Насосное устройство и устройство разработки траншей под водой - RU2623333C2
Код документа: RU2623333C2
Чертежи
Описание
Область техники, к которой относится настоящее изобретение
Настоящее изобретение относится к насосному устройству и, в частности, к насосному устройству, выполненному с возможностью обеспечения выхода воды под высоким давлением на мелководье. Насосное устройство согласно настоящему изобретению, в частности, применимо к устройствам, которые используют струйные инструменты для прокладки подводных траншей. Такие траншеи необходимы, например, для заглубления труб или кабелей в морское дно.
Предшествующий уровень техники настоящего изобретения
Устройство прокладки траншей, использующее высоконапорные водяные струи для формирования траншеи, хорошо известно в подводном оборудовании. До недавнего времени основное использование такого устройства прокладки траншей осуществлялось на относительно большой глубине. Однако имеет место увеличение потребности в использовании устройства прокладки траншей в условиях мелководья. Применение струйных инструментов на мелководье вызывает некоторые проблемы.
Для подачи воды под высоким давлением в выход(ы) струйного инструмента используется насос для подачи воды из среды вокруг струйного инструмента. Обычно насос погружен в воду и находится в относительной близости к выходам высокого давления. Например, насос может быть удобно установлен на корпус подводного траншеекопателя. Для применения такого вида предпочтительно использовать насосы с высоким коэффициентом быстроходности, такие как многоступенчатые осевые насосы и полуосевые насосы, так как размер и масса насосов данного типа в основном меньше, чем у насосов с более низким коэффициентом быстроходности, таких как центробежные насосы.
Верхний впуск насосов с высоким коэффициентом быстроходности характеризуется эффектом снижения внешнего давления текучей среды на стороне впуска насоса. В условиях большой глубины это допустимо, однако в условиях мелководья снижение во внешнем давлении может быть достаточным, чтобы вызвать кавитацию в насосе. Как хорошо известно, кавитация способна снизить эксплуатационные характеристики и срок службы насоса.
Одним из предложенных решений проблемы кавитации на мелководье является установка вспомогательного насоса, расположенного выше по потоку от основного насоса, при этом вспомогательный насос обеспечивает низкое давление и интенсивный поток. Такой вспомогательный насос может быть установлен на траншеекопателе или на вспомогательном судне, или на берегу, например. Однако это неудобно и усложняет устройство в целом. Также возможно применение насосов с низким коэффициентом быстроходности в качестве основного насоса, но, как отмечалось выше, такие насосы характеризуются избыточной массой и являются более дорогими.
Настоящее изобретение направлено на устранение или уменьшение таких проблем и обеспечение насосного устройства, в частности для струйного инструмента устройства прокладки траншей, пригодного для использования на мелководье, и которое снизит или устранит проблемы кавитации.
Краткое раскрытие настоящего изобретения
Согласно первому аспекту настоящего изобретения предлагается насосное устройство, содержащее основной насос, характеризующийся наличием входа текучей среды относительно низкого давления и выхода текучей среды относительно высокого давления, и средства, связанные с указанным входом текучей среды основного насоса, эксплуатируемые в случае, когда внешнее давление является, по существу, недостаточным для предотвращения кавитации в основном насосе, для локального увеличения давления в указанном входе текучей среды основного насоса.
В предпочтительных вариантах осуществления настоящего изобретения указанные средства, эксплуатируемые для локального увеличения давления в указанном входе текучей среды, представляют собой струйный насос.
Предпочтительно струйный насос характеризуется наличием входа и выхода, при этом вход сообщается по текучей среде с выходом высокого давления основного насоса, а выход сообщается по текучей среде с входом основного насоса.
Предпочтительно насосное устройство дополнительно содержит изолятор, выполненный с возможностью изоляции струйного насоса от выхода высокого давления основного насоса.
Предпочтительно основной насос содержит один или более регулируемых клапанов ограничения потока, расположенных ниже по потоку от выхода текучей среды высокого давления, причем указанные клапаны характеризуются положением, ограничивающим поток, и положением, не ограничивающим поток, где указанное положение, ограничивающее поток, функционально снижает входящий поток в основной насос и увеличивает давление выпуска на выходе текучей среды основного насоса в сравнении с положением, не ограничивающим поток.
Согласно второму аспекту настоящего изобретения предлагается устройство разработки траншей под водой для эксплуатации на мелководье, причем устройство содержит высоконапорный струйный инструмент прокладки траншей и основной насос, характеризующийся наличием выхода текучей среды относительно высокого давления, сообщенного по текучей среде с указанным струйным инструментом, и входа текучей среды относительно низкого давления, и средства, связанные с указанным входом текучей среды основного насоса, эксплуатируемые в случае, когда внешнее давление является недостаточным для предотвращения кавитации в основном насосе, для локального увеличения давления в указанном входе текучей среды основного насоса.
