Устройство и способ обеспечения повышения гидростатического давления текучей среды в трубопроводе

УСТРОЙСТВО И СПОСОБ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ПОВЫШЕНИЯ ГИДРОСТАТИЧЕСКОГО ДАВЛЕНИЯ ТЕКУЧЕЙ СРЕДЫ В ТРУБОПРОВОДЕ Описаны устройство (1) и способ содействия повышению гидростатического давления текучей среды, протекающей в первой трубе, причем повышение гидростатического давления обеспечивается посредством нагнетающего устройства (3), снабжаемого энергией. Предлагаемое устройство включает сборщик (5) энергии, выполненный таким образом, чтобы извлекать часть энергии, переносимой текучей средой во второй трубе (28), и механическое или гидравлическое устройство (9, 60) для передачи энергии, выполненное таким образом, чтобы передавать часть энергии, извлеченную сборщиком (5) энергии, в нагнетающее устройство (3). Область техники, к которой относится изобретение Настоящее изобретение относится к устройству для передачи энергии движущейся текучей среде. В частности, изобретение относится к устройству и способу содействия повышению гидростатического давления текучей среды в первой трубе, при этом повышение гидростатического давления обеспечивается посредством нагнетающего устройства, снабжаемого энергией. Текучая среда может представлять собой жидкость, газ или их сочетание. Предшествующий уровень техники В оборудовании, где имеется необходимость перемещать текучую среду через трубу, текучая среда обычно приводится в движение посредством нагнетающего устройства, передающего энергию текучей среде таким образом, что она, например, приобретает необходимое увеличение гидростатического давления. Примерами такого оборудования являются охлаждающие системы в обрабатывающей промышленности, где охлаждающая вода приводится в движение через один или более теплообменник; системы циркуляции воды для береговых питомников водных организмов, где свежая морская вода нагнетается внутрь искусственного водоема и где соответствующие количества воды сбрасываются в море; и установки, преобразующие морскую воду в питьевую воду посредством обратного осмоса, где часть подводимой воды возвращается в море. Общим недостатком для вышеперечисленных примеров оборудования является то, что текучая среда, "возвращаемая" из оборудования, переносит энергию, которая в настоящее время не используется для содействия желаемому увеличению давления. Из публикации WO 2008/084560, опубликованной 17.07.2008, известен прототип заявленного изобретения, а именно устройство для содействия увеличению гидростатического давления текучей среды,протекающей в первой трубе (Y), при этом увеличение гидростатического давления обеспечивается посредством нагнетающего устройства (130), снабжаемого энергией от утилизатора энергии (30), плавающего во второй трубе (D). Указанный утилизатор энергии (30) выполнен с возможностью извлечения части энергии, переносимой текучей средой, протекающей во второй трубе (D). При этом устройство изWO 2008/084560 также содержит механическое устройство передачи энергии, выполненное с возможностью передачи нагнетающему устройству (130) части энергии, извлеченной утилизатором энергии (30). Указанным документом решается задача создания улучшенного устройства (и способа) для увеличения гидростатического давления текучей среды, протекающей в трубе. Из публикаций US 2008/0219831 и WO 2007/071975 известны утилизаторы энергии, выполненные с возможностью извлекать часть энергии, переносимой текучей средой в трубе. Сущность изобретения Задачей настоящего изобретения является устранение или уменьшение по меньшей мере одного из недостатков уровня техники. Задача решается признаками, раскрытыми в нижеследующем описании и следующей за ним формуле изобретения. Согласно первому аспекту изобретения предлагается устройство для способствования повышению гидростатического давления текучей среды, протекающей в первой трубе, причем повышение гидростатического давления обеспечивается посредством нагнетающего устройства, снабжаемого энергией. Предлагаемое устройство включает утилизатор энергии, выполненный таким образом, чтобы извлекать часть энергии, переносимой текучей средой, протекающей во второй трубе; и механическое или гидравлическое устройство для передачи энергии, выполненное таким образом, чтобы передавать нагнетающему устройству часть энергии, извлеченную утилизатором энергии. Нагнетающее устройство и утилизатор энергии расположены в общем корпусе. Таким образом, часть энергии, переносимой текучей средой во второй трубе, используется для привода нагнетающего устройства. В результате этого нагнетающий двигатель нуждается в подведении лишь такого количества энергии, которое соответствует разности между энергией, требуемой для нагнетания текучей среды до желаемого гидростатического давления, и энергией, подаваемой нагнетающему устройству от утилизатора энергии. Один тип утилизатора энергии, оказавшийся