NL8800632A - Werkwijze voor het aandrijven van een hydraulisch onderwater werktuig. - Google Patents

Description

-1- éi

Werkwijze voor het aandrijven van een hydraulisch onderwater werktuig.

De uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor het aandrijven van een hydraulisch onderwater werktuig waarbij de hydraulische drukenergie in een onderwater geplaatste vermogensomvormer wordt opgewekt.

5 Een dergelijke werkwijze is bekend uit de

Nederlandse octrooiaanvrage Nr. 7513240. Hierbij is het onderwater werktuig een hydraulisch aangedreven herinrichting, waaraan een elektrisch aangedreven hydrauliek-aggregaat is bevestigd, waarin elektrisch vermogen omge-10 vormd wordt in hydraulisch vermogen. De voeding van deze vermogensomvormer geschiedt door elektrische energie vanaf een bovenwater aan land, of op een schip, of op een werk-platform geplaatste generator via elektrische kabels naar de vermogensomvormer te voeren. Op dezelfde wijze worden 15 andere onderwater werktuigen aangedreven, zoals bijvoorbeeld boorwerktuigen, monstername-apparaten en werktuigen voor het werken aan of inspecteren van onderzeese constructies.

De elektrische kabels worden vanaf een haspel 20 aan dek afgewikkeld om de onderwater neergelaten vermogensomvormer te volgen. Voor werkschepen met hun beperkte dekruimte en hijscapaciteit zijn dergelijke haspels met kabels en dieselelektrische aggregaten aan dek zeer bezwaarlijk.

25 Verder is, bij een vergroting van de diepte waar op gewerkt moet worden, het verlengen van de elektrische kabels vrijwel niet mogelijk of zeer gecompliceerd, omdat het meestal gecombineerde kabels zijn voor elektrisch vermogen, elektrische signalen en luchttoevoer. Deze kabels 30 zijn bovendien vrij zwaar, kostbaar en kwetsbaar.

De uitvinding beoogt een werkwijze alsmede een inrichting voor het aandrijven van een hydraulisch onderwater werktuig te verschaffen waarmee deze problemen op eenvoudige wijze kunnen worden opgelost.

35 Dit doel wordt volgens de uitvinding bereikt doordat de vermogensomvormer wordt aangedreven door onder druk gebracht omgevingswater dat na de energie- .8800632 * -2- ! overdracht in het omgevende water wordt geloosd.

Hierdoor wordt een eenvoudige aandrijving verkregen waarbij geen retourleiding nodig is. Met name bij boorschepen, waar reeds hogedruk zeewaterpompen aanwezig 5 zijn en waarbij de uit secties opgebouwde boorpijp tevens gebruikt kan worden voor het transport van het onder druk gebracht zeewater zal deze werkwijze een aanzienlijke besparing geven terwijl de werkdiepte zeer groot kan zijn.

Opgemerkt wordt dat het op zich bekend is om om-10 gevingswater als hydraulisch werkmedium te gebruiken, doch het omgevingswater wordt hier gebruikt als energie-over-brengend medium.

Een energieoverdracht met een zeer hoog rendement wordt volgens de uitvinding verkregen doordat het vermogen 15 dat is opgeslagen in het onder druk gebrachte omgevingswater direkt wordt overgebracht op het hydraulisch werkmedium.

De vermogensomvormer voor het uitvoeren van de werkwijze volgens de uitvinding, wordt door hijsmiddelen 20 onder water neergelaten en wordt gekenmerkt doordat de vermogensomvormer bestaat uit ëën of meer arbeidscilinders die elk door een zwevende zuiger wordt verdeeld in een ruimte gevuld met het onder druk gebrachte omgevingswater en een ruimte gevuld met een hydraulisch werkmedium, waar-25 bij is voorzien in omschakelmiddelen die telkens bij het bereiken van het eind van de werkslag van een zwevende zuiger in werking wordt gesteld, waardoor bij elke arbeidscilinder de ruimte welke kan worden gevuld met het onder druk gebrachte omgevingswater afwisselend wordt aangesloten het-30 zij op een toevoerleiding van onder druk gebracht omgevingswater, hetzij op een vrije uitlaat en waarbij elke arbeidscilinder aan de zijde van het hydraulisch werkmedium via terugslagkleppen is verbonden met de persleiding naar het werktuig. Hierdoor wordt met een betrek-35 kelijk eenvoudige inrichting een praktisch verliesloze energie-omzetting gerealiseerd. Het afwisselend schakelen van de translerende arbeidscilinders op de toevoerleiding van hoge druk omgevingswater resulteert in een continue, al dan niet flucturerende stroom van het hydraulisch 40 werkmedium.

