Dobbeltvirkende pumpeanordning basert på resiprokerende stempel
PT 20180426 (344418)
Key information
Title
Dobbeltvirkende pumpeanordning basert på resiprokerende stempel
Application number
20180426
Case type
National
Status
31.03.2024 Ikke betalt årsavgift
Filed
26.03.2018
Effective date
26.03.2018
Publicly available
27.09.2019
Applicant
Nils Terje Ottestad (NO)
Owner
OBS TECHNOLOGY AS (NO)
Inventor
Nils Terje Ottestad (NO)
Granted
02.12.2019
Patent number
344418
Abstract and drawing
Disclaimer: This text has been machine-scanned and may contain errors – please refer to "Publications" for legally binding content.
Oppfinnelsen vedrører en dobbeltvirkende som er innrettet til å utnytte energien i et tilført drivfluid til å frembringe en definert trykkøkning i et tilført pumpefluid, og som er basert på et stempelarrangement som resiprokeres. Pumpeanordningen er innrettet til å kunne operere med høye trykknivåer, og omfatter i foretrukket utførelse en stabiliseringsenhet som er innrettet til å opprettholde et stabilt strømnings- og trykknivå både på drivsiden og på pumpesiden, og som derved minimerer mekanisk påkjenning på pumpeenheten og på utstyr som betjenes av denne. Pumpeanordningen er innrettet til at drivmediets returneres fra pumpeanordningen til et reservoar som er tilnærmet trykkløst eller som har tilnærmet samme trykk som omgivende medium.
Publications
Latest published versionB1A1
Documents
ExpandDownload files (28)
Date
Date
Doc. No.
Process
Case number
In/Out
Journal description
To/from
15.10.2024
13-01
Saksbehandling
20180426(344418)
UT
PT Opphørt Patent - for ikke betalt årsavgift (3311)
OBS TECHNOLOGY AS
02.08.2024
12-01
Saksbehandling
20180426(344418)
UT
PT Påminnelse om ikke betalt årsavgift (3329) (PT20180426)
OBS TECHNOLOGY AS
06.02.2024
11-01
Saksbehandling
20180426(344418)
UT
PT Varsel om betaling av årsavgift for år 4 + (3352) (PT20180426)
OBS TECHNOLOGY AS
07.02.2023
10-01
Saksbehandling
20180426(344418)
UT
PT Varsel om betaling av årsavgift for år 4 + (3352) (PT20180426)
OBS TECHNOLOGY AS
08.08.2022
09-01
Saksbehandling
20180426(344418)
UT
PT Påminnelse om ikke betalt årsavgift (3329) (PT20180426)
01.02.2022
08-01
Saksbehandling
20180426(344418)
UT
PT Varsel om betaling av årsavgift for år 4 + (3352) (PT20180426)
28.10.2021
02-01
Overdragelse av søknad/rettighet
2021/15752
UT
GH Forespørsel
OBS TECHNOLOGY AS
27.10.2021
01-02
Overdragelse av søknad/rettighet
2021/15752
INN
190627-344418-Notification_change_ownership
OBS TECHNOLOGY AS
27.10.2021
01-01
Overdragelse av søknad/rettighet
2021/15752
INN
Generell henvendelse
OBS TECHNOLOGY AS
02.02.2021
07-01
Saksbehandling
20180426(344418)
UT
PT Varsel om betaling av årsavgift for år 4 + (3352) (PT20180426)
03.02.2020
06-01
Saksbehandling
20180426
UT
PT Varsel om betaling av første årsavgift (3317) (PT20180426)
Disclaimer: This text has been machine-scanned and may contain errors – please refer to "Publications" for legally binding content.Description
Oppfinnelsen vedrører en dobbeltvirkende pumpeanordning som er innrettet til å utnytte energien i et tilført drivfluid til å frembringe en definert trykkøkning i et tilført pumpefluid, og som er basert på et stempelarrangement som resiprokeres.Pumpeanordningen er innrettet til å kunne operere med høye trykknivåer, og omfatter i foretrukket utførelse en stabiliseringsenhet som er innrettet til å opprettholde et stabilt strømnings- og trykknivå både på drivsiden og på pumpesiden, og som derved minimerer mekanisk påkjenning på pumpeenheten og på utstyr som betjenes av denne Pumpeanordningen er innrettet til at drivmediets returneres fra pumpeanordningen til et reservoar som er tilnærmet trykkløst eller som har tilnærmet samme trykk som omgivende medium.