泵設(shè)備及水下溝槽挖掘設(shè)備的制作方法
【專利摘要】一種泵設(shè)備，其包括：具有相對(duì)低壓的流體輸入口和相對(duì)高壓的流體輸出口的主泵，以及與所述主泵的流體輸入口相關(guān)聯(lián)的裝置，在環(huán)境壓力基本上不足以防止所述主泵氣蝕時(shí)，所述裝置能操作以局部地增加所述主泵的流體輸入口的壓力。
【專利說(shuō)明】泵設(shè)備及水下溝槽挖掘設(shè)備
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種泵設(shè)備，更具體地說(shuō)，涉及一種配置成在淺水中產(chǎn)生高壓水輸出的泵設(shè)備。本發(fā)明的泵設(shè)備特別適用于采用噴射工具切割海底溝槽的設(shè)備。例如，這種溝槽在將管道或電纜埋入海床時(shí)是必須的。
【背景技術(shù)】
[0002]眾所周知，溝槽切割設(shè)備在海底環(huán)境中使用高壓水噴射流來(lái)形成溝槽。直到最近，這種溝槽切割設(shè)備才主要用于相對(duì)地深的水中。然而，在較淺水的環(huán)境中使用溝槽切割設(shè)備的需求在不斷增加。在淺水中使用噴射工具存在一些問(wèn)題。
[0003]為了向噴射工具的出口提供高壓水，用泵從在噴射工具周圍的環(huán)境抽水。通常使泵浸沒(méi)在水中并且相對(duì)地靠近高壓出口。例如，可以方便地將泵安裝到水下溝槽切割機(jī)動(dòng)裝置的主體。在這類應(yīng)用中，優(yōu)選地采用諸如多級(jí)軸流泵和混合軸流泵的高比轉(zhuǎn)數(shù)泵，因?yàn)檫@種泵的大小和重量通常較諸如離心式泵的低比轉(zhuǎn)數(shù)泵的小。
[0004]高比轉(zhuǎn)數(shù)泵的高進(jìn)水流量具有能夠降低在泵的進(jìn)水側(cè)中的環(huán)境流體壓力的效果。這在深水環(huán)境中是可接受的，但是在淺水環(huán)境中，環(huán)境壓力的減少足以導(dǎo)致泵氣蝕。眾所周知，氣蝕可能降低泵的性能和減少使用壽命。
[0005]解決在淺水中產(chǎn)生氣蝕問(wèn)題的一個(gè)建議方案是在主泵的上游安裝輔助泵，該輔助泵提供低壓和高流量。例如，可以將這種輔助泵安裝在溝槽挖掘機(jī)動(dòng)裝置上或在服務(wù)船上或在岸上。然而，這是不方便的，并且增加了整個(gè)設(shè)備的復(fù)雜性。還有可能使用低比轉(zhuǎn)數(shù)泵作為輔助泵，然而，如上所述，這種泵的重量較大并且比較昂貴。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是避免或減輕上述問(wèn)題以及提供一種特別用于溝槽切割設(shè)備的噴射工具的泵設(shè)備，所述泵設(shè)備適合于在較淺水中使用，并且能夠減小或避免產(chǎn)生氣蝕問(wèn)題。
[0007]根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供了一種泵設(shè)備，所述泵設(shè)備包括具有相對(duì)低壓的流體輸入口和相對(duì)高壓的流體輸出口的主泵，以及與所述主泵的流體輸入口相關(guān)聯(lián)的裝置，在環(huán)境壓力基本上不足以防止主泵氣蝕時(shí)，所述裝置能操作以局部地增加所述主泵的流體輸入口的壓力。
[0008]在優(yōu)選的實(shí)施例中，所述能操作以局部地增加所述流體輸入口的壓力的裝置是噴射泵。
[0009]優(yōu)選地，噴射泵具有輸入口和輸出口，該輸入口與主泵的高壓輸出口流體連通，并且該輸出口與主泵的輸入口流體連通。
[0010]優(yōu)選地，泵設(shè)備進(jìn)一步包括隔離器，該隔離器能操作以將噴射泵與主泵的高壓輸出口隔離。