.8800632 .

% -3- 0"

De omschakelmiddelen die telkens bij het bereiken van het eind van de werkslag van een zwevende zuiger in een arbeidscilinder in werking worden gesteld kunnen bijvoorbeeld bestaan uit naderingsschakelaars of -sensoren die 5 in de wand van de arbeidscilinder zijn ingebracht die een schakelkommando afgeven dat een geschikt ventiel kan aansturen.

Teneinde eventuele volumeveranderingen of een gering verlies in het circuit van het hydraulisch 10 werkmedium te kunnen opvangen en na het einde van een arbeidsslag het wegdrukken van het omgevingswater uit een drukloze arbeidscilinder te bevorderen kan de vermo-gensomvormer volgens de uitvinding verder zijn voorzien van één of meer voorraadcilinders waarin een overdruk 15 ten opzichte van de omgeving heerst en die gedeeltelijk zijn gevuld met het hydraulische werkmedium en zijn aangesloten op de retourleiding van het werktuig.

De eerder genoemde overdruk in de voorraadcilinders kan op eenvoudige wijze te weeg worden ge-20 bracht doordat volgens de uitvinding de voorraadcilinders bij voorkeur zijn voorzien van een zwevende zuiger waarop veermiddelen inwerken, zoals bijvoorbeeld een gas onder druk.

De zwevende zuiger voorkomt dat dit gas oplost 25 in het hydraulisch werkmedium.

Door het beperkte aantal eenvoudige onderdelen waaruit de vermogensomvormer is opgebouwd en de grote mate van vrijheid van de situeringsmogelijkheden van de omvormeronderdelen ten opzichte van elkaar en ten opzichte 30 van het aan te drijven werktuig zijn vele opstellingen mogelijk. Zo kan het volgens de uitvinding van voordeel zijn dat de omvormer uitwendig of inwendig één geheel vormt met het werktuig.

Het is volgens de uitvinding ook mogelijk dat 35 één of meer arbeidscilinders binnen een voorraadcilinder zijn geplaatst. Door deze opstellingen kan de kwetsbaarheid van leidingen en appendages aanzienlijk worden verminderd .

Het is denkbaar dat de druk van het onder druk 40 gebrachte omgevingswater veel lager of veel hoger is dan .8800632 .

0 -4- de benodigde druk van het hydraulisch werkmedium.

Het verdient dan volgens de uitvinding de voorkeur dat de zwevende zuigers in de arbeidscilinders zijn uitgevoerd als differentieelzuigers. Door de verschillende 5 zuigeroppervlakken aan omgevingsvloeistofzijde en hydraulisch werkmediumzijde werken de arbeidscilinders dan tevens als druktransformator.

Een bijzondere compacte constructie kan worden verkregen doordat volgens een nadere uitwerking van de 10 uitvinding de vermogensomvormer bestaat uit één of meer paren arbeidscilinders die in eikaars verlengde zijn geplaatst, waarbij de ruimten die gevuld zijn met het hydraulisch werkmedium aan elkaar grenzen en tussen de beide zwevende zuigers een in de lengterichting van de 15 cilinders beweegbare koppelstang is gemonteerd. Deze koppelstang, die niet perse bevestigd behoeft te zijn aan één of beide zwevende zuigers, zorgt ervoor dat tijdens de werkslag van de ene arbeidscilinder de zuiger in de tegenoverliggende arbeidscilinder een gedwongen in-20 laatslag maakt waardoor deze cilinder weer wordt gevuld met het hydraulisch werkmedium. Bij deze constructie kunnen de voorraadcilinders eventueel achterwege gelaten worden indien in het hydraulisch werkcircuit een voldoende ruim bemeten hoge drukaccumulator wordt geplaatst.

25 Bij een gunstige uitvoeringsvorm van de uitvin ding kan de toevoerleiding van het onder druk gebrachte omgevingswater gecombineerd worden met het hijsmiddel waardoor de vermogensomvormer onderwater wordt neergelaten. Deze uitvoeringsvorm kan vooral van toepassing zijn 30 bij boorschepen waarbij de uit secties opgebouwde boorpijp tevens dienst doet als toevoerleiding van het onder druk gebrachte omgevingswater.