наиболее применимым, - это так называемая турбина,приводимая в действие разностью давлений, такого типа, который описан в норвежских патентахNO 326540 и NO 325981 авторов настоящего изобретения. Эти патенты относятся к устройству, включающему два рабочих колеса. Однако необходимо понимать, что устройство согласно изобретению может иметь лишь одно рабочее колесо. Турбина, приводимая в действие разностью давлений, включающая так называемый лопастной насос, в экспериментах оказалась очень хорошо подходящей для задач настоящего изобретения. Лопастной насос может также служить нагнетающим устройством предлагаемого устройства. Передающее энергию устройство может, например, представлять собой вал, ременную передачу или рабочее колесо, которые обеспечивают более или менее непосредственный контакт между утилизатором энергии и нагнетающим устройством. Далее такие передающие энергию устройства будут называться механическими устройствами для передачи энергии. Гидравлический насос, который по существу является известным, также может служить устройством для передачи энергии, если он соединен с утилизатором энергии. Гидравлический насос гидравлически соединен с гидравлическим двигателем, который по существу известен и выполнен так, чтобы приводить нагнетающее устройство согласно изобретению. Далее такое передающее энергию устройство будет называться гидравлическим устройством для передачи энергии. Гидравлическое устройство для передачи энергии может быть альтернативой механическому, когда последнее не является подходящим или практически возможным, например, ввиду расстояния и/или препятствий между утилизатором энергии и нагнетающим устройством. В одном варианте осуществления жесткий вал, общий для нагнетающего устройства и утилизатора энергии, служит устройством для передачи энергии. Скорость вращения утилизатора энергии будет при этом такой же, что и скорость вращения нагнетающего устройства. Помещение нагнетающего устройства и утилизатора энергии на общий жесткий вал будет наиболее подходящим, когда скорость потока текучей среды в подводящей линии является такой же, как и скорость потока текучей среды в возвратной линии. Энергия, которая, возможно, должна подаваться к нагнетающему устройству от внешнего источника энергии, такого как электрическая сеть, уменьшается приблизительно в соответствии с энергией,передаваемой через жесткий вал от утилизатора энергии. Общий корпус, в котором расположены нагнетающее устройство и утилизатор энергии согласно изобретению, может быть снабжен входом и выходом для первой трубы, входом и выходом для второй трубы и рабочим колесом, общим для первой трубы и второй трубы, причем передающее энергию устройство образовано рабочим колесом. Преимуществом этого является то, что конструкция может быть компактной и механически очень простой. Согласно второму аспекту изобретения, предлагается способ содействия повышению гидростатического давления текучей среды, протекающей в первой трубе, причем повышение гидростатического давления обеспечивается посредством нагнетающего устройства, снабжаемого энергией. По меньшей мере часть энергии для нагнетающего устройства генерируют посредством утилизатора энергии, выполненного так, чтобы извлекать часть энергии, переносимой текучей средой во второй трубе, при этом энергию передают механическим или гидравлическим образом между утилизатором энергии и нагнетающим устройством. Утилизатор энергии и нагнетающее устройство размещают в общем корпусе. Третий аспект изобретения направлен на применение устройства понижения давления, связанного со второй нефтяной скважиной, для привода нагнетающего устройства, связанного с первой нефтяной скважине. Это устройство соответствует утилизатору энергии в первом и втором аспектах изобретения. Согласно третьему аспекту, нагнетающее устройство может питаться энергией лишь от устройства понижения давления. Нагнетающий двигатель, приводимый электрической энергией, в этом случае будет не нужен. Перечень чертежей Далее описаны примеры предпочтительных вариантов осуществления, изображенные на прилагаемых чертежах, на которых: фиг. 1 показывает принципиальную схему берегового питомника водных организмов, в котором морская вода подвергается циркуляции через питомник водных организмов; фиг. 2 показывает принципиальную схему установки, в которой текучая среда подается в технологическую установку из подводящей линии, а две отводящие линии отходят от находящейся ниже по течению стороны технологической установки; фиг. 3 показывает принципиальную схему двух скважин, где устройство согласно изобретению используется совместно с управлением скважиной; фиг. 4 показывает принципиальную схему установки снабжения охлаждающей водой для технологического оборудования, помещенного на борт морской платформы, причем охлаждающая вода нагнетается из моря и подвергается теплообмену с охлаждающей средой на борту платформы, после чего охлаждающая вода возвращается в море; фиг. 5a показывает в более крупном масштабе вид объединенных утилизатора энергии и нагнетающего устройства, расположенных в общем корпусе; и фиг. 5b показывает поперечный разрез по линии А-А из фиг. 5a. Подобные или соответствующие элементы показаны на фигурах одинаковыми позициями. Необходимо понимать, что фигуры представляют собой лишь принципиальные схемы, и что взаимные пропорции между различными элементами могут быть сильно искажены. Любые указания на положение, такие как "под", "над", "более низкий", "более высокий", "правый" и"левый", относятся к положениям, которые различные элементы имеют на прилагаемых фигурах. Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения На фигурах позиция 1 показывает устройство согласно изобретению. Устройство 1 включает нагнетающее устройство 3, соединенное с утилизатором 5 энергии и нагнетающим двигателем 7. Нагнетающее устройство 3 соединено с утилизатором 5 энергии посредством передающего энергию устройства 9,представляющего собой вал 9 в показанном варианте осуществления. Соединение выполнено таким образом, чтобы оно может выборочно разрываться непоказанными,но по существу известными средствами. Оказалось выгодным снабдить передающее энергию устройство 9 муфтой, чтобы за счет этого обеспечить "мягкое" соединение или разъединение между нагнетающим устройством 3 и утилизатором 5 энергии. Устройство 1 на фиг. 1 выполнено таким образом, чтобы нагнетать воду из моря 20 через подводящую линию 22 в емкость 24, размещенную на берегу 25. Емкость 24 может представлять собой искусственный водоем для разведения водных организмов, таких как рыба, двустворчатые моллюски или ракообразные. Для обеспечения возможности обновления воды 26 в емкости 24 последняя снабжена сливной линией 28, проходящей от емкости 24 обратно в море 20. В питомнике водных организмов показанного типа, как правило, вода нагнетается из моря более или менее непрерывно для обеспечения наилучших возможных условий для роста водных организмов в емкости 24. С течением времени количество воды, подводимой в емкость 24 посредством нагнетающего устройства 3 через подводящую линию 22, должно соответствовать количеству воды, сливаемой из емкости 24 через сливную линию 28. Вода, сливаемая из емкости 24, несет энергию. Путем проведения сливаемой воды через утилизатор 5 энергии часть энергии извлекается из сливаемой воды и передается посредством вала 9 нагнетающему устройству 3. Энергия, которая должна подводиться к нагнетающему устройству 3 от нагнетающего двигателя 7, за счет этого уменьшается на величину, соответствующую энергии, подводимой к нагнетающему устройству 3 от утилизатора 5 энергии. На фиг. 2 позиция 24 показывает технологическую установку для получения питьевой воды из морской воды посредством обратного осмоса. Процесс сам по себе должен быть хорошо известен специалисту в данной области и поэтому не будет описываться в настоящем документе. Морская вода нагнетается посредством нагнетающего устройства 3 через линию 22 внутрь технологической установки 24. Расход в линии 22 составляет F1. Морская вода, обработанная в технологической установке 24, вытекает из технологической установки 24 по двум линиям, показанным позициями 28, 28'. Расход в линиях 28, 28' составляет F2 и F3, соответственно, и их сумма соответствует расходу F1 в линии 22. Насос 3 может, например, быть выполнен для создания расхода F1 400 л/с с давлением жидкости 70 бар. Ниже по течению технологической установки 24 расход F2 может, например, составлять 300 л/с с давлением жидкости 70 бар. Расход F3 должен, следовательно, составлять 100 л/с. Давление жидкости,текущей в линии 28', может составлять, например, менее 1 бар. Специалист в данной области должен понимать, что жидкость в линии 28 представляет собой так называемую рапу, в то время как жидкость в линии 28' представляет собой питьевую воду. Нагнетающее устройство 3 должно передавать относительно большие количества энергии морской воде, нагнетаемой внутрь технологической установки 24. В приведенном выше примере жидкость, имеющая расход F2, в линии 28 имеет 75% энергии жидкости, находящейся между нагнетающим устройством 3 и технологической установкой 24. Для использования части энергии жидкости, имеющей расход F2, утилизатор 5 энергии присоединен к линии 28. Утилизатор 5 энергии механически соединен с нагнетающим устройством 3 посредством жесткого вала 9. Энергия, которая должна подводиться к нагнетающему устройству 3 от нагнетающего двигателя 7,уменьшается на величину, соответствующую энергии, подводимой к нагнетающему устройству 3 от утилизатора 5 энергии. На фиг. 3 показана принципиальная схема части первой скважины 22, имеющей первое давлениеPL скважины, и соседней второй скважины 28, имеющей второе давление PH скважины. В этом варианте осуществления второе давление PH скважины является слишком высоким и должно