Насосная система и способ
Группа изобретений относится к области транспортировки текучего вещества посредством перекачивания и, в частности, к транспортировке объектов, взвешенных в жидкости. Насосная система перемещает жидкость или смесь жидкости и один или несколько объектов из коллекторного устройства, погружаемого в водную массу, в принимающую установку, расположенную на судне на поверхности или структуре. Коллекторное устройство выполнено с возможностью буксировки поверхностным судном на поверхности или структурой посредством буксировочного средства, или с возможностью быть погруженным в водную массу, или с возможностью перемещения вдоль морского дна под водной массой, или быть стационарным на морском дне. Система содержит коллекторное устройство, принимающую установку и судно на поверхности или структуру и дополнительно содержит первую линию доставки, вторую линию доставки и насосный блок. Первая линия доставки выполнена с возможностью соединения по текучей среде между коллекторным устройством и впуском насосного блока. Вторая линия доставки выполнена с возможностью соединения по текучей среде между выпуском насосного блока и принимающей установкой. Насосный блок выполнен с возможностью создавать всасывание в первой линии доставки и положительное давление во второй линии доставки. Насосный блок выполнен с возможностью погружения в водную массу на первую глубину ниже поверхности водной массы и располагается между коллекторным устройством и принимающей установкой. Коллекторное устройство расположено на второй глубине ниже поверхности. Насосный блок выполнен с возможностью поддержки судном или другой структурой посредством средства соединения. Используют указанную насосную систему в качестве вакуумной насосной системы для того, чтобы доставлять указанную жидкость или смесь в указанную принимающую установку. Способ работы насосной системы состоит в определении, оценке или восприятии падения давления в первой линии доставки и расположении насосного блока на глубине, которая обеспечивает давление впуска насоса, которого достаточно, чтобы избегать кавитации в насосе в насосном блоке. Способ работы насосной системы состоит в определении, оценке или восприятии падения давления в первой линии доставки и приведении в действие корректируемого клапана для того, чтобы корректировать давление на впуске в насос для того, чтобы избегать кавитации в насосе в насосном блоке. Обеспечивается усовершенствование устройства. 4 н. и 20 з.п. ф-лы, 10 ил.
Область изобретения
Изобретение относится к области транспортировки текучего вещества посредством перекачивания и, в частности, к транспортировки объектов, взвешенных в жидкости. Изобретение можно использовать для прокачивания таких взвешенных объектов, как осадки, камни, железная руда, продукт питания, рыба, криль и другая водная биомасса.
Предпосылки изобретения
Криль представляет собой зоопланктон определенного типа, который живет в океанах и который собирают в коммерческих целях. В силу его малого размера, криль нужно ловить тралами, сделанными из мелкоячеистых планктонных сетей. Траление следует выполнять на низких скоростях из–за высокой силы лобового сопротивления, создаваемой мелкоячеистыми сетями и во избежание засорения и повреждения криля и сети.
Исходно улов криля поднимали на борт траулера, поднимая трал из воды. Это вызывало сжимание криля и, таким образом, потерю существенной части его жидкостей, что вредно для качества улова. Последующее развитие технологий включало перекачивание криля из кутка сети, через большой шланг и на траулер. Этот способ увеличивает захватывающую способность и скорость переработки криля, а также усовершенствует качество улова, поскольку время пребывания криля внутри траловой сети уменьшено.
Известный уровень техники включает WO 2008/125332 A2, где описан способ траления и устройство, с помощью которого улов переносят непрерывно из траловой сети в траулерное судно в ходе процесса траления. Открытый рыбный насос располагают на открытом конце траловой сети, насос направляют к траловой сети на стороне всасывания, а его сторону давления соединяют с шлангом доставки. Насос приводят в действие с помощью гидравлического масла или другой гидравлической жидкости, подаваемой под давлением с поверхности, или с помощью электродвигателя. Пойманный продукт, направляемый к концу траловой сети в ходе процесса траления, непрерывно перекачивают в шланг доставки в виде смеси пойманного продукта/воды в ходе процесса траления и транспортируют на борт траулерного судна.
Известный уровень техники также включает WO 2005/004593 A1, где описан трал, оборудованный удлиненной предпочтительно жесткой или гибкой собирающей клеткой, которую на впускном отверстии соединяют с задним концом трала и которая от впускного отверстия переходит во вторую часть, определяемую стенками, крышей и дном, которые имеют отверстия для процеживания воды, и заканчивается нисходящей частью. Передающий шланг или трубу для переноса биомассы из собирающей клетки до судна на поверхности открывается в нисходящую или кормовую часть клетки через воронку. Воздух или другое текучее вещество подают с судна через подающий шланг для впрыска в передающий шланг или трубу по порядку, посредством эффекта впрыска или эффекта насоса воздушного лифта (где текучее вещество поднимают, когда впрыскиваемый воздух расширяется в шланге, вызывая всасывание биомассы из собирающей клетки на судно.
