NO20161288A1

NO20161288A1 - Method for efficient utilization of gas-based accumulators

Info

Publication number: NO20161288A1
Application number: NO20161288A
Authority: NO
Inventors: Nils Terje Ottestad
Original assignee: Obs Tech As
Priority date: 2016-08-10
Filing date: 2016-08-10
Publication date: 2018-02-12

Abstract

Oppfinnelsen angår en fremgangsmåte til å benytte gassbaserte akkumulatorer til frembringelse av et hydraulisk trykknivå som i vesentlig grad overskrider arbeidstrykket som angjeldende akkumulatorer er godkjent for. Fremgangsmåten baseres på bruk av en ny type trykkforsterkende pumper i samvirke med trykkstabiliserende ventiler og reservoarer for opptak av væske, og gjør det mulig å oppnå en betydelig vektreduksjon på akkumulatorsystemer som skal kunne frembringe den hydrauliske energien som kreves for å operere BOP'er og annet hydraulisk utstyr relatert til undervannsoperasjoner. Fremgangsmåten gjør det mulig å oppnå en økonomisering av tilgjengelig hydraulisk energi ved at mindre kraftkrevende deler av hydrauliske operasjoner automatisk utføres ved bruk av hydraulisk kraft med lavere trykknivå enn det som er nominelt for angjeldende operasjon.The invention relates to a method for using gas-based accumulators to produce a hydraulic pressure level that substantially exceeds the working pressure for which the relevant accumulators are approved. The procedure is based on the use of a new type of pressure-boosting pumps in cooperation with pressure-stabilizing valves and reservoirs for the absorption of liquid, and makes it possible to achieve a significant weight reduction on accumulator systems that must be able to generate the hydraulic energy required to operate BOPs and other hydraulic equipment related to underwater operations. The procedure makes it possible to achieve an economization of available hydraulic energy in that less power-demanding parts of hydraulic operations are automatically carried out using hydraulic power with a lower pressure level than is nominal for the operation in question.

Description

Oppfinnelsen angår en fremgangsmåte til å benytte gassbaserte akkumulatorer til frembringelse av et hydraulisk trykknivå som i vesentlig grad overskrider arbeidstrykket som angjeldende akkumulatorer er godkjent for. Fremgangsmåten baseres på bruk av en ny type trykkforsterkende pumper i samvirke med trykkstabiliserende ventiler og reservoarer for opptak av væske, og gjør det mulig å oppnå en betydelig vektreduksjon på akkumulatorsystemer som skal kunne frembringe den hydrauliske energien som kreves for å operere BOP’er og annet hydraulisk utstyr relatert til undervannsoperasjoner. The invention relates to a method for using gas-based accumulators to produce a hydraulic pressure level that substantially exceeds the working pressure for which the relevant accumulators are approved. The procedure is based on the use of a new type of pressure-boosting pumps in cooperation with pressure-stabilizing valves and reservoirs for the absorption of liquid, and makes it possible to achieve a significant weight reduction on accumulator systems that must be able to generate the hydraulic energy required to operate BOPs and other hydraulic equipment related to underwater operations.

Angjeldende reservoarer har innvendig trykk på nivå med eller lavere enn omgivende vanntrykk, og er innrettet til opptak av væske som er brukt til å drive de trykkforsterkende pumpene samt til væske som blir avgitt fra de hydraulisk opererte komponentene. The reservoirs in question have an internal pressure at or below the ambient water pressure, and are designed to absorb liquid that is used to drive the pressure boosting pumps as well as liquid that is released from the hydraulically operated components.

Fremgangsmåten gjør det mulig å oppnå en økonomisering av tilgjengelig hydraulisk energi ved at mindre kraftkrevende deler av hydrauliske operasjoner automatisk utføres ved bruk av hydraulisk kraft med lavere trykknivå enn det som er nominelt for angjeldende operasjon. The procedure makes it possible to achieve an economization of available hydraulic energy in that less power-demanding parts of hydraulic operations are automatically carried out using hydraulic power with a lower pressure level than is nominal for the operation in question.

