НАСОСНАЯ СИСТЕМА ДЛЯ ПЕРЕМЕЩЕНИЯ ПЕРВОЙ ТЕКУЧЕЙ СУБСТАНЦИИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ВТОРОЙ ТЕКУЧЕЙ СУБСТАНЦИИ
PUMP SYSTEM TO TRANSFER FIRST FLUID BE SECOND FLUID

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Предлагается система и устройство для перемещения текучей субстанции. Данная система и устройство находят особенное применение для перекачки зернистых суспензий. Однако следует заметить, что данная система и устройство могут быть применимы в столь разнообразных областях, как гидравлический подъем, интегрированные системы охлаждения и обезвоживания, а также обессоливание, построенное на принципе обратного осмоса.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Существует целый ряд технологий, которые позволяют использовать давление текучей субстанции для перекачки других текучих субстанций. Эти устройства, которые, по сути, представляют собой устройства обмена давлением, могут также использоваться для извлечения давления из текучих субстанций.
Описываемые далее более подробно камерная трубка Seimag 3, а также системы DWEER и ERI, представляют собой системы обмена давлением текучих субстанций, в которых эти текучие субстанции могут в некоторой степени взаимодействовать между собой, то есть смешиваться.
Существует широкое семейство других устройств обмена давлением текучих субстанций, которые имеют мембраны (или гибкий шланг) внутри жесткой трубки для формирования кольцевого канала между шлангом и трубкой и объема внутри шланга. Кольцевой канал может использоваться для обмена энергией между двумя текучими субстанциями или ее возврата при одновременном удержании текучих субстанций разделенными между собой во избежание смешивания и для улучшения эффективности передачи энергии. Передача энергии в этих насосах обычно происходит через акт положительного смещения.
Примеры таких насосов описаны в следующих заявках и патентах: PCT/AU2003/000953 (West и Morris), GB 2,195,149A (SB Services), WO 82/01738 (Riha), US 6,345,962 (Sutter), JP 11-117872 (Iwaki), US 4,543,044 (Simmons), US 4,257,751 (Kofahl), US 4,886,432 (Kimberlin), GB 992,326 (Esso), US 5,897,530 (Jackson).
Из них насос, описанный в публикации PCT/AU2003/000953 (West и Morris), доведен до коммерческого использования в горнодобывающей промышленности. При своей обычной работе в нем выполняется перекачивание по гибкому шлангу при низком давлении грязной или коррозионно-активной жидкости, при этом другая текучая субстанция, такая как гидравлическое масло, под высоким давлением закачивается в кольцевой канал, вызывая выход грязной или коррозионно-активной жидкости из этого шланга при высоком давлении. Использование гидравлического масла в качестве источника энергии позволяет эффективно высвобождать энергию в чистом окружении с длительным сроком службы.
Ниже приведены некоторые другие типичные примеры использования устройств с обменом энергии.
(i) Гидравлический подъем
Гидравлический подъем представляет собой принцип выкачивания минеральной руды в виде суспензий (или чего-либо подобного) с глубины шахты либо на поверхность, либо на более высокий уровень в самой шахте. Шахта может быть либо открытой, либо подземной. Обычными альтернативными способами извлечения руды из шахт является подъем в скиповом подъемнике с помощью конвейера или самосвалами. Гидравлический подъем в принципе должен обеспечить меньшую стоимость срока службы, чем эти альтернативные способы, но он еще должен завоевать свои значительные позиции на рынке.
Существующие способы гидравлического подъема обычно состоят из:
1. Использования поршневого диафрагменного насоса или насоса высокого давления иного типа для выкачивания однородной гидросмеси руды на поверхность шахты. В этом случае гидросмесь выкачивается на поверхность, и ничто не возвращается (не рециркулирует) назад в исходное место откачки, то есть при этом не возможен никакой возврат давления; или:
2. Использования трубчатой трехкамерной системы (например, система типа Seimag) для выкачивания гидросмеси руды на поверхность шахты, но с использованием рециркулируемой воды, взятой с поверхности в качестве помощи в перекачивании суспензии. Трехкамерная система основана на последовательном наполнении и разгрузке трех камер суспензией и затем водой.