[0011]優(yōu)選地，主泵包括一個(gè)或多個(gè)設(shè)在高壓流體輸出口的上游的可控限流閥，所述閥具有限流狀態(tài)和非限流狀態(tài)。與非限流狀態(tài)相比，所述限流狀態(tài)操作上減少流入主泵的輸入口流量并且增加主泵的流體輸出口的排出壓力。
[0012]根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供了一種在淺水中操作的水下溝槽挖掘設(shè)備，該設(shè)備包括溝槽切割高壓噴射工具；主泵，該主泵具有相對(duì)高壓的流體輸出口和相對(duì)低壓的流體輸入口，其中所述流體輸出口與所述噴射工具流體連通；以及與所述主泵的流體輸入口相關(guān)聯(lián)的裝置，在環(huán)境壓力不足以防止主泵氣蝕時(shí)，所述裝置能操作以局部地增加所述主泵的流體輸入口的壓力。
[0013]在所述第二方面的優(yōu)選的實(shí)施例中，所述能操作以局部地增加所述流體輸入口的壓力的裝置是噴射泵。
[0014]優(yōu)選地，在這第二方面中，噴射泵具有輸入口和輸出口，該輸入口與主泵的高壓輸出口流體連通，并且該輸出口與主泵的輸入口流體連通。
[0015]優(yōu)選地，水下溝槽挖掘設(shè)備進(jìn)一步包括隔離器，該隔離器能操作以將噴射泵與主泵的高壓輸出口隔離，所述隔離器能在環(huán)境壓力基本上足以防止主泵氣蝕時(shí)進(jìn)行操作。
[0016]優(yōu)選地，在這第二方面中，主泵包括一個(gè)或多個(gè)設(shè)在高壓流體輸出口的上游的可控限流閥，所述閥具有限流狀態(tài)和非限流狀態(tài)。與非限流狀態(tài)相比，所述限流狀態(tài)操作上減少流入主泵的輸入口流量并且增加主泵的流體輸出口的排出壓力。
[0017]根據(jù)本發(fā)明的第三方面，提供了 一種在淺水中操作的水下溝槽挖掘設(shè)備的操作方法，該設(shè)備包括溝槽切割高壓噴射工具和主泵，該主泵具有相對(duì)高壓的流體輸出口和相對(duì)低壓的流體輸入口，其中該流體輸出口與所述噴射工具流體連通，該方法包括在環(huán)境壓力基本上不足以防止主泵氣蝕時(shí)，局部地增加所述主泵的流體輸入口的壓力。
[0018]優(yōu)選地，局部地增加在所述流體輸入口的壓力的步驟包括使用與所述流體輸入口流體連通的噴射泵。
[0019]優(yōu)選地，噴射泵具有輸入口和輸出口，該輸入口與主泵的高壓輸出口流體連通，并且該輸出口與主泵的輸入口流體連通。
[0020]在優(yōu)選的實(shí)施例中，所述方法進(jìn)一步包括在環(huán)境壓力基本上足以防止主泵氣蝕時(shí)將噴射泵與主泵的高壓輸出口隔離。
[0021]優(yōu)選地，主泵包括一個(gè)或多個(gè)設(shè)在高壓流體輸出口的上游的可控限流閥，所述閥具有限流狀態(tài)和非限流狀態(tài)，與非限流狀態(tài)相比，所述限流狀態(tài)操作上減少流入主泵的輸入口流量并且增加在主泵的流體輸出口的排出壓力。所述方法包括在環(huán)境壓力基本上不足以防止氣蝕時(shí)初始啟動(dòng)主泵后，使一個(gè)或多個(gè)限流閥采用限流狀態(tài)，當(dāng)在主泵的流體輸入口的壓力到達(dá)預(yù)定的閾值時(shí)，使一個(gè)或多個(gè)限流閥采用非限流狀態(tài)。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0022]以下將參照附圖及僅通過(guò)示例的方式對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例作進(jìn)一步敘述，其中:
[0023]圖1是根據(jù)本發(fā)明的泵設(shè)備的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0024]現(xiàn)參考附圖，根據(jù)本發(fā)明的泵設(shè)備10包括主泵20和噴射泵50。主泵20是高比轉(zhuǎn)數(shù)泵，諸如多級(jí)軸流泵或混合軸流泵。