быть уменьшено. Это довольно распространенная ситуация в нефтедобывающей промышленности. Первое давление PL скважины является при этом слишком низким для того, чтобы быть способным поднимать поток скважины вверх к поверхности. Для разрешения этой ситуации имеется необходимость уменьшить вызванное гравитацией падение давления в скважине. В показанном варианте осуществления нагнетающее устройство 3 присоединено к первой скважине 22 для ослабления статического давления от столба текучей среды в первой скважине 22. Вторая скважина 28 снабжена утилизатором 5 энергии. Утилизатор 5 энергии может, например,представлять собой турбину, приводимую в действие разностью давлений, задачей которой является уменьшение давления в скважине ниже по течению утилизатора 5 энергии, что обеспечивается извлечением энергии из потока скважины. Эта энергия передается посредством передающего энергию устройства 9 нагнетающему устройству 3. На фиг. 3 передающее энергию устройство 9 показано в виде жесткого вала. Таким образом, уменьшающее давление устройство, которое присоединено ко второй нефтяной скважине, используется для приведения в движение нагнетающего устройства, присоединенного к первой нефтяной скважине. В качестве альтернативы жесткому валу 9 утилизатор 5 энергии может быть присоединен к преобразователю энергии (не показан), такому как генератор для производства электрической энергии. Электрическая энергия может передаваться через кабель электрическому двигателю, присоединенному к нагнетающему устройству 3. На фиг. 4 показана добывающая платформа, опирающаяся на морское дно 30 посредством опорной конструкции 32. Опорная конструкция 32 проходит от морского дна 30 через морскую поверхность 20 к нижней стороне платформы. Платформа снабжена четырьмя палубами: нижней палубой 34, верхней палубой 36, первой промежуточной палубой 38 и второй промежуточной палубой 38'. На нижней палубе 34, первой промежуточной палубе 38 и верхней палубе 36 помещены все из четырех потребителей охлаждающей воды, все из которых из соображения простоты обозначены позицией 40. Потребители 40 охлаждающей воды могут, например, без ограничения, представлять собой теплообменники, двигатели, лопатки, технологические установки или другое оборудование, от которого необходимо отводить тепло. Для снабжения потребителей 40 охлаждающей воды охлаждающей текучей средой платформа снабжена подводящей линией 22, включающей подводящие контуры 22'. Подводящие контуры 22' соединены с возможностью доставки текучей среды с каждым из потребителей 40 охлаждающей воды таким образом, что охлаждающая вода из подводящей линии 22 подвергается циркуляции через них посредством устройства 1 согласно настоящему изобретению. Устройство 1, показанное на фиг. 4, относится к типу, в котором нагнетающее устройство и утилизатор энергии помещены в общий корпус 53 (см. фиг. 5b), и в котором рабочее колесо служит передающим энергию устройством. Устройство 1 из фиг. 4 показано более подробно на фиг. 5a и, в особенности,на фиг. 5b. Для возможности доставки охлаждающей воды к потребителям 40 задвижка 42 помещена в ту часть подводящей линии 22, которая находится ниже по течению последнего ответвления подводящих контуров 22'. Направление течения охлаждающей воды показано стрелками. Охлаждающая вода, забравшая тепло от потребителей 40, течет в подводящих контурах 22' к возвратной или сливной линии 28. Сливная линия 28 соединена с возможностью доставки текучей среды с утилизатором энергии устройства 1. Кинетическая энергия охлаждающей воды в сливной линии 28, когда эта вода течет через утилизатор энергии, передается через указанное рабочее колесо нагнетающему устройству устройства 1. Энергия, которая должна подводиться от нагнетающего двигателя 7 к нагнетающему устройству устройства 1, за счет этого уменьшается на величину, соответствующую энергии, подводимой к нагнетающему устройству от утилизатора энергии. В концевой части 28' сливной линии 28 охлаждающая вода выходит свободно над морской поверхностью 20. Фиг. 5a показывает вид сбоку устройства 1 согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения, но без возможного нагнетающего двигателя, который может быть присоединен к центрально расположенному валу 61. Фиг. 5b показывает разрез по линии А-А из фиг. 5a. Устройство 1 включает корпус 53, снабженный двумя удаленными друг от друга параллельными каналами 52, 58. Каналы 52, 58 проходят через камеру 55 в корпусе 53. Каналы 52, 58 выполнены с возможностью соединения, например, с подводящей линией 22 и сливной линией 28, соответственно, показанными на фиг. 4. Рабочее колесо 60 с возможностью вращения установлено в камере 55. Рабочее колесо 60 включает центральный вал 61. Барабан 63, снабженный шестью лопатками 65, охватывает вал 61. Лопатки 65 выполнены таким образом, чтобы они могли смещаться в лопаточной камере 66, сформированной в барабане 63, в направлении к