Hydraulikksystemer som over korte tidsintervaller skal kunne levere store mengder hydraulisk kraft til tradisjonelle undervannsoperasjoner er i dagens situasjon i all hovedsak basert på overføring av trykk fra komprimert gass til væske. De kraftkrevende operasjonene er normalt basert på å utnytte hydraulikkvæskens overtrykk i forhold til omgivende vanntrykk, og kompressibiliteten i gass gjør det mulig å oppmagasinere store mengder trykkenergi som kan frigjøres raskt ved behov. Krav om tilgang til betydelige mengder reservekapasitet av høytrykks hydraulikk har resultert i at akkumulatorpakkene blir store og tunge allerede ved virksomhet på moderate dyp, og det blir for tiden lagt ned et stort arbeid på å frembringe akkumulatorpakker som er lettere og mer håndterlige Hydraulic systems which over short time intervals must be able to deliver large amounts of hydraulic power for traditional underwater operations are in the current situation mainly based on the transfer of pressure from compressed gas to liquid. The power-intensive operations are normally based on utilizing the excess pressure of the hydraulic fluid in relation to the surrounding water pressure, and the compressibility of gas makes it possible to store large amounts of pressure energy that can be released quickly when needed. Requirements for access to significant amounts of reserve capacity of high-pressure hydraulics have resulted in the accumulator packs becoming large and heavy already when operating at moderate depths, and a great deal of work is currently being done to produce accumulator packs that are lighter and more manageable

Oppfinnelsen vil i det følgende bli forklart med henvisning til figurene 1 – 4 der, - Fig 1 viser et riss av et tradisjonelt akkumulatorsystem The invention will be explained in the following with reference to figures 1 - 4 where, - Fig 1 shows an outline of a traditional accumulator system

- Fig 2 viser et riss av en trykkforsterkende pumpe iht. oppfinnelsen - Fig 2 shows a drawing of a pressure boosting pump according to the invention

- Fig 3 viser et første oppsett for et akkumulatorsystem ifølge oppfinnelsen - Fig 4 viser et andre oppsett for et akkumulatorsystem ifølge oppfinnelsen -Et tradisjonelt akkumulatorsystem er normalt sammensatt av et antall stempelakkumulatorer 1) som indikert i fig.1. Akkumulatorenes øvre kammer forlades med gass til et gitt trykknivå, og dette besørges gjerne før akkumulatorpakken senkes ned fra overflaten. Senere gis akkumulatorene ønsket ladetrykk ved at det pumpes inn væske på undersiden av stempelet, som derved presses oppover og frembringer den ønskede trykkøkning. Ser en bort fra termiske effekter vil akkumulatorene dermed kunne avlevere væske med et trykk som er høyere enn forladingstrykket inntil all tilført væske er presset ut. - Fig 3 shows a first setup for an accumulator system according to the invention - Fig 4 shows a second setup for an accumulator system according to the invention - A traditional accumulator system is normally composed of a number of piston accumulators 1) as indicated in fig.1. The accumulators' upper chamber is filled with gas to a given pressure level, and this is usually done before the accumulator pack is lowered from the surface. Later, the accumulators are given the desired charging pressure by pumping in liquid on the underside of the piston, which is thereby pushed upwards and produces the desired pressure increase. Disregarding thermal effects, the accumulators will thus be able to deliver liquid at a pressure that is higher than the pre-charge pressure until all supplied liquid has been squeezed out.

For beregninger som er gjort i den hensikt å illustrere oppfinnelsens virkemåte, har vi valgt å ta utgangspunkt i energien som avgis fra akkumulatorene fra de er ladet og fram til de er tømt for væske. Differansen mellom forladingstrykk og ladetrykk kan typisk være begrenset til anslagsvis150 – 200 bar for at de hydrauliske komponentene ikke skal bli utsatt for urimelig store trykkvariasjoner. I beregninger relatert til tradisjonell bruk av akkumulatorer er valgt en fast differanse på 200 bar – for derved å reflektere det maksimale man kan/bør utnytte av hydraulisk energi. For calculations made with the intention of illustrating the way the invention works, we have chosen to take as a starting point the energy emitted from the accumulators from the time they are charged until they are emptied of liquid. The difference between pre-charge pressure and charge pressure can typically be limited to an estimated 150 - 200 bar so that the hydraulic components are not exposed to unreasonably large pressure variations. In calculations related to the traditional use of accumulators, a fixed difference of 200 bar has been chosen - thereby reflecting the maximum that can/should be utilized from hydraulic energy.

Et akkumulatorsystem ifølge oppfinnelsen er innrettet for å frembringe en tilnærmet trykkstabil væskeforsyning til de hydraulisk opererte komponentene, og det er ingen begrensning på trykkforskjellen mellom ladetrykk og forladetrykk så lenge de respektive trykknivåer ikke overstiger operativt godkjente trykknivåer for noen del av systemet. An accumulator system according to the invention is designed to produce an almost pressure-stable fluid supply to the hydraulically operated components, and there is no restriction on the pressure difference between charge pressure and charge pressure as long as the respective pressure levels do not exceed operationally approved pressure levels for any part of the system.

