Аккумулятор давления для создания мощности, достаточной для приведения в действие и функционирования внешнего оборудования, а также его применение

010819 Настоящее изобретение относится к аккумулятору давления для создания мощности, необходимой для приведения в действие и функционирования внешнего подводного оборудования, такого как гидравлические и/или механические системы, содержащему основной корпус с внутренней, продольной основной камерой, разделенной по меньшей мере на три камеры, которые отделены друг от друга с помощью общих промежуточных поршней и первая из которых является компенсационной камерой, выполненной с обеспечением установления в ней того же самого давления, что и давление окружающей среды, а третья из указанных трех камер - камерой давления. Изобретение касается систем и способов, которые обычно используют аккумуляторный узел для того, чтобы создавать энергию, необходимую для обеспечения возможности осуществлять приведение в действие механических или гидравлических систем или оборудования, и может быть использовано для систем, которые имеют потребность в аккумулированной энергии, для того, чтобы сделать возможной их работу, вне зависимости от того, размещено ли оборудование на дне океана, на платформе, на судне, на каком-либо аппарате или же на суше. Выражение аккумулятор означает систему, имеющую свойство,которое делает возможным запасать энергию с помощью накачивания газа или жидкости внутрь камеры или емкости, которая предварительно или впоследствии подвергается воздействию противодавления с помощью сжатого газа, воздуха или за счет работы пружины. Такой аккумуляторный узел в дальнейшем именуется как аккумулятор. Изобретение в упрощенном варианте представляет собой аккумуляторный узел, который может быть запущен, когда это необходимо. Изобретение относится как к системам, которые используют аккумуляторный узел непосредственно на рабочей части, которая должна быть активирована, так и к системам, которые используют аккумуляторный узел косвенным образом, посредством гидравлических или пневматических систем. Изобретение особенно подходит для систем с потребностью в аккумуляторном узле, которые обычно предварительно нагружены давлением окружающей среды для того, чтобы после этого перемещаться в места с разными давлениями окружающей среды. Типичными областями применения является временное оборудование для использования на установках, расположенных на дне океана. В этом случае изобретение способно вносить вклад в значительное уменьшение потребности в оборудовании и объеме, что может иметь решающее значение при значительных океанских глубинах. В настоящее время способы для обеспечения аккумулированной энергией оборудования, которое должно осуществлять временную работу на установках, расположенных на дне океана, в большей части основаны на предварительной зарядке аккумулятора на поверхности для создания подходящего избыточного давления по отношению к окружающей среде. Этот избыток давления значительно снижается,если аккумулятор опущен в море на глубину, например, 2000 м, где уменьшение давления составляет около 200 бар. Понижение избыточного давления обычно компенсируется за счет увеличения объема аккумулятора, что, в свою очередь, предъявляет пропорциональные требования в отношении оборудования и пространства. Значительная часть задач для аккумулятора, когда он является частью временных систем, предназначенных для работы на водоносных или нефтегазоносных установках на дне океана, состоит в том,чтобы обеспечивать работу аварийных систем, которые в обычном состоянии не работают. Это приводит к тому, что большая часть энергии аккумулятора является энергией на случай аварии, которая не предназначена для использования. Из патентов, относящихся к предшествующему уровню техники, надо обратить внимание, кроме прочего, на следующие: патенты США 4777800, 6418970, 6202753 и европейский патентный документ 0078031. Первый упомянутый документ можно рассматривать как наиболее близкий аналог в части используемых технических приемов, в котором описан аккумулятор давления для использования в соединении с подводным оборудованием. Аккумулятор давления разделен на три камеры и заряжается сам, когда он погружен на дно океана. Аккумулятор давления для подводного использования, содержащий камеру расширения с газогенератором и детонатором, не известен из указанных документов. Цель настоящего изобретения состоит в том, чтобы заменить элементы системы, необходимые для предварительно заряженного аккумулятора, на элемент создания давления, который может быть активирован, когда это необходимо, посредством комбинирования существующей и новой технологии с новыми способами и системами. Предложенный аккумулятор давления предпочтительно содержит газогенератор, предпочтительно медленно горящий взрывчатый элемент, который размещен в камере компенсированного