Внутри этой системы одна камера сначала заполняется суспензией перед разгрузкой ее водой под высоким давлением. Во время хода разгрузки суспензией заполняется другая камера, которая затем разгружается водой под высоким давлением, в то время как суспензией заполняется третья камера. Процесс затем продолжается разгрузкой этой третьей камеры и заполнением первой камеры и далее в такой же последовательности.
Хотя эта система возвращает энергию из рециркулируемой воды, между этим двумя средами возможно смешивание, что приводит также к потерям энергии и к разжижению суспензии или ее загрязнению. Кроме того, к данной системе для подъема гидросмеси руды из шахты обычно необходимо прилагать дополнительную энергию вследствие разницы плотности между водой и суспензией, а также вследствие наличия фрикционных потерь в системе.
Было предложено несколько систем гидравлического подъема, в которых в качестве носителя для выкачивания руды, которую необходимо удалять из шахты в раздробленном виде, используется плотная суспензия, при этом производится возвратное извлечение энергии из этой плотной суспензии, поскольку она возвращается назад в шахту, например, посредством трехкамерной трубчатой системы (см.: Hydraulic Hoisting for Platinum Mines, 2004, Robert Cooke et al.).
Как отмечалось, во многих цепях возврата давления для поддержания давления или балансов потоков в эти цепи необходимо подавать новый поток или дополнительное давление.
(ii) Интегрированные системы охлаждения и обезвоживания
В этих интегрированных системах вода обычно охлаждается на поверхности шахты, а затем закачивается под землю. В результате этого она развивает значительную (потенциальную) энергию. Эта энергия извлекается в трехкамерной трубчатой системе или в системах типа колеса Пелтона и используется как вспомогательное средство для выкачивания загрязненной воды из шахты.
(iii) Обратный осмос
В системах обработки морской воды с использованием обратного осмоса соленая морская вода посредством многоступенчатых центробежных насосов обычно доводится до давления около 7000 кПа. Затем находящаяся под давлением вода подается в камеры с мембранами обратного осмоса, из которых с одной стороны мембраны выходит чистая вода, а с другой стороны мембраны выходит вода с повышенной концентрацией соли. Вода с повышенной концентрацией соли все еще находится под высоким давлением, но примерно с вдвое меньшей скоростью потока, чем морская вода на входе. Для извлечения энергии из воды с повышенной концентрацией соли существуют различные системы (например, система DWEER (твердый поплавковый поршень в трубе) или ERI (системы с жидким вращающимся поршнем)). Эти системы либо допускают определенный уровень смешивания между двумя средами, либо имеют потенциальную возможность возникновения трения (между твердым поршнем и стенками), что вместе приводит к потерям энергии и эффективности. Кроме того, использование многоступенчатой накачки в качестве основного механизма накачки не является наиболее эффективной современной технологией, используемой для таких давлений.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
В первом объекте настоящего изобретения предлагается насосная система для перемещения первой текучей субстанции с использованием второй текучей субстанции, содержащая по меньшей мере первый насос, при этом упомянутый первый насос содержит по меньшей мере первый прочный внешний корпус, определяющий первое внутреннее пространство,
первую гибкую трубчатую конструкцию, размещенную в первом внутреннем пространстве, в которой внутренность этой первой гибкой трубчатой конструкции приспособлена для приема в себя одной из упомянутых первой или второй текучей субстанции,
в которой область первого внутреннего пространства, окружающего первую гибкую трубчатую конструкцию, приспособлена для приема в себя упомянутой другой из упомянутых первой и второй текучей субстанции, и
в которой первая гибкая трубчатая конструкция является подвижной между своим расширенным в стороны и схлопнувшимся состоянием с целью изменения объема внутренности первой гибкой трубчатой конструкции, тем самым порождая последовательные выпускной и впускной ходы для упомянутой первой текучей субстанции, отличающаяся тем, что насосная система содержит второй насос, и этот второй насос содержит по меньшей мере второй прочный внешний корпус, определяющий второе внутреннее пространство, вторую гибкую трубчатую конструкцию, размещенную во втором внутреннем пространстве, в которой внутренность этой второй гибкой трубчатой конструкции приспособлена для приема в себя одной из упомянутых второй или третьей текучей субстанции, вытесняемой упомянутыми порожденными последовательными выпускными и впускными ходами упомянутого первого насоса,
в которой область второго внутреннего пространства, окружающего вторую гибкую трубчатую конструкцию, приспособлена для приема в себя упомянутой другой из упомянутых второй и третьей текучей субстанции, вытесняемой упомянутыми порожденными последовательными выпускными и впускными ходами упомянутого первого насоса, и
в которой вторая гибкая трубчатая конструкция является подвижной между своим расширенным в стороны и схлопнувшимся состоянием с целью изменения объема внутренности второй гибкой трубчатой конструкции, тем самым порождая последовательные выпускной и впускной ходы для упомянутой третьей текучей субстанции.