- Pumpeanordningen omfatter et hus med en drivseksjon og en pumpeseksjon. Trykkenergi fra drivfluidet overføres fra drivseksjonen til pumpeseksjonen via et drivstempel som er en del av et stempelarrangement, og som har en grovt dimensjonert stempelstang som er lekkasjefritt ført gjennom en skillevegg mellom drivseksjonen og pumpeseksjonen. Drivstemplet adskiller drivseksjonen i to drivkamre, som pga. den grovt dimensjonerte stempelstangen har vesentlig forskjellige tverrsnitt.Drivkammeret med det minste tverrsnittet er permanent trykksatt ved at det har åpen forbindelse med drivmediets innløp. Det er derved mulig å tvinge stempelarrangementet til å resiprokere og overføre energi til fluidet i pumpeseksjonen ved hjelp av en sjaltemekanisme som bevirker veksling mellom en første driftstilstand der drivkammeret med det største tverrsnittet er i åpen forbindelse med innløpet og avstengt fra utløpet ,og en andre driftstilstand der drivkammeret er avstengt fra innløpet og i åpen forbindelse med utløpet. Denne vekslingen styres i et samvirke mellom nevnte sjaltemekanisme og en manøverstang som har en mekanisk kopling til drivstemplet.Norsk patent 340558 vedrører en pumpeanordning som er innrettet til å pumpe væske fra tilnærmet trykkløse tanker som er anordnet i sjø. Denne pumpeanordningen har flere trekk som er felles med angjeldende oppfinnelse, og anses for å representere den nærmeste kjente teknikken. Denne teknikken kan ikke konfigureres til å skape en ønsket dybdeuavhengig relasjon mellom drivtrykket (= drivmediets overtrykk i forhold
til omgivelsestrykket) og den trykkøkningen som oppnås på tilført pumpemedium. Dette gjør at denne teknikken ikke er egnet til å løse følgende tre type oppgaver som angjeldende oppfinnelse spesielt er innrettet til å kunne ivareta;1. Som trykkforsterkende pumpe - dvs. å bruke et drivfluids overtrykk i forhold til omgivende trykk til å frembringe en ønsket trykkøkning i et pumpefluid som i utgangspunktet har tilnærmet omgivelsestrykk.2. Som intensifier - dvs. å utnytte et drivfluids overtrykk i forhold til omgivende trykk til å heve trykket i en del av dette drivfluidet, eller eventuelt til å øke trykket i et pumpefluid har samme trykk som tilført drivfluid.3. Som lavtrykks pumpe – dvs. å bruke et drivfluids overtrykk i forhold til omgivende trykk til å fjerne væske fra tanker som er tilnærmet trykkløse. Væsken blir fortrinnsvis avgitt til et reservoar som er trykkutliknet med omgivelsene eller direkte til omgivelsene.Utgangspunktet for virkemåten til en pumpeanordning ifølge oppfinnelsen har vært at for en gitt konfigurasjon skal relasjonen (PH-PREF)/(PS- PREF) ha samme konstante verdi (K1) uavhengig av havdypet. Tilsvarende skal en gitt konfigurasjon av en pumpeanordning som skal ivareta oppgave type 3 ha en konstant verdi for relasjonen K2 = PAMB/(PS-PAMB). Denne relasjonen reflekterer at pumpeanordningen nødvendigvis krever økning av drivtrykket ved økt dybde, ettersom trykket i pumpemediet skal løftes opp fra tilnærmet null og til omgivende vanntrykk.Som det vil fremgå av vedlegg 1 vil alle dimensjonsmessige parametre i en pumpeanordning ifølge oppfinnelsen kunne bestemmes entydig ut fra en valgt verdi for K1 eller K2. Beregningene tar ikke hensyn til friksjon i tetningsringer m.v., men dette har kvalitativt sett liten praktisk betydning. Den reelle verdien av K1 vil være noe lavere enn beregningene tilsier, mens K2 vil være noe høyere.I en pumpeanordning ifølge oppfinnelsen er stempelarrangementet utformet slik at det i pumpeseksjonen fremkommer et tredje kammer, og ved å avpasse den relative størrelse på stempelarrangements kontaktflater mot pumpeanordningens fem kamre
