NO324438B1 - Oljehydraulisk utnyttelse av hydrostatisk energi pa dypt vann - Google Patents

Description

Oppfinnelsen angår utnyttelse av differansetrykket mellom omgivende væske og et neddykket vakuumkammer eller gassfylt lavtrykkreservoar til drift av oljehydrauliske systemer.

I forbindelse med bl.a. havbunnskartlegging, oljeleting og -utvinning, undervanns kabel- og rørlegging samt mineralutvinning generelt far aktiviteter på store havdyp stadig større kommersiell og vitenskapelig interesse. Dette skyldes delvis at mulighetene for langt rimeligere utvinning av olje- og mineralressurser på land eller på grunt vann nærmer seg full utnyttelse, i alle fall i enkelte regioner. Men det skyldes også en teknologisk utvikling som flytter grensene for det teknisk mulige. Et siktemål med denne oppfinnelsen er å bidra ytterligere til å gjøre slike aktiviteter på dypt vann enklere og billigere.

Nesten all aktivitet på havbunnen krever energi.

For permanente havbunnsinstallasjoner blir denne gjerne tilveiebrakt gjennom utlegging av elektriske kabler fra land eller fra en nærliggende offshoreinstallasjon som er mer enn selvforsynt med energi. Slik kabellegging er svært kostbar og komplisert, blant annet fordi vekten av den del av kabelen som til enhver tid henger mellom bunnen og kabelleggmgsfartøyet er betydelig. Det er mulig å utstyre kabelen med oppdriftsmidler under utsetting, men også dette er kostbart og komplisert. Store ressurser går dessuten med til kartlegging og tilrettelegging av bunnforholdene langs traseen samt overdekking av den utlagte kabelen. Også selve bruken av elektrisk energi på havbunnen, ikke minst i sjøvann som er elektrisk ledende og dessuten i større eller mindre grad korrosivt, krever kostbart spesialutstyr og stor aktsomhet. I noen grad blir dette kompensert ved delvis benyttelse av hydraulisk eller elektrohydraulisk utstyr.

Kabellegging er selvfølgelig sjelden aktuelt i forbindelse med midlertidige aktiviteter som f.eks. seismologisk kartlegging, in-situ testing og prøvetaking av havbunnen. Energibrukere kan her dreie seg om f.eks. akustiske signalgivere, CPTU-rigger som presser en konisk målesonde ned i sedimentene for måling av ulike egenskaper i sedimentene, eller prøverør som vibreres eller slås ned i bunnen for oppsamling av bunnsedimenter som bringes opp til overflaten. I disse tilfellene ledsages operasjonene oftest av et overflatefartøy som bringer energi ned til utstyret på havbunnen gjennom elektriske kabler eller hydrauliske slanger som låres kontrollert ned sammen med utstyret fra kraftige og kostbare vinsjer med stor løfteevne og spolekapasitet. Ofte benyttes kombinerte kabler, såkalte "umbilicals" der gjerne bærewire (for å vinsje selve utstyret ned til bunnen og opp igjen), krafUedning for å gi energi til utstyret, signalkabel for å styre utstyret og registrere måledata, samt isolasjon mellom strømlederne er spunnet rundt samme kjerne og omsluttet av samme beskyttelseskappe. For slike operasjoner øker kostnadene svært dramatisk med økende vanndyp. På 2000-3000m vanndyp vil en vesentlig del av bærewirens tillatte kapasitet gå med til å bære sin egen vekt, og strømledere eller slanger vil ikke bidra positivt til bæreevnen. Eksempelvis vil 3000m kopperledning i neddykket tilstand tilføre seg selv en strekkspenning i overflaten på ca 225MPa dersom den kun skal bære seg selv uten isolasjon. Samtidig vil kravene til ledningstverrsnitt øke for å kompensere for overføringstapet. Altså vil minste tverrsnittet på umbilicalen måtte øke med økende vanndyp. Det gir større stivhet og større krav til spole- og trommeldiametre, noe som ikke bare øker volumet på vinsjtrommelen men også momentet på vinsjens drivaksling. Må i tillegg bærekabelen dimensjoneres for en kortvarig spissbelastning, f.eks. til uttrekking av et prøverør fra bunnsedimentene, blir kravene desto mer omfattende.

For å møte disse utfordringene er det tidligere lansert hydrostatiske prøvetakere som utnytter trykkdifferansen mellom omgivende vann og et neddykket lavtrykkskammer - mest typisk fylt med luft ved atmosfæretrykk - til å drive en slagmekanisme i form av en slagsylinder og tilhørende spesialitlpassede ventiler. Det er her snakk om vannhydraulisk drift. Når lavtrykkskammeret er tilnærmet fylt med vann fra omgivelsene via slagsylinderen, må utstyret tas til overflaten før det kan brukes på nytt. Det er ikke nødvendig med kraftoverføring fra overflatefartøyet, kun bære wire er nødvendig.

Slikt vannhydraulisk utstyr er beskrevet bla. i patentskriftene EP 0 581 838 Bl og

WO 94/23181. Førstnevnte omtaler på svært generelt grunnlag ulike anvendelser for vannhydraulikk og hydrostatisk energi, men går mest i detalj på en vannhydraulisk sedimentprøvetaker eller slaghammer. I praksis er det imidlertid kun prøvetakeren som er kommet til kommersiell anvendelse, noe som blant annet har sammenheng med at sjøvann selvfølgelig i svært liten grad oppfyller kravene til drivmedium i standardkomponenter for høytrykkshydraulikk.

Også som slaghammer har imidlertid prøvetakeren beskrevet i EP 0 581 838 Bl svært dårlig virkningsgrad i forhold til teoretisk tilgjengelig energi, selv om prøvetakeren i mange sammenhenger har vist seg å ha mer enn tilstrekkelig energi for formålet. Den lave virkningsgraden har sammenheng med store friksjonstap i tetningsflater som skal motstå høye trykkdifferanser og lav viskositet i mediet, samt manglende smøring. Men en annen svakhet er at slagmekanismen er lite fleksibel, fordi leveringstrykket er gitt av det hydrostatiske trykket og ikke kan tilpasses forbrukerens behov. Heller ikke leveringsmengden per slag kan tilpasses behovet, noe som i mange praktiske anvendelser har ført til at utnyttelsen av det hydrostatiske energipotensialet har ligget så lavt som i størrelsesorden 5-10%.

IWO 94/23181 er anvist en teknikk for bedring av virkningsgraden i en hydrostatisk prøvetaker basert på vannhydraulikk, ved at samme leveringsmengde kan gi ulik slagenergi og fallhøyde avhengig av det hydrostatiske leveringstrykk. Her er krav på andre hydrostatiske applikasjoner enn slaghammer eller prøvetaker ut fra erfaring ikke forsøkt videreført.

Utstyr i henhold til begge de ovennevnte publikasjonene har store svakheter og begrensninger. Mangelen på smøremiddel og bruk av vann som drivmedium fører til stor slitasje, noe som gradvis fører til økende lekkasjer og enda lavere virkningsgrader. Nødvendigheten av skreddersydde komponenter i svært mange detaljer gjør både utvikling, bygging og drift svært kostbart samtidig som realistisk testing krever store ressurser. Mangelen på egnede skreddersydde komponenter gjør at reguleringsmuligheter og optimaliseringskrav er mangelfullt ivaretatt. Likevel har den hydrostatiske energien så store fordeler i forhold til konvensjonelle løsninger med kraftoverføring fra overflatefartøy at produkter i henhold til ovennevnte publikasjoner har kommet til kommersiell anvendelse over store deler av verden.

Et spesialtilfelle av omforming av hydrostatisk trykk i vann til hydrostatisk trykk i

olje for drift av et hydraulisk undervannssystem er beskrevet i US 6,192,680. Det hydrostatiske vanntrykk overføres her til et hydraulisk drivmedium i en toveis stempelsylinder åpnet på en side mot omgivende sjøvann. Det er videre innført et slags lavtrykkskammer i form av en buffertank for drivmedium som er ventilert til overflaten og derfor opprettholder tilnærmet atmosfæretrykk. Buffertanken mottar returolje fra en ventilaktuator drevet av oljen fra nevnte stempelsylinder. Fra buffertanken pumpes deretter fortrinnsvis oljen langsomt videre ut i sjøen med en liten høytrykkspumpe som er avhengig av energitilførsel fra overflaten. Forbrukt drivmedium kan eventuelt erstattes ved etterfylling gjennom en slange fra overflaten.