Объединение в одно целое устройства возврата энергии и работающего под давлением насосного устройства дает систему, способную возвращать энергию из первой текучей субстанции и передавать ее во вторую текучую субстанцию, а затем использовать эту энергию во второй текучей субстанции вместе с дополнительной внешней энергией, добавленной и/или с потоком, добавленным ко второй текучей субстанции, для перекачки третьей текучей субстанции под повышенным давлением и/или с повышенной скоростью тока, чем давление или скорость первой текучей субстанции. Третья текучая субстанция может быть текучей субстанцией того же типа, что и первая текучая субстанция.
Этот тип объединенной системы может быть предусмотрен для применения в таких практических областях, как:
- гидравлический подъем;
- интегрированные системы охлаждения и обезвоживания, и
- опреснение воды с использованием обратного осмоса.
В каждом из этих применений требуется производить перекачку текучей субстанции под высоким давлением и с высокой скоростью в пределах процесса или из одной точки в другую. Как только перекачанная текучая субстанция переместилась в назначенное место или была обработана, она еще может содержать значительное количество энергии или может быть способна быть возвращенной в свое исходное место и восстановить значительную (потенциальную) энергию. Эта энергия, - если она может быть эффективно извлечена, - может быть доступна, чтобы способствовать перекачке большего количества исходной текучей субстанции. Этот тип системы может быть спроектирован как рециркуляционная система закрытого или полузакрытого типа.
Альтернативно, в системе может быть дополнительный источник текучей субстанции, содержащий значительное количество энергии, которая может быть доступна, чтобы способствовать перекачке перекачанной текучей субстанции. Этот тип системы в большей степени может быть спроектирован как система открытого типа.
В связи с такими системами возврата энергии и насосными системами особое внимание должно быть обращено на то, чтобы:
- из такого источника как текучая субстанция извлекалось как можно большее количество энергии;
- перекачанная текучая субстанция не смешивалась или смешивалась в минимальной степени с текучей субстанцией-источником;
- и чтобы система возврата энергии и перекачки перекачанной текучей субстанции была принципиально механически простой.
Настоящее изобретение устраняет некоторые из ограничений комбинированных систем возврата энергии и перекачки существующего уровня техники тем, что оно способно увеличить эффективность возврата энергии, а также работать с более широким диапазоном текучих субстанций как в контурах возврата энергии, так и в контурах перекачки текучих субстанций.
В одном варианте исполнения эта система может включать в себя контур промывочной текучей субстанции, который выполнен с соответствующим каналом сообщения текучей субстанции для удаления из системы твердых частиц и иных отходов.
В одном варианте исполнения эта система может включать в себя систему управления, настроенную для управления работой упомянутых клапанов и насосов предопределенным образом.
Во втором объекте настоящее изобретение предлагает насосную систему для перемещения второй текучей субстанции с использованием движения первой текучей субстанции и, в свою очередь, для перемещения третьей текучей субстанции с использованием движения второй текучей субстанции, эта система содержит:
- первый насос, имеющий внутренний гибкий барьер, разделяющий используемые первую и вторую текучие субстанции, в котором этот гибкий барьер является подвижным для изменения объема первой или второй текучей субстанции, присутствующей внутри насоса в любой данный момент времени, и
- второй насос, имеющий внутренний гибкий барьер, разделяющий используемые вторую, первую и третью субстанции, в котором этот гибкий барьер является подвижным для изменения второй, первой или третьей текучей субстанции, присутствующей внутри насоса в любой данный момент времени,
и отличается тем, что порожденные последовательные выпускной и впускной ходы упомянутого первого насоса, которые приводят к движению второй текучей субстанции, образуют часть порожденных последовательных выпускных и впускных ходов второго насоса.
В одном варианте исполнения этот гибкий барьер представляет собой трубчатую конструкцию.
В одном варианте исполнения система отлична от того, что определено в первом объекте.