I oppsettet som er vist i fig.1 kan akkumulatorene lades ved tilførsel av trykksatt væske fra overflaten via en linje 2). En enveisventil 8) er anordnet for å unngå at akkumulatorene skal miste væske pga. lekkasje via umbilical. Den hydrauliske opererte komponenten 4) er styrt av en kontrollboks 9), og overfører fortrinnsvis kraft via en manøverstang 5). Den stiplede linjen mellom kontrollboksen og den hydrauliske komponenten angir en signallinje som aktiviserer/styrer bevegelsesretning på manøverstangen. For å gjennomføre en operasjonssyklus vil denne komponenten avgi væske som må returneres til overflaten via utløpet 3) - eller som alternativt må dumpes til omgivelsene. In the setup shown in fig.1, the accumulators can be charged by supplying pressurized liquid from the surface via a line 2). A one-way valve 8) is arranged to prevent the accumulators from losing liquid due to leakage via umbilical. The hydraulically operated component 4) is controlled by a control box 9), and preferably transmits power via a control rod 5). The dashed line between the control box and the hydraulic component indicates a signal line that activates/controls the direction of movement of the operating rod. In order to carry out an operation cycle, this component will release liquid which must be returned to the surface via the outlet 3) - or which must alternatively be dumped into the environment.

De hydrauliske komponentene blir operert av hydraulisk trykk på standardiserte trykknivåer som eksempelvis 5000, 10000 og 15000 psi over omgivelsestrykket. De mest væskekrevende operasjoner er gjerne basert på det laveste trykknivået, dvs.5000 psi (= 345 bar). En akkumulatorpakke vil derfor vanligvis bestå av grupper med akkumulatorer for de ulike nivåene. The hydraulic components are operated by hydraulic pressure at standardized pressure levels such as 5000, 10000 and 15000 psi above ambient pressure. The most liquid-demanding operations are often based on the lowest pressure level, i.e. 5000 psi (= 345 bar). An accumulator pack will therefore usually consist of groups of accumulators for the various levels.

Frembringelse av ønsket hydraulisk kapasitet oppnås ifølge oppfinnelsen ved å la akkumulatorene operere med et moderat trykk, og tillate gassen å ekspandere over et relativt stort trykkintervall. Dette gjør det mulig å generere energimengder som i hovedsak er like stor eller større enn det som oppnås ved tradisjonell bruk av gassbaserte akkumulatorer, og fordelen med dette er at man kan benytte akkumulatorer som har lavere trykklasse og følgelig vesentlig lavere vekt. Det anses formålstjenlig å basere seg på stempel- eller blæreakkumulatorer med 345 bar arbeidstrykk til frembringelse av hydraulikktrykk på ethvert relevant nivå. Production of the desired hydraulic capacity is achieved according to the invention by allowing the accumulators to operate at a moderate pressure, and allowing the gas to expand over a relatively large pressure interval. This makes it possible to generate amounts of energy that are essentially equal to or greater than what is achieved with the traditional use of gas-based accumulators, and the advantage of this is that you can use accumulators that have a lower pressure class and consequently significantly lower weight. It is considered expedient to rely on piston or bladder accumulators with 345 bar working pressure to generate hydraulic pressure at any relevant level.

Ved bruk av angjeldende oppfinnelse blir akkumulatorene fortrinnsvis ladet opp til 345 bar over omgivende trykk uavhengig av hvilket nivå som er valgt for forladingstrykket. When using the invention in question, the accumulators are preferably charged up to 345 bar above ambient pressure, regardless of which level is chosen for the pre-charge pressure.

Trykkforsterkerpumpene som er utviklet for angjeldende oppfinnelse er typisk dimensjonert for en trykkforsterkningsfaktor i området 2 – 6. Trykkforsterkning = 6 betyr at pumpen genererer et hydraulikktrykk som er 6 ganger høyere enn trykkforskjellen mellom innløpstrykket og utløpstrykket på pumpens drivenhet. Drivenhetens utløpstrykk er det gjeldende referansetrykk, og tilsvarer trykket i reservoaret 10). The pressure intensifier pumps that have been developed for the invention in question are typically designed for a pressure amplification factor in the range 2 - 6. Pressure amplification = 6 means that the pump generates a hydraulic pressure that is 6 times higher than the pressure difference between the inlet pressure and the outlet pressure of the pump's drive unit. The outlet pressure of the drive unit is the current reference pressure, and corresponds to the pressure in the reservoir 10).

Fig. 2 viser et riss av trykkforsterkerpumpen 21). Den har et bredt anvendelsesområde, og vil den bli patentsøkt som eget objekt. Vi vil her redegjøre for grunnleggende trekk ved virkemåten; Pumpen forsynes med væske via drivenhets innløp 24). Den har et saktegående stempel 17) som resiprokeres, og som ved hjelp av tre glidetetningsanordninger 18-20) frembringer lekkasjefrie barrierer for to drivkamre I,II) og to pumpekamre III,IV). Fig. 2 shows a diagram of the pressure booster pump 21). It has a wide range of applications, and it will be applied for a patent as a separate object. Here we will explain the basic features of the way it works; The pump is supplied with liquid via the drive unit inlet 24). It has a slow-moving piston 17) which reciprocates, and with the help of three sliding sealing devices 18-20) produces leak-free barriers for two drive chambers I,II) and two pump chambers III,IV).

