NO340558B1

NO340558B1 - Voidpumpe

Info

Publication number: NO340558B1
Application number: NO20151414A
Authority: NO
Inventors: Nils Terje Ottestad
Original assignee: Obs Tech As
Priority date: 2015-10-17
Filing date: 2015-10-17
Publication date: 2017-05-15
Also published as: NO20151414A1

Description

Oppfinnelsen vedrører en pumpeanordning som er innrettet til å transportere en første væske ved å benytte en andre væske. Denne omfatter en drivenhet med et drivstempel som er forskyvbart fram og tilbake ved hjelp av nevnte andre væske, og en pumpeenhet med pumpestempel som er sammenkoplet med drivenheten slik at drivstemplet og pumpestemplet danner et stempelarrangement. Pumpeenheten omfatter en ventilanordning som er anordnet ved innløpet for tilførsel av den første væsken, og som har en åpen posisjon og en lukket posisjon. Nevnte stempelanordning er forskyvbar fram og tilbake mellom to ytterpunkter, og er konfigurert til mekanisk å påvirke denne ventilanordningen til å endre fra åpen til lukket posisjon og vice versa når stempelanordningen nærmer seg et av ytterpunktene. The invention relates to a pump device which is designed to transport a first liquid by using a second liquid. This comprises a drive unit with a drive piston which is displaceable back and forth by means of said second liquid, and a pump unit with a pump piston which is connected to the drive unit so that the drive piston and the pump piston form a piston arrangement. The pump unit comprises a valve device which is arranged at the inlet for supplying the first liquid, and which has an open position and a closed position. Said piston device is displaceable back and forth between two extreme points, and is configured to mechanically influence this valve device to change from open to closed position and vice versa when the piston device approaches one of the extreme points.

Pumpeanordningen er spesielt konstruert for bruk til undervanns løfteoperasjoner og til lagring av energi på midlere og store dyp. I begge bruksområder er pumpens oppgave å trekke ut væske fra tanker som inneholder lite eller ingen gass, for derved å skape et tilnærmet trykkløst tomrom i tanken. Ved løfteoperasjoner utnytter man vektreduksjonen og derved den økte oppdriften som oppnås ved å fjernes vann fra trykkbestandige oppdriftstanker. Ved energilagring baserer man seg på at energien som kreves for å pumpe ut væske fra en trykkbestandig til et reservoar med eksempelvis samme trykk som omgivende vann, kan hentes tilbake ved at væske tilbakeføres til tomrommet via trykkforsterkere etc. (jfr. norsk patent N0333477). I den følgende beskrivelse benyttes tank som fellesbetegnelse på enhver type beholder som er egnet til å frembringe tomrom under rådende forhold The pump device is specially designed for use in underwater lifting operations and for storing energy at medium and great depths. In both areas of use, the pump's task is to extract liquid from tanks that contain little or no gas, thereby creating an almost pressure-free void in the tank. During lifting operations, the weight reduction and thereby the increased buoyancy achieved by removing water from pressure-resistant buoyancy tanks are used. In energy storage, it is based on the fact that the energy required to pump out liquid from a pressure-resistant to a reservoir with, for example, the same pressure as surrounding water, can be recovered by returning liquid to the void via pressure amplifiers etc. (cf. Norwegian patent N0333477). In the following description, tank is used as a general term for any type of container that is suitable for creating voids under prevailing conditions

Tunge løfteoperasjoner krever relativt stor pumpekapasitet for å rninimere dødtid. Energilagring, dvs. å etablere tomrom av egnet størrelse, kan gjerne skje over tid og baserer på pumpeanordninger som typisk har 2-3 kW effekt. Heavy lifting operations require a relatively large pump capacity to minimize dead time. Energy storage, i.e. establishing voids of a suitable size, can often take place over time and is based on pump devices that typically have 2-3 kW power.

Ved de nevnte bruksområdene ønsker man minst mulig gassinnhold i væsken. Det ordnes fortrinnsvis ved at tankene blir fylt med væske fra oversiden slik at eventuell gass slipper ut. Deretter orienteres tanken slik at pumpeanordningen tilkoples et lavtliggende uttak på tanken. Fjerning av væske fra tilnærmet gassfri tank vil føre til at trykket faller nær momentant til et absoluttrykk av størrelse 10 - 20 millibar. Det betyr at man i utgangspunktet ikke kan benytte tradisjonelle sugepumper, ettersom disse er forsynt med tilbakeslagsventiler som krever et visst sugetrykk for å kunne fungere. In the aforementioned areas of use, you want the lowest possible gas content in the liquid. It is preferably arranged by the tanks being filled with liquid from the top so that any gas escapes. The tank is then oriented so that the pump device is connected to a low outlet on the tank. Removing liquid from an almost gas-free tank will cause the pressure to drop almost instantaneously to an absolute pressure of 10 - 20 millibars. This means that you cannot initially use traditional suction pumps, as these are equipped with non-return valves that require a certain suction pressure in order to function.

Dette problemet kan løses på ulike vis, eksempelvis ved at det i bunn av tanken anordnes en rotasjonspumpe som kan øke trykket ut fra tanken. This problem can be solved in various ways, for example by arranging a rotary pump at the bottom of the tank which can increase the pressure from the tank.

Pumpeanordningen ifølge oppfinnelsen er innrettet til at gravitasjonskreftene skal kunne føde pumpens sugeside. Dette oppnås ved at det er lagt til rette for at det er lite strørnningsmotstand på sugesiden, idet stempelarrangementet resiprokeres med lav frekvens og at det ser sørget for et grovt dimensjonert innløp med en innløpsvenitlanordning som åpner og lukker innløpet i samsvar med stempelarrangementets bevegelse. For de aktuelle utførelsene av pumpeanordningen kan det i sugemodus oppnås tilnærmet full væskefylling av pumpekammeret ved pumpefrekvenser som er noe høyere enn 1 Hz. The pump device according to the invention is designed so that the gravitational forces can feed the suction side of the pump. This is achieved by ensuring that there is little stretching resistance on the suction side, as the piston arrangement reciprocates at a low frequency and that a roughly dimensioned inlet is provided with an inlet valve device that opens and closes the inlet in accordance with the movement of the piston arrangement. For the current versions of the pump device, in suction mode, almost full liquid filling of the pump chamber can be achieved at pump frequencies that are somewhat higher than 1 Hz.