Известный уровень техники также включает GB 1 172 179, где описан сборочный узел насоса для переноса смесь рыбы и воды, который содержит вход и выход, струйную трубу, расположенную между указанным входом и выходом, систему проходов, ведущую от первого положения между нисходящим концом струйной трубы и указанным выходом к пропеллентному водному кольцевому соплу во втором положении между восходящим концом струйной трубы и указанным входом, и ротор насоса в указанной системе проходов для прокачивания воды по указанной системе и проталкивания ее через указанное пропеллентное водное кольцевое сопло.
Известный уровень техники также включает GB 1 225 469, где описан аппарат для опустошения траловой сети в ходе операций траления. Аппарат содержит водяной насос высокого давления, который втягивает воду через отверстие и подает воду под давлением через выпуск, чтобы продвигать рыбу и воду через выталкиватель и транспортную трубу обратно к точке сбора на борту траулера. гидравлический двигатель можно использовать для приведения насоса в действие.
Один недостаток известного уровня техники состоит в необходимости труб и шлангов большого диаметра для переноса рыбы или биомассы между тралом и судном на поверхности. Другим недостатком является необходимость очень длинных шлангов, управляющих и силовых линий и, соответственно, больших барабанов для хранения на траулере, учитывая тот факт, что расстояние между траулер и тралом может составлять от 600 до 800 м или больше.
Изобретение относится к определенным усовершенствованиям относительно известного уровня техники.
Сущность изобретения
Изобретение изложено и охарактеризовано в основном пункте формулы изобретения, тогда как зависимые пункты формулы изобретения описывают другие характеристики изобретения.
Таким образом, предоставлена насосная система для перемещения жидкости или смеси жидкости одного или нескольких объектов, из коллекторного устройства, погруженного в водную массу, к принимающей установке, расположенной на судне на поверхности, или структуре, которая содержит первую линию доставки, вторую линию доставки и насосный блок, которая отличается:
– насосным блоком, погружаемым в водную массу на первую глубину ниже поверхности водной массы и располагаемым между коллектором и принимающей установкой;
– первой линией доставки, соединяемой по текучей среде между коллекторным устройством и впуском насосного блока; и
– второй линией доставки, соединяемой по текучей среде между выпуском насосного блока и принимающей установкой;
в соответствии с чем насосный блок выполнен с возможностью создавать всасывание в первой линии доставки и положительное давление во второй линии доставки.
В одном из вариантов осуществления насосный блок содержит насос, который выбирают из группы, состоящей из: центробежного насоса, насоса положительного смещения или любого насоса, который сообщает механическую энергию указанной жидкости. Насосный блок может содержать двигатель насоса в герметичном корпусе отдельно от насоса, но в соединении с насосом через вал.
В одном из вариантов осуществления принимающую установку располагают на структуре на определенной высоте над поверхностью. Коллекторное устройство располагают на второй глубине под поверхностью.
В одном из вариантов осуществления насосная система содержит клапан, соединенный по текучей среде с первой линией доставки на впуске вблизи от насосного блока и приводимый в действие для того, чтобы сделать возможным приток окружающей морской воды в первую линию доставки. Клапан может представлять собой невозвратный клапан. Клапан можно приводить в действие вручную или автоматически, или устанавливать на открывание и закрывание при одном или нескольких предварительно определяемых давлениях. Клапан может представлять собой корректируемый клапан.
В одном из вариантов осуществления насосная система дополнительно содержит промывочный насос, располагаемый вблизи от принимающей установки и соединяемый по текучей среде с трубой впуска морской воды и второй линией доставки, и отсечный клапан, располагаемый между промывочным насосом и второй линией доставки.
В одном из вариантов осуществления насосный блок несет судно или другая несущая структура через несущее средство; указанное несущее средство выполняют с возможностью перемещения насосного блока между погруженным рабочим положением и нерабочим положением, в котором насосный блок поднимают над поверхностью.
Насосный блок может содержать фигурный корпус для того, чтобы уменьшать гидродинамическое сопротивление в воде. В одном из вариантов осуществления насосный блок содержит один или несколько грузов. Насосный блок также может содержать руль глубины, выполненный с возможностью и приводимый в действие для того, чтобы придавать направленное вниз усилие насосному блоку.
В одном из вариантов осуществления принимающая установка представляет собой перерабатывающий завод, содержащий средство переработки для жидкости и объектов. В одном из вариантов осуществления коллектор представляет собой трал, выполненный с возможностью тащить его с помощью траулера через трос трала. Коллектор может представлять собой коллектор в покое на морском дне.
Жидкость предпочтительно представляет собой морскую воду и объекты выбирают из группы, состоящей из рыбы, криля или другой биомассы, створчатых раковин, камней, кусков железной руды.
Изобретенную насосную систему, таким образом, можно использовать в качестве вакуумной насосной системы для того, чтобы доставлять указанную жидкость или смесь в указанную принимающую установку. Этого достигают посредством опускания насосного блока на необходимую глубину, чтобы достигать достаточного давления на впуске насоса во избежание кавитации насоса при затягивании (путем всасывания) воды через первую линию доставки (вакуумная линия). Необходимая глубина зависит от (i.a.) длины первой линии доставки. Например, если траление осуществляют на уровне моря (поверхность), типичная длина первой линии доставки составляет порядка 150 м, и падение давления через эту линию будет значительно меньше, чем если траление осуществляют на больших глубинах (и, таким образом, необходима большая длина для первой линии доставки).