Pumpekamrene henter væske fra drivenhetens utløp23), og denne dirigeres til pumpeutløpet 6) ved hjelp av de fire enveisventilene14). The pump chambers collect liquid from the drive unit's outlet23), and this is directed to the pump outlet 6) by means of the four one-way valves14).

Pumpens drivenhet omfatter en sjaltemekanisme for skifte av stemplets forskyvningsretning. Trykket i kammer II) er slavestyrt, slik at dette raskt stiller seg i trykkmessig motfase med kammer I). Det innebærer sjaltemekanismen sørger for hhv. trykksetting av kammer I) kombinert med en umiddelbar avlufting av kammer II), og tilsvarende en avlufting av kammer I) kombinert med en umiddelbar trykksetting av kammer II). Kammer II) mottar og avgir væske til sjaltemekanismen via kanalen 25). Sjaltefunksjonen styres av stemplets bevegelse, idet stemplet vekselvis trekker og skyver på en manøverstang 22) når det ankommer en endeposisjon. The pump's drive unit includes a switching mechanism for changing the displacement direction of the piston. The pressure in chamber II) is slave-controlled, so that this quickly becomes pressure-wise counterphase with chamber I). This means that the switching mechanism ensures respectively pressurization of chamber I) combined with an immediate deaeration of chamber II), and correspondingly a deaeration of chamber I) combined with an immediate pressurization of chamber II). Chamber II) receives and delivers liquid to the switching mechanism via channel 25). The switching function is controlled by the piston's movement, as the piston alternately pulls and pushes a control rod 22) when it reaches an end position.

Manøverstangen aktiverer ventiler i sjaltemekanismen som sørger for rask hydraulisk trykksetting, resp. avlufting av kammer I). Det innebærer at pumpen prinsipielt sett ikke skal kunne gå i en låst posisjon, men umiddelbar starte opp når den får drivtrykk. Så vel sjaltemekanismen som væskeførende linjer på innsiden og utsiden av pumpen er grovt dimensjonert, slik at en pumpe i relevant størrelse kan konsumere en væskestrøm av størrelse 10 – 12 liter/sekund med trykktap på noen få bar. The operating rod activates valves in the switching mechanism which ensure rapid hydraulic pressurization, resp. venting of chamber I). This means that, in principle, the pump should not be able to run in a locked position, but start up immediately when it receives drive pressure. Both the switching mechanism and liquid-carrying lines on the inside and outside of the pump are roughly dimensioned, so that a pump of the relevant size can consume a liquid flow of 10 - 12 litres/second with a pressure loss of a few bars.

En relevant pumpestørrelse kan i denne sammenheng være en pumpe med stempeldiameter på 180 mm, og en slaglengde på 300mm – tilsvarende et slagvolum på 7,6 liter for hvert av drivkamrene. Ettersom pumpen er dobbeltvirkende vil pumpekamrene konsumere 15,2 liter. I tillegg har drivenheten et forbruk på ca 0,6 liter pr syklus som benyttes til den hydrauliske styringen av sjaltefunksjonen. A relevant pump size in this context could be a pump with a piston diameter of 180 mm, and a stroke length of 300 mm - corresponding to a stroke volume of 7.6 liters for each of the drive chambers. As the pump is double-acting, the pump chambers will consume 15.2 litres. In addition, the drive unit has a consumption of approx. 0.6 liters per cycle, which is used for the hydraulic control of the switching function.

Pumpens forsterkningsfaktor er gitt av forholdet mellom stempelarealet A2 som vender mot pumpekamrene III,IV), og stempelarealet A1 som vender mot drivkamrene I,II). The pump's amplification factor is given by the ratio between the piston area A2 facing the pump chambers III,IV) and the piston area A1 facing the drive chambers I,II).

Når drivkammer I er satt i åpen forbindelse med innløpet 24), og kammer II tilsvarende er åpen mot utløpet 23) via kanalen 25), vil det ble bli generert en høyrerettet kraft av størrelse FR= A1*∆P1, der ∆P1 er trykkforskjellen mellom innløpet 24) og utløpet 23). When drive chamber I is set in open connection with the inlet 24), and chamber II is correspondingly open to the outlet 23) via the channel 25), a right-directed force of size FR= A1*∆P1 will be generated, where ∆P1 is the pressure difference between the inlet 24) and the outlet 23).