валу 61 и от вала 61 рабочего колеса 60. Назначением смещаемых лопаток 65,среди прочего, является обеспечение двух по существу отдельных частей камеры для ограничения тем самым утечки через камеру 55 текучей среды в каналах 52, 58. Перемещение и направление лопаток 65 через каналы 52, 58 может контролироваться по существу известным способом, например, как предлагается в документе NO 20092085 автора настоящей заявки. Для обеспечения расхода F1 в канале 52 рабочее колесо 60 должно снабжаться энергией для его приведения во вращение R. Рабочее колесо 60 за счет этого приводит в движение текучую среду через канал 52 и далее, например, в подводящую линию 22, показанную на фиг. 4. Текучая среда, имеющая расход F2, проходящая через канал 58 из, например, сливной линии 28,показанной на фиг. 4, будет способствовать вращению рабочего колеса 60. Энергия, которая должна подводиться к рабочему колесу 60 от двигателя 7 (см., например, фиг. 4) для обеспечения желаемого расхода и увеличения гидростатического давления, за счет этого уменьшается в соответствии с количеством энергии, подводимой к рабочему колесу текучей средой, имеющей расход F2. Настоящее изобретение, таким образом, предлагает устройство, которое простым способом может содействовать повышению гидростатического давления текучей среды в первой трубе, посредством устройства, использующего энергию, присутствующую во второй трубе. Устройство согласно изобретению является простым и может с легкостью быть интегрировано в уже существующие трубопроводные системы, а также в новые трубопроводные системы. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Устройство (1) для повышения гидростатического давления текучей среды, протекающей в первой трубе (22), причем повышение гидростатического давления обеспечивается посредством снабжаемого энергией нагнетающего устройства (3), содержащее утилизатор (5) энергии, выполненный с возможностью извлечения части энергии, переносимой текучей средой, протекающей во второй трубе (28); и механическое или гидравлическое устройство (9) для передачи энергии, выполненное с возможностью передачи нагнетающему устройству (3) части энергии, извлеченной утилизатором (5) энергии, отличающееся тем, что нагнетающее устройство и утилизатор (5) энергии расположены в общем корпусе (53), который снабжен входом и выходом для первой трубы (22), входом и выходом для второй трубы (28) и рабочим колесом (60), общим для первой трубы (22) и второй трубы (28), причем устройство (9, 60) для передачи энергии образовано рабочим колесом (60), причем указанные входы и выходы для первой и второй трубы расположены в общей по отношению к ним радиальной плоскости рабочего колеса (60). 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что утилизатор (5) энергии представляет собой турбину,приводимую в действие разностью объемных давлений. 3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что устройство (9) для передачи энергии представляет собой одно из или комбинацию следующих устройств: вал; ременная передача; рабочее колесо; гидравлическая трансмиссия. 4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что первая труба (22) расположена выше по потоку относительно технологической установки (24) для обратного осмоса, а вторая труба (28) расположена ниже по потоку относительно технологической установки (24). 5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что первая труба (22) расположена выше по потоку относительно емкости (24) для жидкости, предназначенной для содержания водных организмов в береговом питомнике водных организмов, а вторая труба (28) представляет собой сливную трубу для указанной емкости (24). 6. Устройство по п.1, отличающееся тем, что первая труба (22) представляет собой подводящую трубу для охлаждающей воды, предназначенной для технологической установки (40), а вторая труба (28) представляет собой отводящую трубу для охлаждающей воды. 7. Устройство по п.1, отличающееся тем, что нагнетающее устройство (3) выполнено в соединении с первой скважиной (22), имеющей текучую среду с первым давлением скважины, а утилизатор (5) энергии выполнен в соединении со второй скважиной (28), имеющей текучую среду со вторым давлением скважины, причем первое давление скважины меньше, чем второе давление скважины. 8. Способ повышения гидростатического давления текучей среды, протекающей в первой трубе (22) с использованием устройства по п.1, причем повышение гидростатического давления обеспечивают посредством снабжаемого энергией нагнетающего устройства (3), при этом по меньшей мере часть энергии для нагнетающего устройства (3) генерируют посредством утилизатора (5) энергии, выполненного с возможностью извлечения части энергии, переносимой текучей средой, протекающей во второй трубе (28),и обеспечивают передачу энергии механическим или гидравлическим образом между утилизатором (5) энергии и нагнетающим устройством (3).