Pumpeanordningen har en enkel og robust design, og er konstruert med sikte på å oppnå god kapasitet i forhold til størrelsen. I foretrukket utførelse av pumpeanordningen er drivenheten basert på at stempelanordningens skifte av (Mvretning styres av en enkelt sjaltemekanisme, og at pumpeenhetens opptak av væske skjer via kun et innløp. Pumpeanordninger som er innrettet til å transportere et første fluid ved å benytte trykket i et andre fluid er kjent fra bl.a. dokumentet US 6357235 Bl som beskriver en pumpeanordning som utnytter trykket i et tilført fluid til å øke trykket i et arbeidsfluid. I likhet med angjeldende oppfinnelse overføres trykkreftene via et stempel som har en lineær bevegelse. Angjeldende oppfinnelse er basert på et stempel som har to pumpekamre med forskjellig størrelse, og som har en enveisventil som tillater væske å strømme fra det største til det minste pumpekammeret. Nærmeste kjente teknikk anses å være representert ved nevnte dokument, samt ved dokumentene US 6435843 B, GB 2467322 A og GB 1450538 A. Ingen av disse dokumenter viser et tilsvarende stempel med en enveisventil, og har heller ikke en innløpsventil tilsvarende den som er angitt i angjeldende søknads krav 1. The pump device has a simple and robust design, and is constructed with the aim of achieving a good capacity in relation to its size. In a preferred embodiment of the pump device, the drive unit is based on the fact that the piston device's change of direction is controlled by a single switching mechanism, and that the pump unit's intake of liquid takes place via only one inlet. Pump devices which are designed to transport a first fluid by using the pressure in a second fluid is known from, among other things, the document US 6357235 Bl which describes a pump device that utilizes the pressure in a supplied fluid to increase the pressure in a working fluid. Like the present invention, the pressure forces are transmitted via a piston that has a linear movement. The present invention is based on a piston having two pump chambers of different sizes, and having a one-way valve that allows fluid to flow from the larger to the smaller pump chamber, the closest prior art is considered to be represented by said document, as well as by documents US 6435843 B, GB 2467322 A and GB 1450538 A. Neither of these documents shows a corresponding piston with a one-way valve, nor has not an inlet valve corresponding to the one specified in requirement 1 of the relevant application.

Oppfinnelsen vil bh nærmere forklart med henvisning til figurene 1-3 der, The invention will be explained in more detail with reference to figures 1-3 there,

- Fig 1 viser et riss av en komplett pumpeanordning ifølge oppfinnelsen. - Fig 1 shows a diagram of a complete pump device according to the invention.

- Fig 2 viser et riss av en vippemekanisme som er anordnet på pumpeenheten innløp for den første væsken - Fig 3a -c viser et forstørret riss av sjaltemekanismen i ulike modi med stempelanordningen i ytterpunktene - Fig. 4 a - b viser hvordan sjaltemekanismen påvirkes når stempelarrangementet når sine ytterpunkter - Fig. 4c viser hvordan ventilanordningen på pumpeenhets innløp kipper over når stempelarrangementer nærmer seg venstre ytterpunkt. - Fig 2 shows a view of a tilting mechanism which is arranged on the pump unit inlet for the first liquid - Fig 3a -c shows an enlarged view of the switching mechanism in different modes with the piston device at the extremes - Fig 4 a - b shows how the switching mechanism is affected when the piston arrangement reaches its extreme points - Fig. 4c shows how the valve arrangement on the pump unit inlet tips over when piston arrangements approach the left extreme point.

Pumpeanordningen ifølge oppfinnelsen omfatter en drivenhet 1) og en pumpeenhet 8) som samvirker via et stempelarrangement 3,5,6) som er forskyvbar gjennom en felles skillevegg 4). Stempelarrangementet består av et drivstempel 2) og et pumpestempel som er sammenkoplet via en felles stempelstang 5). Tilførsel og 5 retur av den andre væske foregår via hhv. innløpet 29) og utløpet 28) på drivenheten. Drivenheten omfatter en sjaltemekanisme som sørger for at trykkforskjellen mellom den andre væskens forsynings- og returtrykk utnyttes til å resiprokere stempelarrangementet slik at pumpeenheten kan transportere den første væsken. Sjaltemekanismen er arrangert innenfor den stiplete rammen i fig. 1. Detaljer i funksjonen vil bli nærmere forklart med henvisning til figurene 3 a - d. The pump device according to the invention comprises a drive unit 1) and a pump unit 8) which cooperate via a piston arrangement 3,5,6) which is displaceable through a common partition wall 4). The piston arrangement consists of a drive piston 2) and a pump piston which are connected via a common piston rod 5). Supply and 5 return of the other liquid take place via respectively inlet 29) and outlet 28) on the drive unit. The drive unit comprises a switching mechanism which ensures that the pressure difference between the supply and return pressure of the second liquid is utilized to reciprocate the piston arrangement so that the pump unit can transport the first liquid. The switching mechanism is arranged within the dashed frame in fig. 1. Details of the function will be explained in more detail with reference to figures 3 a - d.