kan man oppnå en ønsket balanse mellom kreftene som påvirker tempelarrangementet. Kjent teknikk for pumper med resiprokerende stempler er reflektertes ved følgende tre amerikanske patenter;US 2012/0063939 A1 som ikke er basert på en ventilløsning tilsvarende den som er beskrevet i hovedkravet for angjeldende søknad.US 2012/4653986 A som omfatter er hydraulisk drevet kompressor som ikke har stempel med innebygget enveisventil som beskrevet i hovedkravet for angjeldende søknadUS 2012/4548551 A som omfatter en hydraulisk pumpe der stemplene er koplet opp mot membraner slik at pumpekamrene får en helt annen utforming enn i angjeldende oppfinnelse.Anvendelsesområdet for oppfinnelsen er ikke begrenset til de nevnte bruksområder. Eksempelvis vil denne teknologien være meget godt egnet til å frembringe et høyt hydraulikktrykk med instrumentluft som drivmedium.Oppfinnelsen vil bli nærmere beskrevet med henvisning til figurene 1 - 5 der;- Fig. 1 viser riss av en pumpeordning ifølge oppfinnelsen, konfigurert for å kunne frembringe en ønsket trykkøkning på et pumpemedium som er tilført med trykk tilsvarende pumpeanordningens omgivelsestrykk.- Fig 2 A og B viser to diagram som indikerer trykkutviklingen ved pumpemediets utløp, med og uten bruk av en stabiliseringsenhet ifølge oppfinnelsen. - Fig 3. viser et riss av en stabiliseringsenhet som samvirker med en pumpeanordning som vist i fig. 1- Fig 4 viser et riss av en pumpeanordning iht. følge oppfinnelsen, konfigurert for å kunne benyttes som intensifier.- Fig 5A og fig.5B viser to riss av pumpeanordning ifølge oppfinnelsen, konfigurert for å kunne pumpe væske ut fra en tilnærmet trykkløs tankDefinisjoner;
I beskrivelsen benyttes begrepet” kammerets tverrsnitt”. Kammerets tverrsnitt A er definert som A= F/P, der F er resultanten av aksialt virkende krefter mot stempelarrangementet når angjeldende kammer har trykket P.Fig. 1 viser en pumpeanordning som er innrettet for oppgave type 1, hvilket innebærer at både drivmediets returtrykk og pumpemediets forsyningstrykk er tilnærmet lik omgivelsestrykket. Denne utførelsen er aktuell til å skape hydraulisk trykk til drift av en BOP eller til kjemikalieinjeksjon i en undervannsbrønn.Pumpeanordningen omfatter et hus 23) med en drivseksjon og en pumpeseksjon som samvirker via stempelarrangementet 1-3). Dette stempelarrangementet er sammensatt av et drivstempel 1) med en grovt dimensjonert stempelstang 2) og et første element 3) som er glidbart anordnet på et fastmontert andre element 4). Stempelstangen 2) er ført lekkasjefritt gjennom en glidetetning 13) som er anordnet i en skillevegg 12) mellom drivseksjonen og pumpeseksjonen.Drivstemplet 1) danner en forskyvbar barriere mellom to kamre IV,V) i drivseksjonen. Stempelstangens 2) tykkelse bevirker at drivstemplet 1) har et vesenlig større areal rettet mot kammer V enn mot kammer IV. Drivstemplet 1) kan derved resiprokeres ved at kammer IV settes i permanent åpen forbindelse drivmediets forsyningslinje 24) via innløpet 22), og at kammer V vekselvis trykksettes og avluftes ved å koples til hhv. drivmediets innløp 21) og til drivmediets returlinje18). Den vekslende trykksetting og avlufting besørges av en sjaltemekanisme som er innebygget i drivseksjonens endevegg 20). Sjaltemekanismen omfatter en ikke vist sjalteventil og en ikke vist initieringsventil som samvirker med stempelarrangementet 1-3) via manøverstangen 16). Når drivstemplet nærmer seg en endeposisjon oppnås kontakt mellom en utvekst 15) på manøverstangen og det ene av de to kontaktpunktene 14,17) på stempelarrangementet. Etter å ha oppnådd kontakt trekkes manøverstangen med i stempelarrangementets videre forskyvning. Dette aktiviserer initieringsventilen som iverksetter vekslingen ved å trykksette resp. avlufte et kammer i sjalteventilen.En sjaltemekanisme med denne virkemåte er beskrevet i norsk patent 340558 og norsk patentsøknad 2016 1801, og anses derfor som kjent teknikk.