Bruk av hydrauliske drivmedier som her beskrevet må forventes å ha høyere virkningsgrad enn hydrostatiske løsninger basert på sjøvann som drivmedium. US

6,192,680 er imidlertid lite opptatt av utvidede anvendelsesmulighetene for hydrostatisk energi. Lufteslangen til overflaten er en kostbar løsning som går sterkt ut over mobilitet, driftssikkerhet og installasjonsvennlighet. Selv om drivmediet gir økt virkningsgrad, viser ikke dette patentet stor forståelse for optimal utnyttelse av det hydrostatiske energipotensialet. Anordningen i hht dette US patentskriftet har heller

ikke klart å gjøre seg uavhengig av energitilførsel fra overflaten, slik det er kjent fra flere vannhydrauliske løsninger. At drivmediet er tenkt sluppet ut i sjøen legger store begrensninger på valg av drivmedium, av miljømessige hensyn.

Foreliggende søknad tar sikte på å bringe hydraulisk utnyttelse av hydrostatisk energi på dypt vann et langt skritt videre i forhold til tidligere kjent teknikk.

Noen begreper som vil bli benyttet i det følgende skal forstås som beskrevet nedenfor: Sjøvann eller vann er en term som i dette patentet for enkelhets skyld brukes om enhver væske som anordningen er neddykket i når det hydrostatiske trykk skal utnyttes. Dette kan være "vanlig" sjøvann, eller det kan være ferskvann (ved utnyttelse i dype innsjøer som f.eks. Baikalsjøen), brakkvann (f.eks. utenfor munningen av Amazonas), mettet saltløsning (f.eks. i en saltsjø som Dødehavet) osv avhengig av hvor anordningen skal utnyttes.

Hydraulikkolje, olje eller hydraulisk væske er termer som benyttes vekselvis der de er mest karakteristiske for de beskrevne anvendelser. Det utelukker likevel ikke at det prinsipielt kan dreie seg om alle tenkelige væsker som kan benyttes av i og for seg kjente lukkede strømningssystemer, unntatt vann eller sjøvann. Termen "hydraulikkolje" i dette patentet skal altså også omfatte væsker man vanligvis ikke ville kalles "olje", herunder f.eks. kjølevæsker.

Lavtrykkskammer står i dette patentet for ett eller flere kammer som er dimensjonert for å motstå et betydelig utvendig overtrykk og som for en betydelig del rommer vakuum, damp eller gasser med vesentlig lavere trykk enn omgivelsene der hvor hydrostatisk energi skal utnyttes. Lavtrykkskammeret behøver ikke holde lavere trykk enn én atmosfære, tvert imot kan det noen ganger være fordelaktig at gassen holder flere bars trykk, eksempelvis når kammeret heves til overflaten og det er ønskelig å evakuere hydraulikkolje fra lavtrykkskammeret tilbake til det fleksible væskemagasinet.

Hybridtank brukes i dette patentet for en eller flere tanker som hver for seg eller til sammen inneholder minst to atskilte væsker. Det relative forhold mellom disse væskevolumene skal være variabelt, f.eks. ved at en skillevegg mellom rommene består av en gummiblære, en belg, et stempel eller liknende. Den ene væsken skal være hydraulikkolje slik det er definert ovenfor, og den delen av hybridtanken som rommer hydraulikkolje kalles magasinet, væskemagasinet eller det fleksible væskemagasinet. Den andre væsken skal være vann eller sjøvann slik det er definert ovenfor. Den del av hybridtanken som inneholder denne andre væsken kan kalles vannrommet. Vannrommet skal være åpent mot omgivelsene, eller åpnes i det minste helt eller delvis mot omgivelsene når den hydrostatiske energien skal utnyttes. Struping av åpningen til vannrommet kan i noen tilfeller være aktuelt som et middel til å regulere det hydrauliske systemet, men en vesentlig fordel ved aldri å strupe inntaket til vannrommet vil være at hybridtanken da ikke må dimensjoneres mot betydelig utvendig overtrykk. Det kan likevel være ønskelig eller nødvendig å anordne en sil eller et filter i åpningen.

Termen oljehydraulisk system eller konvensjonelt hydraulikksystem brukes i dette patentskriftet om et sett forbrukere og/eller reguleringselementer i en vilkårlig hydraulisk krets der væsken ikke er vann eller sjøvann. Termen behøver altså ikke omfatte hele den hydrauliske kretsen. Termen benyttes ellers svært vidt, slik at den omfatter alle i og for seg kjente anordninger og kombinasjoner av anordninger for utnyttelse av væskestrømmer transportert i lukkede rør eller hulrom til et eller annet bevisst formål. Eksempelvis men ikke begrensende kan det dreie seg om regulering av og/eller drift av lineære eller roterende kj-aftmaskiner, drift av elektrohydrauliske generatorer, aktuatorer, signalgivere o.l. Det kan også dreie seg om kjølesystemer, enten direkte ved at hydraulikkoljen er en kjølevæske eller indirekte ved at en hydraulisk motor driver et kjølemaskineri. Det kan også dreie seg om varmeproduksjon vha friksjon, f.eks. friksjonssveising. "Konvensjonelt" betyr altså i denne sammenheng alt som var kjent forut for denne oppfinnelsen.

Termen virkningsgrad sikter i dette dokumentet - når ikke annet er nevnt eksplisitt - til forholdet mellom utnyttbar energi Eh = jQ<*>dp for hydraulikksystemet og det teoretiske hydrostatiske energipotensial uttrykt ved E0= Vo * Ph , der Vo er initialt (gass)volum i lavtrykkskammeret og Ph er hydrostatisk trykk i omgivende væske. Oppfinnelsen beskriver i underkrav ulike anordninger for å tilpasse oppfinnelsen til ulike typer hydraulikksystemer, slik at virkningsgraden blir god.

Uttrykkene Hydraulisk Maskin, Energibruker eller forbruker brukes i dette patentet vekselvis avhengig av hvilket uttrykk som passer best til den anvendelse som beskrives. Hva patentets beskyttelsesomfang angår skal imidlertid disse uttrykkene ha samme dekningsomfang, idet alle disse uttrykkene omfatter hvilke som helst komponenter og systemer som kan inngå i et konvensjonelt hydraulikksystem og som nyttiggjør hydraulisk energi Termen omfatter også ventiler og reguleringssystemer som styres av hydrauliske pilotkretser, selv om disse krever små energimengder. Termen omfatter derimot ikke deler av et hydraulikksystem som drives primært av elektrisk eller mekanisk energi.

Magasin, Væskemagasin er i dette patentet ett eller flere lagerrom fylt av hydraulisk væske, der magasinets volum alltid står for selve lagerrommets volum og ikke samlet volum av hydraulikkvæsken. Termene "magasin" og "væskemagasin" har i dette patentet alltid samme mening. Væskemagasinet henspiller på et bestemt fysisk område av konstruksjoner i henhold til oppfinnelsen, og kan utgjøre en del av en hybridtank.

Termen rørforbindelser uttrykker i denne sammenheng hvilke som helst hulrom væsken kan strømme gjennom, enten dette er rør i vanlig forstand, boringer i bærestrukturer, hulrom i ventilblokker el. 1.

Når det skrives at væskemagasinet eksponeres utvendig for et trykk " generert av" den omgivende væske, betyr ikke det at den fleksible vegg i magasinet nødvendigvis må

være utsatt for det omgivende hydrostatiske trykk helt ut. Det kan tenkes at vi snakker om en hybridtank der væske fra omgivelsene tas inn gjennom åpninger med et visst trykkfall, for deretter å overføre sitt resterende trykk med eller uten ytterligere trykktap til det fleksible væskemagasinet.

Oppfinnelsen som det herved søkes patent på angår en anordning for på betydelig vanndyp å nyttiggjøre hydrostatisk energi til arbeid ved å la trykksatt væske strømme gjennom minst en hydraulisk maskin mot minst ett medbrakt lavtrykkskammer dimensjonert for å motstå et betydelig utvendig overtrykk. Oppfinnelsen karakteriseres ved at lavtrykkskammeret i neddykket tilstand holdes tett avstengt fra så vel overliggende atmosfære som omgivende sjøvann, at lavtrykkskammeret via nevnte hydrauliske maskiner og dertil tilpassede reguleringssystemer er tett forbundet med minst ett væskemagasin av variabelt volum fylt med hydraulisk væske, at nevnte væske trykksettes ved at minst én fleksibel vegg i væskemagasinet i form av en membran, stempel el.l. utvendig eksponeres for omgivende vann, og at nevnte reguleringssystemer i det minste styrer ett pumpe- eller motorelement med stegvis eller kontinuerlig variabelt deplasement egnet for å tilpasse leveringstrykket til de hydrauliske maskiner under ulike hydrostatiske omgivelsestrykk.