Drivenheten 1) og pumpeenheten 8) har hver sin innvendige sylinderføring, som begge deles i to separate kamre hvor nevnte stempelarrangement utgjør en forskyvbar barriere. Drivstemplet 2) har kontaktflate mot kamrene I og II i drivenheten, og pumpestemplet 6) har kontaktflate mot kamrene III og IV i pumpeenheten. I foretrukket utførelse har drivstemplet og pumpestemplet like store diametre, og stempelstangen 5) er dimensjonert slik at drivstemplets kontaktflate mot kammer I er dobbelt så stor som pumpestemplets kontaktflate mot kammer II. Det er en slik utførelse som er vist i fig. 1.. Kammer II er i permanent åpen forbindelse med innløpet 29) via en kanal 3). Følgelig 20 vil drivstemplet 2) bli påvirket av en vestre rettet kraft når innløpet får tilførsel av trykksatt væske. Ved å velge at drivstemplet skal ha dobbelt så stor kontaktflate mot kammer I som mot kammer II oppnår vi at stempelarrangementet resiprokeres med samme kraft i begge retninger når kammer I vekselvis settes i åpen forbindelse med innløpet 29) og med utløpet 28). Mekaniske anordninger koplet til stempelarrangementet påvirker sjaltemekanismen til å initiere en sjalteprosess hver gang stempelanordningen nærmer seg et ytterpunkt. Denne funksjonen vil bli beskrevet nærmere med henvisning til figurene 3 a-c). The drive unit 1) and the pump unit 8) each have their own internal cylinder guide, both of which are divided into two separate chambers where said piston arrangement forms a displaceable barrier. The drive piston 2) has a contact surface against chambers I and II in the drive unit, and the pump piston 6) has a contact surface against chambers III and IV in the pump unit. In a preferred embodiment, the drive piston and the pump piston have the same diameters, and the piston rod 5) is dimensioned so that the contact surface of the drive piston against chamber I is twice as large as the contact surface of the pump piston against chamber II. It is such an embodiment that is shown in fig. 1.. Chamber II is in permanent open connection with the inlet 29) via a channel 3). Consequently, the drive piston 2) will be affected by a force directed to the west when the inlet receives a supply of pressurized liquid. By choosing that the drive piston should have twice as large a contact surface against chamber I as against chamber II, we achieve that the piston arrangement is reciprocated with the same force in both directions when chamber I is alternately placed in open connection with the inlet 29) and with the outlet 28). Mechanical devices coupled to the piston arrangement influence the switching mechanism to initiate a switching process each time the piston device approaches an extreme point. This function will be described in more detail with reference to figures 3 a-c).

Pumpeenhetens innløp åpnes og lukkes av en innløpsventilanordning (10-21) som består av en vippemekanisme med to stabile posisjoner og et ventillegeme 10) som er forspent mot åpen posisjon av en fjær 11). Vippemekanismens virkemåte fremgår av fig. 2. Den omfatter en gaffel 18) som er forskyvbar mellom to ytterpunkter langs pumpeenhetens senterakse. Når gaffelen 18) forskyves mellom disse ytterpunktene tvinges to fjærbelastede vippearmer 14) til å kippe over. Disse vippearmene samvirker med gaffelen via akslingene 16. Vippearmene roterer rundt hver sin aksling 17) som er montert symmetrisk på en brakett 15). Gaffelen er koplet til en manøverstang 20) som får kontakt med stempelarrangementet hver gang dette nærmer seg et ytterpunkt, hvorved manøverstangen forskyves slik at vippemekanismen skifter posisjon. The inlet of the pump unit is opened and closed by an inlet valve device (10-21) which consists of a rocker mechanism with two stable positions and a valve body 10) which is biased towards the open position by a spring 11). The operation of the tilting mechanism can be seen from fig. 2. It comprises a fork 18) which is displaceable between two extreme points along the central axis of the pump unit. When the fork 18) is displaced between these extreme points, two spring-loaded rocker arms 14) are forced to tip over. These rocker arms interact with the fork via the shafts 16. The rocker arms each rotate around a separate shaft 17) which is mounted symmetrically on a bracket 15). The fork is connected to a maneuvering rod 20) which comes into contact with the piston arrangement every time this approaches an extreme point, whereby the maneuvering rod is displaced so that the rocker mechanism changes position.

Fjærspennet mot vippearmene 14) frembringes av fjæren 12) via ytterligere to akslinger 13). Når vippemekanismen står i posisjon som indikert i fig.2a gir vippearmene åpning for at det forspente ventillegemet 10) kan presses mot venstre til åpen posisjon. Når vippemekanismen står i den andre posisjonen, som vist i fig. 2a, vil vippearmene presse ventillegemet 10) til venstre slik at det får kontakt med sitt sete og derved lukker innløpet 9). Fjæren 12) må være tilstrekkelig sterk i forhold til fjæren 11) til at denne kontakten oppnås, slik at innløpet er tett før stempelanordningen gis en venstrerettet forskyvning. The spring tension against the rocker arms 14) is produced by the spring 12) via two further shafts 13). When the rocker mechanism is in the position as indicated in fig.2a, the rocker arms provide an opening so that the biased valve body 10) can be pushed to the left to the open position. When the rocker mechanism is in the second position, as shown in fig. 2a, the rocker arms will push the valve body 10) to the left so that it makes contact with its seat and thereby closes the inlet 9). The spring 12) must be sufficiently strong in relation to the spring 11) for this contact to be achieved, so that the inlet is closed before the piston device is given a leftward displacement.

Fig 1 viser pumpeenhetens innløpsvenitlanorclning i åpen posisjon. Under normal drift vil tanken og rørforbindelsen fram til pumpens innløp være tilnærmet trykkløs. Det er derfor i hovedsak gravitasjonskrefter som sørger for at væsken strømmer ned til innløpet. For at væsketilstrørnningen skal anta et visst nivå er det nødvendig å benytte et relativt stort strømning stverrsnitt kombinert med lav sjaltefrekvens og forskyvningshastighet på pumpen. Pumpeanordninger som skal kunne trekke ut flere liter væske pr sekund fra en tank kan typisk ha en pumpefrekvens på 1 Hz, kombinert med et strørnningstverrsnitt tilsvarende en lysåpning på 0 = 60 mm. Fig 1 shows the pump unit's inlet valve in the open position. During normal operation, the tank and pipe connection up to the pump's inlet will be virtually depressurised. It is therefore mainly gravitational forces that ensure that the liquid flows down to the inlet. In order for the liquid flow to assume a certain level, it is necessary to use a relatively large flow cross-section combined with a low switching frequency and displacement speed of the pump. Pumping devices which must be able to extract several liters of liquid per second from a tank can typically have a pumping frequency of 1 Hz, combined with a thickness cross-section corresponding to a light opening of 0 = 60 mm.