Также предусмотрен способ приведения в действие насосной системы в соответствии с изобретением, который отличается
a) определением, оценкой или восприятием падения давления в первой линии доставки; и b) расположением насосного блока на глубине, которая обеспечивает давление впуска насоса, которого достаточно, чтобы избегать кавитации в насосе в насосном блоке.
Также предусмотрен способ приведения в действие насосной системы в соответствии с изобретением, который отличается
a) определением, оценкой или восприятием падения давления в первой линии доставки; и b) приведением в действие корректируемого клапана для того, чтобы корректировать давление впуска в насосе для того, чтобы избегать кавитации в насосе в насосном блоке.
Падение давления в первой линии доставки можно определять или оценивать на основе длины, внутреннего диаметра и свойств внутренней поверхности первой линии доставки.
С использованием изобретения, в котором насосный блок погружают, возможно располагать насосный блок близко к судну или соединять с ним, что ведет к нескольким рабочим преимуществам, таким как более короткие управляющие кабели и силовые кабели, более простое обслуживание.
Известный уровень техники, который в значительной степени основан на вливании или впрыскивании дополнительного текучего вещества (например, воды или воздуха) с поверхности и фактически представляет собой движимые эффектом Вентури инжекторные насосы или насосы воздушного лифта, требует линий доставки сравнительно большого диаметра. В отличие от этого, в изобретении используют только среду, которую прокачивают и которая не зависит от любых таких подаваемых извне текучих веществ. Погружаемый насосный блок позволяет значительно снижать диаметр линии доставки по сравнению с известным уровнем техники, например, до 8–10 дюймов (от 20,3 до 25,4 см). За счет опускания насосного блока глубже в водную массу, первая линия доставки может выдерживать более высокий вакуум.
Изобретенная система, в которой насос (например, центробежный насос или насос положительного смещения) погружают в водную массу, фактически представляет собой вакуумную насосную систему, которая способна доставлять текучие вещества до уровней значительно выше поверхности воды.
Изобретенная система снижает потребность в длинных шлангах и кабелях для насоса и, соответственно, больших барабанах для хранения на траулере.
Краткое описание фигур
Эти и другие характеристики изобретения будут видны из следующего описания предпочтительной формы варианта осуществления, приведенного в качестве неограничивающего примера, со ссылкой на приложенные рисунки, где:
фиг. 1 представляет собой схематический вид сбоку траулера, тянущего трал в водной массе и вариант осуществления изобретенной насосной системы;
фиг. 2 представляет собой схематический вид в сечении сбоку варианта осуществления насосного блока, проиллюстрированного на фиг. 1;
фиг. 3 представляет собой схематический вид сбоку другого варианта осуществления насосного блока;
фиг. 4a и 4b представляют собой схематические и частичные виды в сечении сбоку альтернативного варианта осуществления для подвешивания и приведения в действие насосного блока, в рабочем (вытянутом) и неактивном (убранном) положениях, соответственно;
фиг. 5 и 5b представляют собой схематические и частичные виды в сечении сбоку еще одного альтернативного варианта осуществления для подвешивания и приведения в действие насосного блока, в рабочем (вытянутом) и неактивном (убранном) положениях, соответственно;
фиг. 6 представляет собой схематический набросок варианта осуществления изобретенной насосной системы;
фиг. 7 представляет собой схематическое изображение варианта осуществления насосной системы, проиллюстрированной на фиг. 6;
фиг. 8 представляет собой схематическое изображение варианта осуществления изобретенной насосной системы, которое иллюстрирует нормальную работу;
фиг. 9 представляет собой схематическое изображение варианта осуществления изобретенной насосной системы, соответствующей фиг. 8, которое иллюстрирует процедуру очистки шланга; и
фиг. 10 представляет собой схематическое изображение варианта осуществления изобретенной насосной системы, соответствующей фиг. 8 и 9, которое иллюстрирует состояние, в котором активируют невозвратный клапан или удаленно управляемый сбрасывающий клапан насоса.
Подробное описание предпочтительного варианта осуществления
В следующем описании используют термины, такие как «горизонтальный», «вертикальный», «латеральный», «назад и вперед», «вверх и вниз», «верхний», «нижний», «внутренний», «внешний», «передний», «задний» и т.д. Эти термины в целом относятся к видам и ориентациям, как показано на фиг., которые ассоциированы с нормальным использованием изобретения. Термины используют для удобства читателя, и их не следует использовать в качестве ограничения.
Фиг. 1 иллюстрирует траулер 1, тянущий трал 2 в водной массе W (например, море) посредством троса 3 трала. Трос трала соединяют с открытым концом 20 трала через соединительный элемент, такой как стрела 4 или распорная доска. Трал содержит сеть, как известно в данной области, а датчики 5a, 5b потока располагают в направлении кутка 21. Один или несколько грузов 6 соединяют с открытым концом 20 таким образом, который хорошо известен в данной области. Обозначение позиции P означает биомассу, которая подлежит ловле с помощью трала, биомасса представляет собой, например, рыбу или криль.