Краткое описание чертежей
Несмотря на наличие любых иных видов, которые могут соответствовать объему способа и устройства, в том виде, как он определен в разделе "Сущность изобретения", далее будут описаны конкретные варианты исполнения способа и устройства в виде примеров и со ссылками на сопроводительные чертежи, на которых:
Фиг. 1 показывает конфигурацию системы, пригодной для гидравлического подъема измельченной руды с использованием рециркулируемой однородной взвеси текучего носителя.
Фиг. 2 показывает другую конфигурацию системы, пригодной для гидравлического подъема измельченной руды с использованием рециркулируемой однородной взвеси текучего носителя.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Изобретение содержит насосную систему, которая может работать с одной, с двумя или с большим количеством камер.
Изобретение может работать с одной, с двумя или с большим количеством камер, сконфигурированных для извлечения энергии, обычно сконфигурированных по парам. Они представляют собой устройства положительного смещения, состоящие из шланга, подобного мембране, с жесткой трубой (камера), для образования кольцевого канала (между шлангом и трубой) и объема (внутри шланга). Этот шланг гибкий, но обычно не эластичный. Он может удерживаться туго натянутым, концы его могут быть зафиксированы по месту, или он может поддерживаться в камере свободно.
В первом варианте исполнения, как показано на фиг. 1, ссылочная поз. 10 означает первый насос, состоящий из по меньшей мере первого прочного внешнего корпуса 10а, определяющего первое внутреннее пространство или кольцевой канал 11, который наполнен первой текучей субстанцией (текучий носитель в виде суспензии на фиг. 1 обозначен ссылочной поз. 100). Во внешнем корпусе 10а - кольцевом канале 11 вставлена гибкая труба или шланг 12, этот шланг образует первый объем 12', заполненный второй текучей субстанцией (масло или иная текучая субстанция, пригодная для возврата или переноса энергии и обозначенная ссылочной поз. 200). Первый кольцевой канал 11 имеет впускной клапан 14а первой текучей субстанции и выпускной клапан 14b первой текучей субстанции, подсоединенные к нему через впускную/выпускную трубу 13, давая возможность первой текучей субстанции 100 втекать в кольцевой канал 11 и вытекать из него (впускной и выпускной клапаны 14а-14b суспензии на фиг. 1). Впускной клапан 14а первой текучей субстанции через трубопровод 33 связан с источником 30 высокого давления первой текучей субстанции 100, подаваемой из резервуара 30 хранения носителя на поверхности (или на уровне земли) 1. Выпускной клапан 14b первой текучей субстанции через трубопровод 34 связан со сливом 51 низкого давления первой текучей субстанции 100, функционирующим на фиг. 51 как резервуар 51 избытка носителя.
Объем 12' внутри первой гибкой трубы или шланга 12 имеет также подсоединенные к нему впускной клапан 15а второй текучей субстанции и выпускной клапан 15b второй текучей субстанции, дающие возможность второй текучей субстанции 200 через гидравлический насос 28 и систему трубопровода или гидравлическую цепь 27 втекать в подающий резервуар 26 и вытекать из него (впускной и выпускной клапаны 15а-15b на фиг. 1).
В некоторых вариантах исполнения в зависимости от конфигурации и от производственных обстоятельств может быть более одного впускного клапана и/или более одного выпускного клапана.
Обычная рабочая последовательность камеры возврата энергии следующая:
2)
Вторая текучая субстанция 200 входит в шланг 12 и заполняет его под низким давлением через впускной клапан(ы) 15а второй текучей субстанции. Первая гибкая труба или шланг 12 заполняется до нужной степени. По мере того как вторая текучая субстанция 200 входит в шланг 12, она вытесняет эквивалентный объем либо воздуха, либо первой текучей субстанции 100 из первого внутреннего пространства или из зоны кольцевого канала 11. Первая текучая субстанция 100 под низким давлением выходит из прочного внешнего корпуса 10а (и из первого внутреннего пространства или из кольцевого канала 11) через выпускной клапан 14b (или клапаны, запитанные клапаны на фиг. 1) первой текучей субстанции в резервуар (избыточный резервуар 51 на фиг. 1). Воздух при необходимости выходит из кольцевого канала 12 через дополнительный клапан(ы).