En pumpeenhet ifølge oppfinnelsen opptar væske fra tanken via et innløp 9). Opptak av væske skjer kun når stempelarrangementet forskyves mot venstre. Pumpeenheten vil imidlertid avlevere væske i begge forskyvnmgsretninger. Når stempelarrangementet forskyver seg fra venstre mot høyre vil ventillegemet 10) ha stengt utløpet 9). Væske som er befinner seg i kammer IV vil følgelig bli presset inn i kammer III. Dette kammeret har ikke plass til mer enn halvparten av denne væsken, og resterende halvdel vil bli presset ut av utløpet 23) via enveisventilen 22). Når stemplet deretter blir forskjøvet mot venstre så blir kammeret III komprimert. Følgelig vil en tilsvarende væskemengde igjen bli pumpet ut av utløpet 23), samtidig med at kammer IV fylles med væske fra tanken. A pump unit according to the invention absorbs liquid from the tank via an inlet 9). Liquid intake only occurs when the piston arrangement is shifted to the left. However, the pump unit will deliver liquid in both displacement directions. When the piston arrangement moves from left to right, the valve body 10) will have closed the outlet 9). Liquid that is in chamber IV will consequently be forced into chamber III. This chamber does not have room for more than half of this liquid, and the remaining half will be forced out of the outlet 23) via the one-way valve 22). When the piston is then moved to the left, chamber III is compressed. Consequently, a corresponding quantity of liquid will again be pumped out of the outlet 23), at the same time that chamber IV is filled with liquid from the tank.

Som en følge av at pumpens sugeside er tilnærmet trykkløs vil man kunne opprettholde et fast trykk ut av pumpeenheten såfremt trykkforskjellen mellom innløpet 29) og utløpet 28) på drivenheten er tilnærmet konstant. Det gjelder ikke dersom pumpeenheten gis et positivt sugetrykk. Det positive trykket ville da virke mot stempelarrangementet ved høyrerettet forskyvning, og med stempelarrangementet ved venstrerettet forskyving. Følgelig ville trykket ut av pumpen bli høyere ved en venstrerett forskyvning av stempelarrangementet. As a result of the pump's suction side being virtually pressureless, it will be possible to maintain a fixed pressure out of the pump unit provided the pressure difference between the inlet 29) and the outlet 28) of the drive unit is approximately constant. This does not apply if the pump unit is given a positive suction pressure. The positive pressure would then act against the piston arrangement in the case of rightward displacement, and with the piston arrangement in the case of leftward displacement. Consequently, the pressure out of the pump would be higher with a leftward displacement of the piston arrangement.

Hovedelementene i drivenhetens sjaltemekanisme er plassert innenfor den stiplete rammen i fig. la, og omfatter en aktiveringsmekanisme og en sjalteventil. Hovedelementene i aktiveringsmekanismen er et aksialt forskyvbart stempel 33) og et ventillegeme 40). Aktiveringsmekanismen initierer et skifte av stempelslag retningen ved at den tilfører eller dumper fluid fra kammeret V, hvorved det skjer en forskyvning av stempelelementet 43) som resulterer i hhv trykksetting og avlufting av kammer I. Aktiveringsmekanismen samvirker med en hylse 24), og med et deksel 25) og en skive 49) som følger stempelarrangementets forskyvning. Disse sørger for at det frembringes en trekk- eller skyvkraft mot aktiveringsmekanismen hver gang stempelarrangementet nærmer seg et ytterpunkt. Aktiveringsmekanismen går da raskt inn i en hydraulisk låst posisjon som forhindrer at en igangsatt sjalteprosess kan stoppe opp før den er gjennomført, i tillegg til at ny sjalting ikke kan initieres før aktiveringsmekanismen påvirkes av en motsatt rettet kraft. The main elements of the drive unit's switching mechanism are located within the dashed frame in fig. la, and comprises an activation mechanism and a switching valve. The main elements of the activation mechanism are an axially displaceable piston 33) and a valve body 40). The activation mechanism initiates a change of piston stroke direction by supplying or dumping fluid from the chamber V, whereby a displacement of the piston element 43) occurs, which results in respectively pressurizing and venting chamber I. The activation mechanism cooperates with a sleeve 24) and with a cover 25) and a disc 49) which follows the displacement of the piston arrangement. These ensure that a pulling or pushing force is produced against the activation mechanism every time the piston arrangement approaches an extreme point. The activation mechanism then quickly enters a hydraulically locked position which prevents an initiated switching process from stopping before it is completed, in addition to the fact that new switching cannot be initiated until the activation mechanism is affected by an oppositely directed force.

Virkemåten til sjaltemekanismen vil bli nærmere beskrevet med henvisning til figurene The operation of the switching mechanism will be described in more detail with reference to the figures

3 a-d. 3 a-d.