давления. Камера соединена с рабочим телом или текучей средой, которые подвергаются воздействию энергии, с помощью поршня или мембраны. Основной элемент изобретения, газогенератор, может быть запущен с помощью одного или более независимых воспламеняющихся детонаторов с сопутствующими системами. Некоторые независимые элементы газогенератора с сопутствующими системами запуска также могут быть расположены внутри корпусов тех же самых камер компенсированного давления, чтобы достигнуть необходимого эффекта и/или резервирования. Аккумулятор давления, выполненный в соответствии с изобретением, может быть подсоединен к-1 010819 накопителю, выполненному с возможностью накопления энергии, чтобы представлять как необходимую энергию, так и резерв, а также предложить возможности для того, чтобы принести использованную систему со склада, заменить на неиспользованный элемент, пока работает основная система, имеющая потребность в энергии. Для установок, работающих на дне океана, управление запасом предпочтительно может быть осуществлено посредством дистанционно управляемого подводного аппарата. Кроме того,камера давления и компенсационная камера могут быть снабжены клапанами, которые делают возможным стравливание находящегося в них давления безопасным образом, когда камера уже была использована или была подвергнута большему давлению окружающей среды, чем в то время, когда она собиралась. Для запуска газогенератора посредством детонаторного узла могут быть использованы несколько альтернативных систем, возможно, в сочетании друг с другом. Могут быть использованы как непосредственно присоединенные системы, так и акустические системы или другие косвенные системы. Предложенное изобретение охватывает камеру компенсированного давления для газогенератора,запускающий элемент и поршень или диафрагму/мембрану для передачи усилий. Изобретение не принимает во внимание то, как созданные усилия передаются и используются, и, по существу, предусматривает любую форму подобных способов. Предпочтительный вариант выполнения предложенного аккумулятора давления отличается признаками, определенными в независимом п.1 формулы изобретения, в то время как предпочтительные альтернативные варианты выполнения характеризуются зависимыми пп.2-9. Предпочтительная область применения изобретения определена в независимом п.10 формулы изобретения с сопутствующим зависимым п.11. Преимущества предложенного аккумулятора давления состоят в том, что он может находиться в состоянии без энергии до тех пор, пока не запущен, причем он может быть запущен, когда это необходимо. В принципе, изобретение может быть использовано как в системах/оборудовании на суше, в открытом море, в космосе, так и в системах, работающих на дне океана. Аккумулятор может быть подсоединен в накопительные устройства, способные аккумулировать заряд, которые соединяются (электрически или гидравлически), например, на дне океана, с помощью дистанционно управляемого подводного аппарата. Он может быть присоединен параллельно для достижения необходимого воздействия и/или резервирования. Он может быть установлен непосредственно на оборудовании (например, приводящее устройство клапана), которое имеет потребность в энергии. Избыточное давление может быть сброшено безопасным образом в мастерской/на палубе, а оборудование/изобретение может быть повторно использовано после того, как будет подготовлено к работе. Другие преимущества состоят в том, что аккумулятор давления может быть оснащен механизмами воспламенения, которые обычно выпускаются промышленностью, или специально разработанными решениями. Например, он может быть оснащен детонатором/инициирующим взрывчатым веществом так называемого безопасного типа, т.е. отсутствует необходимость, например, в радиомолчании или в перекрытиях других систем, или он может быть выполнен с резервными системами инициирующего взрывчатого вещества/детонатора предпочтительно различного типа или от различных партий продукции. Он может быть запущен либо с помощью прямых электрических или гидравлических сигналов, либо с помощью косвенных способов воспламенения, таких как акустика и электромагнетизм, и он может быть выполнен со всеми промышленно выпускаемыми газогенераторами (медленно горящими пороховыми зарядами) или со специально разработанными решениями. Ниже изобретение описано более подробно со ссылками на приложенные чертежи, на которых на фиг. 1 показан вариант выполнения предложенного аккумулятора давления; на фиг. 2 - альтернативный предпочтительный вариант выполнения предложенного аккумулятора давления; на фиг. 3 - аккумулятор давления, показанный на фиг. 1, при атмосферном давлении; на фиг. 4 - аккумулятор давления, показанный на фиг. 1, при давлении окружающей среды, превышающем атмосферное; на фиг. 5 - аккумулятор давления, показанный на фиг. 4, когда он активирован; на фиг. 6 - процесс