Впускной клапан 14а (или клапаны, запитанные клапаны на фиг. 1) первой текучей субстанции, соединяющий первое внутреннее пространство или кольцевой канал 11 с источником 30-30а высокого давления первой текучей субстанции 100, после этого открывается, позволяя первой текучей субстанции 100 под давлением войти в кольцевой канал 11. По мере того как первая текучая субстанция 100 входит в кольцевой канал 11, она под высоким давлением вытесняет из гибкой трубы или шланга 12 назад в гидравлическую цепь 27 эквивалентный объем второй текучей субстанции 200. На фиг. 1 первая текучая субстанция (текучий носитель) 100 находится под давлением в результате давления вертикального столба текучего носителя, поднимающегося вверх на поверхность 1 шахты по трубопроводу 33.
Прежде чем первая текучая субстанция 100 начнет входить в кольцевой канал 11, находящаяся внутри шланга 12 вторая текучая субстанция 200 - посредством насосного устройства 29а в цепи 27 второй текучей субстанции - может быть доведена до давления, равного или по существу равного рабочему давлению первой текучей субстанции, так что, когда впускной клапан(ы) 14а, соединяющий кольцевой канал 11 с находящейся под давлением первой текучей субстанции 100, открыт(ы), клапан(ы) 14а открыт(ы) без какого-либо перепада давления (или с ограниченным перепадом). Управление потоком осуществляется управлением потоком второй текучей субстанции 200 из шланга 12. Это значительно уменьшает износ впускных клапанов 14а первой текучей субстанции цепи или трубопровода 33 и обеспечивает плавное изменение давления и скорости потока в многокамерной системе. После того как из гибкой трубы или шланга 12 вторая текучая субстанция 200 вытеснена в достаточной степени, ток второй текучей субстанции 200 и, следовательно, ток первой текучей субстанции 100 прекращается.
Затем процесс повторяется, то есть первая текучая субстанция 100 (текучая субстанция, потенциальная энергия из которой извлечена) под воздействием второй текучей субстанции 200, поступающей в первую гибкую трубу или первый шланг 12, снова вытесняется из кольцевого канала 11 в резервуар (избыточный) 51. По мере того как она течет из камеры 10 возврата энергии, находящаяся под давлением в цепи 27 второй текучей субстанции вторая текучая субстанция может быть использована в главной насосной камере 20.
В многокамерной системе процесс попеременной подачи и вытеснения первой и второй текучих субстанций (100, 200) идет последовательно таким образом, что в то время как одна камера 10 наполняется первой текучей субстанцией, другая камера 20 разряжает свою первую текучую субстанцию со сброшенным давлением в резервуар 51 низкого давления, так что существует непрерывный или почти непрерывный ток и первой 100 и второй 200 текучей субстанций в направлении комбинации камер (10-11-12; 20-21-22) и из них.
Данное изображение может работать с одной, с двумя или с большим количеством камер, сконфигурированных, как работающие с текучими субстанциями насосы (10, 20), обычно по парам. Подобно камерам извлечения энергии (10-11-12) первого насоса, дополнительный насос (20-21-22) содержит вторую гибкую трубу или шланг 22, как мембрана, внутри второго прочного внешнего корпуса 20а или прочной трубы (камеры), определяющего второе внутреннее пространство или кольцевой канал 21 (между шлангом 22 и трубой 20а, обозначенный ссылочной поз. 21), и второй объем 22' (внутри второй гибкой трубы или шланга 22). Второй шланг 22 гибкий, но, в общем, не эластичный). Он может удерживаться туго натянутым, концы его 22а-22b могут быть зафиксированы по месту, или он может поддерживаться в камере или во втором внутреннем пространстве 21 свободно.
Второй кольцевой канал 21 заполнен второй текучей субстанцией 200 (например, масло или иная текучая субстанция, пригодная для возврата или преобразования энергии), а вторая гибкая труба или шланг 22 заполнена третьей текучей субстанцией 300 (в примере - неоднородная смесь текучего носителя и измельченная руда). Объем 22' внутри шланга 22 имеет соединенные с ним и впускной клапан 24а и выпускной клапан 24b, давая возможность третьей текучей субстанции 300 втекать в него и вытекать из него (впускной клапан 24а третьей суспензионной текучей субстанции и выпускной клапан 24b третьей суспензионной текучей субстанции на фиг. 1). Впускной клапан 24а третьей текучей субстанции сообщается с линией 36 низкого давления подачи третьей текучей субстанции 300 из резервуара 53 смеси носителя и руды на фиг. 1. Выпускной клапан 24b третьей текучей субстанции сообщается с подающей линией 37 высокого давления третьей текучей субстанции 300 для подачи ее на обрабатывающую фабрику 31 на фиг. 1.