В предпочтительных вариантах осуществления данного второго аспекта, указанные средства, эксплуатируемые для локального увеличения давления в указанном входе текучей среды, представляют собой струйный насос.
Предпочтительно в данном втором аспекте струйный насос характеризуется наличием входа и выхода, при этом вход сообщается по текучей среде с выходом высокого давления основного насоса, а выход сообщается по текучей среде с входом основного насоса.
Предпочтительно устройство разработки траншей под водой дополнительно содержит изолятор, выполненный с возможностью изоляции струйного насоса от выхода высокого давления основного насоса, где указанный изолятор эксплуатируется в случае, когда внешнее давление, по существу, является достаточным для предотвращения кавитации в основном насосе.
Предпочтительно в данном втором аспекте основной насос содержит один или несколько регулируемых клапанов ограничения потока, расположенных ниже по потоку от выхода текучей среды высокого давления, причем указанные клапаны характеризуются положением, ограничивающим поток, и положением, не ограничивающим поток, где указанное положение, ограничивающее поток, функционально снижает входящий поток в основной насос и увеличивает давление выпуска на выходе текучей среды основного насоса в сравнении с положением, не ограничивающим поток.
Согласно третьему аспекту настоящего изобретения предлагается способ работы устройства разработки траншей под водой для эксплуатации на мелководье, содержащего высоконапорный струйный инструмент прокладки траншей и основной насос, характеризующийся наличием выхода текучей среды относительно высокого давления, сообщенного по текучей среде с указанным струйным инструментом, и входа текучей среды относительно низкого давления, причем способ предусматривает в случае, когда внешнее давление, по существу, является недостаточным для предотвращения кавитации в основном насосе, локальное увеличение давления в указанном входе текучей среды основного насоса.
Предпочтительно стадия локального увеличения давления в указанном входе текучей среды предусматривает использование струйного насоса, сообщенного по текучей среде с указанным входом текучей среды.
Предпочтительно струйный насос характеризуется наличием входа и выхода, при этом вход сообщается по текучей среде с выходом высокого давления основного насоса, а выход сообщается по текучей среде с входом основного насоса.
В предпочтительных вариантах осуществления настоящего изобретения способ дополнительно предусматривает изоляцию струйного насоса от выхода высокого давления основного насоса в случае, когда внешнее давление, по существу, является достаточным для предотвращения кавитации в основном насосе.
Предпочтительно основной насос содержит один или более регулируемых клапанов ограничения потока, расположенных ниже по потоку от выхода текучей среды высокого давления, причем указанные клапаны характеризуются положением, ограничивающим поток, и положением, не ограничивающим поток, указанное положение, ограничивающее поток, функционально снижает входящий поток в основной насос и увеличивает давление выпуска на выходе текучей среды основного насоса в сравнении с положением, не ограничивающим поток, причем способ предусматривает при первичном запуске основного насоса в случае, когда внешнее давление, по существу, является недостаточным для предотвращения кавитации, приведение одного или нескольких клапанов ограничения потока в положение, ограничивающее поток, и, когда давление на входе текучей среды основного насоса достигает заданного порогового значения, приведение одного или нескольких клапанов ограничения потока в положение, не ограничивающее поток.
Краткое описание фигур
Варианты осуществления изобретения далее раскрыты в настоящем описании только в качестве примера со ссылкой на прилагаемый чертеж, где на фиг. 1 представлено схематическое изображение насосного устройства согласно настоящему изобретению.
Подробное раскрытие настоящего изобретения
Ссылаясь теперь на чертеж, насосное устройство 10, согласно настоящему изобретению, содержит основной насос 20 и струйный насос 50. Основной насос 20 представляет собой насос с высоким коэффициентом быстроходности, такой как многоступенчатый осевой насос или полуосевой насос.
Согласно иллюстративному варианту осуществления настоящего изобретения основной насос 20, как можно видеть, содержит привод 22 основного насоса, впуск 24 основного насоса, а также выпускной патрубок или выход 26. Выход 26 основного насоса сообщен посредством трубопроводов 64 и 66 со струйным инструментом 70. Более конкретно, основной насос 20 подает воду под высоким давлением в струйный инструмент 70 посредством трубопроводов 64, 66, где вода выбрасывается из одного или нескольких сопел струйного инструмента 70 для прокладки траншей в морском дне.
Струйные насосы сами по себе известны из уровня техники и конструкция подходящих струйных насосов будет известна специалисту в данной области техники. Струйный насос 50 на фиг. 1 характеризуется наличием главного входа воды через трубопровод 60 из впуска 52. Впуск 52 может эффективно включать фильтр или тому подобное для предотвращения приема любого мусора, который может быть в воде. Выход струйного насоса 50 через трубопровод 68 соединен с входом 24 основного насоса 20. Вход рабочей текучей среды струйного насоса 50 через трубопровод 62 сообщен по текучей среде с выходом 26 высокого давления основного насоса 20.