функционирования аккумулятора давления, показанного на фиг. 5; на фиг. 7 - аккумулятор давления, показанный на фиг. 2, где имело место увеличение давления; на фиг. 8 - процесс функционирования аккумулятора давления, показанного на фиг. 7, при давлении окружающей среды, большем атмосферного. Предпочтительный вариант выполнения аккумулятора 10 давления для создания мощности, необходимой для приведения в действие и функционирования внешнего оборудования, такого как гидравлические и/или механические системы, содержит основной корпус 12 с внутренней продольной основной камерой 14, которая разделена на несколько камер. Внутренняя основная камера 14 предпочтительно проходит вдоль всей длины основного корпуса и содержит несколько, по меньшей мере три, камеры 14 а,14b, 14 с, которые отделены друг от друга с помощью общих, промежуточных поршней 16, 18. Первая из указанных камер - это компенсационная камера 14 а, выполненная с обеспечением установления в ней того же самого давления, что и давление окружающей среды; вторая из указанных камер - это камера 14b-2 010819 расширения газа, содержащая газогенератор 20 с инициирующим взрывчатым веществом/детонатором 22, а третьей из указанных камер является камера 14 с давления, установленная для создания повышенного давления с помощью камеры 14b расширения газа и для приложения усилия к внешнему оборудованию. На фиг. 1 показана типичная конструкция изобретения, когда оно используется для создания давления по отношению к камере 14 с давления. Как показано на этом чертеже, газогенератор 20 выполнен с соединенным инициирующим взрывчатым веществом/детонатором 22 между двумя поршнями 16, 18 внутри основного корпуса 12, имеющего форму полого цилиндра. Внутренняя, основная камера 14, как это показано на чертеже, предпочтительно разделена на три камеры с помощью указанных поршней 16,18. Компенсационная камера 14 а отделена от камеры 14b расширения газа с помощью компенсационного поршня 16. Камера 14b расширения газа, в свою очередь, отделена от камеры 14 с давления с помощью поршня 18, используемого для передачи давления. Поршни 16, 18 представляют собой подвижный барьер для давления между камерами. Кроме того, для обеспечения возможности стравливания давления из компенсационной камеры и/или камеры расширения газа 14 а и 14b, установлены клапаны соответственно 26 и 28. В компенсационной камере 14 а расположен обратный клапан 24, который предотвращает повторный выпуск давления из камеры. В камере 14 с давления находится среда в виде, например, жидкости или газа, которая должна быть сжата. Камера 14 с давления на одном конце содержит выходное отверстие 30, которое соединено с системой, которая осуществляет использование давления. На указанном конце или выходном отверстии может быть выполнена диафрагма, мембрана или нечто подобное (не показано) для передачи давления к внешнему оборудованию. Газогенератор 20 в камере 14b расширения газа предпочтительно может быть медленно горящим(спускающим) зарядом взрывчатого вещества (медленно горящим пороховым зарядом). Инициирующее взрывчатое вещество 22 может иметь нескольких форм и принципов действия, которые являются подходящими для использования с имеющимся газогенератором и функциональными требованиями (в особенности температура и пожаробезопасность). В инициирующее взрывчатое вещество/детонатор 22 снаружи посредством специальных стойких к давлению проемов с электрическим проводом внутри предпочтительно может быть проведен электрический провод 34 для осуществления возможности приводить в действие инициирующее взрывчатое вещество/детонатор и, тем самым, газогенератор. На фиг. 2 показан альтернативный предпочтительный вариант выполнения, который выполнен согласно тому же самому принципу, что и описанный со ссылкой на фиг. 1, за исключением того, что давление, которое создается в камере 14b расширения газа, передается непосредственно на ось 32 посредством поршня 18 давления. В этой конфигурации клапанный узел 36 расположен в цилиндре так, что любую жидкость или газ можно откачивать без создания возможной ситуации блокирования. Диафрагма,мембрана или что-либо подобное при необходимости также могут быть использованы для передачи давления на внешнее оборудование. На фиг. 3 показан вариант выполнения настоящего изобретения, описанный для фиг. 1. Аккумулятор 10 давления заряжался под давлением окружающей среды, равным атмосферному. Как можно видеть на чертеже, компенсационная камера 14 а с атмосферным давлением теперь уменьшена до минимума, а противодавление в камере 14 с давления также соответствует атмосферному давлению. На фиг. 4 показан вариант выполнения настоящего изобретения, описанный для фиг. 3. В качестве примера, аккумулятор 10 давления погружен в океан на глубину 2000 м. Как можно увидеть на чертеже,компенсационная камера 14 а теперь находится под тем же самым давлением, что