Непосредственно позади траулера 1 на расстоянии d ниже поверхности воды S расположен насосный блок 9. В проиллюстрированном варианте осуществления насосный блок 9 соединяют с и тянут за траулером 1 через буксировочный трос 10. Фал 12, который содержит гидравлические линии и другие необходимые силовые, управляющие и сигнальные линии, при необходимости, соединяют между силовыми, управляющими, вспомогательными и служебными системами (не показано) на траулере и насосным блоком. Между кутком (т.е. задним узким концом) 21 трала и насосным блоком 9 идет первый шланг 7 доставки. Номер позиции 8 обозначает средство (прошивку и т.д.), посредством которого первый шланг доставки можно соединять с тралом 2 или частично встраивать в него. Между насосным блоком 9 и траулером 1 идет второй шланг 11 доставки. На траулере второй шланг 11 доставки может заканчиваться в грузовом отсеке или перерабатывающей установке (не показано на фиг. 1).
Далее, на фиг. 2 насосный блок 9 содержит корпус 13, который в проиллюстрированном варианте осуществления имеет форму луковицы для того, чтобы снижать гидродинамическое сопротивление, когда насосный блок тянут через воду.
Внутри корпуса 13 находится центробежный насос 22, который содержит импеллер 23, приводимый в действие внутренним двигателем (не показано на фиг. 2), предпочтительно приводимый в действие гидравлически и управляемый через фал 12 (см. фиг. 1; не показано на фиг. 2). Следует понимать, что двигатель также может представлять собой электродвигатель. Поскольку конфигурации «импеллер–и–двигатель» хорошо известны в данной области, они не нуждаются в подробно описании здесь. Следует понимать, что насос также может представлять собой насос положительного смещения.
При использовании насос 22 генерирует частичный вакуум и, таким образом, всасывание в первом шланге 7 доставки, и повышенное давление (давление сброса) во втором шланге 11 доставки. Таким образом, первый шланг 7 доставки соединяют с концом всасывания (впуск) 18 насосного блока и второй шланг 11 доставки соединяют с концом 17 сброса (выпуском) насосного блока. Насос также содержит невозвратный клапан 30, соединенный по текучей среде со стороной всасывания импеллера, т.е. в соединении по текучей среде с первым шлангом 7 доставки и впуском 18 насоса.
Фиг. 2 иллюстрирует, как приток Qi текучего вещества течет в насос через первый шланг 7 доставки и несет с собой криль P и как отток QO текучего вещества вытекает из насоса через второй шланг 11 доставки и доставляет криль P на траулер (см. фиг. 1; не показано на фиг. 2).
Следует понимать, что первый шланг 7 доставки должен быть способен выдерживать всасывание без схлопывания, и может с этой целью быть оборудованным спиральными арматурными струнами или т.п. Однако второй шланг 11 доставки не обязан обладать такими возможностями, поскольку его подвергают только положительным давлениям, и его можно разрабатывать, чтобы выдерживать высокие положительные давления и внешние силы, такие как волновое действие в зоне заплеска, и истирание, обусловленное корпусом судна. В качестве неограничивающего примера, первый шланг 7 доставки может представлять собой вакуумный шланг 600 м в длину со внутренним диаметром от 8 до 10 дюймов (от 20,3 до 25,4 см), способный выдерживать вакуум 3 бар (т.е. отрицательное давление). Второй шланг 11 доставки может представлять собой напорный шланг приблизительно 60 м в длину со внутренним диаметром от 8 до 10 дюймов (от 20,3 до 25,4 см).
При практическом применении горизонтальное расстояние между траулером и открытым концом 20 трала обычно может составлять между приблизительно 100 и 600 м. Также, например, при тралении криля, глубина трала t обычно может составлять от нуля (уровень моря) до 300 м ниже поверхности воды S, и расстояние d ниже поверхности воды, на котором располагают насосный блок 9, может составлять от 10 до 30 м. Типичная высота подъема h над поверхностью воды (см. фиг. 1) может составлять от 5 до 10 м. Изобретение не ограничено этими числовыми значениями, но за счет расположения насосного блока в море около траулера или по меньшей мере на определенном расстоянии впереди трала, первый шланг доставки может выдерживать большее падение давления, по сравнению с системами известного уровня техники. Это обусловлено тем, что насосный блок нужно опускать на необходимую глубину во избежание кавитации в насосе. Также невозвратным клапаном 30 можно управлять (например, удаленно) во избежание кавитации. Следовательно, следует понимать, что невозвратный клапан 30 можно приводить в действие или замещать с помощью сбрасывающего клапана. Приведение невозвратного клапана (сбрасывающего клапана) в действие ведет к меньшему потоку в первом шланге 7 доставки (т.е. вакуумном шланге), поскольку управляемый поток воды пропускают через клапан.