Резервуар 53 смеси носителя и руды через промежуточный трубопровод 35 имеет канал сообщения текучей субстанции с избыточным резервуаром 51. Первая текучая субстанция 100 через трубопровод 34 под низким давлением поступает в избыточный резервуар 51. В этом избыточном резервуаре 51 первая текучая субстанция 100 непрерывно перемешивается с использованием перемешивающего элемента 52 и посредством суспензионного насоса 50 передается по промежуточному трубопроводу 35 к резервуару 53 смеси носителя и руды. С помощью средства подачи 55 руда добавляется в резервуар 53 и посредством перемешивающего элемента 54 перемешивается с первой текучей субстанцией 100. Затем результат 300 перемешивания, содержащий суспензию и руду, посредством суспензионного насоса 56 в качестве третьей текучей субстанции 300 перемещается по подающей линии 36 высокого давления в направлении впускного клапана 24а третьей текучей субстанции.
Второе внутреннее пространство или кольцевой канал 21 главной насосной камеры (камер) 20 (второй прочный внешний корпус 20а) имеет подсоединенные к нему впускной клапан 25а второй текучей субстанции и выпускной клапан 25b второй текучей субстанции, позволяющие второй текучей субстанции 200 втекать и вытекать (гидравлический впускной и гидравлический выпускной клапаны 25а-25b на фиг. 1).
И для второй 200, и для третьей 300 текучей субстанции потоки в камеру или во второй насос 20 или из нее (особенно, что касается второго внутреннего пространства 21 и второй гибкой трубы 22) могут идти как от одного и того же конца, так и от разных концов (20а'-20а"; 22а-22b).
Обычная последовательность операций следующая: третья текучая субстанция 300 под низким давлением закачивается внутрь второй гибкой трубы или шланга 22 по трубопроводу 36, впускному клапану 24а третьей текучей субстанции и подающей линии 23 третьей текучей субстанции. Затем вторая текучая субстанция 200 (например, гидравлическое масло) закачивается под высоким давлением внутрь второго внутреннего пространства 21 или кольцевого канала 21, принуждая третью текучую субстанцию 300 выходить из шланга 22 под высоким давлением по подающей линии 23 третьей текучей субстанции, выпускному клапану 24b третьей текучей субстанции в подающую линию 37 в направлении обрабатывающей фабрики 31 на уровне 1 земли.
Для управления током третьей текучей субстанции 300 в шланг 22 и из него могут использоваться обратные клапаны 24а-24b, однако в гидравлической подъемной станции, в которой третья текучая субстанция 300 представляет собой неоднородную смесь текучей субстанции 100 носителя с измельченной рудой или иной твердый измельченный материал, вероятно, потребуются клапаны управления 24а-24b с электромеханическим приводом.
Прежде чем третья текучая субстанция 300 начнет выходить из шланга 22, вторая текучая субстанция 200 внутри второго внутреннего пространства или кольцевого канала 21 - посредством насосного устройства 29а в цепи 27 второй текучей субстанции - может быть доведена до давления, равного или по существу равного давлению подающей линии 36-23 третьей текучей субстанции. Этим обеспечивается, что когда клапаны 25а-25b, соединяющие кольцевой канал 21 с цепью 27 второй текучей субстанции, открыты, и клапаны 24а-24b, соединяющие объем 22' внутри шланга 22 с подающей линией 23 третьей текучей субстанции, также открыты, оба набора клапанов открыты без какого-либо перепада давления (или с ограниченным перепадом). Это значительно уменьшает износ клапанов и обеспечивает плавное изменение давления и скорости потока в подающей линией 23 третьей текучей субстанции в многокамерной системе.
После того как находящаяся под давлением вторая текучая субстанция 200 получила возможность в достаточной степени заполнить кольцевой канал 21 и вытеснить известное количество третьей текучей субстанции 300, ток второй текучей субстанции 200 прекращается, что останавливает ток третьей текучей субстанции 300 через ее выпускной клапан 24b и подающую линию 37.