I henhold til foreliggende oppfinnelse blandes prinsipielt hydraulikkvæsken aldri med

og slippes aldri ut i omgivende vann, men befinner seg til enhver tid i sin egen avstengte oljehydrauliske krets. Oppfinnelsen vil derfor ikke forurense sjøvannet og vil ikke begrense utvalget av hydrauliske drivmedier avhengig av utslippstillatelser.

Reguleringssystemer for optimalisering av driftstrykk til forbrukerne tilnærmet uansett omgivelsestrykk kan ifølge oppfinnelsen anordnes på flere måter. F.eks. kan en hydraulisk rotasjonsmotor mekanisk sammenkoples med en hydraulisk rotasjonspumpe hvorav enten motor eller pumpe eller begge har variabelt deplasement. Det kan også benyttes en teleskopisk sylinder sammensatt av hydraulisk atskilte seksjoner hvorav et system av reguleringsventiler velger å åpne det best tilpassede tverrsnitt etter belastningsforholdene.

Oppfinnelsen muliggjør uttak av store effekter over et begrenset tidsrom eller intermittent, og det hydrauliske leveringstrykk kan være høyere så vel som lavere enn det hydrostatiske trykk.

Utnyttelseseksempler omfatter lineærmotorer, ulike varianter av hydraulikkaggregater, aktuatorer og typiske undervannsapplikasjoner så som sugeanker, CPT-rigg, sedimentprøvetaker m.m.

Noen av fordelene ved å overføre den hydrostatiske energien i vannet til en lukket oljehydraulisk krets med mulighet for optimal tilpasning av driftstrykk til forbruker er åpenbare når teknikken først er kjent. Nye applikasjoner og tilpasninger kan muliggjøres ved i overveiende grad å kombinere allerede tilgjengelige komponenter fra et vidt utvalg leverandører innen oljehydraulikk.

I forhold til kjente hydrostatiske systemer vil framgangsmåten i hht oppfinnelsen føre

til at friksjonstap går ned, virkningsgrad stiger, slitasjen minker drastisk, og reguleringsmulighetene blir langt flere og mer presise.

Både pris og utviklingstid for nye applikasjoner vil gå drastisk ned. Det er ikke

engang alltid nødvendig å benytte korrosjonsbestandige materialer fordi mange av komponentene kan monteres neddykket i oljen eller i luften i lavtrykkskammeret. Det gjelder f.eks. stort sett alle ventiler og for den saks skyld elektriske eller elektroniske

reguleringssystemer for ventilene (PLS). Det må i denne sammenheng påpekes at de fleste hydraulikkoljer er gode isolatorer - bedre enn luft - og dessuten ikke spesielt lettantennelige (flammepunkt over 100°C).

Det må likevel nevnes at en del hydrauliske komponenter - særlig sylindere og motorer - ofte vil måtte operere i et miljø der de blir direkte eksponert for det ytre vanntrykk. Dette vil ofte kreve komponenter beregnet for oljehydrauliske applikasjoner på dypt vann. Det finnes et ikke ubetydelig utvalg av slike komponenter, som kanskje må være utstyrt f.eks. med pakninger som tåler utvendig overtrykk. Et sideordnet krav med underkrav beskriver derfor et generelt hydrostatisk drevet oljehydraulisk aggregat, som kan forsyne nær sagt ethvert kjent undersjøisk hydraulikksystem med energi til erstatning for den undersjøiske kabel eller hydraulikkslange fra overflatefartøy.

Det vil kunne hevdes at en ulempe med oppfinnelsen i forhold til vannhydraulisk utnyttelse av det hydrostatiske trykk vil være at anordningen i henhold til oppfinnelsen tilsynelatende må ta opp dobbelt så stor plass og være vesentlig tyngre fordi det i tillegg til lavtrykkskammeret også kreves et fleksibelt magasin som initialt rommer all den hydraulikkvæske som under drift skal overføres til lavtrykkskammeret. Dette er imidlertid en svært konservativ forenkling av de faktiske forhold. For det første trenger ikke det fleksible magasinet å være tungt, fordi det bare skal skille oljen fra vannet uten å motstå nevneverdig trykkdifferanse over skillevegg eller blære. Magasinet kan f.eks. være en tynnvegget aluminiumtank der den ene veggen er erstattet med en gummimembran. For det andre kan lavtrykkskammeret utføres vesentlig mindre enn ved vannhydrauliske løsninger fordi vkkningsgraden øker. Det er beregnet at total utnyttelsesgrad (virkningsgrad) for teoretisk tilgjengelig hydrostatisk energipotensiale i lavtrykkskammeret med en oljehydraulisk løsning i henhold til oppfinnelsen typisk vil ligge i størrelsesorden 30-60%. Sammenliknes med antydede virkningsgrader for tilsvarende vannhydrauliske løsninger helt nede i 5-10%, betyr det at lavtrykkskammer og magasin til sammen vha oppfinnelsen kan gjøres mindre i volum enn lavtrykkskammeret alene måtte være tidligere.

En foretrukket utførelse av et hydraulikkaggregat i henhold til oppfinnelsen benytter oljehydraulisk motor og pumpe montert inne i lavtrykkskammeret, med en felles mekanisk aksling. Både motor og pumpe har variabelt deplasement. Motoren drives av olje fra det fleksible magasinet, mens pumpen suger fra det minimum av olje som til enhver tid avsettes i lavtrykkskammeret, slik at lavtrykkskammeret benyttes som tank i et oljehydraulisk system som ellers skiller seg lite fra et tilsvarende system på land. Faktisk vil dette aggregatet ha fordeler i forhold til et elektrohydraulisk aggregat på land, fordi hydraulikkmotorer er langt lettere og mer kompakte enn elektromotorer. Ved å manipulere forholdet mellom motorens og pumpens deplasementer kan man levere nær sagt et hvilket som helst systemtrykk. Det kan om ønskelig være langt høyere enn det hydrostatiske omgivelsestrykket, men også vesentlig lavere dersom det passer forbrukerne bedre.

Tilsvarende er det mulig å levere langt større gjennomstrønirningsvolumer for olje i løpet av driftstiden enn det som svarer til volumet av lavtrykkskammeret, forutsatt at leveringstrykket er lavere enn det hydrostatiske trykk. Det kan inne i lavtrykkskammeret monteres flere PLS-opererte proporsjonalventiler el. 1. som gir tilpasset levering (P1,P2,P3 osv) til forskjellige forbrukere.

Siden aggregatet er så kompakt og siden selve den hydrostatiske energien tas fra en utømmelig kilde - nemlig havet selv - kan man med tilstrekkelig store leveringstverrsnitt ta ut svært store effekter over tilsvarende kort tid dersom dette er ønskelig. En typisk utførelse basert på lm3 lavtrykkskammer på 2000m vanndyp kan for eksempel enkelt levere 30-40KW effekt, i så fall over en periode på ca 5 minutter. Andre kombinasjoner, f.eks. dobbel effekt over halve tiden eller bare ca 100W kontinuerlig effekt i drøyt et døgn er fullt mulig, til og med rent reguleringsteknisk uten å bytte en eneste komponent.

Der behovet først og fremst er stor skyvkraft, har heller ikke aggregatet mange praktiske begrensninger. Enhver sylinder kan gis den skyvkraft den er dimensjonert for å tåle, så sant den praktiske utførelse av oppfinnelsen tar høyde for det aktuelle trykket. Det er her ikke det hydrostatiske trykket som er begrensende, selv om total tilgjengelig energi vil være proporsjonal med vanndypet.

I hovedtrekk kan sies at mens konvensjonelle systemer får større og større problemer på økende vanndyp, far hydrostatiske systemer i henhold til oppfinnelsen bedre egenskaper jo større vanndypet er, og altså eksponentielt økende konkurranseevne med vanndypet.

Enkelte problemer ofte forbundet med hydrauliske systemer på land er til og med nesten fraværende eller sterkt redusert i forhold til tilsvarende anlegg på land. Det gjelder kjøling samt - ifølge samme resonnement - stabiliteten i viskositet under ulike driftsfaser.