[0025]在所示出的實(shí)施例中，可以看到主泵20包括主泵電動(dòng)機(jī)22、主泵輸入口 24、以及排出歧管或輸出口 26。主泵的輸出口 26經(jīng)由管線64和66與噴射工具70連通。具體地說(shuō)，主泵20經(jīng)由管線64、66向噴射工具70供應(yīng)高壓水，從噴射工具70的一個(gè)或多個(gè)噴嘴噴出的水用于在海床中切割溝槽。
[0026]噴射泵本身是業(yè)內(nèi)已知的，合適的噴射泵的結(jié)構(gòu)為本領(lǐng)域的技術(shù)人員所熟知。圖1中的噴射泵50具有主入水口，該主入水口經(jīng)由管線60連接至進(jìn)水口 52。進(jìn)水口 52可以有益地包括過(guò)濾器或類似裝置，以防止抽入可能在水中的任何碎屑。噴射泵50的輸出口經(jīng)由管線68連接到主泵20的輸入口 24。噴射泵50的動(dòng)力流體輸入口經(jīng)由管線62與主泵20的高壓輸出口 26流體連通。
[0027]管線62內(nèi)包括隔離閥30，可以通過(guò)該隔離閥使噴射泵50與主泵的輸出口 26隔離。即在隔離閥30的隔離狀態(tài)下，從主泵的輸出口 26至噴射泵50的動(dòng)力流體的流動(dòng)被中斷。
[0028]連接至主泵的輸出口 26的管線64與一個(gè)或多個(gè)節(jié)流閥40 (限流閥)流體連通。連接至一個(gè)或多個(gè)節(jié)流閥40的管線66與噴射工具70連通。因此，噴射工具70從主泵20的輸出口 26接收高壓水。
[0029]一個(gè)或多個(gè)節(jié)流閥40是可控制的，諸如通過(guò)致動(dòng)器42可選擇地采用節(jié)流(限流)狀態(tài)或非節(jié)流(非限流)狀態(tài)。
[0030]在操作中，主泵20是浸沒(méi)在水中。例如，可以將主泵20安裝在溝槽挖掘設(shè)備的主體上。在常規(guī)的深水操作中，如果主泵20有很少或沒(méi)有氣蝕的危險(xiǎn)時(shí)，可以關(guān)閉隔離閥30，使得噴射泵50不與主泵20的輸出口 26流體連通。在這種情況下，主泵20的輸入口 24在周圍的水的環(huán)境壓力接收流體(即浸沒(méi)主泵20的水)。應(yīng)當(dāng)注意的是，即使當(dāng)噴射泵50沒(méi)有進(jìn)行操作(因?yàn)楦綦x閥30是關(guān)閉的)，噴射泵仍然允許水流入主泵的輸入口 24。在深水操作中，主泵20附近的水壓是足夠高以避免泵氣蝕。在深水環(huán)境中使噴射泵50與主泵50的輸出口 26隔離有利于增加在這種環(huán)境下的泵設(shè)備的效率。
[0031]然而，在淺水環(huán)境中，主泵20附近的水的環(huán)境壓力可能不足以防止泵氣蝕。
[0032]本發(fā)明的泵設(shè)備10在淺水環(huán)境中操作時(shí)，隔離閥30是開啟的。因此，噴射泵50經(jīng)由管線62與主泵20的高壓輸出口 26連通。即輸出口 26的部分輸出流經(jīng)由管線62轉(zhuǎn)移到噴射泵50。由噴射泵50經(jīng)由管線62接收的高壓水流形成用于噴射泵50的動(dòng)力流體。因此，在這種操作狀態(tài)下，將在主泵20的輸入口 24接收到的水的局部壓力增加到能夠降低或消除泵氣蝕的可能性的程度。
[0033]隔離閥30可以手動(dòng)操作，或者可以由致動(dòng)器30A操作。當(dāng)泵設(shè)備10僅在淺水環(huán)境中進(jìn)行操作時(shí)，不需要隔離閥30。