Det forskyvbare første elementet 3) i stempelarrangementet er utformet slik at det i samvirke med to glidetetninger 8,10) danner tre kamre i pumpeseksjonen;- et første kammer I som er forbundet med pumpemediets innløp 6) via en første retningsstyrende ventil 5), og som bevirker at kammer I får tilført pumpemedium når det ekspanderes.- et andre kammer II som komprimeres og ekspanderes i motfase med kammer I, og som via en andre retningsstyrende ventil 7) blir tilført pumpemedium fra kammer I når dette komprimeres.- et tredje kammer III som, avhengig av hvilken oppgave pumpeanordningen skal ivareta, har åpen forbindelse med drivmediets returlinje 18) eller åpen forbindelse med pumpemediets innløp 6).Pumpefunksjonen fungerer på følgende måte;- Når stempelarrangementet forskyves mot høyre komprimeres kammer I, og væsken som dette kammeret opptok ved siste ekspansjon presses inn i kammer II via den andre retningsstyrende ventilen 7). I foretrukket utførelse er det første element 3) utformet slik at kammer I har dobbelt så stort tverrsnitt som kammer II. Det innebærer at kun halvparten av pumpemediet som presses ut av kammer I kan opptas av kammer II. Den resterende halvpart presses ut av pumpemediets utløp 9). I vist utførelse er det ikke anordnet en retningsstyrende ventil på utløpet 9). Kammer II vil har derfor samme trykk som forbrukeren som er tilkoplet utløpet 9).- Når drivstemplet forskyves mot venstre blir kammer II komprimert, og pumpemediet som fyller dette kammeret presses ut av utløpet 9). Samtidig ekspanderes kammer I og trekker inn nytt pumpemedium fra innløpet 6) via den første retningsstyrende ventilen 5).Ved at kammer I har dobbelt så stort tverrsnitt som kammer II oppnås at det pumpes ut like store mengder pumpemedium i begge slagretninger.Dersom både pumpemedium og drivmedium er en væske, vil man med å dimensjonere pumpeanordningen i samsvar med beregningene i vedlegg 1, oppnå følgende sammenheng;
K1 = (PH-PREF)/(PS- PREF) =A5/A1Der ; PH = Absoluttrykket på pumpemediet som avgis,PS = Absoluttrykket på tilført drivmediumPREF = Absoluttrykket ved utløpene 11,19) = trykket ved pumpemediets innløp 6).A1 = tverrsnittet på kammer I,A5 = tverrsnittet på kammer V.Pumpeanordningen som er skissert i fig. 1 er dimensjonert slik at A5/A1 = 3,5.Dersom eksempelvis PS ligger 100 bar over PREF, så vil følgelig pumpens utløpstrykk bli; PH = 3,5*100 = 350 bar over PREF.En pumpeanordning basert på et resiprokerende stempelarrangement vil ha et dropp i fluidleveransen idet stempelarrangementet skifter slagretning. Hver sjalteoperasjon medfører store hastighetsendringer både i angjeldende fluider og i bevegelige komponenter med til dels betydelig masse. Dette kan generere trykktransienter som i sin tur kan medføre betydelig redusert levetid for pumpeanordningen så vel som for utstyr som pumpeanordningen skal betjene. En pumpeanordning ifølge oppfinnelsen omfatter i foretrukket utførelse en stabiliseringsenhet (26) som, ved å opprettholde et uendret nivå på fluidstrømmene mens stempelarrangementet skifter slagretning, motvirker avvik i den ønskede balanse mellom drivtrykk og pumpetrykk.Figur 2A indikerer hvordan trykk- og strømningsforhold varierer ved pumpemediets utløp 9) dersom pumpeanordningen ikke har en slik stabiliseringsenhet. Angjeldende pumpeanordning har her en pumpefrekvens på 1 Hz. Den stiplede linjen indikerer leveransenivået som ønskes opprettholdt.Fig 2B indikerer tilsvarende trykk og strømningsforløpet for en konstellasjon med en pumpeanordning og en stabiliseringsenhet ifølge oppfinnelsen.Fig 3. viser et riss av en slik konstellasjon. Stabiliseringsenheten består av et hus 33) med et stempel 27) som avgrenser tre kamre i huset 33);- Kammer VI som er i åpen forbindelse med drivmediets forsyningslinje 24) via en kanal 31).