Mange hydrauliske standardkomponenter oppgir grenseverdier for returoljetrykk og absolutt lekkasjetrykk. Dette behøver ikke være begrensende for deres anvendelighet i forhold til oppfinnelsen, fordi retur- og lekkasjeledninger leder til lavtrykksmagasinet der det er lite å tape i energipotensiale ved å begrense maksimaltrykket. Lavtrykkskammeret kan i utgangspunktet ha tilnærmet vakuum og vil da beholde tilnærmet vakuum under hele driftsperioden. Hvis det derimot initialt har 1 bar trykk, kan 75% av volumet utnyttes før trykket stiger til 4 bar og ca 90% før trykket stiger til lObar. Er hydrostatisk trykk 200 bar betyr dette lite for energiutnyttelsen og differansetrykket over forbrukeren. Kreves imidlertid lavere lekkasjetrykk, f.eks. < 2 bar, kan dette forholdsvis enkelt ordnes ved å sende lekkasjeoljen direkte til pumpens sugeledning eller ved å montere en egen liten minipumpe for lekkasjeoljen.

I mer spesielle anvendelser av oppfinnelsen har oljemagasinet form av en sylinder, f.eks. en lang teleskopsylinder, innvendig fylt med hydraulikkolje og utvendig utsatt for det hydrostatiske vanntrykk. Reguleringen skjer ved å styre oljestrømmen fra sylinderen, noe som enten kan skje ved at oljen fra sylinderen driver en motor som igjen driver en pumpe til andre forbrukere, ved at sylinderen evakueres direkte til lavtrykkskammeret under utnyttelse av sylinderens kompresjon til mekanisk skyvkraft, eller begge deler. Det er ikke nødvendig å la store deler av energien gå til spille gjennom primitive strupinger som i stor grad bortleder varmeenergi til omgivelsene. En sylinder utsatt for varierende skyvkraftbehov kan i henhold til en utførelse av oppfinnelsen løpende tilpasses kraftbehovet ved at den er sammensatt av flere seksjoner med forskjellig tverrsnitt, der i og for seg kjente reguleringskomponenter styrer utløpene fra de ulike seksjonene slik at det minste tverrsnittet som ikke er fullt sammentrykt og som gir tilstrekkelig skyvkraft alltid utnyttes først.

Uavhengige sylinderseksjoner med forskjellig tverrsnitt kan være arrangert enten som ett teleskop med felles akse eller som et sett parallelle sylindere oppspent på dertil egnet måte. Det siste er best egnet ved et antall pulserende bevegelser.

En rekke anordninger i hht opprinnelsen skal i det følgende beskrives nærmere under henvisning til figurene, der Fig 1 viser forenklet en anordning i hht oppfinnelsen for drift av et vilkårlig oljehydraulisk system (1) tilknyttet pluggene P (for trykksatt hydraulikkolje) og R (for returolje). Anordningen omfatter hovedsakelig et lavtrykkskammer (2), en hybridtank (3), en oljehydraulisk rotasjonsmotor (66) og en oljehydraulisk pumpe (67). Fig 2 viser en praktisk modulbasert sammenbygging av lavtrykkskammer og hybridtank, egnet til montasje av ulike hydrauliske komponenter etter behov, fortrinnsvis for dannelse av et hydraulikkaggregat tilpasset et gitt formål.

Fig 3 viser i noen detalj et mer avansert hydraulikkaggregat basert på samme grunnleggende

prinsipp som vist på fig. 1.

Fig 4 viser en ytterligere raffinering av hydraulikkaggregatet illustrert i fig. 3, her beregnet for mer varige installasjoner, der det er innført en pumpe (85) drevet av havstrømmer for gradvis tilbakeføring av olje fra lavtrykkskammer til hybridtank for slik å gjenvinne hydrostatisk energipotensiale, og en hydrofon (80) for mulig mottakelse av akustiske styresignaler. Fig 5 viser en hydraulisk kraftmaskin i form av en teleskopsylinder (30) sammensatt av et antall uavhengige seksjoner (32,33,34) av forskjellig tverrsnitt fylt med hydraulisk væske som under påvirkning fra det ytre hydrostatiske vanntrykk etter behov kan tillates evakuert til et lavtrykkskammer (2) via et ventilsystem (35). Fig 6 viser en toveis hydraulisk lineærmotor i form av et sett teleskop sylindere (46,48)

anordnet med parvis motsatt slagretning, der olje vekselvis tilføres sylindrene fra en hybridtank (60) eller evakueres fra sylindrene til et lavtrykkskammer (59), og der et

ventilsystem (35) fordeler væskestrømmen mellom ulike sylinderseksjoner med ulike tverrsnitt.

Fig 7a - 7d viser skjematisk hvordan et sett ventiler (42,43,44,45,49, 50) kan utløse en

toveis bevegelse av en lineærmotor svarende til den vist i Fig 6.

Fig 8 viser en undervanns sedimentprøvetaker drevet av pulserende hydrostatiske

lineærmotorer (128) forsynt med energi fra hydrostatiske aggregater (126a, 126b) .

Fig 9 viser en kombinert prøvetaker og CPTU-rigg drevet hydrostatisk av

hydraulikkaggregater i hht oppfinnelsen.

Fig 10 viser et sugeanker (112) der en vannpumpe (110) med stort strømningsvolum og lavt differansetrykk benyttes til å suge ankeret ned i bunnsedimentene (113), der vannpumpen drives av en oljehydraulisk motor som får olje fra et hydraulikkaggregat

(108) i hht oppfinnelsen, og der det er mulig å reversere strømmen fra vannpumpen for å trekke ankeret opp igjen fra bunnsedimentene.

Fig 11 viser noen detaljer ved sugeankeret fra figur 10 og illustrerer hvordan

hydraulikkaggregat og vannpumpe kan koples til og fra sugeankeret.

Fig. 1 viser skjematisk et eksempel på en anordning for hydrostatisk drift av et oljehydraulisk system (1), der et væskemagasin (3a) i en hybridtank (3) trykksettes ved at det hydrostatiske trykk i vannrommet (3b) som etterfylles gjennom filteret (9) fra omgivelsene (5) virker på den fleksible tette membranen (4). Fra magasinet (3a) ledes hydraulikkoljen fortrinnsvis via et filter (63) gjennom den roterende hydraulikkmotoren (66) til lavtrykkskammeret (2). Lavtrykkskammeret rommer i denne utførelsen også initialt et lite oljevolum hvorfra det løper en sugeledning til pumpen (67) som står i direkte mekanisk forbindelse med motoren (66). Pumpen (67) eller motoren (66) eller begge har variable slagvolum slik at utgående trykk fra pumpen kan avvike vesentlig enten oppad og nedad eller begge deler i forhold til det hydrostatiske trykk i magasinet (3a). Fra pumpen går en rørforbindelse med tilbakeslagsventil til koplingen (P) for tilknytning til et ytre hydraulisk system (1) av konvensjonell type, dog tilpasset undervannsdrift. Returoljen fra det hydrauliske system (1) ledes tilbake til lavtrykkskammeret (2) gjennom koplingen (R).

Fig 2 illustrerer hvordan et hydraulikkaggregat i henhold til oppfinnelsen kan bygges opp av moduler, der en stiv sentral skillevegg (151) mellom lavtrykkskammeret (152) og væskemagasinet (153) i hybridtanken inneholder de boringer og gjennomføringer (154, 158, 159) samt feste- (155) og tilkoplingspunkter (156) i standardutførelse som er nødvendige for de komponenter som inngår i aggregatets funksjon. Noen boringer (158) er tilpasset ventilpatron innsatser, mens andre (155,159) er tilpasset hydrauliske montasjeplater. Den stive skilleveggen er videre tilpasset standard rørflenser for henholdsvis tykkveggede høytrykksrør (lavtrykkskammer-siden) og tynnveggede rør (hybridtank-siden) slik at et tykkvegget rør (161) med standard flenser sammen med et standardisert endestykke (162) kan utgjøre lavtrykkskammer og gis ønsket volum gjennom tilpasning av rørets lengde. Et omvendt kalottformet bunnstykke av tynnplate (167) med en tappekran (169) beskytter sammen med en inntakssil (168) membranen (165) i hybridtanken mot skader.

Integrert i den sentrale skilleveggen (151) finnes en tilbakeslagsventil (170) med stor gjermomstrømningskapasitet som åpner fra lavtrykkskammer (152) tilbake til væskemagasin

(153) i hybridtank (166) når det hydrostatiske trykk i hybridtanken avlastes.