Затем процесс повторяется, поскольку внутрь шланга 22 под низким давлением через трубопровод 36, впускной клапан 24а третьей текучей субстанции и подающую линию 23 закачивается новый объем третьей текучей субстанции 300, вытесняя вторую текучую субстанцию 200 назад в резервуар 26 (гидравлический резервуар на фиг. 1) под низким давлением, готовую для следующего цикла.
В многокамерной системе процесс попеременной подачи и вытеснения второй и третьей текучих субстанций идет последовательно таким образом, что в то время как одна камера наполняется третьей текучей субстанцией 300, другая камера разряжает свою находящуюся под давлением третью текучую субстанцию в подающую линию 23-37, так что существует непрерывный или почти непрерывный ток третьей текучей субстанции 300 из комбинации камер.
Как показано на иллюстрации, главные насосные камеры 10-20 сконфигурированы с использованием насоса положительного смещения, описанного в заявке PCT/AU2003/000953, текст которой приведен здесь во всей его полноте в качестве ссылки, а вариант насоса такого типа используется для камер возврата энергии.
Ключевым признаком настоящего изобретения является комбинация находящейся под давлением второй текучей субстанции, проистекающей из камер возврата энергии, с находящейся под дополнительным давлением второй текучей субстанцией, проистекающей из обычной (гидравлической) насосной системы, и/или увеличение давления второй текучей субстанцией, проистекающей из камер возврата энергии, таким образом, что создается достаточный ток второй текучей субстанции (масла) и достаточное давление, соответствующие условиям перекачки текучей субстанции (то есть третьей текучей субстанции).
В показанном примере объем первой текучей субстанции 100 (текучий носитель в виде суспензии), перемещаемой в единицу времени, меньше, чем перемещаемый в это же время объем третьей текучей субстанции 300 (то есть комбинированный объем текучей субстанции носителя с измельченной рудой).
Это обуславливает необходимость подачи в цепь 27 (гидравлическую) второй текучей субстанции дополнительного объема второй текучей субстанции 200 (масло) для восстановления короткого падения тока второй текучей субстанции, проистекающей из камеры возврата энергии. Кроме того, в этом примере показано, что давление, необходимое для перекачки третьей текучей субстанции, больше, чем давление, получаемое из первой текучей субстанции в камере возврата энергии (потому что третья текучая субстанция более плотная, чем одна первая текучая субстанция). Поэтому давление проистекающей из камеры возврата энергии второй текучей субстанции должно быть поднято до давления, необходимого линией третьей текучей субстанции.
Этот подъем давления может быть достигнут использованием одного или большего количества обычных насосов в цепи 27 (гидравлической) второй текучей субстанции, идущей между камерой возврата энергии и главной насосной камерой (в примере - гидравлический насос 29а).
Дополнительный объем второй текучей субстанции (масло), необходимый для восстановления объема тока, обеспечивается в этой линии третьей текучей субстанции высокого давления отдельным гидравлическим насосом 29b.
В цепи 27 второй текучей субстанции установлены различные клапаны 29с, предназначенные для обеспечения эффективности и безопасности работы. Для обеспечения сглаживания изменения давления и тока цепи 27 второй текучей субстанции могут быть предусмотрены один или большее количество аккумуляторов 29d.
В некоторых применениях системы в нее необходимо ввести контур промывки (не показан) - обычно при ее использовании для работы с суспензиями, когда после выключения системы существует возможность затвердевания третьей текучей субстанции, выпадения в ней осадка или ее агрессивного взаимодействия с материалами системы. Система промывки обычно могла бы использовать воду, при этом необходимо промывать кольцевую зону камер(ы) возврата энергии, зону шланга главной насосной камеры (камер) и отдельные участки линий первой и второй текучей субстанции, - либо по выключении системы, либо при ее выключении, либо в обоих случаях.
Система управления
Насосная система в соответствии с настоящим изобретением управляется электронной системой управления (или контроллером иного типа), которая устанавливает последовательность токов в камеру(ы) возврата энергии и из нее, а также токов в главную насосную камеру (или в главные насосные камеры) управлением работой насосов и затворов системы.
В многокамерной системе нет необходимости, чтобы циклирование и последовательность работы камер возврата энергии были синхронизованы сопоставимо с работой насосных камер.