- Kammer VII som er i åpen forbindelse med drivmediets returlinje 18) via en kanal 24)- kammer VIII som er i åpen forbindelse med pumpemediets utløp 9) via en kanal 25).Stabiliseringsenheten er innrettet til å kompensere for redusert leveranse av trykksatt pumpemedium mens pumpearrangementet skifter slagretning. Kammer VIII må derfor oppta væske fra pumpeanordningen i tiden mellom hver sjalteoperasjon, og avgi væske mens sjalteoperasjonen pågår.For at kammer VIII skal kunne oppta væske i tiden mellom hver sjalteoperasjon må netto oppad rettede kraft mot stemplet 27) overstige friksjonen i stemplets to glidetetninger 27,29). I en foretrukket utførelse er stabiliseringsenheten dimensjonert slik at trykkreftene som påvirker stemplet 30) i aksial retning vil være i tilnærmet likevekt dersom pumpeanordningen er i normal drift og fjæren 28) er fjernet. Av figuren ser via at oppad – og nedad rettede krefter mot stempelet 30) er i balanse dersom;PH*AH + PREF(AS-AH) = PS* AS eller (PH-PREF)AH=(PS-PREF)AS der AH er stempelarealet som er i kontakt med kammer VIII og AS er stempelarealet som er i kontakt med kammer VI.Med utgangspunkt i en pumpeanordning med K1 =3,5, vil en ønsket likevekt oppnås ved at stemplet 30) er dimensjonert slik at; AH / AS = 3,5. Fjæren 28) kan fortrinnsvis være uten spenn når stemplets 30) øvre endeflate ligger rett under øvre innervegg i kammer VI.Virkemåten vil bli forklart ut fra en relevant dimensjonering av en pumpeanordning ifølge oppfinnelse;En pumpeanordning ifølge oppfinnelsen vil typisk kunne gjennomføre en komplett sjalteoperasjon på anslagsvis 50 millisekunder. Pumpefrekvensen er satt til 1 Hz.Stempelarrangement 1-3) har en slaglengde på 100 mm, og drivstempelet 1) har diameter A1 =120 mm. Det betyr at stempelarrangementet i denne utførelsen vil ha en høyeste hastighet på 20 cm/sek. I løpet av de 50 millisekunder som det kreves for å
gjennomføre en sjalteoperasjon skulle stemplet ha beveget seg ca 10 mm. Den reelle forskyvningen under denne operasjonen vil være ca 6 mm, fordelt på begge slagretningene. Vi benytter en forsterkningsfaktor K1=3,5. Det betyr at pumpeanordningen vil ha et leveranseunderskudd av pumpemedium tilsvarende et volum V= A1/3.5*4 mm = 13 cm3. Det betyr at stabiliseringsenheten må kunne tilføre 13 cm3 med væske ved hver enkelt sjalteoperasjon. Vi velger å dimensjonere stempelet 30) slik at AH = 20 cm2, som gir kammer VIII en indre diameter på 50 ca mm. Følgelig vil stemplet 27) bli forskjøvet ca 7 mm ved hver sjalteoperasjon.For å oppnå den ønskede kraftbalanse kreves at AS = 3,5*AH = 70 cm2. Det kan være relevant å benytte en fjær 28) med fjærkonstant av størrelse k= 10 kp/mm. I så fall vil fjærspennet bli redusert med 70 kp mens pumpefluidet avgis fra stabiliseringsenheten, svarende til at leveringstrykket synker med 3,5 bar. En må regne med et visst vedheng i stemplets 27) tetningsringer, slik at trykket ved