Fig. 3 viser i mer detalj et forholdsvis avansert utførelseseksempel for et hydraulikkaggregat etter samme grunnprinsipp som fig. 1. Aggregatet leverer olje under trykk til ytre forbrukere over porten P og evt. en eller flere av sekundærportene Pl, P2, P3. Hovedstrømmen av olje returnerer til lavtrykkskammeret over porten R, mens lekkasjeolje evt. kan ledes tilbake over porten L.

Porten P vil initialt motta olje over strupeventilen (65) direkte fra oljemagasinet (62) i hybridtanken straks oljestrømmen til en ytre forbruker åpnes. Men siden dette i lengden kunne tappe unødig store oljemengder dersom forbrukeren behøvde et vesentlig lavere driftstrykk enn det hydrostatiske trykk (62), nyttes denne initiale oljestrømmen bare som pilotstrøm for å igangsette selve hydraulikkaggregatet. Det skjer ved at trykkfallet over strupeventilen (65) slår over ventilen (64) som deretter stenger av direktestrømmen til P og i stedet leder oljen fra hybridtanken (62) via motoren (66) direkte til lavtrykkskammeret. Motoren (66) driver på sin side rent mekanisk oljepumpen (67) som deretter leverer olje via et sett proporsjonalventiler el.l. (69) til de utgående portene (P, Pl, P2 og P3). Både motoren (66) og pumpen (67) har i dette tilfellet variable slagvolumer regulert av servoer (78,79) som igjen styres av en batteridrevet elektronisk PLS (programmerbar logisk styreenhet) (74) montert i lavtrykkskammerets beskyttede atmosfære. PLS'en mottar inngående signaler overført fra sensorer (ST, PT, FT) som måler hhv pumpe/motor-enhetens turtall, pumpens leveringstrykk og pumpens strømningsvolum. Pumpen (67) henter olje direkte fra lavtrykkskammeret som også mottar returoljen fra koplingspunkt R via filteret (75). Lavtrykkskammeret fungerer derfor i denne utførelsen omtrent som oljetanken i et konvensjonelt, åpent hydraulisk system der imidlertid hydraulikkmotoren (66) har erstattet det som i konvensjonelle hydraulikkaggregater vanligvis er en elektrisk eller dieseldrevet motor. En annen forskjell er at en eventuell atmosfære i lavtrykkskammeret etter hvert kan gi dette betydelig større trykk enn atmosfæretrykket, noe som kan skape uheldige driftsforhold for enkelte ytre forbrukere som krever et moderat lekkasjeoljetrykk (L). Derfor er en liten ekstra pumpe (68) arrangert for vekselvis å sirkulere en liten oljemengde i lavtrykkskammeret gjennom ventilen (70) eller suge opp eventuell lekkasjeolje straks denne har høyere trykk enn ventilen (70) er regulert for. En sikkerhetsventil (73) beskytter anlegget mot overtrykk mens en signalgiver (FPC) regulerer proporsjonalventilene (69) slik at trykk og strømningsvolum fordeles optimalt mellom koplingspunktene P, Pl, P2 og P3.

En sil eller et filter (76) slipper vann under tilnærmet hydrostatisk trykk inn i hybridtanken men stopper partikler som kunne skade membranen.

En tappekran (77) benyttes til effektivt å tømme hybridtanken for vann når den tas til overflaten, for slik å frigjøre nesten hele volumet til olje.

Et hydraulikkaggregat av den utførelsen som her er vist kan i et lite antall standard formater dekke behovene til vidt forskjellige hydrauliske maskiner med nær sagt hele bredden av uttatte effekter, og alle disse maskinene kan drives med tilnærmet optimal virkningsgrad så sant PLS'en blir riktig programmert. Det vil i praksis ikke bli effektuttak eller virkningsgrad men totalt energiuttak over tid som kan bli begrensende, og i så fall kan dette løses uten annen tilpasning enn større volumer i lavtrykkskammer og hybridtank.

Fig 4 viser en videreutvikling av hydraulikkaggregatet fra fig. 3, her beregnet for intermittent effektuttak til mer varige eller permanente installasjoner på havbunnen. En turbin eller propell (84) drives av havstrømmer som omgir aggregatet og gir tilstrekkelig energi til å holde en forholdsvis liten høytrykkspumpe (85) i tilnærmet permanent drift for å pumpe tilbake olje som i korte driftsperioder har strømmet fra hybridtanken (62) gjennom hydraulikkmotoren (66) til lavtrykkskammeret. På figuren er det også festet en hydrofon (80) til stålveggen i toppen av lavtrykkskammeret, beregnet for å motta akustiske signaler til PLS'en, fortrinnsvis i halvbølgeresonans med lavtrykkskarnmerets stålvegg. Endelig er det montert en liten generator (83) og en spenningsregulator (82) for opplading av batteriet (81) som gir strøm til det elektroniske styresystemet. På denne måten vil et hydrostatisk drevet aggregat, som i utgangspunktet er best egnet til stort effektuttak over en kort periode, bli egnet som energiforsyning til et undervanns hydraulikkanlegg som drives i flere korte perioder over lang tid, eller som står i varig beredskap.

Fig. 5 viser en sylinder (30) sammensatt av teleskopiske seksjoner av forskjellig tverrsnitt som hver for seg innvendig rommer atskilte volumer (32,33,34) fylt med hydraulikkvæske og som utvendig utsettes for det hydrostatiske trykk i omgivende vann. Sylinderen (30) gir en skyvkraft på bolten (3la) når væsken i ett eller flere av oljekamrene (32,33,34) tillates evakuert til lavtrykkskammeret (2,25,26). Skyvkraften utøves her av det ytre hydrostatiske vanntrykk (5) når mottrykket fra oljen i ett av kamrene (32,33,34) reduseres. Den aktive skyvkraft ytes i retning sarnmentrykning av teleskopsylinderen. Reguleringssystemet omfatter et ventilsett (35) montert inne i lavtrykkskammeret, arrangert slik at en væskestrøm fra den minste sylinderseksjonen (32) gjennom strupeventilen (36) vil bevirke et trykkfall over (36), (37) og (38) som via hydrauliske pilotkretser avstenger ventilene (39) og (40) fra hhv sylinderseksjonene (33) og (34). Først når sylinderstangen (31) er helt inntrykt eller belastningen på bolten (3 la) - i retning strekk av sylinderen - er så stor at det hydrostatiske differansetrykk på tverrsnittet (31) alene ikke makter å sammentrykke sylinderen, vil væskestrømmen og derved trykkfallet over ventil (36) bortfalle slik at returfjæren åpner ventil (39) og olje fra det større sylinderkammer (33) tillates å strømme inn i lavtrykkskammeret. Siden mottrykket fra oljen nå faller over et større tverrsnitt, øker skyvkr aften på bolten (31 a) tilsvarende. Ved enda stølne last eller ved fullført slag av sylinderseksjon 32 vil også oljestrømmen ut av kammer (33) stoppe opp, slik at ventil (40) åpner for at olje fra sylinderseksjon (34) til sist kan evakueres til lavtrykkskammeret. På denne måten tilpasses skyvkraften i sylinderen stegvis til belastningen slik at lavtrykkskammeret fylles langsomt ved lav belastning og virkningsgraden holdes oppe. Dette er særlig fordelaktig når belastningen varierer over slaglengden, f.eks. når sylinderen benyttes til å penetrere et prøverør i havburuisedirnenter.