Как указано выше, корпусу 13 насосного блока придают геометрическую форму с тем, чтобы минимизировать гидродинамическое сопротивление. Кроме того, чтобы насосный блок 9 перемещать стабильным и предсказуемым образом в воде, корпус оснащают стабилизирующими плавниками, в проиллюстрированном варианте осуществления нижним плавником 15 и верхним плавником 16. Следует принимать во внимание, что другие конфигурации плавников могут быть полезны. Для того чтобы дополнительно улучшать гидродинамические свойства насосного блока 9, один или несколько стабилизирующих грузов 14 можно прикреплять к корпусу насоса. Несмотря на то, что на фиг. 2 представлен только один стабилизирующий груз, следует понимать, что груз можно добавлять на насосный блок многими путями. В неограничивающем примере, стабилизирующий груз 14 может создавать направленное вниз усилие Fw в 3 тонны. Тянущее усилие Fp в буксировочном тросе 10 составляет 5,8 тонны, сопротивление D1, создаваемое тралом и первым шлангом доставки, составляет 4 тонны и сопротивление D2, создаваемое вторым шлангом доставки, составляет 1 тонну.
Поскольку может быть желательно опускать груз насосного блока, например, при опускании или подъеме насосного блока в море, может быть желательно удалять стабилизирующий груз 14 или снижать его массу. Этого можно достигать с использованием варианта осуществления, проиллюстрированного на фиг. 3. Здесь насосный блок оборудуют рулем 19 глубины. Руль глубины можно питать через гидравлику или электричество, например, через фал, указанный выше, таким образом, который per se хорошо известен в данной области. Руль глубины можно приводить в действие для того, чтобы генерировать направленное вниз усилие, которое снижает или удаляет зависимость от стабилизирующего груза.
Несмотря на то что насосный блок 9 описан выше как буксируемый посредством буксировочного троса, изобретение не следует ограничивать этим соединительным средством, поскольку следует понимать, что насосный блок можно соединять с траулером многими путями. Например, насосный блок можно соединять с выносными стрелами на траулере или с телескопическими руками или другими структурами, которые позволяют опускать насосный блок ниже поверхности воды. Также возможно, что насосный блок 9 можно располагать в резервуаре или (не показано) или шахте для оборудования внутри траулера, и резервуар открыт в окружающее море. Насосный блок следует располагать в резервуаре или шахте для оборудования и опускать на глубину d ниже поверхности воды S, чтобы достигать необходимого давления на впуске 18 насоса, чтобы избегать кавитации, когда смесь воды и биомассы транспортируют через первый шланг 7 доставки (вакуумный шланг) и выпуск трала.
На фиг. 4a и 4b показано одно такое альтернативное соединительное средство. Здесь насосный блок 9 соединяют с несущей рукой 27, которую с возможностью поворота несет ось или другой поворотный элемент 25. Подъемный трос 28 идет между насосным блоком (или нижней частью несущей руки) и верхней лебедкой 24. Второй шланг 11 доставки (положительного давления) и фал 12 располагают вдоль несущей руки, номер позиции 26 обозначает отверстие второго шланга доставки. Таким образом, приводя в действие лебедку 24, насосный блок может работать между вытянутым положением (фиг. 4a, рабочее состояние) ниже траулера и убранным положением (фиг. 4b, неактивное состояние).
На фиг. 5a и 5b представлено другое такое альтернативное соединительное средство. Здесь насосный блок 9 соединяют с подъемным тросом 28, который идет через направляющую структуру 29. Над направляющей структурой 29 расположена лебедка 24, а нижняя часть направляющей структуры открыта в море, через корпус траулера. Второй шланг 11 доставки (положительного давления) и фал 12 располагают вдоль направляющей структуры. Таким образом, приводя в действие лебедку 24, насосный блок можно приводить в действие между вытянутым положением (фиг. 5a, рабочее состояние) ниже траулера и убранным положением (фиг. 5b, неактивное состояние).
Фиг. 6 представляет собой схематическую иллюстрацию определенных частей системы, проиллюстрированной на фиг. 1 (определенные признаки, например, буксировочное средство, пропущены). Трал 2 показан подвешенным в водной массе W, выше морского дна B. Однако, следует понимать, что изобретение в равной мере применимо к ситуациям и конфигурациям, в которых трал перемещают в воде, покоится в воде, перемещают вдоль морского дна B или стационарен на морском дне B. Это показано на фиг. 6 номером позиции 2’ и пунктирными линиями, иллюстрирующими коллектор морского дна. Также, хотя приведенное выше описание относится к тралу 2 для рыбы или другой биомассы P, следует понимать, что трал можно заменять любым подходящим коллектором, разработанным для сбора любых объектов, взвешенных в воде, и для подачи смеси воды и таких объектов в первый шланг 7 доставки. Следовательно, трал 2 в некоторых случаях в дальнейшем просто обозначают как «коллектор» 2. В дополнение к рыбе, крилю и другой биомассе, объекты P могут представлять собой камни, гравий, железную руду, створчатые раковины и т.д., и специалист поймет, что коллектор 2 следует разрабатывать для этого конкретного планируемого улова. Например, если предполагаемым уловом являются объекты, покоящиеся на морском дне, коллектор можно снабжать устройством (например, механическим совком), выполненным с возможностью подбрасывать объекты с морского дна непосредственно перед впуском первого шланга доставки.
Следовательно, указанный выше траулер 1 фактически может представлять собой любую лодку, судно или структуру над поверхностью воды, а перерабатывающий завод 31 разрабатывают для переработки применимого улова (и объектов P и воды). Следовательно, фиг. 6 иллюстрирует коллектор 2, расположенный в водной массе (или 2’ на морском дне), соединенный по текучей среде посредством первого шланга 7 доставки с погружаемым насосным блоком 9, а насосный блок 9 соединяют по текучей среде посредством второго шланга 11 доставки с перерабатывающим заводом 31 на судне 1.