[0034]在操作條件下，本發(fā)明的泵設(shè)備10在操作狀態(tài)時(shí)可以從淺水環(huán)境移動(dòng)到深水環(huán)境，或反之亦然。在從淺水環(huán)境移動(dòng)到深水環(huán)境的過(guò)程中，當(dāng)主泵20附近的水足夠深而使得泵20氣蝕的風(fēng)險(xiǎn)足夠低時(shí)，可以關(guān)閉閥30。
[0035]相反地，在從深水環(huán)境移動(dòng)到淺水環(huán)境的過(guò)程中，當(dāng)主泵20附近的水仍然足夠深而使得泵20氣蝕的風(fēng)險(xiǎn)足夠低時(shí)，可以開啟閥30，即在水深變得太淺之前存在明顯的氣蝕風(fēng)險(xiǎn)。
[0036]在這種情況下，無(wú)論是從深水環(huán)境轉(zhuǎn)移到淺水環(huán)境，或者是從淺水環(huán)境轉(zhuǎn)移到深水環(huán)境，都不需要中斷主泵20的操作。[0037]當(dāng)根據(jù)本發(fā)明的泵設(shè)備10在深水環(huán)境中(從靜止?fàn)顟B(tài))啟動(dòng)時(shí)，可以在主泵開始進(jìn)行操作之前將隔離閥30設(shè)置到關(guān)閉位置。
[0038]當(dāng)根據(jù)本發(fā)明的泵設(shè)備10在淺水環(huán)境中(從靜止?fàn)顟B(tài))啟動(dòng)時(shí)，必須在操作的初始階段采取措施以防止氣蝕，即在噴射泵50有效地為主泵的輸入口 24提高輸入壓力之前。為此，主泵20的輸出口 26經(jīng)由管線64與一個(gè)或多個(gè)節(jié)流閥40連通，其中該節(jié)流閥可選擇地采用節(jié)流狀態(tài)或非節(jié)流狀態(tài)。為了在淺水環(huán)境中開啟泵設(shè)備10，可以例如通過(guò)致動(dòng)器42將一個(gè)或多個(gè)閥40設(shè)置到節(jié)流狀態(tài)。將一個(gè)或多個(gè)閥40設(shè)置在節(jié)流狀態(tài)具有減少流入主泵20的輸入口流量并增加在主泵的輸出口 26的排出壓力的效果。因而避免了或至少顯著地降低了氣蝕的可能性。噴射泵50經(jīng)由管線62接收高壓輸入(因?yàn)楦綦x閥30是開啟的)，并且因此增加了在主泵的輸入口 24的壓力，這再次降低了氣蝕的可能性。然后，可以開啟一個(gè)或多個(gè)節(jié)流閥40，并且使泵設(shè)備10處于它的全操作狀態(tài)。
[0039]在一些實(shí)施例中，根據(jù)本發(fā)明的泵設(shè)備10包括多個(gè)閥40。在這些實(shí)施例中，多個(gè)閥40中的每一個(gè)都可以獨(dú)立地與在噴射工具70上的多個(gè)噴嘴連通。每一個(gè)閥40均可以獨(dú)立地采用如上所述的節(jié)流狀態(tài)及非節(jié)流狀態(tài)。有利地，使用在噴射工具70上的多個(gè)噴嘴和多個(gè)閥40的結(jié)合來(lái)使從噴射工具70噴出的流體的壓力的任何減少最小化。因此，在噴射工具70上的每一個(gè)噴嘴可以從單獨(dú)的閥40接收流體以確保在噴射工具70的噴嘴處而非在閥40處減壓。在這種實(shí)施例中的泵設(shè)備10的效率能夠通過(guò)每一采用完全開啟位置或完全關(guān)閉位置的閥40而最優(yōu)化。
[0040]在一些實(shí)施例中，根據(jù)本發(fā)明的泵設(shè)備10的組件能夠以不同的速度進(jìn)行操作以進(jìn)一步降低氣蝕的風(fēng)險(xiǎn)。因此，主泵20可以包括變速驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。因而，當(dāng)根據(jù)本發(fā)明的泵設(shè)備10在淺水環(huán)境中(從靜止?fàn)顟B(tài))啟動(dòng)時(shí)，可以將主泵20設(shè)置成減速，以降低在操作的初始階段發(fā)生氣蝕的風(fēng)險(xiǎn)。