Pumpekammeret vil generere en motkraft av størrelse FL=A2*∆P2, der ∆P2 er overtrykket som frembringes i pumpekammer III) i forhold til pumpekammer IV). Kraft og motkraft må være i balanse, dvs. ; A1*∆P1 = A2*∆P2. Herav; ∆P2/∆P1 = A1/A2. The pump chamber will generate a counterforce of magnitude FL=A2*∆P2, where ∆P2 is the overpressure produced in pump chamber III) in relation to pump chamber IV). Force and counterforce must be in balance, i.e.; A1*∆P1 = A2*∆P2. Of this; ∆P2/∆P1 = A1/A2.

Trykket som frembringes i pumpekamrene øker altså omvendt proporsjonalt med forholdet mellom stempelarealet A2 som vender mot pumpekamrene og arealet A1 som vender mot drivkamrene. The pressure produced in the pump chambers thus increases inversely proportional to the ratio between the piston area A2 facing the pump chambers and the area A1 facing the drive chambers.

Når pumpen er i drift vil det kontinuerlig bli avlevert væske via utløpet 23). Hvis pumpen har en forsterkningsfaktor på eksempelvis 2, så vil noe under halvparten av væskemengden bli ført gjennom pumpekamrene og brukes til å drive de hydrauliske komponentene. Det resterende vil bli avgitt til det foran nevnte reservoaret. Dette reservoaret mottar også væsken som må avgis fra de hydrauliske opererte komponentene ved retur til utgangsposisjonen. When the pump is in operation, liquid will be continuously delivered via the outlet 23). If the pump has an amplification factor of, for example, 2, then slightly less than half of the liquid quantity will be passed through the pump chambers and used to drive the hydraulic components. The remainder will be released to the aforementioned reservoir. This reservoir also receives the fluid that must be discharged from the hydraulically operated components when returning to the initial position.

Det tas utgangspunkt i den foran nevnte dimensjonering av pumpen, dvs. at pumpen er dobbeltvirkende med en stempeldiameter på 180 mm, og slaglengde på 300 mm. Med en frekvens på 0,7 hz, vil drivkamrene konsumere ca 11 liter væske pr sekund. The starting point is the dimensioning of the pump mentioned above, i.e. that the pump is double-acting with a piston diameter of 180 mm and a stroke of 300 mm. With a frequency of 0.7 hz, the drive chambers will consume approx. 11 liters of liquid per second.

Med forsterkningsfaktor på 2 vil denne pumpen levere 5,5 liter pr sekund til forbruk – da med dobbelt så høyt trykk som trykket i tilført væske. Med utgangspunkt et forsyningstrykk på 175 bar over omgivende trykk vil altså pumpen kunne levere en væskestrøm av størrelse 5,5 liter per sekund med trykk 350 bar over omgivelsestrykket. Ved slike strømningsnivåer vil det oppstå trykktap som skyldes strømningsmotstand, termiske effekter etc. En må regne med at utløpstrykket fra pumpen typisk kan ligge 30 bar lavere ved et slikt strømningsnivå i forhold til en statisk situasjon. With an amplification factor of 2, this pump will deliver 5.5 liters per second for consumption - then with pressure twice as high as the pressure in the supplied liquid. Based on a supply pressure of 175 bar above ambient pressure, the pump will therefore be able to deliver a liquid flow of size 5.5 liters per second with a pressure of 350 bar above ambient pressure. At such flow levels, pressure loss will occur due to flow resistance, thermal effects etc. It must be assumed that the outlet pressure from the pump can typically be 30 bar lower at such a flow level compared to a static situation.

Det er en betydelig mengde hydraulisk energi som transformeres når pumpen er i full drift. Hydraulisk effekt ved levering av 5,5 liter væske med 350 bara i trykk tilsvarer There is a significant amount of hydraulic energy that is transformed when the pump is in full operation. Hydraulic effect when delivering 5.5 liters of liquid with 350 bara pressure corresponds to

W= 350kp/cm<2>* 5500 cm<3>/sek = 119250 kpm/sek = 188,8 kW. En forsterkerpumpe av denne størrelse vil typisk ha en største diameter på 230 mm, lengde på 800 mm, og vekt på anslagsvis 120 kg – avhengig av materialvalg. W= 350kp/cm<2>* 5500 cm<3>/sec = 119250 kpm/sec = 188.8 kW. A booster pump of this size will typically have a largest diameter of 230 mm, a length of 800 mm, and a weight of approximately 120 kg – depending on the choice of material.

Fig.3 viser et relevant oppsett for bruk av oppfinnelsen til å frembringe hydraulisk kraft. Vi tar som eksempel at operasjonsdybden er 500 meter, og at det skal frembringes et hydraulikktrykk på 690 bar over omgivende trykk. Fig.3 shows a relevant setup for using the invention to generate hydraulic power. We take as an example that the operating depth is 500 metres, and that a hydraulic pressure of 690 bar above ambient pressure must be produced.