Отсечной клапан 30 включен в трубопровод 62, посредством него струйный насос 50 может быть изолирован от выхода 26 основного насоса. Иными словами, в изолирующем положении отсечного клапана 30 поток рабочей текучей среды из выхода 26 основного насоса в струйный насос 50 остановлен.
Трубопровод 64 от выхода 26 основного насоса заканчивается сообщенным по текучей среде с одним или несколькими дроссельными клапанами (клапанами ограничения потока) 40. От дроссельного клапана или клапанов 40 трубопровод 66 сообщен со струйным инструментом 70. Таким образом, струйный инструмент 70 получает воду высокого давления из выхода 26 основного насоса 20.
Один или несколько дроссельных клапанов 40 являются управляемыми, например, посредством привода 42, для выборочного приема регулирующего (ограничивающего поток) положения или не регулирующего (не ограничивающего поток) положения.
Во время работы основной насос 20 находится под водой. Например, основной насос 20 может быть установлен на основной части устройства разработки траншей. При обычной работе на большой глубине в случае, когда имеет место незначительная опасность или отсутствует опасность кавитации в основном насосе 20, отсечной клапан 30 может быть закрыт так, что струйный насос 50 не связан с выходом 26 основного насоса 20. В данном положении вход 24 основного насоса 20 принимает текучую среду (то есть воду, в которую основной насос 20 погружен) при внешнем давлении окружающей воды. Отмечено, что даже когда струйный насос 50 находится в нерабочем состоянии (так как отсечной клапан 30 закрыт), он все еще обеспечивает поток воды во вход 24 основного насоса. При работе на большой глубине давление воды в непосредственной близости от насоса 20 является достаточно высоким, чтобы избежать кавитации в насосе. Изоляция струйного насоса 50 от выхода 26 основного насоса 50 в условиях большой глубины является предпочтительной в увеличении эффективности насосного устройства в таких условиях.
Однако в условиях мелководья внешнее давление воды в непосредственной близости от основного насоса 20 может быть недостаточным для предотвращения кавитации в насосе.
Насосное устройство 10, согласно настоящему изобретению, используется в условиях мелководья с открытым отсечным клапаном 30. Таким образом, струйный насос 50 сообщается посредством трубопровода 62 с выходом 26 высокого давления основного насоса 20. Иными словами, часть выходящего потока выхода 26 отводится посредством трубопровода 62 в струйный насос 50. Поток воды высокого давления, полученный посредством трубопровода 62 струйным насосом 50, формирует рабочую текучую среду для струйного насоса 50. Таким образом, в таком рабочем состоянии локальное давление воды, полученной на входе 24 основного насоса 20, увеличено настолько, что вероятность кавитации в насосе снижена или исключена.
Отсечной клапан 30 может иметь ручное управление или может управляться посредством привода 30А. В случае, когда насосное устройство 10 работает исключительно в условиях мелководья, в отсечном клапане 30 нет необходимости.
В рабочих условиях насосное устройство 10, согласно настоящему изобретению, может перемещаться из условий мелководья в условия большой глубины или наоборот, находясь в рабочем состоянии. При перемещении из условий мелководья в условия большой глубины клапан 30 может быть закрыт, если вода поблизости основного насоса 20 настолько глубока, чтобы риск кавитации в насосе 20 был достаточно низок.
В свою очередь, при перемещении из условий большой глубины в условия мелководья клапан 30 может быть открыт, когда вода поблизости основного насоса 20 все еще достаточно глубока для того, чтобы существовал достаточно низкий риск кавитации в насосе 20, иными словами, перед тем, как вода становится настолько неглубока, что существует значительный риск кавитации.
В случае как перехода с большой глубины на мелководье, так и с мелководья на большую глубину, нет необходимости прерывать работу основного насоса 20.
Когда насосное устройство 10, согласно настоящему изобретению, запущено (из состояния покоя) в условиях большой глубины, отсечной клапан 30 может быть установлен в закрытое положение перед тем, как работа основного насоса начнется.
Когда насосное устройство 10, согласно настоящему изобретению, запущено (из состояния покоя) в условиях мелководья, должны быть предприняты шаги для предотвращения кавитации на начальных стадиях работы, иными словами, пока струйный насос 50 эффективен в увеличении входного давления на входе 24 основного насоса. С этой целью выход 26 основного насоса 20 сообщен посредством трубопровода 64 с одним или несколькими дроссельными клапанами 40, которые могут выборочно принимать регулирующее и не регулирующее положения. Для запуска насосного устройства 10 в условиях мелководья один или несколько клапанов 40 установлены в регулирующее положение, например, посредством привода 42. Установка клапана или клапанов 40 в регулирующее положение дает эффект снижения входного потока в основной насос 20 и увеличения давления выпуска на выходе 26 основного насоса. Возможность кавитации, таким образом, исключена или, по меньшей мере, существенно снижена. Струйный насос 50 принимает входящий поток высокого давления посредством трубопровода 62 (пока отсечной клапан 30 открыт) и, таким образом, увеличивает давление на входе 24 основного насоса, кроме того, снижая возможность кавитации. Дроссельный клапан или клапаны 40 могут затем быть открыты, а насосное устройство 10 полностью находится в его рабочем состоянии.