De uitvinding zal thans nader worden toegelicht aan de hand van de tekeningen waarin enkele uitvoerings-35 voorbeelden van de uitvinding zijn weergegeven.

Fig.1 toont schematisch een vertikale doorsnede door een uitvoeringsvorm van de vermogensomvormer volgens de uitvinding, ______________:__ .8800632 -5- ' &

Fig.2 toont schematisch in een dwarsdoorsnede een andere uitvoeringsvorm van de vermogensomvormer waarbij het hydraulisch schema is weggelaten.

5 Fig.3 toont schematisch in een langsdoorsnede een andere uitvoeringsvorm van een arbeidscilinder.

Fig.4 toont schematisch in een langsdoorsnede een ander uitvoeringsvoorbeeld van de vermogensomvörmer volgens de uitvinding.

10 De vermogensomvormer getoond in fig.1 bestaat uit twee arbeidscilinders 1 en 2, welke ieder door een zwevende zuiger 3 resp. 4 worden verdeeld in een variabele ruimte 5, resp. 6, die kan worden gevuld met onder druk gebracht omgevingswater, en een variabele ruimte 7 15 resp. 8, welke gevuld is met het hydraulisch werkmedium waarmee het werktuig wordt aangedreven en welke ruimte via terugslagkleppen 9 en 10 zijn aangesloten op een persleiding 11 naar het niet nader getekende werktuig. De druk-waterruimten 5 en 6 kunnen door middel van omschakelmid-20 delen afwisselend worden aangesloten hetzij op een toevoer-leiding 13 van onder druk gebracht omgevingswater, hetzij op een vrije uitlaat 14 naar de omgeving. De omschakel-middelen bestaan uit nabij de eindstanden van de werkslag van de zwevende zuiger geplaatste naderingsschakelaars of 25 sensoren die telkens bij het bereiken van het einde van de werkslag van de zwevende zuiger 3, 4 in een arbeidscilinder 1, 2 een schakelkommando afgeven dat het omschakelventiel 17 of 18 van de betreffende cilinder aanstuurt. De genoemde naderingsschakelaars kunnen zowel 30 worden gemonteerd aan het einde van de zijwand van de ruimten 7, 8, als in de eindwand van de ruimten 7f 8.

Het schakelkommando kan zowel mechanisch, hydraulisch of elektrisch zijn.

35 Het omschakelventiel 17, 18 kan in plaats van een 3/2 ventiel, zoals getoond in fig.1, ook een 3-standen ventiel met drie aansluitingen zijn of twee onafhankelijk van elkaar schakelende kleppen waarbij een schakelstand aanwezig is waarbij de leiding 13 direkt op de uitlaat 40 14 geschakeld is voor een vrije doorstroming.

.8800632 ; -6- ί

De in fig.1 getoonde vermogensomvormer is verder voorzien van een voorraadcilinder 19/ die door een zwevende zuiger 20 wordt verdeeld in een ruimte 21, welke is gevuld met het hydraulisch werkmedium en via een 5 leiding 23 aangesloten kan worden op de retourleiding van het niet nader getekende werktuig, en een ruimte 22 waarin zich een gas bevindt onder een overdruk ten opzichte van de omgeving. De leiding 23 is via terugslagkleppen 24 en 25 eveneens aangesloten op de met het hydrau-10 lisch werkmedium gevulde ruimten 7, 8 van de arbeidscilin-ders 1,2.