En programmerbar logisk styrekrets (PLS, 27) kan inngå for å regulere start/stopp gjennom åpning og stenging av ventil (28), samt regulere overslagstrykk for ventilene (39,40) og/eller strupingen av ventilene (36,37,38) og derved sfrømningshastighet og bevegelseshastighet for sylinderen. Komponentene inne i lavtrykkskammeret vil være i et miljø som beskytter mot korrosjon og/eller elektriske overslag. Fig. 6 viser en toveis lineærmotor f.eks. for penetrasjon og tilbaketrekning av et prøverør i bavbunnsedirnenter, omfattende en teleskopsylinder (48) med atskilte sylinderseksjoner (32, 33,34) og tilhørende reguleringssystem (35) liknende det som er vist i fig. 5, men dessuten omfattende en motsatt rettet teleskopsylinder (46), et relativt større lavtrykkskammer (59), en hybridtank (60), et ventilsett (42-45) for fordeling av oljestrømmer inn og ut av teleskopsylindrene, og ventilene (49,50) betjent av brytere og vippearmer (58) for pilotstyring av ventilsettet (42-45). Virkemåten for ventilsettene (42-45) og (49,50) skal forklares gjennom figurene (5a-5d) der anoMningen i fig. 6 er vist i ulike driftsfaser, men der figurene er forenklet ved at ventilsettet (35) og oppsplittingen av sylinder (48) i atskilte seksjoner ikke er vist. Fig. 7a viser forenklet tilsvarende lineærmotor som i fig. 6 klargjort for operasjon på havdypet, med tilnærmet tomt lavtrykkskammer (2,51) og tilnærmet maksimalt oljevolum (52) i hybridtanken. Ventilene 42-45 står alle i normalstilling som vil si stengt mot sylindere og lavtrykkskammer, idet ingen av disse ventilene får styretrykk til sine pilotkretser fra ventilen (49). Ventilene (49,50) samvirker på en slik måte at når knappen på den bi-stabile ventilen (49) trykkes inn, som vist med pil i fig. 5a, stenger (49) for oljestrømmen fra den porten i ventil (50) som står normalt åpen, samtidig som ventil (49) åpner for den porten som ventil (50) normalt holder stengt. Den manuelle betjening av ventil (49) i pilens retning er en klargjøringsoperasjon som gjøres i overflatestilling før lineærmotoren neddykkes og derved påfører oljen (52) i hybridtanken et hydrostatisk trykk ved at vann strømmer inn i vannrommet (55a) gjennom filteret (56). Fig. 7b viser lineærmotoren i neddykket tilstand etter at ventil (50) er åpnet i pilens retning (50b), f.eks. ved at ventilen direkte eller indirekte dyttes til åpen stilling av bunnsedimentene når lineærmotoren settes på havbunnen. Trykksatt olje fra hybridtanken slippes nå gjennom ventilsettet (50b, 49a) og gir pilottrykk til ventilene 43 og 44 som derved slår over i åpen stilling (43b, 44b). Sylindrene (46,48) som begge utvendig påvirkes av det hydrostatiske vanntrykk åpnes innvendig mot henholdsvis hybridtanken (for sylinderkammer 46b) og lavtrykkskammeret (for sylinderrom 48b). Sylinder (46) får derved samme hydrostatiske trykk innvendig som utvendig, slik at den fritt kan bevege seg passivt og nøytralt. Sylinderkammer (48b) derimot, åpnes innvendig mot lavtrykkskammeret slik at det utvendige hydrostatiske overtrykk presser sylinderen sammen og tar méd seg den nøytrale sylinderen (46b) som slave. Vi minner om at sylinder (48) er vist forenklet for tydelighets skyld men i virkeligheten kan henvise til samme anordning som i fig. 6, altså omfattende atskilte sylinderseksjonene (32,33, 34) og et sett reguleringsventiler (35) som sammen regulerer så vel bevegelseshastighet som fordeling av skyvkrefter over slaglengden. Hvis lineærmotoren eksempelvis anvendes som prøvetaker, snakker vi her om penetrasj onsfasen for prøverøret. Fig. 7c skal også ses i sammenheng med fig. 6, idet det er armen (57, Fig.6) som har slått over vippearmen (58, Fig. 6) på den bistabile ventilen (49) fra stilling (49a) til ny stilling (49b, Fig. 7c), idet den felles sylinderaksling (47c) nådde sin nedre ytterstilling. Ventilene (43, 44) mister nå pilottrykket og slår begge tilbake til avstengt posisjon (43a, 44a), mens ventil (49b) nå sender pilottrykket til ventilene (42,45) slik at disse åpnes (42b, 45b). Nedre teleskopsylinder blir nå nøytral idet indre sylindervolum (48c) får samme hydrostatiske trykk som omgivende vann, mens motstående sylinder får evakuert sitt indre volum (46c) via ventilen (42b) slik at olje strømmer fra sylinderen til lavtrykkskammeret (5 lc) når sylinderen (46) sammentrykkes av det ytre hydrostatiske trykk. Hvis lineærmotoren eksempelvis anvendes som prøvetaker for havbunnsedimenter, snakker vi her om fasen der prøverøret trekkes ut igjen fra havbunnsedimentene. Fig. 7d illustrerer hva som skjer når ventil (50) igjen avlastes og slår tilbake til sin normalstilling (50a), for eksempel ved at hele anordningen etter f.eks. fullført tilbaketrekning av prøverøret fra havbunnsedimentene løftes opp fra havbunnen slik at bunnsedimenter ikke lenger presser ventil (50) ut av normal stilling (50a). Dette kan skje før eller etter at sylinder (46) er blitt helt sammentrykt. Merk at selv om samtlige av ventilene (42-45) nå er i sin normalstilling som stenger all oljestrøm til lavtrykkskammeret, så har ventilene (44a, 45a) innbygde tilbakeslagsventiler som tillater olje å strømme tilbake fra lavtrykkskammer til hybridtank dersom det oppstår en positiv trykkdifferanse i denne retning. Dette er aktuelt dersom lavtrykkskammeret inneholder f.eks. luft som ble sammentrykt i den fasen som er vist i fig. 7c, og lineærmotoren heves mot overflaten der det hydrostatiske trykk i hybridtanken nærmer seg null. På denne måten vil det ideelt sett bare gjenstå et nytt trykk på ventilknappen (49, fig 7a) i overflatestilling for å klargjøre lineærmotoren for ny neddykking og en ny arbeidssyklus. Fig. 8 viser en undervanns sedirnentprøvetaker arrangert som en slaghammer, der det symmetrisk er anordnet et par hydrostatiske hydraulikkaggregater (126a, 126b) omfattende sammenbygde lavtrykkskamre og hybridkamre og utstyrt med en motor- og pumpekombinasjon der motor og/eller pumpe har variabelt slagvolum tilpasset ønsket leveringstrykk, se tilsvarende anordning på fig. 1. Slagmekanismen omfatter parvis anordnede sylindere (128) montert på en travers (141) som glir langs en ramme (131) som løper i prøverørets (130) lengderetning. Mellom rammen (131) og traversen (141) er det arrangert en palemekanisme (125) el.l. Hydraulikkaggregatene (126a, 126b) regulert ved ventilmekanismer (140) fyller gradvis og repeterbart olje under høyt trykk til ønsket fyllingsgrad i gassakkumulatorene (124) på toppen av hver sylinder (128). En annen ventilmekanisme (ikke vist) med stort strørnningstverrsnitt åpner regelmessig for en støtliknende oljestrøm fra de oljefylte akkumulatorene inn i sylindrene slik at sylindrene slår ned klaven (129) og derved presser prøverøret (130) et stykke videre ned i bunnsedimentene. Etter hvert fullførte slag åpnes sylindrene mot lavtrykkskammeret slik at det hydrostatiske trykk hjulpet av traversens (141) vekt sammentrykker sylindrene mens traversen (141) igjen setter seg nedpå klaven (129) mens palen (125) forflytter seg noen trinn nedover på rammen

(131). Det hele gjentas inntil lavtrykkskammeret er fylt med olje eller prøverøret har trengt helt ned i bunnen. Palemekanismen kan eventuelt være utstyrt med en reverseringsrnekanisme (ikke vist) og sylindrene kan slå motsatt vei for å drive ut prøverøret etter fullført penetrasjon, dersom det fremdeles er plass til mer olje i lavtrykkskammeret. Bunnplatene (134,132) som under de nedadrettede slagene fungerte som en kombinert motvekt og hydrodynamisk motstand, vil under tilbaketrekningen eventuelt fungere som et mothold som i kraft av sitt store areal hindrer at selve rammen presses ned i sedimentene under uttrekking av prøverøret fra bunnsedimentene.