[0041]在說(shuō)明書的敘述部分和權(quán)利要求書中所使用的術(shù)語(yǔ)“包括”和“包含”以及它們的變型意味著“包括但不僅限于”，并且它們并不打算(也不會(huì))排除其它部分、附加物、組件、整體或步驟。在說(shuō)明書的敘述部分和權(quán)利要求書中，除非文義另有所指，否則單數(shù)形式包含了復(fù)數(shù)形式。具體地說(shuō)，當(dāng)使用不定冠詞時(shí)，本說(shuō)明書應(yīng)當(dāng)理解為包括復(fù)數(shù)和單數(shù)，除非文義另有所指。
[0042]與本發(fā)明的一種特定方面、實(shí)施例或例子聯(lián)合敘述的特征、整體、特性、混合物、化學(xué)部分或基團(tuán)應(yīng)當(dāng)被理解為適用于本文所述的任何其它方面、實(shí)施例或例子，除非它們與這些其它方面、實(shí)施例或例子不相符。在本說(shuō)明書(包括任何附隨的權(quán)利要求書、摘要和附圖)中揭示的所有特征和/或已公開的任何方法或加工的所有步驟，可以以任何組合方式進(jìn)行組合，除非至少一些這樣的特征和/或步驟的組合是互斥的。本發(fā)明不受限制于任何前述實(shí)施例的細(xì)節(jié)。本發(fā)明延伸至在本說(shuō)明書(包括任何附隨的權(quán)利要求書、摘要和附圖)中揭示的任何一個(gè)新穎的特征或多個(gè)特征的任何新穎的組合，或者是所揭示的任何一個(gè)新穎的方法或加工的步驟或多個(gè)方法或加工的步驟的任何新穎的組合。
[0043]讀者應(yīng)當(dāng)注意的是與本申請(qǐng)相關(guān)的說(shuō)明書同時(shí)或在此之前公布的所有論文和文獻(xiàn)，它們與本說(shuō)明書都開放于供公眾查閱，所有這些論文和文獻(xiàn)的內(nèi)容均納入本發(fā)明作為參考。
【權(quán)利要求】
1.一種泵設(shè)備，其包括:具有相對(duì)低壓的流體輸入口和相對(duì)高壓的流體輸出口的主泵，以及與所述主泵的流體輸入口相關(guān)聯(lián)的裝置，在環(huán)境壓力基本上不足以防止所述主泵氣蝕時(shí)，所述裝置能操作以局部地增加所述主泵的流體輸入口的壓力。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的泵設(shè)備，其特征在于:所述能操作以局部地增加所述流體輸入口的壓力的裝置是噴射泵。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的泵設(shè)備，其特征在于:所述噴射泵具有輸入口和輸出口，所述輸入口與所述主泵的高壓輸出口流體連通，并且所述輸出口與所述主泵的輸入口流體連通。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的泵設(shè)備，其特征在于:所述泵設(shè)備進(jìn)一步包括隔離器，所述隔離器能操作以將所述噴射泵與所述主泵的高壓輸出口隔離。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的泵設(shè)備，其特征在于:所述主泵包括一個(gè)或多個(gè)設(shè)在所述高壓流體輸出口的上游的可控限流閥，所述閥具有限流狀態(tài)和非限流狀態(tài)，與所述非限流狀態(tài)相比，所述限流狀態(tài)操作上減少流入所述主泵的輸入口流量并且增加所述主泵的流體輸出口的排出壓力。