stabiliseringsenhetens utløp 25) faller 1 - 2 bar før denne friksjonen overvinnes. Stempelet 30) kan derved lett komme i mindre svingninger. For å motvirke dette er kanalen 31) relativt trang, og parallelt med denne er det anordnet en enveisventil 32). Denne enveisventilen vil tillate rask tilførsel av drivmedium til kammer VI, slik at stempelet 27) får en rask nedad rettet forskyvning når den skal kompenserer for dropp i leveransen av pumpemedium. Det blir mer tidkrevende å presse stemplet oppad ettersom fluidet da må presses ut av kammer VI via kanalen 31).Ved hver sjalteoperasjon må stabiliseringsenheten kompensere for manglende leveranse fra pumpeanordningen ved å forsyne anslagsvis 13 cm med pumpefluid i løpet av 50 millisekunder. Ved ny oppfylling av kammer VII har man ca 450 millisekunder til rådighet. Kanalen 31) kan således være relativt trang uten at det oppstår kapasitetsproblemer.Fig. 4 viser en utførelse der en pumpeanordning ifølge oppfinnelsen er konfigurert for å kunne benyttes som intensifier. Denne utførelsen er i hovedsak lik utførelsen i fig. 1, men for å oppnå den ønskede sammenheng mellom drivtrykket (PS-PREF) og pumpemediets leveringstrykk (PH-PREF) er det nødvendig å endre innbyrdes
størrelsesforhold på de innvendige kamrene i pumpeanordningen. Vedlegg 1 viser beregninger relatert en intensifier utførelse. Man oppnår følgende sammenheng;K1 = (PH- PREF)/(PS-PREF) = (A5/A1 1)Der ; PH = Absoluttrykket på pumpemediet som avgis,PS = Absoluttrykket på tilført drivmediumPREF = Absoluttrykket ved utløpene 15,20)A5 = tverrsnittet på Kammer VA1 = tverrsnittet på kammer II disse beregningene har man forutsatt at kammer I har dobbelt så stort tverrsnitt som kammer II, dvs. at A3 = 2*A4 , slik at det avleveres like store mengder pumpefluid i hver av slagretningene.Av vedlegget fremgår at forutsetningen for å oppnå den ønskede sammenheng mellom drivtrykk og leveringstrykk er at stempelarrangementet da er dimensjonert slik at:A1 = A5/(K1-1), A4 = A5*0.5 *(K1-2)/(K1-1)Ved en valgt verdi for K1 vil innbyrdes dimensjonering av pumpeanordningens komponenter være entydig bestemt. Fig. 4 viser et riss av en intensifier som er dimensjonert for samme K1 faktor som den tradisjonelle forsterkerpumpa som er vist i fig. 1, dvs. K1 = 3,5.Fig. 5 A og 5 B viser riss av to pumpeanordninger som er innrettet for å kunne pumpe væske ut fra en tilnærmet trykkløs tank og ut til omgivende sjø, eller til et reservoar som er trykkutliknet med omgivende sjø. Pumpeanordningene i fig. 5A og 5B er konfigurert for K2 verdier på hhv. 1 og 2.Virkemåten beskrives med referanse til utførelsen i fig. 5A;Det første element 3) er utformet som en hylse, og er glidbart anordnet på en utvendig føring på det fast monterte andre element 4).Stempelarrangementet 1-3) avgrenser tre kamre i pumpeseksjonen;- et første kammer I som har et tverrsnitt A1 som er definert ved kammerets indre diameter.