Dette systemet kan befinne seg på 500 meters dyp, hvilket innebærer at akkumulatorer med godkjent arbeidstrykk på 5000 psi kan opereres med (345 51) bara = 396 bara. This system can be located at a depth of 500 metres, which means that accumulators with an approved working pressure of 5000 psi can be operated with (345 51) bara = 396 bara.

Vi velger å forlade akkumulatorene med gass til 191 bara, som er 140 bar over omgivende trykk på 500 meters dyp. Etter at akkumulatorene er anordnet på denne dybden blir de så tilført væske til ladetrykket når 396 bara. Enveisventilen 8) og den stengte, solenoide-opererte ventilen 7) sørger for at akkumulatorene er isolert fra de øvrige komponentene i oppsettet. Utløpet 23) fra forsterkerpumpens drivenhet er koplet til et reservoar 31) som i dette oppsettet har form av en elastisk belg hvor innholdet følgelig er trykkutliknet med omgivende vann. Ventilen 7) åpner på signal fra kontrollenheten 9), hvorved forsterkerpumpens drivenhet får væskeforsyning via trykkreguleringsventilen 26) til innløpet 24). Pumpen starter umiddelbart opp og sørger for hydraulisk kraft til komponenten 4) via pumpeutløpet 6). Trykkstabiliseringsventilen 26) sørger for at væsken som forsynes pumpens drivenhet har et trykk på tilnærmet samme nivå som akkumulatorenes forladingstrykk (=140 bar over omgivende vanntrykk). Drivenhet avgir konsumert væske direkte til reservoaret 31). Pumpeseksjonen forsynes i dette oppsettet med væske som har tilnærmet samme trykk som det omgivende vann, og dette sørger for at denne væsken har ønsket trykk ved avlevering via pumpeutløpet 6). We choose to fill the accumulators with gas to 191 bar, which is 140 bar above ambient pressure at a depth of 500 metres. After the accumulators are arranged at this depth, they are then supplied with liquid until the charging pressure reaches 396 bara. The one-way valve 8) and the closed, solenoid-operated valve 7) ensure that the accumulators are isolated from the other components in the set-up. The outlet 23) from the booster pump's drive unit is connected to a reservoir 31) which in this set-up has the form of an elastic bellows where the contents are consequently pressure equalized with surrounding water. The valve 7) opens on a signal from the control unit 9), whereby the amplifier pump's drive unit receives liquid supply via the pressure regulation valve 26) to the inlet 24). The pump starts up immediately and provides hydraulic power to the component 4) via the pump outlet 6). The pressure stabilization valve 26) ensures that the liquid supplied to the pump's drive unit has a pressure at approximately the same level as the accumulators' pre-charge pressure (=140 bar above ambient water pressure). The drive delivers consumed liquid directly to the reservoir 31). In this setup, the pump section is supplied with liquid that has approximately the same pressure as the surrounding water, and this ensures that this liquid has the desired pressure when delivered via the pump outlet 6).

De hydrauliske komponentene har et nominelt operasjonstrykk som må disse komponentene trenger for å gjennomføre en operasjonssyklus. I visse faser av en slik syklus vil det ofte kreve vesentlig mindre trykk for å videreføre prosessen. Vi har anordnet en kanal 29) som gir en direkte forbindelse mellom pumpeutløpet 6) og akkumulatorene når ventilen 7) er i åpen posisjon. Det betyr at prosessen kan videreføres uten at bruk av pumpen, forutsatt at akkumulatortrykket er tilstrekkelig høyt (dersom akkumulatortrykket kan være så høyt at det er mulig å skade angjeldende hydrauliske komponent, må det eventuelt monteres en trykkreguleringsventil på linjen for å unngå dette). The hydraulic components have a nominal operating pressure that these components need to complete an operating cycle. In certain phases of such a cycle, it will often require significantly less pressure to continue the process. We have arranged a channel 29) which provides a direct connection between the pump outlet 6) and the accumulators when the valve 7) is in the open position. This means that the process can be continued without the use of the pump, provided that the accumulator pressure is sufficiently high (if the accumulator pressure can be so high that it is possible to damage the relevant hydraulic component, a pressure regulating valve must possibly be installed on the line to avoid this).

Man kan eventuelt montere inn en ventil 28) som indikert i figuren, og som har til oppgave å begrense eller stenge forsyningen til pumpen dersom væskestrømmen gjennom linjen 29) overskrider et visst nivå. Dersom pumpen som eksempelvis har en forsterkningsfaktor på 2, så vil man spare en væskemengde som er like stor som væskemengden som passerer gjennom kanalen 29). You can optionally fit a valve 28) as indicated in the figure, which has the task of limiting or shutting off the supply to the pump if the liquid flow through the line 29) exceeds a certain level. If the pump, for example, has an amplification factor of 2, then you will save an amount of liquid that is as large as the amount of liquid that passes through the channel 29).