Når drivenheten ikke har forsyriingstrykk vil spennet fra fjærene 31,44,47) bevirke at de forskyvbare elementene 33,40,46) og komponenter som er fastmontert på disse blir posisjonert som vist i fig.3a. Det innebærer at kammer I er avluftet mot utløpet 28) via kanalen 45), slik at drivenheten starter med venstrerettet pumpeslag når den trykksettes. Fig. 3b viser hvordan komponentene i sjaltemekanismen er posisjonert etter at drivenheten har fått væsketilførsel, og stempelarrangementet har nådd fram til venstre ytterpunkt. Sjaltingen skal fortrinnsvis bli initiert så vidt tidlig at stempelarrangementet aldri når helt fram til denne posisjonen før den snur. I den viste situasjonen har skiveelementet 27) blitt presset mot venstre som indikert med pil. Dette har ført til at stemplet 34) har blitt presset mot venstre, hvor det i sin tur har fått kontakt med ventillegemet 40 og presset dette vekk fra setet 39). Ved denne operasjonen legger stempelet 34) seg mot setet 37) i ventillegemet 40), hvorved avluftingen fra kammeret V til utløpet 28) har blitt avstengt. Kammer V blir i stedet tilført væske fra innløpet 29), med den følge at stemplet 43) presses oppover. I den viste situasjonen befinner stempelet 43) seg i en mellomposisjon hvor kammer I verken har forbindelse med utløpet 28), eller med innløpet 29). Følgelig står stempelarrangementet i ro. Umiddelbart etter dette vil stempelet 43) ha løftet ventillegemet 46) videre oppover slik at kammer I får væsketilførsel, og stempelarrangementet blir forskjøver mot høyre. Det kreves lite væskeforskyvning for å gjennomføre en sjalteprosess, og den vil typisk kunne utføres på anslagsvis 5/100 sekund. Sjaltemekanismen blir holdt hydraulisk låst i den viste posisjonen ved at kammer V er trykksatt, mens hovedparten av venstrerettet trykkflate på stemplet 33) er i åpen kontakt med utløpet 28). Fig. 3c viser hvordan komponentene i sjaltemekanismen er posisjonert umiddelbart etter at stempelarrangementet har kommet så langt mot høyre at sjaltemekanismen har blitt aktivert. I denne situasjonen er hylsen 24) trukket mot høyre, og har trukket med seg skiveelementet 27) og ventillegemet 32) som er festet til stemplet 33) med en fjæranordning 35). I første omgang ble ikke stemplet 33) med i denne bevegelsen ettersom kammer V var trykksatt. Fjæranordningen 35) tillater at ventillegemet 32) og stemplet 33) skiller lag, med den følge at kammer V raskt avluftes mot utløpet 28) via en kanal 34) i stemplet. Stempelet 33) kan deretter trekkes mot sin venstre endeposisjon med beskjeden kraft. Ventillegemet 40) legger seg derved mot setet 39), med den følge at kammer VI blir avluftet mot innløpet 28). Det vil derved skje et raskt skifte av slagretning. I den viste situasjonen er væskeforsyningen til kammer I i ferd med å bli stengt, hvoretter kammeret straks etter vil bli avluften 5 mot innløpet 28). When the drive unit does not have oxygenation pressure, the tension from the springs 31,44,47) will cause the displaceable elements 33,40,46) and components that are fixed to them to be positioned as shown in fig.3a. This means that chamber I is vented towards the outlet 28) via channel 45), so that the drive unit starts with a left-hand pump stroke when it is pressurized. Fig. 3b shows how the components in the switching mechanism are positioned after the drive unit has been supplied with liquid, and the piston arrangement has reached the left extreme point. The shifting should preferably be initiated just so early that the piston arrangement never reaches this position before it turns. In the situation shown, the disc element 27) has been pushed to the left as indicated by the arrow. This has led to the piston 34) being pushed to the left, where it in turn has made contact with the valve body 40 and pushed this away from the seat 39). During this operation, the piston 34) rests against the seat 37) in the valve body 40), whereby the venting from the chamber V to the outlet 28) has been shut off. Chamber V is instead supplied with liquid from the inlet 29), with the result that the piston 43) is pushed upwards. In the situation shown, the piston 43) is in an intermediate position where chamber I has neither connection with the outlet 28) nor with the inlet 29). Consequently, the piston arrangement is at rest. Immediately after this, the piston 43) will have lifted the valve body 46) further upwards so that chamber I receives liquid supply, and the piston arrangement is shifted to the right. Little fluid displacement is required to carry out a switching process, and it can typically be carried out in approximately 5/100 of a second. The switching mechanism is kept hydraulically locked in the position shown by chamber V being pressurized, while the majority of the left-hand pressure surface of the piston 33) is in open contact with the outlet 28). Fig. 3c shows how the components in the switching mechanism are positioned immediately after the piston arrangement has moved so far to the right that the switching mechanism has been activated. In this situation, the sleeve 24) is pulled to the right, and has pulled with it the disc element 27) and the valve body 32) which is attached to the piston 33) with a spring device 35). Initially, the piston 33) was not involved in this movement as chamber V was pressurized. The spring device 35) allows the valve body 32) and the piston 33) to separate layers, with the result that chamber V is quickly vented towards the outlet 28) via a channel 34) in the piston. The piston 33) can then be pulled towards its left end position with modest force. The valve body 40) thereby rests against the seat 39), with the result that chamber VI is vented towards the inlet 28). This will result in a rapid change of strike direction. In the situation shown, the liquid supply to chamber I is about to be closed, after which the chamber will immediately be vented 5 towards the inlet 28).

Fig. 3c viser hvordan komponentene i sjaltemekanismen er posisjonert etter at sjalting er gjennomført, og stempelarrangementet er i forskyvning mot venstre. Nå er det ikke noen ytre lo-afr<p>åvkkning mot skiveelementet 27), og fjæranordningen 35) sørger for at ventillegemet 32) igjen er i kontakt med stemplet 33). I denne situasjonen holdes kammer VI kontinuerlig avluftet, og stempelet 43) presses mot nedre endeposisjon av innløpstrykket som påvirker stempelets innvendig flate via en åpen kanal som er boret aksialt i ventillegemet 46). Fig. 3c shows how the components in the switching mechanism are positioned after switching has been completed, and the piston arrangement is displaced to the left. Now there is no external friction against the disc element 27), and the spring device 35) ensures that the valve body 32) is again in contact with the piston 33). In this situation, chamber VI is kept continuously vented, and the piston 43) is pressed towards the lower end position by the inlet pressure which affects the internal surface of the piston via an open channel which is drilled axially in the valve body 46).

Sjaltemekanismen omfatter en del komponenter som er forskyvbare i føringer som strekker seg gjennom kamre med til dels vesentlig ulikt trykk. Væskelekkasjen langs disse føringene er minimert ved bruk av trange pasninger og turbulenstetninger. Turbulenstetningene består at det er dreid sirkulære riller på disse komponentene slik at det skapes en betydelig strørnningsmotstand ved at væsken som presses gjennom disse føringene tvinges til gjentatte hastighetsendringer. Erfaringsmessig har det ikke vært noe problem med å holde lekkasjen i sjaltemekanismen på et så lavt nivå at funksjonaliteten ikke er merkbart påvirket. The switching mechanism includes a number of components that are displaceable in guides that extend through chambers with partly significantly different pressures. Liquid leakage along these guides is minimized by the use of tight fits and turbulence seals. The turbulence seals consist of turning circular grooves on these components so that a significant resistance to flow is created by forcing the liquid that is pushed through these guides to repeated speed changes. In terms of experience, there has been no problem with keeping the leakage in the switching mechanism at such a low level that the functionality is not noticeably affected.