- et andre kammer II som har et tverrsnitt A2, og som er avgrenset av innerveggene i drivseksjonen, ytre overflate på det første og det andre element, samt overflaten på den del av stempelstangen 2) som ligger inne i drivseksjonen. Her er A2 = π*(R42-R22), der R2 er diameteren på stempelstangen 2) og R4 er radien på føringen på ytre overflate av det andre element 4).- et tredje kammer III som har tverrsnitt A3, og som er avgrenset av volumet som fremkommer mellom de to glidetetningene 8,10). Kammer III er i åpen forbindelse med innløpet 6).Pumpefunksjonen fungerer på følgende måte;- Når stempelarrangementet 1-3) forskyves mot venstre sørger mekanismen innenfor den stiplete rammen 34) for at det, via manøverstangen 32), utøves et venstrerettet drag som trekker ventillegemet 5) ut fra sitt sete 36) i det andre element 4), og derved tillater pumpefluidet å renne inn i kammer I via den innvendige kanalen i det andre element 4). Forskyvningen medfører samtidig en komprimering av kammer II, slik at pumpemediet som fyller dette kammeret blir presset ut av utløpet 9). Utløpet 9) kan være koplet til et ikke vist reservoar som er trykkutliknet med omgivelsene – eller som eventuelt er åpen mot omgivelsene. Mekanismen 34) bevirker at draget i manøverstangen 32) opphører rett før stempelarrangementet har kommet til endepunktet, og et høyrerettet fjærspenn bevirker at ventilen 5) raskt presses tilbake mot setet 33).- Når stempelarrangementet forskyves mot høyre blir kammer I sammenpresset, og pumpemediet som dette kammeret opptok ved foregående ekspansjon presses ut gjennom den andre retningsstyrende ventilen 7). Kammer II komprimeres og ekspanderes i motfase med kammer I, og ettersom vi velger å la det effektive tverrsnittet av kammer II være halvparten så stort tverrsnitt som kammer I, opptas halvparten av utpresset volum av kammer II. Resterende halvpart presses ut av utløpet 9). På dette vis vil det bli avgitt samme mengde pumpemedium i begge slagretninger.
I norsk patent 340558 benyttes en ren mekanisk vippemekanisme til å styre åpne- og lukkefunksjonen for en retningsstyrende ventil som i hovedsak har samme funksjon som i angjeldende oppfinnelse. Denne vippemekanismen bevirker at det skjer en tilnærmet momentan veksling mellom åpen og lukket tilstand når stempelarrangementet nærmer seg en endestopp. Vi anser alternative løsninger på styring av den første retningsstyrende ventil for å være kjent teknikk.I denne utførelsen påvirkes to motsatt rettede flater på det første element 3) av trykket i kammer II.Av fig. 5 ser vi at; A5-A4 = π*R22, og A1 = π*R42 + A3der R2 er diameteren på stempelstangen 2), R4 er radien på den utvendige føringen på det andre element 4) og A3 er tverrsnittet på kammer III. Herav; A2 = π*(R42-R22) = (A1-A3) – (A4-A5) = A1-A3–A4+A5 = A1/2Verdien for A2 blir benyttet i beregningene i Vedlegg 1.Disse beregningene viser at K2 = PAMB /(PS- PAMB) = A5/A1. K2 verdien bør velges med utgangspunkt i hvor stort drivtrykk man har tilgjengelig, og på hvor stort havdyp pumpeanordningen skal kunne benyttes på.Drivmediet kan gjerne være et ikke-smørende medium, noe som med dagens teknologi typisk kan begrense tilgjengelig drivtrykk til 170 bar. Det betyr at med K2= 1 vil pumpeanordningen har en største operasjonell dybde på anslagsvis 1700 meter.En valgt verdi for K2 innebærer en entydig definert innbyrdes dimensjonering av pumpeanordningens fem kamre.Fig 5A viser et riss av en utførelse med K2 = 1. Fig. 5B viser tilsvarende et riss med K2 =2, som kan være en hensiktsmessig verdi dersom pumpeanordningen skal kunne benyttes på 3000 meters dyp.Når en pumpeanordning ifølge oppfinnelsen er konfigurert som lavtrykkspumpe vil utløpstrykket normalt være stabilt likt omgivelsestrykket, og det er følgelig ikke behov for noen stabilisering av pumpemediets leveringstrykk.