Fig. 9 viser en utvikling av prøvetakeren på fig. 8 til også å omfatte 2 CPTU-er. En CPTU (cone penerrometer test unit) måler egenskaper ved bunnsedimenter i sanntid mens en konisk målesonde (148a, 149a) med standardisert dimensjon og geometri montert på spissen av en stav presses med konstant, standardisert hastighet ned i sedimentene. Penetrasjon av målesonder med konstant hastigheter i sedimenter med varierende motstand krever en form for avanserte styresystemer liknende det som er skissert i Fig. 3. CPT-sondene (148a, 149a) er montert på enden av stenger (148) som presses nedover med konstant hastighet av valsene (146a, 146b, 147a, 147b) drevet av de hydrauliske motorene (145a, 145b). Karakteristikken til hydraulikkmotorene (145a, 145b) er programmert inn i PLS'en som inngår i hydraulikkaggregatene 126a, 126b som fortrinnsvis kan likne aggregatet vist på fig. 3. Ved at ett prøvetakerrør (136) og 2 CPT-sonder er montert i samme ramme muliggjøres svært pålitelige målinger av sedimentene. De 2 parallelle CPT målingene indikerer eventuell måleusikkerhet eller vilkårlige lokale variasjoner i sedimentene, mens den opptatte prøven gjør det mulig å korrelere de mer indirekte resultatene fra CPT måling med fysiske egenskaper observert i faktiske sedimenter fra nøyaktig samme posisjon. Sammenhenger kan registreres i en database for benyttelse ved senere analyser av CPT målinger der parallelle sedimentprøver ikke foreligger. Fig. 10 viser et sugeanker (112) i ferd med å penetrere sjøbunnen (113) delvis ved hjelp av sin egen vekt og delvis hjulpet av et moderat undertrykk innvendig i sugeankeret besørget av vannpumpen (110) drevet av en hydraulikkmotor forsynt med energi fra det hydrostatiske aggregatet (108). Pumpen (110) er fortrinnsvis av en type med stort strømningsvolum beregnet for moderat differansetrykk eller løftehøyde, for eksempel en sentrifugalpumpe. En ankerline eller kjetting er tenkt påkoplet ved festeøyet (122). Men siden ankeret i dette eksempelet under penetrasjonen har møtt en uforutsett fysisk hindring (121) er det ikke ønskelig å benytte ankeret i denne posisjonen. I stedet er det ønskelig å frigjøre det fra bunnen igjen for å flytte det til en bedre posisjon. Dette vil være mulig ved å reversere vannpumpen, eller - ved ikke reversible sentrifugalpumper el.l. - å benytte ventiler til å snu vannstrømmen slik at det etableres et lite overtrykk inne i ankeret som løfter det fri fra bunnen. Fig. 11 illustrerer hvordan sugeankerets hydrauliske system også kan omfatte hydrauliske sylindere (114a, 114b) el. 1. som drevet av det hydrostatiske aggregat (108) benyttes til enten (114a) å frigjøre både løftestropp (117a) og det komplette hydraulikkaggregat (108) sammen med pumper (110) og ventiler (120) fra ankeret, eller til (114b) igjen å forbinde de samme elementene til sugeankeret når disse for eksempel er senket fra et overflatefartøy og posisjonert i et tidligere montert sugeanker for å bevirke dette fjernet.

Verken figurene eller sideordnede og underordnede patentkrav er begrensende for beskyttelsesornfanget slik det er dekket i hovedkravet. Kravsettets henvisninger til figurene er ikke begrensende men kun ment for å tydeliggjøre oppfinnelsen gjennom ett eller et fåtall av flere mulige eksempler.

Claims (19)

1. Anordning for på betydelig vanndyp å nyttiggjøre hydrostatisk energi til arbeid ved å la trykksatt væske strømme gjennom minst en hydraulisk maskin (1,66) mot minst ett medbrakt lavtrykkskammer (2,2a) dimensjonert for å motstå et betydelig utvendig overtrykk, karakterisert ved at lavtrykkskammeret i neddykket tilstand holdes tett avstengt fra overliggende atmosfære og omgivende sjøvann (5), at lavtrykkskammeret via nevnte hydrauliske maskiner og dertil tilpassede reguleringssystemer er tett forbundet med minst ett væskemagasin (3a, 32-34) av variabelt volum fylt med hydraulisk væske, at nevnte væske trykksettes ved at minst én fleksibel vegg i væskemagasinet i form av en membran (4), et stempel (31,32,33) el.l. er anordnet for utvendig å eksponeres direkte for omgivende vann, og at nevnte reguleringssystemer (35,74) i det minste styrer ett pumpe- eller motorelement (30,66,67) med stegvis eller kontinuerlig variabelt deplasement for å tilpasse leveringstrykket til de hydrauliske maskiner under ulike hydrostatiske omgivelsestrykk.

2. Anordning i hht krav 1, karakterisert ved at den omfatter en stiv, sentral skillevegg (151 Fig 2) mellom lavtrykkskammer (152) og væskemagasin (153), at nevnte skilleveggs (151) direktekontakt med oljen i lavtrykkskammer (152) og væskemagasin (153) nyttiggjøres av et antall gjennomføringer (154), feste- (155) og tilkoplingspunkter (156) for valgbare hydrauliske komponenter (157) som bidrar til anordningens funksjon, at et eller flere av nevnte tilkoplingspunkter kan ha gjennomføringer og gjengehull (155,159) svarende til standardiserte hydrauliske montasjeplater, at en eller flere boringer (158) kan være tilpasset standardiserte ventil patronhylser, at montasjeplaten på en side har tettende anleggsflater (160) for standardiserte sylinderseksjoner (161) av ulike lengder som utgjør hele eller deler av lavtrykkskammeret, at nevnte sylinderseksjoner kan fjernes uten å demontere et vesentlig antall av aggregatets komponenter, at de ulike lange sylinderseksj onene er tett tilpasset ett standardisert endestykke (162), og at fjerning av nevnte sylinderseksjoner gir lett adkomst til et vesentlig antall av aggregatets hydrauliske komponenter.

3 Anordning i hht krav 2, karakterisert ved at den sentrale skillevegg på motsatt side i forhold til lavtrykkskammeret har en tett anslutning (163) for en avrundet rørflens (164), at det mellom rørflensen og skilleveggen tett fastklemmes en fleksibel membran (165) i form av en gurnmibelg eller liknende som avgrenser det fleksible magasin (153) og som blir liggende beskyttet innenfor en tynnvegget sylinder (166) fiksert til nevnte flens (164), at nevnte sylinder har en forholdsvis glatt, buet bunn (167) uten skarpe elementer som kan skade magasinets membran, at sylinderrommet utenfor membranen er åpent via en sil (168) eller et vannfilter, at det finnes en tappekran (169) for vann hovedsakelig i midten av den buede bunnflaten i nevnte sylinder, og at det integrert i skilleveggen (151) finnes en tilbakeslagsventil (170) med stor gjermomstrømmingskapasitet som åpner fra lavtrykkskammer (152) tilbake til væskemagasin (153) når det hydrostatiske trykk i magasinet avlastes.

4. Anordning i henhold til ett eller flere av kravene 1-2, karakterisert ved at viktige hydrauliske og/eller elektriske reguleringssystemer (Fig 3 - Fig 5) er montert inne i lavtrykkskammeret (2), at nevnte komponenter er i standard utførelse for vanlige applikasjoner på land, og at lavtrykkskammeret og drivmediet er designet for under hele arbeidssyklusen å oppfylle krav til vanlige standardkomponenter hva angår mottrykk på retur-og lekkasjeoljesiden samt forekomst av korrosive eller elektrisk ledende væsker og gasser.

5. Hydrostatisk drevet hydraulikkaggregat i henhold til ett eller flere av kravene 1-4, karakterisert ved at det inne i lavtrykkskammeret er arrangert en hydraulisk rotasjonsmotor (66) med væskeinntak (63) fra det fleksible væskemagasinet (3a, 62) og væskeutløp til lavtrykkskammeret (2,72), at nevnte motor mekanisk driver en hydraulisk rotasjonspumpe (67) med innsug fra bunnen av lavtrykkskammeret og utløp til minst ett av aggregatets påkoplingspunkter (P, P1-P3) for ytre forbrukere, at lavtrykkskammeret har minst ett påkoplingspunkt for returolje (R) fra nevnte ytre forbrukere, og at i det minste motoren har variabelt deplasement.

6. Hydrostatisk drevet hydraulikkaggregat i henhold til krav 5, beregnet for støtvis levering av store hydrauliske effekter, karakterisert ved at reguleringssystemet (74) for pumpen prioriterer høyt turtall også ved lave effektuttak, at også rotasj onspumpen (67) har variabelt deplasement, og at reguleringssystemet for pumpen er optimalisert for rask respons på signal om økt deplasement.

7. Hydrostatisk drevet hydraulikkaggregat i hht ett eller flere av kravene 5 og 6, karakterisert ved at det inngår et ventilsystem (69 Fig 3) som fordeler oljen fra pumpen (67) mellom flere utgående porter (P, Pl, P2, P3), at det i tillegg til en port (R) for returolje også finnes en port (L) for lekkasjeolje tilbake til lavtrykkskammeret, at motor og/eller pumpe har gjennomgående aksling, at det på samme aksling er montert en mindre sugepumpe (68) anordnet for å holde trykket i port (L) innenfor tilknyttede komponenters toleransegrense for lekkasjeolje når trykket i lavtrykkskammeret (72) overgår nevnte toleransegrense, og at sugepumpen (68) for aldri å gå tørr også er anordnet for å sirkulere olje i lavtrykkskammeret (72) via en trykkreduksjonsventil (70) på pumpens (68) sugeside.