Som nevnt er sjaltemekanismen sammensatt av en aktiveringsmekanisme og en sjalteventil 43,46). Slik disse enhetene samvirker vil en trykksetting av drivenheten umiddelbart føre til at pumpeanordningen starter opp, uavhengig av hvordan stempelarrangementet er posisjonert. I oppstartsøyeblikket vil stempelarrangementet umiddelbart bli forskjøvet mot venstre med mindre det allerede er så langt mot venstre at aktiveringsventilen påvirkes til å initiere sjalting umiddelbart. As mentioned, the switching mechanism is composed of an activation mechanism and a switching valve 43,46). As these units work together, pressurizing the drive unit will immediately cause the pump device to start up, regardless of how the piston arrangement is positioned. At the moment of start-up, the piston arrangement will be immediately shifted to the left unless it is already so far to the left that the activation valve is influenced to initiate switching immediately.

En relevant utførelse av en pumpeanordning med relativt stor kapasitet kan illustreres ved følgende regneeksempel: Vi tar utgangspunkt i en ROV med et hydraulikkaggregat som kan levere 3 liter væske/sekund, og ønsker at dens kapasitet skal nyttes til å fjerne 3 liter væske pr sekund fra en buoyancy tank. Pumpen dimensjoneres for en pumpefrekvens på 1 Hz, og en slaglengde på 20 cm. Det betyr at pumpearrangementets kontaktareal mot kamrene I og IV må være 1,5 dm<2>, svarende til en stempeldiameter på 14 cm. Videre vil stempelarrangementet vil ha en midlere forskyvningshastighet på 40 cm/sekund. A relevant design of a pump device with a relatively large capacity can be illustrated by the following calculation example: We start with an ROV with a hydraulic unit that can deliver 3 liters of liquid/second, and want its capacity to be used to remove 3 liters of liquid per second from a buoyancy tank. The pump is dimensioned for a pumping frequency of 1 Hz and a stroke length of 20 cm. This means that the contact area of the pump arrangement against chambers I and IV must be 1.5 dm<2>, corresponding to a piston diameter of 14 cm. Furthermore, the piston arrangement will have an average displacement speed of 40 cm/second.

En sjaltemekanisme for denne dimensjoneringen vil typisk betinge at kammeret VI krever tilførsel eller avgivelse av ca 15 cm<3>for å gjennomføre en komplett sjalteoperasjon. Relevant dimensjonering av kanaler i aktiveringsmekanismen vil tilsvarende medføre en strørnningskapasitet på ca 300 cm<3>pr sekund. A switching mechanism for this dimensioning will typically require that the chamber VI requires the supply or release of approx. 15 cm<3> to carry out a complete switching operation. Relevant dimensioning of channels in the activation mechanism will correspondingly result in a spreading capacity of approx. 300 cm<3>per second.

Etter at en sjalting er initiert vil stempelarrangementet komme til en stopp når volumendringen i kammer IV er på 7,5 cm<3>. Det betyr at stemplet vil fortsette forskyvningen i samme retning over et tidsintervall t=7,5/300 = 0,025 sekunder. Hvis vi antar at midlere forskyvningshastighet i denne tiden er 2/3 av middelverdien (dvs. 26,5 cm/sekund), så vil denne nedbremsningslengden være på L= 26,5<*>0,025 = 0,65 cm. Etter at forskyvnmgsretningen er endret, antas at stemplet tilsvarende vil ha forskjøvet seg ca 0,65 cm før middelhastigheten er oppnådd. After a shift is initiated, the piston arrangement will come to a stop when the volume change in chamber IV is 7.5 cm<3>. This means that the piston will continue its displacement in the same direction over a time interval t=7.5/300 = 0.025 seconds. If we assume that the average displacement speed during this time is 2/3 of the average value (ie 26.5 cm/second), then this deceleration length will be L= 26.5<*>0.025 = 0.65 cm. After the displacement direction has been changed, it is assumed that the piston will have moved correspondingly by approx. 0.65 cm before the average speed is achieved.

Vippeanordningen kan være konfigurert slik at den har kippet en viss tid før stempelarrangementet har kommet til høyre ytterpunkt ettersom kammer IV vil være trykksatt inntil slagretningen endres, og derved hindre at ventillegemet 10) kan åpne opp innløpet for tidlig. Det samme gjelder ikke ved venstre ytterpunkt. Da vil vi velge at vippemekanismen er konfigurert til å kippe over omtrent på det punkt der sjalteprosessen blir initiert. Kammer IV blir derved ikke fullstendig fylt, men man får sikkerhet for at vippemekanismen har kippet idet slagretningen endres. Fig 4a viser et riss av pumpeanordningen med stempelarrangementet i sitt venstre ytterpunkt. Kraftoverføringen mellom stempelarrangementet og sjaltemekanismen skjer i kontaktpunktet A. Tilsvarende skjer kraftoverføringen mellom stempelarrangementet og innløpsventilanordningen i kontaktpunktet B. Fig 4b viser et riss av pumpeanordningen med stempelarrangementet i sitt høyre ytterpunkt. Kraftoverføringen mellom stempelarrangementet og sjaltemekanismen skjer i kontaktpunktet C. Tilsvarende skjer kraftoverføringen mellom stempelarrangementet og innløpsventilanordningen i kontaktpunktet D. Fig. 4c viser et riss av pumpeanordningen umiddelbart før aktiveringsmekanismen initierer en sjalteprosess. Kontaktpunktene A og B er fortrinnvis anordnet slik at vippemekanismen står i vippeposisjon som indikert i figuren idet sjaltefunksjonen initieres. The tilting device can be configured so that it has tilted for a certain time before the piston arrangement has reached the right extreme point, as chamber IV will be pressurized until the stroke direction changes, thereby preventing the valve body 10) from opening the inlet prematurely. The same does not apply at the extreme left. Then we will choose that the tilting mechanism is configured to tip over approximately at the point where the switching process is initiated. Chamber IV is thereby not completely filled, but you are assured that the tilting mechanism has tilted as the stroke direction changes. Fig 4a shows a drawing of the pump device with the piston arrangement at its left extreme point. The power transfer between the piston arrangement and the switching mechanism takes place at contact point A. Correspondingly, the power transfer between the piston arrangement and the inlet valve arrangement takes place at contact point B. Fig 4b shows a drawing of the pump arrangement with the piston arrangement at its right extreme point. The power transfer between the piston arrangement and the switching mechanism takes place at contact point C. Similarly, the power transfer between the piston arrangement and the inlet valve device takes place at contact point D. Fig. 4c shows a sketch of the pump device immediately before the activation mechanism initiates a switching process. The contact points A and B are preferably arranged so that the tilting mechanism is in the tilting position as indicated in the figure when the switching function is initiated.