Хотя при практическом применении, смесь объектов P и воды транспортируют из коллектора 2 на перерабатывающий завод 31 посредством гибких шлангов 7, 11, изобретение не следует ограничивать такими трубопроводами. В целом, можно использовать любой известный трубопровод текучего вещества. Следовательно, первый и второй шланги в дальнейшем также обозначают как первая и вторая линии 7, 11 доставки.
На фиг. 7 представлено по существу схематическое изображение насосной системы, проиллюстрированной на фиг. 6. Номер позиции 1’ обозначает расстояние h до палубы (например, судна) или платформы над поверхностью воды S. Насосный блок 9 содержит насос 22, приводимый в действие двигателем 22a через вал 22b. Двигатель 22a может представлять собой электродвигатель, гидравлический двигатель или любой другой подходящий двигатель, известный в данной области. Двигатель 22a располагают внутри своего собственного корпуса, изолированного от насоса 22 и, таким образом, прокачиваемой среды. Единственным соединением между двигателем 22a насоса и насосом 22 является вал 22b, который также выходит через уплотнения (не показано). Такое разделение двигателя и насоса особенно благоприятно в одном из вариантов осуществления, в котором двигатель использует гидравлические жидкости (масла): утечка не угрожает прокачиваемой среде (рыба и вода). Двигатель 22a насоса можно соединять с валом 22b через шлицевое соединение, в соответствии с чем двигатель можно удалять или заменять без необходимости отсоединения насоса 22 от линий доставки.
Насосный блок 9 располагают в воде на вертикальном расстоянии (глубине) d ниже поверхности воды, и коллектор 2 (или 2’) располагают на вертикальном расстоянии t ниже поверхности воды. Несмотря на то, что не проиллюстрировано на фиг. 6 и 7, горизонтальное расстояние между коллектором 2 и палубой 1’ может составлять порядка 600 м.
Насос 22, который может представлять собой центробежный насос или насос положительного смещения, генерирует частичный вакуум и, таким образом, всасывание, в первой линии 7 доставки, и повышенное давление (давление сброса) во второй линии 11 доставки. Как указано выше со ссылкой на фиг. 2, первая линия 7 доставки (шланг доставки) должна быть способна выдерживать всасывание без схлопывания, и может с этой целью быть оборудована спиральными арматурными струнами или т.п. Однако вторя линия 11 доставки (шланг доставки) не должна обладать такими возможностями, поскольку на нее воздействуют только положительными давлениями.
В качестве практического и неограничивающего примера, если длина первой линии 7 доставки может составлять 600 м, диаметр этой линии (шланг всасывания) составляет 8 дюймов (20,3 см) и скорость потока составляет 400 тонн/час, в первой линии 7 доставки (т.е. от коллектора 2 к насосу 22) генерируют падение давления приблизительно 1,8 бар. Если насосный блок 9 (и насос 22) располагают на глубине d=30 м (т.е. при давлении 4 бар), насос будет иметь запас по давлению 2,2 бар до возникновения кавитации в насосе. Если палубу 1’ располагают на высоте выше поверхности воды приблизительно h=6 м, приблизительно 0,6 бар необходимо для того, чтобы поднимать содержимое линий доставки (вода и объекты P) из воды и на палубу. Таким образом, все еще имеет место достаточный запас до возникновения кавитации (В отличие от этого, если заменить погружаемый насос на тот вакуумный насос на палубе, который известен в известном уровне техники, требуемый вакуум составит 2,4 бар, что будет вести к кавитации).
На основе вышеуказанного, понятно, что при опускании насоса на еще большие глубины (d), запас в отношении кавитации насоса будет возрастать. Также, если длина первой линии 7 доставки меньше (например, 150 м), падение давления в первой линии 7 доставки снижается пропорционально (например, до 0,45 бар) и, соответственно, снижается требование по глубине d. Такие более короткие линии доставки применимы при тралении рыбы на меньших глубинах.
Таким образом, следует понимать, что погружение насоса в водную массу, как описано выше, фактически создает вакуумную насосную систему, которая способна доставлять текучие вещества на уровни значительно выше поверхности воды.
Основной принцип изобретения состоит в опускании насосного блока 9 на глубину d, которой достаточно, чтобы избегать кавитации. Таким образом требуемую глубину d можно определять на основе падения давления в первой линии 7 доставки (включая коллектор 2).
Далее, со ссылкой на фиг. 8, впускной клапан 37 и запорный клапан 36 располагают во второй линии 11 доставки, и линию доставки соединяют последовательно с сепаратором 31a воды, накопительным резервуаром 31b и перерабатывающей установкой 31c. Специалист знает, что эти компоненты можно разрабатывать, выполнять с возможностью и размерами для применимого улова (т.е. природы объектов P) и что перерабатывающий завод 31 фактически может представлять собой любую принимающую установку. Труба 35 сброса воды выполнена с возможностью возвращения воды в море. Промывочный насос 32 выполнен с возможностью подавать воду во вторую линию 11, между впускным клапаном 37 и запорным клапаном 36, через трубу 34, а отсечный клапан 33 располагают между промывочным насосом 32 и второй линией 11. Промывочный насос 32 обычно располагают на судне и выполняют с возможностью доставлять поток между 500 и 1000 тоннами/час приблизительно при 3 бар.