In fig.1 staat het omgevingsdrukwater via het om-schakelventiel 17 aangesloten op de drukwaterruimte 5 van arbeidscilinder 1. Als gevolg hiervan maakt de zwevende 15 zuiger 3 een werkslag en perst het hydraulisch werkmedium via de terugslagklep 9 en de persleiding 11 naar het werktuig. Tijdens deze werkslag van de arbeidscilinder 1 is het ventiel 18 zodanig geschakeld dat de drukwaterruimte 6 van arbeidscilinder 2 is aangesloten op de vrije uitlaat 20 14 naar de omgeving. Het drukwater kan nu door de zwevende zuiger 4 uit de ruimte 6 worden weggedrukt onder invloed van de lage druk retourstroom vanaf het werktuig en/of het hydraulisch werkmedium dat zich onder een overdruk ten opzichte van de omgeving in de ruimte 21 van de voorraad 25 cilinder 19 bevindt. Hierbij wordt via de leiding 23 en de terugslagklep 25 de ruimte 8 weer gevuld met het hydraulisch werkmedium. Aan het eind van de werkslag van de zwevende zuiger 3 wordt een naderingsschakelaar bekrachtigd, waardoor de ventielen 17 en 18 worden omgeschakeld. Nu 30 maakt de zwevende zuiger 4 in de arbeidscilinder 2 een werkslag terwijl de ruimte 7 in de arbeidscilinder 1 zich tijdens de inlaatslag via de terugslagklep 24 vult met het hydraulisch werkmedium. Aan het eind van deze werkslag worden de ventielen 17 en 18 door een in de arbeidscilinder 35 2 gemonteerde naderingsschakelaar weer omgescha keld. Op deze wijze wordt een continue, al dan niet fluctuerende stroom van het hydraulisch werkmedium verkregen. Door het toepassen van meer dan twee arbeidscilinders en/of het laten overlappen van de werkslagen kunnen de fluctuaties 40 worden verminderd. In de persleiding 11 en de retourleiding . 880 0632

V

-7- , 23 kan een accumulator 26, 27 worden geplaatst voor het opnemen van drukvariaties of sterke variaties van vloeistof stromen. In het schema zijn de verdere componenten zoals veiligheidskleppen, koelers, filters enz. achter-5 wege gelaten omdat deze niet van principieel belang zijn voor de vinding.

Het is denkbaar om slechts een arbeidscilinder te gebruiken in combinatie met een voldoende ruim bemeten hoge druk accumulator.

10 De vermogensomvormer volgens fig. 2 bestaat uit twee arbeidscilinders 1, 2 die binnen de voorraadcilinder 19 zijn geplaatst.

Fig.3 toont een uitvoeringsvoorbeeld van een arbeidscilinder waarbij de zwevende zuiger 28 als differen-15 tiaalzuiger is uitgevoerd. De ruimte 29 boven de zuiger kan door middel van omschakelmiddelen afwisselend worden aangesloten hetzij op een toevoerleiding van onder druk gebracht omgevingswater, hetzij een vrije uitlaat naar de omgeving. De ruimte 30 is gevuld met het hydraulisch werkmedium 20 dat tijdens de neergaande werkslag van de zuiger onder hoge druk via de terugslagklep 31 en de persleiding 32 naar het werktuig wordt geperst. Hierbij kan de persdruk van het werkmedium veel hoger zijn dan de druk van het drukwater. De ruimte 33 kan tijdens de inlaatslag van de zuiger 28 gevuld 25 zijn met het onder druk gebracht omgevingswater of met omgevingswater onder omgevingsdruk of met lage druk hydraulisch werkmedium uit de retourleiding van het werktuig of met hoge druk hydraulische werkmedium.

Fig. 4 toont een uitvoeringsvoorbeeld van de vermo- 30 gensomvormer waarbij twee arbeidscilinders 34 en 35 in eikaars verlengde zijn geplaatst terwijl het samenstel wordt omgeven door een coaxiale voorraadcilinder 36. In dit uitvoeringsvoorbeeld zijn de twee zwevende zuigers 37 en 38 gekoppeld door een koppelstang 39 die niet perse 35 bevestigd behoeft te zijn aan êén of beide zwevende zuigers.

De ruimten 40 en 41 kunnen door omschakelmiddelen afwisselend worden aangesloten hetzij op een toevoerleiding van onder druk gebracht omgevingswater, hetzij op een vrije uitlaat naar de omgeving. De ruimten 42 en 43 zijn gevuld met het 40 hydraulisch werkmedium dat tijdens de' werkslag van de betreffende zuiger 37, 38 onder hoge druk via de terugslag- .8800632 ‘i -8- kleppen 44 en 45 naar het werktuig wordt geperst. De mechanische koppeling tussen de beide zuigers 37 en 38 bewerkstelligt dat tijdens een werkslag van bijvoorbeeld zuiger 37 de zuiger 38 een inlaatslag maakt, waarbij de 5 ruimte 43 via de terugslagklep 46 gevuld wordt met hydraulisch werkmedium uit de ruimte 48 van de voorraadcilinder 36. In de ruimte 49 boven de ruimte 48 bevindt zich een medium, bijvoorbeeld een gas, met een overdruk ten opzichte van de omgeving.

10 Het zal duidelijk zijn dat de uitvinding niet is be perkt tot de in de voorgaande beschreven uitvoeringsvoor-beelden, die binnen het kader van de uitvinding op verschillende manieren kunnen worden gevarieerd.