Claims
Krav1. En dobbeltvirkende pumpeanordning som omfatter et stempelarrangement (1-3) som er glidbart anordnet i et pumpehus (23), som er adskilt i en drivseksjon med innløp (21,22) og utløp (11,19) for et drivmedium og en pumpeseksjon med innløp (6) og utløp (9) for et pumpemedium, og hvor drivseksjonen omfatter en sjaltemekanisme som utnytter forskjellen mellom drivmediets forsyningstrykk og utløpstrykk til å resiprokere stempelarrangementet (1-3) slik at det overføres aksialt virkende krefter til pumpemediet som derved oppnår en ønsket trykkøkning, karakterisert ved at- stempelarrangementet omfatter et drivstempel (1) som er forskyvbar i en sylindrisk føring i drivseksjonen og som har en grovt dimensjonert stempelstang (2) som er lekkasjefritt glidbar i en skillevegg (12) mellom drivseksjonen og pumpeseksjonen, slik at drivseksjonen adskilles i to drivkamre (IV,V) som har ulike tverrsnitt, og hvor drivkammeret (IV) med det minste tverrsnittet er permanent åpen mot drivmediets innløp (22),- sjaltemekanismen omfatter en sjalteventil og en initieringsventil som samvirker med drivstemplet (1) via en manøverstang (16) som utsettes for et vekslende trekk og skyv hver gang drivstemplet (1) nærmer seg et endepunkt, hvorved initieringsventilen veksler mellom å trykksette eller avlufte et kammer i sjalteventilen og derved frembringe et skifte mellom en første driftstilstand der drivkammeret (V) med det største tverrsnittet er i åpen forbindelse med innløpet (21) og avstengt fra utløpet (19), og en andre driftstilstand der drivkammeret (V) er avstengt fra innløpet (21) og i åpen forbindelse med utløpet (19)- stempelarrangementet også omfatter et forskyvbart første element (3) som koplet til stempelstangen (2) på innsiden av pumpeseksjonen og som er forskyvbart i forhold til et fastmontert andre element (4), og som samvirker med to glidetetninger (8,10) slik at det dannes tilnærmet lekkasjefrie barrierer som adskiller et første (I), et andre (II) og et tredje kammer i pumpeseksjonen, hvor- det første kammer (I)) er forbundet med pumpemediets innløp(6) via minst en retningsstyrende ventil (5) som er lukket når det første kammer komprimeres og som åpner for tilførsel av væske fra innløpet når det første kammer (I) ekspanderes - det andre kammer (II) har mindre tverrsnitt enn det første kammer og komprimeres og ekspanderes i motfase med det første kammer (I),- det andre kammer (II) er forbundet med det første kammer (I) via minst en retningsstyrende ventil (7) som åpner når det første kammer (I) komprimeres hvorved en gitt det av væsken som avgis fra dette kammer (I) blir opptatt det andre kammer (II) og den resterende del av væsken avgis via pumpemediets utløp (9), og som stenger når det første kammer (I) ekspanderes hvorved væsken som befinner seg i det andre kammer (II) blir avgitt via utløpet (9)- det tredje kammer (III) er et trykkompenseringskammer som har åpen forbindelse med drivmediets utløp(19) eller med pumpemediets innløp(6) avhengig av hvilken funksjon pumpeanordningen er konfigurert til å ivareta2. En dobbeltvirkende pumpeanordning ifølge krav 1, karakterisert ved at den samvirker med en stabiliseringsenhet (33) som består av et hus med et glidbart anordnet et stempel (30) som er påvirket i aksial retning av spennet fra en fjær (28) og som adskiller huset i tre kamre (VI,VII,VIII) hvorav et første kammer (VI) er i permanent åpen forbindelse med drivmediets forsyningslinje (24), et andre kammer(VII) er i åpen forbindelse drivmediets utløp (19) og et tredje kammer (VIII) er i åpen forbindelse med pumpemediets utløp (9), idet nevnte stempel og fjær er dimensjonert slik at det under drift er frembringes likevekt mellom kreftene som påvirker stemplet (30) i aksial retning, og at denne likevekten kan opprettholdes ved at stemplet kan forskyves slik at det opptas eller avgis væske fra kamrene (VI,VII,VIII).3. En dobbeltvirkende pumpeanordning ifølge krav 1, karakterisert ved at den er dimensjonert slik at det første kammer (I) i pumpeseksjonen har dobbelt så stort volumendring som det andre kammer (II) i pumpeseksjonen når stempelarrangementet (1-3) blir forskjøvet