В системе только с одной камерой возврата давления и с одной главной насосной камерой последовательности работы камер должны быть синхронизованы идеально.
Система управления управляет также запуском и остановкой системы, цепью промывки, операторским интерфейсом, а также любыми дренажными цепями, необходимыми для выпуска воздуха из системы для обеспечения акта положительного смещения.
Альтернативные конфигурации
В типичной системе обратного осмоса давление третьей текучей субстанции (морская вода) такое же, как и давление первой текучей субстанции (вода с высокой концентрацией соли), так что здесь нет необходимости форсировать насос давления в цепи второй текучей субстанции между камерой возврата энергии и главной насосной камерой.
Тем не менее, есть различие в скорости тока (скорость тока третьей текучей субстанции приблизительно в два раза больше скорости тока первой текучей субстанции), а поэтому для обеспечения достаточного потока третьей текучей субстанции необходима подача дополнительного, находящегося под давлением, потока второй текучей субстанции.
В еще одном варианте исполнения, как показано на фиг. 2, первый насос 10 и второй насос 20 переставлены.
Ссылочная поз. 10, как и раньше, обозначает первый насос, состоящий из по меньшей мере первого прочного внешнего корпуса 10а, определяющего первое внутреннее пространство или кольцевой канал 11, который теперь должен быть наполнен второй текучей субстанцией 200. Во внешнем корпусе 10а - кольцевом канале 11 вставлена первая гибкая труба или шланг 12, этот шланг 12 определяет первый объем 12', и он должен быть заполнен первой текучей субстанцией (масло или иная текучая субстанция, пригодная для возврата или переноса энергии и обозначенная ссылочной поз. 100). Шланг 12 имеет впускной клапан 14а первой текучей субстанции и выпускной клапан 14b первой текучей субстанции, подсоединенные к нему через впускную/выпускную трубу 13, давая возможность первой текучей субстанции 100 втекать в шланг 12 и вытекать из него (впускной и выпускной клапаны 14а-14b суспензии на фиг. 2).
Подобным же образом, дополнительный второй насос (20-21-22) состоит из второй гибкой трубы или шлангоподобной мембраны 22, расположенной внутри второго прочного внешнего корпуса или прочной трубы (камеры) 20а, определяя второе внутреннее пространство или второй кольцевой канал 21 (между шлангом 22 и трубой 20а, обозначенное ссылочной поз. 21) и второй объем 22' (внутри второй гибкой трубы или шланга 22).
Второй кольцевой канал 21 заполнен третьей текучей субстанцией 300, а вторая гибкая труба или шланг 22 заполнена второй текучей субстанцией. Шланг 22 имеет подсоединенные к нему впускной клапан 25а второй текучей субстанции и выпускной клапан 25b второй текучей субстанции, давая возможность второй текучей субстанции 200 втекать в него и вытекать из него.
Третья текучая субстанция 300 закачивается внутрь второго внутреннего пространства или кольцевого канала 21 под низким давлением через трубопровод 36, впускной клапан 24а третьей текучей субстанции и подающую линию 23 третьей текучей субстанции. После этого вторая текучая субстанция 200 (например, гидравлическое масло) под высоким давлением закачивается внутрь второй гибкой трубы или шланга 22, принуждая третью текучую субстанцию 300 выходить из кольцевого канала 21 под высоким давлением по подающей линии 23 третьей текучей субстанции, выпускному клапану 24b третьей текучей субстанции в подающую линию 37 в направлении обрабатывающей фабрики 31 на уровне 1 земли.
Помимо того факта, что конфигурации и первого, и второго насосов 10-20 изменены, функционирование насосной системы в соответствии с этим вторым вариантом исполнения идентично функционированию системы, которая показана на фиг. 1.
Хотя способ и устройство были описаны со ссылками на предпочтительный вариант исполнения, следует заметить, что этот способ и устройство могут быть реализованы во многих других видах.
В следующих далее пунктах формулы изобретения, а также в предыдущем описании, за исключением тех случаев, когда по контексту требуется обратное, что специально оговорено языком или явствует по смыслу, слова "содержат" и их варианты "содержит" или "содержащий" используются в открытом смысле, то есть с той целью, чтобы указать присутствие заявленных признаков, но не исключить при этом присутствия дополнительных или дальнейших признаков в различных вариантах исполнения данного способа или устройства.