I en foretrukket utførelse er det anordnet en pumpe 32) som kan pumpe væske fra reservoaret 32) tilbake i akkumulatorpakken 1), og derved gjenvinne forbrukt hydraulisk kapasitet. Hvis man har behov for en slik kapasitetsgjenvinning vil man normalt kunne gjøre dette over en noe lengre tid, og derfor basere dette på elektrisk drevne pumper med beskjeden effekt. For å trykksette akkumulatorene til opprinnelig ladetrykk må disse pumpene 32) pumpe mot et mottrykk på inntil 345 bar (over omgivende trykk), noe som løses med kjent teknikk. In a preferred embodiment, a pump 32) is arranged which can pump liquid from the reservoir 32) back into the accumulator pack 1), thereby recovering used hydraulic capacity. If there is a need for such capacity recovery, you will normally be able to do this over a somewhat longer period of time, and therefore base this on electrically driven pumps with modest power. In order to pressurize the accumulators to the original charge pressure, these pumps 32) must pump against a back pressure of up to 345 bar (above ambient pressure), which is solved using known techniques.

Fig.4 viser et annet relevant oppsett for oppfinnelsen. Her er reservoaret 31) innrettet for å ha et lavt innvendig trykk, og er følgelig konstruert for å kunne motstå omgivende trykk på angjeldende dybde. I dette oppsettet benyttes to ventiler 7,33) til å isolere trykkforsterkerpumpens fra akkumulatorene 1) og reservoaret 31) når den ikke er i bruk. Disse to ventilene åpnes samtidig når forsterkerpumpen skal igangsettes, og lukkes tilsvarende samtidig straks angjeldende operasjon er gjennomført. Fig.4 shows another relevant setup for the invention. Here, the reservoir 31) is arranged to have a low internal pressure, and is consequently constructed to be able to withstand ambient pressure at the relevant depth. In this setup, two valves 7,33) are used to isolate the pressure booster pump from the accumulators 1) and the reservoir 31) when it is not in use. These two valves are opened at the same time when the booster pump is to be started, and are closed accordingly at the same time as soon as the operation in question has been carried out.

Når akkumulatorsystemet har full kapasitet vil den hydrauliske væsken være lagret i akkumulatorene samt i de hydrauliske opererte komponentene, mens reservoaret fortrinnsvis er tomt for væske. Det kan være hensiktsmessig sørge for et gasstrykk på 1 atm. ved å starte med å ha reservoaret fullstendig fylt med væske, for så å presse ut væsken fra reservoarets underside ved hjelp av nitrogen. Resultatet er en tom tank som inneholder nitrogen med 1 atm. trykk. Denne gassen vil føre til en gitt trykkøkning i reservoaret etter hvert som det fylles opp med væske, men denne trykkøkningen er først merkbar når reservoaret begynner å nærme seg 90 % væskefylt. Vi velger å bruke reservoartrykket som referanse for trykkstabiliseringsventilene, og vil derved opprettholde et stabilt drivtrykk for forsterkerpumpen 21) selv om reservoartrykket stiger. I praksis bør reservoaret ha en overkapasitet på ca 10 %, hvilket innebærer at den ikke er mer enn 90 % fylt når akkumulatorene har gitt fra seg all væsken. At disse reservoarene har et noe større innvendig volum enn væskemengden som avgis fra akkumulatorene vil ha svært liten vektmessig betydning for akkumulatorsystemet som helhet. When the accumulator system has full capacity, the hydraulic fluid will be stored in the accumulators as well as in the hydraulically operated components, while the reservoir is preferably empty of fluid. It may be appropriate to ensure a gas pressure of 1 atm. by starting by having the reservoir completely filled with liquid, then pushing the liquid out from the underside of the reservoir using nitrogen. The result is an empty tank containing nitrogen at 1 atm. Print. This gas will cause a given pressure increase in the reservoir as it fills up with liquid, but this pressure increase is only noticeable when the reservoir starts to approach 90% liquid-filled. We choose to use the reservoir pressure as a reference for the pressure stabilization valves, and will thereby maintain a stable drive pressure for the booster pump 21) even if the reservoir pressure rises. In practice, the reservoir should have an excess capacity of around 10%, which means that it is no more than 90% full when the accumulators have released all the liquid. The fact that these reservoirs have a somewhat larger internal volume than the amount of liquid emitted from the accumulators will have very little weight-wise significance for the accumulator system as a whole.

Gassmengden som vil sirkulere i akkumulatorsystemet anses å være uten reell betydning for systemets funksjon. The amount of gas that will circulate in the accumulator system is considered to be of no real importance to the system's function.