Pumpeanordningen ifølge oppfinnelsen kan designes for å operere på mer enn 3000 meters dyp. Ettersom trykket i tanken vil være tilnærmet null, må pumpeanordningen være i stand til å heve trykket med drøyt 300 bar for at den skal kunne avgis til omgivende sjø. The pump device according to the invention can be designed to operate at a depth of more than 3,000 metres. As the pressure in the tank will be close to zero, the pumping device must be able to raise the pressure by just over 300 bar in order for it to be released to the surrounding sea.

Hydraulikkaggregatet på en ROV vil fortrinnvis bruke omgivende vanntrykk som referanse. Det betyr i så fall at trykket inn på innløpet 29) kan bli i overkant av 600 bara. Det er absolutt mulig å designe pumpeanordningen for å tåle dette. Det tas imidlertid sikte på å modifisere hyckaulildcforsyningen slik at den kan operere med et referansetrykk av størrelse 1 bara The hydraulic unit on an ROV will preferably use ambient water pressure as a reference. In that case, this means that the pressure at the inlet 29) can be in excess of 600 bara. It is certainly possible to design the pumping device to withstand this. However, the aim is to modify the hyckaulildc supply so that it can operate with a reference pressure of size 1 bara

Claims

1 En pumpeanordning (1,4,8) for å transportere en første væske ved å benytte en andre væske, og som omfatter; en drivenhet (1) som omfatter et drivstempel (2) og en drivsylinder, og som har et drivsylinder volum som er innrettet til å romme den nevnte andre væske idet nevnte drivstempel deler drivsylindervolumet i et første kammer (I) og et andre kammer (II) og er forskyvbart fram og tilbake ved hjelp av nevnte andre væske, en purnpeenhet (8) som omfatter et pumpestempel (6) og en pumpesylinder, og som har et pumpesylindervolum som er innrettet til å romme den nevnte første væske idet nevnte pumpestempel deler pumpesylindervolumet i et første pumpekammer (IV) og et andre pumpekammer (III) og er forskyvbart fram og tilbake i nevnte sylinder, og idet pumpestemplet er sammenkoplet med drivstemplet (2) slik at disse danner et stempelarrangement (2,5,6),karakterisert vedat pumpeenheten videre omfatter; et innløp (9) for tilførsel av den første væsken inn i det første kammer (IV) i pumpesylinder volumet, og en inrnøpsventHanora^iing (10-21) som er anordnet ved nevnte innløp og som har en åpen posisjon og en lukket posisjon, minst en enveisventil (7) som er innrettet til å tillate den første væsken å strømme fra det første pumpekammer (IV) til det andre pumpekammer (III), og et utløp (23) for avgivelse av væske fra det andre pumpekammer og en utløpsventil (22) som er anordnet ved nevnte utløp, idet nevnte stempelarrangement er forskyvbar fram og tilbake mellom et første ytterpunkt og et andre ytterpunkt og er konfigurert til mekanisk å påvirke innløpsventilanordningen (10-21) til å endre fra lukket posisjon til åpen posisjon når stempelarrangementet nærmer seg første ytterpunkt, og til å endre fra åpen posisjon til lukket posisjon når stempelarrangementet nærmer seg et andre ytterpunkt.1 A pump device (1,4,8) for transporting a first liquid by using a second liquid, and which comprises; a drive unit (1) comprising a drive piston (2) and a drive cylinder, and which has a drive cylinder volume which is adapted to accommodate said second liquid, as said drive piston divides the drive cylinder volume into a first chamber (I) and a second chamber (II) and is displaceable back and forth by means of said second liquid, a purnpe unit (8) comprising a pump piston (6) and a pump cylinder, and which has a pump cylinder volume which is adapted to accommodate said first liquid, as said pump piston divides the pump cylinder volume into a first pump chamber (IV) and a second pump chamber (III) and is displaceable back and forth in said cylinder, and as the pump piston is coupled with the drive piston (2) so that these form a piston arrangement (2,5,6), characterized in that the pump unit further comprises; an inlet (9) for supplying the first liquid into the first chamber (IV) i pump cylinder the volume, and an inlet valve (10-21) which is arranged at said inlet and which has an open position and a closed position, at least one one-way valve (7) which is arranged to allow the first liquid to flow from the first pump chamber (IV) to the second pump chamber (III), and an outlet (23) for releasing liquid from the second pump chamber and a outlet valve (22) which is arranged at said outlet, said piston arrangement being displaceable back and forth between a first extreme point and a second extreme point and configured to mechanically influence the inlet valve device (10-21) to change from a closed position to an open position when the piston arrangement approaches the first extreme point, and to change from the open position to the closed position when the piston arrangement approaches a second extreme point.

2 Pumpeanorahing ifølge krav 1 ved at pumpeenhetens innløpsventilanordning omfatter; et ventillegeme (10), og en mekanisk overføringsmekanisme (12-21) som frembringer et operasjonelt samvirke mellom stempelarrangementet (2,5,6) og nevnte ventillegeme.2 Pump anorahing according to claim 1 in that the pump unit's inlet valve device comprises; a valve body (10), and a mechanical transfer mechanism (12-21) which produces an operational cooperation between the piston arrangement (2,5,6) and said valve body.