6.一種在淺水中操作的水下溝槽挖掘設(shè)備，所述設(shè)備包括溝槽切割高壓噴射工具；主泵，所述主泵具有相對(duì)高壓的流體輸出口和相對(duì)低壓的流體輸入口，其中所述流體輸出口與所述噴射工具流體連通；以及與所述主泵的流體輸入口相關(guān)聯(lián)的裝置，在環(huán)境壓力基本上不足以防止所述主泵氣蝕時(shí)，所述裝置能操作以局部地增加在所述主泵的流體輸入口的壓力。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的水下溝槽挖掘設(shè)備，其特征在于:所述能操作以局部地增加在所述流體輸入口的壓力的裝置是噴射泵。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的水下溝槽挖掘設(shè)備，其特征在于:所述噴射泵具有輸入口和輸出口，所述輸入口與所述主泵的高壓輸出口流體連通，并且所述輸出口與所述主泵的輸入口流體連通。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的水下溝槽挖掘設(shè)備，其特征在于:所述水下溝槽挖掘設(shè)備進(jìn)一步包括隔離器，所述隔離器能操作以將所述噴射泵與所述主泵的高壓輸出口隔離，所述隔離器能在環(huán)境壓力基本上足以防止所述主泵氣蝕時(shí)進(jìn)行操作。
10.根據(jù)權(quán)利要求6至9中任一項(xiàng)所述的水下溝槽挖掘設(shè)備，其特征在于:所述主泵包括一個(gè)或多個(gè)設(shè)在所述高壓流體輸出口的上游的可控限流閥，所述閥具有限流狀態(tài)和非限流狀態(tài)，與所述非限流狀態(tài)相比，所述限流狀態(tài)操作上減少流入所述主泵的輸入口流量并且增加所述主泵的流體輸出口的排出壓力。
11.一種在淺水中操作的水下溝槽挖掘設(shè)備的操作方法，所述設(shè)備包括溝槽切割高壓噴射工具和主泵，所述主泵具有相對(duì)高壓的流體輸出口和相對(duì)低壓的流體輸入口，其中所述流體輸出口與所述噴射工具流體連通，所述方法包括在環(huán)境壓力基本上不足以防止所述主泵氣蝕時(shí)，局部地增加所述主泵的流體輸入口的壓力。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于:所述方法包括采用噴射泵來(lái)局部地增加所述流體輸入口的壓力，其中所述噴射泵與所述流體輸入口流體連通。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于:所述噴射泵具有輸入口和輸出口，所述輸入口與所述主泵的高壓輸出口流體連通，并且所述輸出口與所述主泵的輸入口流體連通。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于:所述方法進(jìn)一步包括在環(huán)境壓力基本上足以防止所述主泵氣蝕時(shí)將所述噴射泵與所述主泵的高壓輸出口隔離。
15.根據(jù)權(quán)利要求11至13中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于:所述主泵包括一個(gè)或多個(gè)設(shè)在所述高壓流體輸出口的上游的可控限流閥，所述閥具有限流狀態(tài)和非限流狀態(tài)，與所述非限流狀態(tài)相比，所述限流狀態(tài)操作上減少流入所述主泵的輸入口流量并且增加所述主泵的流體輸出口的排出壓力，所述方法包括在環(huán)境壓力基本上不足以防止所述主泵氣蝕時(shí)初始啟動(dòng)所述主泵后，使所述一個(gè)或多個(gè)限流閥采用所述限流狀態(tài)，當(dāng)在所述主泵的流體輸入口的壓力到達(dá)預(yù)定的閾值時(shí)，使所述一個(gè)或多個(gè)限流閥采用所述非限流狀態(tài)。
【文檔編號(hào)】E02F3/92GK104024636SQ201280065387
【公開日】2014年9月3日 申請(qǐng)日期:2012年12月21日 優(yōu)先權(quán)日:2011年12月22日
【發(fā)明者】J·R·曼徹斯特 申請(qǐng)人:Ihc工程貿(mào)易有限公司