-Conclusies- .8800632

Claims (11)

1. Werkwijze voor het aandrijven van een hydraulisch onderwater werktuig waarbij de hydraulische drukenergie in een onderwater geplaatste vermogensomvormer wordt opgewekt/ met het kenmerk, dat de vermomgensom-5 vormer wordt aangedreven door onder druk gebracht omge-vingswater dat na de energie-overdracht in het omgevende water wordt geloosd.

2. Werkwijze volgens conclusie 1, m e t het 10 kenmerk, dat het vermogen dat is opgeslagen in het onder druk gebrachte omgevingswater direkt wordt overgebracht op het hydraulisch werkmedium.

3. Vermogensomvormer, welke door hijsmiddelen onder-15 water wordt neergelaten, voor het uitvoeren van de werkwijze volgens conclusie 1 of 2,met het ken- m er k, dat de vermogensomvormer bestaat uit éën of meer arbeidscilinders (1, 2) die elk door een zwevende zuiger (3, 4) worden verdeeld in een ruimte (5, 6) gevuld met 20 het onder druk gebrachte omgevingswater en een ruimte (7, 8) gevuld met een hydraulisch werkmedium, waarbij is voorzien in omschakelmiddelen (17, 18) die telkens bij het bereiken van het eind van de werkslag van een zwevende zuiger (3, 4) in werking wordt gesteld, waardoor bij elke 25 arbeidscilinder de ruimte (5, 6) welke kan worden gevuld met het onder druk gebrachte omgevingswater afwisselend wordt aangesloten hetzij op een persleiding (13) van onder druk gebracht omgevingswater, hetzij op een vrije uitlaat (14) en waarbij elke arbeidscilinder aan de zijde van het 30 hydraulisch werkmedium via terugslagkleppen (9, 10) is verbonden met de persleiding (11) naar het werktuig.

4. Vermogensomvormer volgens conclusie 3, m e t het kenmerk, dat de vermogensomvormer verder is voorzien 35 van êên of meer voorraadcilinders (19) waarin een overdruk ten opzichte van de omgeving heerst en die gedeelte- . 88 0 0632 «I -10- ι» lijk zijn gevuld met het hydraulische werkmedium en zijn aangesloten op de retourleiding (23) van het werktuig.

5. Vermogensomvormer volgens conclusie 3 of 4, met het kenmerk, dat de voorraadcilinders 5 (19) zijn voorzien van een zwevende zuiger (20) waarop veermiddelen inwerken, zoals bijvoorbeeld een gas onder druk.

6. Vermogensomvormer volgens één der conclusies .3 t/m5,met het kenmerk, dat de omvormer 10 uitwendig of inwendig ëén geheel vormt met het werktuig.

7. Vermogensomvormer volgens één of meer der conclusies 3 t/m 6,met het kenmerk, dat de zwevende zuigers in de arbeidscilinders zijn uitgevoerd als differentieelzuigers (28).

8. Vermogensomvormer volgens één of meer der con clusies 3 t/m 7,met het kenmerk, dat de omvormer bestaat uit ëén of meer paren arbeidscilinders (34, 35) die in eikaars verlengde zijn geplaatst, waarbij de ruimten (42, 43) die gevuld zijn met het hydraulisch 20 werkmedium aan elkaar grenzen en tussen de beide zwevende zuigers (37, 38) een in de lengterichting van de cilinders beweegbare koppelstang (39) is gemonteerd.

9. Vermogensomvormer volgens één of meer der voorgaande conclusies 3 t/m 8,met het kenmerk, dat 25 één of meer arbeidscilinders (1, 2; 34, 35) binnen een voorraadcilinder (19; 36) zijn geplaatst.

10. Vermogensomvormer volgens één of meer der voorgaande conclusies 3 t/m 9,met het kenmerk, dat de toevoerleiding van het onder druk gebrachte omgevingswater 30 (13) gecombineerd is met het hijsmiddel.

11. Schip voor het uitvoeren van de werkwijze volgens conclusie 1 of 2,met het kenmerk, dat het schip een boorschip is en de reeds aanwezige hoge drukpompen .8800632 -11- worden gebruikt voor het onder druk brengen van het omge-vingswater, terwijl de boorpijp wordt gebruikt voor het transport van het drukwater naar de vermogensomvormer. .8800632