3 Pumpeanorahing ifølge krav 2 ved at innløpsventilen (10) er forspent til å gå mot åpen posisjon.3 Pump monitoring according to claim 2 in that the inlet valve (10) is biased to move towards the open position.

4 Pumpeanorohing ifølge krav 2 eller 3 ved at nevnte innløpsventil(lO) er i form av en innad åpnende seteventil i forhold til pumpesylinder volumet.4 Pump anorohing according to claim 2 or 3 in that said inlet valve (10) is in the form of an inward opening seat valve in relation to the pump cylinder volume.

5 Pumpeanoro^iing ifølge enhver av kravene 2-4 ved at den mekaniske overføringsmekanismen (12-21) omfatter en aktiveringsgaffel (14) som er forskyvbar i aksial retning mellom en første posisjon og en andre posisjon ved hjelp av stempelarrangementet (2,5,6), idet nevnte aktiveringsgaffel blir forskjøvet fra den andre posisjonen til den første posisjonen når stempelarrangementet er nær ved det første ytterpunkt og forskjøvet fra den første posisjonen til den andre posisjonen når stempelanordningen er nær ved det andre ytterpunkt.5 Pump arrangement according to any one of claims 2-4 in that the mechanical transfer mechanism (12-21) comprises an activation fork (14) which is displaceable in the axial direction between a first position and a second position by means of the piston arrangement (2,5, 6), said activation fork being shifted from the second position to the first position when the piston arrangement is close to the first extreme point and shifted from the first position to the second position when the piston arrangement is close to the second extreme point.

6 Pumpeanorahing ifølge krav 5, ved at den mekaniske overføringsmekanismen (12-21) omfatter en fjærbelastet vippemekanisme(12-l 8) med to stabile posisjoner og som samvirker med nevnte aktiveringsgaffel ved at vippemekanismen er arrangert i en første posisjon når aktiveringsgaffelen er arrangert i en tilsvarende første posisjon og arrangert i en andre posisjon når aktiveringsgaffelen er arrangert i en tilsvarende andre posisjon6 Pump anorahing according to claim 5, in that the mechanical transmission mechanism (12-21) comprises a spring-loaded rocker mechanism (12-18) with two stable positions and which cooperates with said activation fork in that the rocker mechanism is arranged in a first position when the activation fork is arranged in a corresponding first position and arranged in a second position when the activation fork is arranged in a corresponding second position

7 Pumpeanorahing ifølge ethvert av de foregående krav ved at drivstemplet (2) har et første areal som vender mot drivsylinderens første kammer (I) og et andre areal som vender mot drivsylinderens andre kammer (II), idet det første arealet er større enn det andre arealet.7 Pump anorahing according to any of the preceding claims in that the drive piston (2) has a first area that faces the drive cylinder's first chamber (I) and a second area that faces the drive cylinder's second chamber (II), the first area being larger than the second the area.

8 Pumpeanorahing ifølge ethvert av de foregående krav ved at pumpestempelet (6) har et første areal som vender mot pumpesylinderens første kammer (IV) og et andre areal som vender mot pumpesylinderens andre kammer (III), idet det første arealet er større enn det andre arealet.8 Pump anorahing according to any of the preceding claims in that the pump piston (6) has a first area that faces the pump cylinder's first chamber (IV) and a second area that faces the pump cylinder's second chamber (III), the first area being larger than the second the area.

9 Pumpeanorahing ifølge kravene 8 og 9 ved at forholdet mellom arealet som vender mot drivsylinderens første kammer (I) og arealet som vender mot drivsylinderens (II) andre kammer er tilnærmet det samme som forholdet mellom arealet som vender mot pumpesylinderens første kammer (IV) og arealet som vender mot pumpestemplets andre kammer (III).9 Pump anorahing according to claims 8 and 9 in that the ratio between the area facing the drive cylinder's first chamber (I) and the area facing the drive cylinder's (II) second chamber is approximately the same as the ratio between the area facing the pump cylinder's first chamber (IV) and the area facing the pump piston's second chamber (III).

10 Pumpeanoro^iing ifølge kravene 8 og 9 ved at det nevnte forholdet er 2:1.10 Pumping according to claims 8 and 9 in that the said ratio is 2:1.

11 Pumpeanorahing ifølge hvilket som helst av de foregående krav, ved at drivenheten (1) videre omfatter: en kanal (3) for den andre væsken som strekker seg fra innløpet 29) til drivsylinderens andre kammer (II) en sjaltemekanisme som har en første tilstand der den har stengt for fluid kommunikasjon mellom drivsylinderens første kammer (I) og innløpet 29) og åpnet for fluid kommunikasjon mellom drivsylinderens første kammer (I) og utløpet 28), og en andre tilstand der den har åpnet for fluid kommunikasjon mellom drivsylinderens første kammer (I) og innløpet 29) og stengt for fluid kommunikasjon mellom drivsylinderens første kammer (I) og utløpet 28), idet nevnte stempelarrangement er konfigurert til mekanisk å manipulere sjaltemekanismen til å skifte fra den første tilstand til den andre tilstand når den er nær ved det første ytterpunkt og fra den andre tilstand til den første når den er nær ved det andre ytterpunkt11 Pump anorahing according to any one of the preceding claims, in that the drive unit (1) further comprises: a channel (3) for the second liquid extending from the inlet 29) to the second chamber (II) of the drive cylinder a switching mechanism having a first state where it has closed for fluid communication between the drive cylinder's first chamber (I) and the inlet 29) and opened for fluid communication between the drive cylinder's first chamber (I) and the outlet 28), and a second state where it has opened for fluid communication between the drive cylinder's first chamber (I) and the inlet 29) and closed to fluid communication between the drive cylinder first chamber (I) and the outlet 28), said piston arrangement being configured to mechanically manipulate the switching mechanism to change from the first state to the second state when it is close to the first extreme and from the second state to the first when it is close to the second extreme