8. Hydrostatisk drevet hydraulikkaggregat i henhold til ett eller flere av kravene 5-7, karakterisert ved at det inngår en retningsventil (64 Fig 3) som holder oljestrømmen fra oljemagasinet (62) til motoren (66) normalt avstengt samtidig som den åpner for oljestrøm til i det minste ett uttakspunkt (P) for trykkolje fra aggregatet, at det videre inngår en strupeventil (65) i oljeledningen fra retningsventilen (64) til nevnte uttakspunkt (P), og at et forhåndsinnstilt trykkfall over strupeventilen (65) vil utløse et posisjonsskifte for retningsventilen (64) slik at den åpner for olje fra lavtrykkskammeret (62) til motoren (66) og samtidig stenger for olje direkte fra lavtrykkskammeret (62) til uttaket (P), slik at uttak av olje fra tilkoplingspunkt (P) trigger oppstart av aggregatets motor (66) og pumpe (67).

9. Hydrostatisk drevet hydraulikkaggregat i henhold til ett eller flere av kravene 5-8, karakterisert ved at det inngår en programmerbar logisk styreenhet (74 Fig 3) som i det minste, men ikke begrensende, kan registrere måledata for en eller flere av sensorene (ST, PT, FT) for hhv. motors turtall (ST) og pumpes strømningsvolum (FT) og trykk (PT); at nevnte PLS (74) kan registrere og manipulere pumpens og/eller motorens deplasementer (78, 79), og at nevnte PLS (74) via proporsjonalventiler (69) el. 1. kan regulere strømningsvolum og/eller leveringstrykk til ett eller flere påkoplingspunkter (P, Pl, P2, P3...).

10. Hydrostatisk drevet hydraulikkaggregat i henhold til ett eller flere av kravene 5-9, beregnet for intermittent anvendelse over en lengre periode, karakterisert ved at det inngår en vanndrevet turbin, propell (84 Fig 4) el. 1. anordnet for å bringes i rotasjon av havstrømmer, og at nevnte propell eller turbin driver en forholdsvis liten høytrykkspumpe (85) som mer eller mindre kontinuerlig pumper olje tilbake fra lavtrykkskammeret (72) til væskemagasinet (62) slik at aggregatet etter en bruksperiode gradvis gjenvinner sitt tapte energipotensiale.

11. Hydrostatisk drevet hydraulikkaggregat i henhold til krav 10, karakterisert ved at den omfatter en elektrisk generator (83 Fig 4) som drives av rotasjonen til motoren (66), propellen (84) eller turbinen.

12. Hydrostatisk drevet hydraulikkaggregat i henhold til krav 9, karakterisert ved at den omfatter en hydrofon (80 Fig 4) limt til eller på annen måte montert i direkte kontakt med lavtrykkskammerets yttervegg, at den programmerbare logiske styreenheten (PLS, 74) i neddykket tilstand kan tolke og eventuelt trigges eller omprogrammeres i henhold til trådløse innkommende signaler til hydrofonen (80) fra en ultralyd transduser (ikke vist) neddykket i omkringliggende væske, og at nevnte ultralyd transduser fortrinnsvis sender signaler i halvbølgeresonans med lavtrykkskammerets yttervegg (87).

13. Hydrostatisk drevet lineærmotor i henhold til krav 1, karakterisert ved at minst ett væskemagasin har form av en teleskopsylinder (30, Fig 5) utvendig eksponert for det hydrostatiske vanntrykk, at nevnte teleskopsylinder også utgjør en hydraulisk maskin i form av en lineærmotor beregnet for å utføre mekanisk arbeid i et tilkoplingspunkt (31a) når den sammentrykkes, at hver seksjon av teleskopsylinderen utgjør uavhengige væskemagasiner (32, 33,34) fysisk avstengt fra væskeinnholdet i de andre seksjonene, at hver seksjon har forskjellig stempelareal slik at hvert magasin far ulikt væsketrykk når lineærmotoren utsettes for en mekanisk belastning, og at et reguleringssystem (35) i form av i og for seg kjente ventiler (36-40) er innrettet for å åpne for en kontrollert væskestrøm til lavtrykkskammeret fra kun den av sylinderseksjonene som til enhver tid har lavest positivt differansetrykk mot lavtrykkskammeret.

14. Toveis lineærmotor i henhold til krav 13, for bruk på dypt vann f. eks. til ventilutløser, CPTU-rigg eller prøvetaker for sjøbunnsedimenter, karakterisert ved atenkeltvirkendeteleskopsylindere(46,48Fig. 6)med hovedsakelig samme slaglengde er anordnet parvis motstående hverandre slik at de påvirket av ytre vanntrykk overfører skyvkraft i motsatte retninger på hovedsakelig samme mekaniske tilkoplingspunkt (47), at alle sylindrenes indre volumer (32,33,34 m.fl.) inngår i et lukket hydraulisk system, at det lukkede hydrauliske system omfatter ytterligere minst ett fleksibelt væskemagasin (60 Fig 6,52 Fig 7) eksponert for det ytre vanntrykk, og at ventiler (42,43,44, 45) er anordnet for å stenge (a) eller åpne (b) hver enkelt av de nevnte sylindere for henholdsvis væskemagasinet (52,60) og lavtrykkskammeret (2,51,59) eller vise versa, ved at et styresignal fra en ventil (49) el.l. trigger samtidig åpning av ventilen (44,44b) mellom første sylinder (48,48b) og lavtrykkskammeret (51b) og ventilen (43,43b) mellom motstående sylinder (46b) og væskemagasinet (52) slik at første sylinder (48) aktivt sammentrykkes av det ytre hydrostatiske overtrykk samtidig som motstående sylinder (46) nøytraliseres av likt hydrostatisk trykk innvendig og utvendig, slik at sylinder (46) følger sylinders (48) bevegelser som en slave, og at bevegelsen kan reverseres ved at nye styresignaler (49b, Fig 7c) stenger ventilene (44,44a) og (43,43a) men åpner tilsvarende ventiler (42,42b, 45,45b) for å hhv aktivere og nøytralisere motstående sylindre (46c, 48c).

15. Anvendelse for hydraulikkaggregat i henhold til ett eller flere av kravene 5-12, karakterisert ved at ett eller flere slike hydraulikkaggregat (126a, 126b) gir energi til en hydraulisk slaghammer (Fig 8) som på i og for seg kjent måte slår pæler eller prøverør (130) ned i bunnsedimentene og deretter jekker prøverøret helt eller delvis opp igjen.

16. Anvendelse for hydraulikkaggregat i henhold til ett eller flere av kravene 5-12, karakterisert ved at det gir konstant volumstrøm til hydrauliske rotasjonsmotorer (145a,145b) slik at minst én CPT-streng (148,149) presses med foreskrevet konstant hastighet ned i bunnsedimentene (133).

17. Anvendelse for hydraulikkaggregat i hht kravene 15 og 16, karakterisert ved at slaghammer og CPTU kombineres ved at slaghammeren først slår ned et prøverør (130,136) som deretter fungerer som mothold under penetrasjon av minst én CPT-streng (148a, 149a), før både prøverør og CPT-streng jekkes opp igjen så langt som tilgjengelig hydrostatisk energi strekker til, ved at bunnplaten (132) stivt forbundet med en rarnmekonstruksjon (131 Fig 6) brukes som mothold.

18. Anvendelse for hydraulikkaggregat i henhold til ett eller flere av kravene 5-12, karakterisert ved at aggregatet (108) leverer energi til en vannpumpe (110, Fig 10 - Figl 1) som etter behov suger vann fra undersiden av et sugeanker (112) gjennom en tilbakeslagsventil (111) for å forlenge sugeankerets penetrasjon, eller suger vann fra utsiden mot innsiden av sugeankeret gjennom en annen ventil (ikke vist) for å løfte ankeret ut av bunnsedimentene.

19. Anvendelse for hydraulikkaggregat i henhold til krav 18, karakterisert ved at det er fast sammenbygget med låseanordninger (114a, 114b Fig. 11) operert av hydrauliske sylindere anordnet for vekselvis å feste aggregatet (108) til sugeankeret (112) eller frigjøre aggregatet fra samme.