Невозвратный клапан 30 соединен по текучей среде с первой линией 7, таким образом, на стороне впуска насоса 22, и расположен в насосном блоке 9. Невозвратный клапан 30 предварительно настраивают или приводят в действие для того, чтобы предотвращать схлопывание первой линии 7, и он по существу служит в качестве клапана безопасности для системы. Типичное давление открывания для невозвратного клапана составляет 2 бар, но это давление можно задавать в соответствии с применимыми требованиями. В дополнение к выполнению функции клапана безопасности, невозвратный клапан можно приводить в действие (вручную или автоматически, например, на основе входных данных датчиков), чтобы управлять смесью морской воды и рыбы, проходящей через насос, и, таким образом, фактически он служит в качестве смесительного клапана. Если желательно увеличивать поток воды, клапан можно открывать полностью или частично на желаемый период времени.
На фиг. 8 представлена ситуация, в которой система работает, т.е. подает смесь воды и объектов P из коллектора 2 на перерабатывающий завод 31. Закрывают отсечный клапан 33 и выключают промывочный насос 32. Открывают впускной клапан 37 и запорный клапан 36. Насос 22 работает и невозвратный клапан 30 закрывают, так что морская вода не проходит через клапан 30. В этом состоянии система работает в приемлемых допусках, чтобы избегать кавитации. Клапан 30 можно разрабатывать для открывания или закрывания при предварительно определяемых давлениях или можно приводить в действие удаленно.
В течение работы (например, траления), первая линия 7 доставки или выпуск трала могут засоряться посредством агрегирования объектов P или дебрисом или другими нежелательными объектами. Изобретенная система позволяет решать эту проблему без необходимости вынимать насосы и линии из воды. Фиг. 9 иллюстрирует такую процедуру очистки для того, чтобы удалять препятствия из линий доставки. В этой конфигурации, погружаемый насос 22 не работает и запорный клапан 36 закрыт. Впускной клапан 37 и отсечный клапан 32 открыты и промывочный насос 32 запущен. Следовательно, морскую воду качают с помощью промывочного насоса 32, через трубу 34, вниз во вторую линию 11, через неактивный насос 22 и в первую линию 7 доставки, тем самым промывая первую линию доставки и выпуск трала обратно в трал.
Фиг. 10 иллюстрирует признак безопасности, свойственный невозвратному клапану 30. Отсечный клапан 33 закрыт и промывочный насос 32 выключен, и впускной клапан 37 и запорный клапан 36 открыты, как в случае в течение нормальной работы. В случае блокирования, возникающего в первой линии 7 или во впуске в коллекторе 2, которое вызывает вакуум в первой линии, превышающий давление открывания невозвратного клапана 30, невозвратный клапан откроется. При практическом применении, датчики и системы управления (не показано) будут выключать погружаемый насос 22. Затем блокирование может быть удалено посредством процедуры, описанной выше со ссылкой на фиг. 9.
Несмотря на то, что изобретенная система описана выше с насосным блоком 9, соединяемым с траулером (через трос, несущую руку или т.п.), изобретение не следует ограничивать такой физической связью. Следует понимать, что изобретение в равной мере применимо к системе, в которой насосный блок располагают спереди трала (коллектора), т.е. в направлении к траулеру, и вторую линию доставки соединяют между насосным блоком и коллектором.
Несмотря на то, что изобретение описано со ссылкой на центробежный насос, следует понимать, что изобретение в равной мере применимо к центробежным насосам и насосам положительного смещения, а также другим насосам, которые передают механическую энергию морской воде, которую перекачивают.
1. Насосная система для перемещения жидкости или смеси жидкости и одного или нескольких объектов (P) из коллекторного устройства (2; 2’), погружаемого в водную массу (W), в принимающую установку (31), расположенную на судне на поверхности или структуре (1; 1’), причем коллекторное устройство выполнено с возможностью буксировки поверхностным судном на поверхности или структурой посредством буксировочного средства (3), или с возможностью быть погруженным в водную массу, или с возможностью перемещения вдоль морского дна (В) под водной массой, или быть стационарным на морском дне (B);
при этом система содержит коллекторное устройство (2; 2’), принимающую установку (31) и судно на поверхности или структуру (1, 1’), и дополнительно содержит первую линию (7) доставки, вторую линию (11) доставки и насосный блок (9), причем
- первая линия (7) доставки выполнена с возможностью соединения по текучей среде между коллекторным устройством (2; 2’) и впуском насосного блока (18); и
- вторая линия (11) доставки выполнена с возможностью соединения по текучей среде между выпуском насосного блока (17) и принимающей установкой (31);
при этом насосный блок выполнен с возможностью создавать всасывание в первой линии (7) доставки и положительное давление во второй линии (11) доставки,
причем насосная система отличается тем, что
- насосный блок (9) выполнен с возможностью погружения в водную массу (W) на первую глубину (d) ниже поверхности (S) водной массы и располагается между коллекторным устройством (2; 2’) и принимающей установкой (31), при этом коллекторное устройство (2; 2’) расположено на второй глубине (t) ниже поверхности (S); и
- насосный блок (9) выполнен с возможностью поддержки судном или другой структурой (1; 1’) посредством средства (10; 27; 28) соединения.
