет вкратце описано со ссылками на вариант осуществления по фиг. 3. На стороне возврата положение прямое - для любого нового насоса необходимо только добавить дополнительный параллельный канал, идентичный возвратному каналу для первого насоса и возвратному каналу для второго насоса, с возвратными линиями, встречающимися в точке Р. На стороне выпуска для каждого насоса потребуется дополнительная перепускная линия 230 и тарельчатый клапан 236, но будут применяться те же принципы - ограничения потока будут использоваться на насосах более высокого давления для предпочтительного выбора вначале насоса нижнего давления, со значениями клапанов, выбранными таким образом, чтобы различные насосы принимали на себя нагрузку перекачивания в различных диапазонах давления.
Преимуществом конкретных вариантов осуществления является то, что система обеспечивает непрерывный поток при переходе между двумя насосами, обычно в каждом направлении потока. Однако переход между двумя насосами может быть более плавным. Как правило, когда управляющее устройство содержит пару клапанов, с различными заданными пороговыми значениями давления, пороговые значения задаются (путем регулирования деформации пружины и т.д.) для обеспечения фазы перекрытия, когда оба насоса действуют, и поток прерывается.
Такая насосная система имеет и другие применения, отличающиеся от уплотнения плашек ПВУ. Например, надежное обеспечение давления в различных диапазонах давления, включая высокие давления, делает его особенно подходящим для испытаний под давлением прокладок и других компонентов системы.
Модификации и усовершенствования могут быть включены без отклонения от объема изобретения.