В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения насосное устройство 10, согласно настоящему изобретению, включает множество клапанов 40. В таких вариантах осуществления каждый из множества клапанов 40 может быть независимо связан с множеством форсунок на струйном инструменте 70. Каждый клапан 40 может независимо принимать регулирующее и не регулирующее положение, как указано выше. Преимущественно применение множества форсунок на струйном инструменте 70 в сочетании с множеством клапанов 40 минимизирует какое-либо снижение давления в текучей среде, выброшенной из струйного инструмента 70. Каждая форсунка на струйном инструменте 70 может таким образом получить текучую среду из отдельного клапана 40, обеспечивая, таким образом, любое снижение давления, возникающее по всей форсунке струйного инструмента 70, а не клапана 40. Эффективность насосного устройства 10 в таких вариантах осуществления может быть оптимизирована каждым клапаном 40, принявшим полностью открытое или полностью закрытое положение.
В некоторых вариантах осуществления компоненты насосного устройства 10, согласно настоящему изобретению, могут работать при различных скоростях для дополнительного снижения риска кавитации. Основной насос 20 может, таким образом, включать приводную систему с регулируемой скоростью. Соответственно, когда насосное устройство 10, согласно настоящему изобретению, запущено (из состояния покоя) в условиях мелководья, основной насос 20 может быть установлен на сниженную скорость с целью снижения риска кавитации на начальных стадиях работы.
По всей описательной части и формуле настоящего описания слова «содержит» и «вмещает», а также их варианты, означают «включающий, но не ограничивающийся», и они не направлены на исключение (и не являются исключением) других веществ, добавок, компонентов, систем или этапов. По всей описательной части и формуле настоящего описания единственное число включает множественное число за исключением случаев, когда контекст требует иного. В частности, в случае, когда используется неопределенный артикль, описание должно пониматься, как предполагающее множественность, равно как и единственность, за исключением случаев, когда контекст требует иного.
Признаки, числа, характеристики, соединения, химические вещества или группы, описанные в связи с конкретным аспектом, вариантом осуществления или примером настоящего изобретения, являются понятными для применения по любому другому аспекту, варианту осуществления или примеру, описанному здесь, за исключением противоречащих с ними. Все признаки, раскрытые в данном описании (включая еще сопутствующие формулу, реферат и изображения), и/или все из этапов любого способа или процесса, раскрытого таким образом, могут быть объединены в любой комбинации, за исключением комбинаций, где, по меньшей мере, некоторые из данных признаков и/или этапов несовместимы. Изобретение не ограничено деталями каких-либо описанных выше вариантов осуществления. Изобретение распространяется на любой новый или любую новую комбинацию признаков, раскрытую в данном описании (включая еще сопутствующие формулу, реферат и изображения) или на любой новый этап или любую новую комбинацию этапов любого способа или процесса, раскрытых таким образом.
Внимание читателя направлено на все бумаги и документы, которые поданы одновременно с или перед данным описанием по отношению к данной заявке и которые открыты к доступу посредством данного описания, а содержание всех таких бумаг и документов включено в настоящий документ посредством ссылки.
Реферат
Группа изобретений может быть использована для разработки траншей под водой. Насосное устройство содержит основной насос с входом и выходом текучей среды соответственно низкого и высокого давления, и средство, связанное с входом среды основного насоса, эксплуатируемое в случае, когда внешнее давление является недостаточным для предотвращения кавитации в основном насосе, для локального увеличения давления среды на входе основного насоса. Устройство содержит один или более регулируемых клапанов ограничения потока, расположенных ниже по потоку от выхода среды высокого давления. Клапаны имеют положение, ограничивающее поток, и положение, не ограничивающее поток, где указанное положение, ограничивающее поток, функционально снижает входящий поток в основной насос и увеличивает давление выпуска на выходе текучей среды основного насоса в сравнении с положением, не ограничивающим поток. Один или более регулируемых клапанов сообщаются посредством трубопровода для обеспечения взаимодействия среды с основным выходом среды. Изобретения направлены на снижение или устранение кавитации в насосном устройстве для струйного инструмента прокладки траншей при использовании его на мелководье. 3 н. и 9 з.п. ф-лы, 1 ил.