2. Насосная система по п. 1, в которой насосный блок (9) содержит насос (22), который выбирают из группы, состоящей из: центробежного насоса, насоса положительного смещения или любого насоса, который передает механическую энергию указанной жидкости.
3. Насосная система по п. 1 или 2, в которой насосный блок (9) содержит двигатель (22a) насоса в герметичном корпусе отдельно от насоса (22), но в соединении с насосом через вал (22b).
4. Насосная система по любому из пп. 1-3, в которой принимающую установку (31) располагают на структуре (1; 1’) на высоте (h) над поверхностью (S).
5. Насосная система по любому из пп. 1-4, которая дополнительно содержит клапан (30), соединенный по текучей среде с первой линией (7) доставки на впуске (18) вблизи насосного блока (9) и приводимый в действие для того, чтобы сделать возможным приток окружающей морской воды в первую линию доставки.
6. Насосная система по п. 5, в которой клапан представляет собой невозвратный клапан (30).
7. Насосная система по п. 5 или 6, в которой клапан приводят в действие вручную или автоматически или настраивают на открывание и закрывание при одном или нескольких предварительно определяемых давлениях.
8. Насосная система по любому из пп. 5-7, в которой клапан (30) представляет собой корректируемый клапан.
9. Насосная система по любому из пп. 1-8, которая дополнительно содержит промывочный насос (32), расположенный вблизи от принимающей установки (31) и соединяемый по текучей среде с трубой (34) впуска морской воды и второй линией (11) доставки, где располагают отсечной клапан (33) между промывочным насосом (32) и второй линией (11) доставки.
10. Насосная система по любому из пп. 1-9, в которой насосный блок (9) дополнительно содержит фигурный корпус (13) для того, чтобы снижать гидродинамическое сопротивление в воде.
11. Насосная система по любому из пп. 1-10, в которой насосный блок (9) дополнительно содержит один или несколько грузов (14).
12. Насосная система по любому из пп. 1-11, в которой насосный блок (9) дополнительно содержит руль (19) глубины, выполненный с возможностью и приводимый в действие для того, чтобы придавать насосному блоку направленное вниз усилие.
13. Насосная система по любому из пп. 1-11, в которой принимающая установка представляет собой перерабатывающий завод, содержащий средство переработки (31a-c) для жидкости и объектов (P).
14. Насосная система по любому из пп. 1-13, в которой коллектор представляет собой трал (2), выполненный с возможностью тащить его с помощью траулера (1), и средство буксировки содержит трос трала (3).
15. Насосная система по любому из пп. 1-14, в которой жидкость представляет собой морскую воду и объекты (P) выбирают из группы, состоящей из рыбы, криля или другой биомассы, створчатых раковин, камней, кусков железной руды.
16. Насосная система по любому из пп. 1-15, в которой средство соединения для поддержки насосного блока (9) содержит любое одно из буксировочного троса (10), несущей руки (27), подъемного троса (28), выносных стрел на траулере или телескопических рук.
17. Насосная система по любому из пп. 1-16, в которой средство (10; 27; 28) соединения выполнено с возможностью перемещения насосного блока между погруженным рабочим положением и нерабочим положением, в котором насосный блок поднят выше поверхности (S).
18. Насосная система по любому из пп. 1-17, в которой насосный блок (9) расположен в резервуаре или шахте для оборудования внутри судна на поверхности или структуры (1; 1’), и резервуар или шахта для оборудования открыты в окружающее море.
19. Использование насосной системы по любому из пп. 1-18 в качестве вакуумной насосной системы для того, чтобы доставлять указанную жидкость или смесь в указанную принимающую установку.
20. Способ работы насосной системы, как определено в пп. 1-19, отличающийся
a) определением, оценкой или восприятием падения давления в первой линии (7) доставки; и b) расположением насосного блока (9) на глубине (d), которая обеспечивает давление впуска насоса, которого достаточно, чтобы избегать кавитации в насосе (22) в насосном блоке (9).
21. Способ работы насосной системы, как определено в п. 8, отличающийся
a) определением, оценкой или восприятием падения давления в первой линии (7) доставки; и b) приведением в действие корректируемого клапана (30) для того, чтобы корректировать давление на впуске в насос (22) для того, чтобы избегать кавитации в насосе (22) в насосном блоке (9).
22. Способ по п. 20 или 21, в котором падение давления в первой линии (7) доставки определяют или оценивают на основе параметров длины внутреннего диаметра и внутренней поверхности первой линии (7) доставки.
23. Способ по п. 20, в котором этап b) содержит работу средства соединения насосного блока, содержащего любое одно из буксировочного троса (10), несущей руки (27), подъемного троса (28), выносных стрел на траулере или телескопических рук.
24. Способ по п. 20, в котором первая глубина (d) находится в диапазоне между 10 и 30 метрами и вторая глубина (t) находится в диапазоне над уровнем моря и 300 метрами.