и окружающая среда. Это приводит к достижению аккумулятором 10 давления полного эффекта от того давления, которое должно быть создано в камере 14b расширения газа, без необходимости сначала преодолеть давление окружающей среды. На фиг. 5 показан аккумулятор давления, как описан для фиг. 4, с разницей в том, что газогенератор 20 запускается с помощью инициирующего взрывчатого вещества/детонатора 22, и в том, что имеет место нарастание давления. Аккумулятор 10 давления теперь находится под давлением и представляет собой доступную аккумулированную энергию. На фиг. 6 показан аккумулятор давления, описанный для фиг. 5, с отличием в том, что он потребляет энергию от камеры 14 с давления, что, в свою очередь, приводит к изменению положения поршня 18 давления и уменьшению остающейся энергии в камере 14 с давления. На фиг. 7 показан аккумулятор давления, описанный для фиг. 2, где газогенератор 20 приведен в действие с помощью инициирующего взрывчатого вещества/детонатора 22 и имеет место нарастание давления. На фиг. 8 показан аккумулятор давления, описанный для фиг. 7, где нарастание давления вызывает достаточно большое усилие на поршень 18 давления и ось 32 так, что она изменила положение на активированное положение.-3 010819 ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Аккумулятор (10) давления для создания мощности, необходимой для приведения в действие и работы подводного оборудования, такого как гидравлические и/или механические системы, содержащий основной корпус (12) с внутренней, продольной основной камерой 14, разделенной по меньшей мере на три камеры (14 а, 14b, 14 с), которые отделены друг от друга с помощью общих промежуточных поршней(16, 18) и первая из которых является компенсационной камерой (14 а), выполненной с обеспечением установления в ней того же самого давления, что и давление окружающей среды, а третья из указанных камер является камерой (14 с) давления, отличающийся тем, что вторая из указанных камер является камерой (14b) расширения газа, содержащей газогенератор (20) с инициирующим взрывчатым веществом и/или детонатором (22), при этом указанная камера (14 с) давления выполнена с обеспечением создания в ней повышенного давления с помощью камеры (14b) расширения газа и приложения усилия на внешнюю систему. 2. Аккумулятор (10) давления по п.1, отличающийся тем, что один из указанных поршней является компенсационным поршнем (16), расположенным между компенсационной камерой (14 а) и камерой(14b) расширения газа, при этом другой из указанных поршней является поршнем (18) давления, расположенным между камерой (14b) расширения газа и камерой (14 с) давления. 3. Аккумулятор (10) давления по п.2, отличающийся тем, что в компенсационной камере (14 а) выполнен обратный клапан (24), сообщающийся с окружающей средой, при этом в компенсационной камере (14 а) и/или в камере (14b) расширения газа выполнен клапан (соответственно, 26 и 28) стравливания давления. 4. Аккумулятор (10) давления по п.2 или 3, отличающийся тем, что камера (14b) расширения газа содержит в качестве газогенератора медленно горящее взрывчатое вещество. 5. Аккумулятор (10) давления по п.2 или 3, отличающийся тем, что камера (14b) расширения газа содержит в качестве газогенератора химическое вещество. 6. Аккумулятор (10) давления по любому из пп.2-5, отличающийся тем, что камера (14 с) давления имеет выходное отверстие (30), выполненное с обеспечением стравливания выходного давления для воздействия на внешнее оборудование. 7. Аккумулятор (10) давления по п.6, отличающийся тем, что смежно с указанным выходным отверстием (30) расположена диафрагма, мембрана или подобное приспособление для передачи давления на внешнее оборудование. 8. Аккумулятор (10) давления по п.6, отличающийся тем, что указанный поршень (18) давления содержит ось (32), которая проходит наружу через выходное отверстие (30) в камере (14 с) давления и которая установлена с обеспечением воздействия на внешнее оборудование, когда в камере (14 с) давления стравливается давление. 9. Аккумулятор (10) давления по п.8, отличающийся тем, что камера (14 с) давления содержит клапан (36). 10. Применение аккумулятора (10) давления, выполненного по любому из пп.1-9, при котором аккумулятор (10) давления постоянно или временно размещен на оборудовании, которое используется в соединении с системами скважины, расположенной на дне океана. 11. Применение аккумулятора (10) давления по п.10, при котором аккумулятор (10) давления является частью временных аварийных систем, которые в нормальных условиях не приводятся в действие при работе на водоносных или нефтегазоносных установках, расположенных на дне океана, и при котором аккумулятор давления запускается либо с помощью прямых электрических или гидравлических сигналов, либо с помощью косвенных способов воспламенения, таких как акустика или электромагнетизм.