Man kan eventuelt basere seg på at systemet skal være tilnærmet fullstendig gassfritt, men da må det benyttes spesialpumper for eventuelt å tilbakeføre væske fra reservoaret til akkumulatorene. One can possibly rely on the system to be almost completely gas-free, but then special pumps must be used to possibly return liquid from the reservoir to the accumulators.

Vedlegg 1 inneholder beregninger som gir en indikasjon på hvor stor hydraulisk kapasiteten som kan oppnås ved at gassbaserte akkumulatorer utnyttes i iht. angjeldende oppfinnelse relativt til tradisjonell utnyttelse av akkumulatorer. Resultatene er satt inn i en tabell, og alle beregningene som er foretatt viser at man oppnår den største hydrauliske kapasiteten ved bruk av trykkforsterkerpumper som er koplet opp mot et reservoar med lavest mulig trykk. Man oppnår altså den høyeste kapasiteten samtidig som man kan basere seg på akkumulatorer som veier halvparten eller mindre i forhold til akkumulatorene som kreves ved en tradisjonell akkumulatorutnyttelse. Man vil oppnå en ytterligere forbedring av hydrauliske kapasitet dersom de hydrauliske komponentene har sin lavtrykkside koplet mot nevnte reservoarer, i stedet for å bruke omgivende vanntrykk som referanse. Dette krever imidlertid at de komponentene modifiseres, og en velger å se bort fra dette aspektet i denne sammenheng. Appendix 1 contains calculations that give an indication of how large the hydraulic capacity can be achieved by using gas-based accumulators in accordance with the invention in question relative to the traditional use of accumulators. The results have been entered into a table, and all the calculations that have been carried out show that the greatest hydraulic capacity is achieved by using pressure booster pumps that are connected to a reservoir with the lowest possible pressure. You thus achieve the highest capacity at the same time as you can rely on accumulators that weigh half or less compared to the accumulators required for traditional accumulator utilization. A further improvement in hydraulic capacity will be achieved if the hydraulic components have their low-pressure side connected to said reservoirs, instead of using ambient water pressure as a reference. However, this requires that those components be modified, and one chooses to ignore this aspect in this context.

Bruk av forsterkerpumper som er koplet opp mot reservoarer som er trykkutliknet med omgivende sjø synes å være mindre fordelaktig på dybder utover ca 1000 msw. The use of booster pumps that are connected to reservoirs that are pressure equalized with the surrounding sea seems to be less advantageous at depths beyond about 1000 msw.

Det er vanskelig å foreta en direkte sammenlikning av vekten for de ulike akkumulatorutgavene. Det som vi imidlertid mener å kunne fastslå er at vekten på pumper og reservoarer som er påkrevet for et bruk i samsvar med angjeldende oppfinnelse er beskjeden i forhold til total forventet vektbesparelse på en normalt stor akkumulatorpakke. It is difficult to make a direct comparison of the weight for the various accumulator versions. What we believe to be able to establish, however, is that the weight of pumps and reservoirs required for use in accordance with the invention in question is modest in relation to the total expected weight savings of a normally large accumulator pack.

Claims

1 A method for using gas-based accumulators (1) to produce a hydraulic pressure level that substantially exceeds the working pressure for which the relevant accumulators are approved, and which includes the use of pressure-stabilizing valves and pressure-boosting pumps, characterized in that the hydraulic pressure level is produced by the use of said pressure boosting pumps (21), these pumps being driven by the difference between the outlet pressure from pressure stabilizing valves (26) which are arranged downstream of the accumulators (1) and reservoirs (31) which have an internal pressure which is at the same level or lower than the surrounding water pressure.

2. Method according to claim 1, characterized by

- that the pressure-boosting pumps (21) have a piston (17) which reciprocates and which, with the help of three sliding sealing devices (18-20) which produce leak-free barriers for two pump chambers (III, IV) which are arranged in the central part of the pump and two drive chambers (I,II) which are arranged on each side of these,

- that the pumps have a switching mechanism for changing the displacement direction of the piston by alternately pressurizing and venting a first drive chamber (I), since a pressurization of this drive chamber (I) results in an immediate venting of a second drive chamber (II) and that venting of the first chamber (I) causes an immediate pressurization of the second drive chamber (II), and

- that the switching mechanism is activated by displacement of an axially arranged operating rod (22), and that this displacement is produced by the movement of the piston (17) by the piston (17) alternately pulling and pushing the operating rod (22) when it (17) arrives at an end position.

3. Method according to claim 1, characterized by

- that a channel (29) with valves (30,28) is arranged which allows a direct, directional supply of liquid from the accumulators (1) to the hydraulically operated components (4)