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Límites del Hidráulico-Sistema del empuje de los mares profundos

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Las industrias amplían esfuerzos en el terreno submarino para adquirir los recursos vitales necesarios para cubrir demanda global

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¿Más de dos tercios de la tierra? la superficie de s es cubierta por el agua, y muchos recursos potenciales con esas profundidades aguardan la exploración y el desarrollo. Las industrias implicadas en esta nueva frontera incluyen la explotación minera, aceite y gas, infraestructura, generación de la energía, y ciencia natural.

Estas actividades todas implican el complejo y altamente - los sistemas técnicos. ¿Muchas de ellas? ¿particularmente ésos se realizaron debajo del mar? ¿superficie de s? utilice un arsenal amplio de sistemas electrohidráulicos para bajar y para levantar el equipo al fondo del mar, alejado-funcione los sistemas submarinos, y supervise permanentemente los sistemas emplazados (e.g., los manantiales del petróleo o los cables de las comunicaciones).

Tal equipo hidráulico se asume a menudo para ser diseñado y para ser dirigido específicamente usando los materiales especiales para la operación bajo las altas presiones y condiciones corrosivas de diversas profundidades del mar. Sin embargo, con el suficiente arreglo para requisitos particulares, muchos sistemas hydráulicos estándar diseñaron para el uso superficial pueden funcionar eficazmente en este ambiente exigente.

En última instancia, la operación de cualquier sistema hydráulico requiere el aislamiento del circuito hidráulico de ambientes externos y controlar el líquido para realizar el trabajo. Los principios son iguales; por lo tanto, los principios de diseño para simplemente la llamada submarina para considerar condiciones adicionales.

Comparación de requisitos submarinos

La selección de la mejor solución para un uso dado requiere la comprensión de cómo las diversas profundidades de agua submarinas afectan el sistema hydráulico. Los análisis usados en la exploración de aceite y de gas suministran un sistema eficaz de pautas.

En las profundidades a 1.000 pies (305 m), componentes deben funcionar en agua salada, pero no en perceptiblemente presiones del apogeo. El equipo es relativamente fácil de funcionar, puso en el lugar, y recupera. Sin embargo, la luz del sol puede penetrar hasta 200 m, así promoviendo el crecimiento de la vida de mar sobre la superficie del equipo. Esto se debe descomponer en factores en diseños de componentes tales como barras de pistón en cilindros hidráulicos.

Con profundidades a partir del 1.000 a 6.000 pies (305 a 1.830 m), presión hidrostática se convierte en una preocupación importante. La presión de agua aumenta cerca de 1 barra (14.5 PSI) para cada 10 m de profundidad. Por lo tanto, en 5.000 m (16.400 pies), la presión ambiente será la barra 500 (7.250 PSI). En estas profundidades, todo el trabajo se hace con los sistemas teledirigidos y las robustezas submarinas, tales como vehículos funcionados alejados (ROVs) y vehículos subacuáticos autónomos (AUVs).

Los componentes expuestos a estas altas presiones de agua externas pueden requerir características del diseño especiales, tales como remuneración de la presión o modificaciones estructurales. Estas profundidades se encuentran típicamente lejos de orilla, requiriendo las plataformas o las naves y las plataformas flotantes, que crean desafíos adicionales.

¿Aparte de militares y de buques oceanográficos, allí? ¿s poca experiencia con el equipo submarino en agua ultra-profunda? a partir 6.000 a 35.800 pies (1.830 a 10.900 m). Mientras que las profundidades aumentan, incluso la ingeniería del levantamiento y de la construcción del equipo de la correa debe cambiar para acomodar las dimensiones y el peso de los sistemas mientras que aumentan con la profundidad de agua. Además, las condiciones del océano llegan a ser más ásperas, por ejemplo el tamaño de ondas o de las fuerzas causadas por las corrientes marítimas.

Robótica: El Enabler submarino

Porque los zambullidores no pueden funcionar más allá de una profundidad de 100 m, el bulto de actividades submarinas se debe realizar por ROVs y AUVs, los sistemas complejos que utilizan subsistemas electromecánicos y electrohidráulicos extensos para lograr tareas. ¿Aunque sus profundidades operacionales pueden estar en cualquier gama, las robustezas aren típicamente? t se sumergió por largos periodos del tiempo. ¿Sin embargo, él? s crítico están listos cuando están necesitados, y si funcionan incorrectamente, el tiempo muerto se debe guardar a un mínimo.

Las ventajas de impulsiones hidráulicas salen a luz realmente en estas máquinas: Son de gran alcance, compactas, exactas, inteligentes, y rugosas, proporcionando densidad de energía excelente y la flexibilidad diestra para una amplia gama de tareas. Que los reveladores dicho, de ROV y de AUV continúan buscando un funcionamiento y una confiabilidad más sofisticados de estos sistemas electrohidráulicos integrados.

Requisitos de diseño submarinos

El crecimiento acertado de muchos usos submarinos depende de cuánto tiempo el equipo se puede desplegar confiablemente y con seguridad y funcionado sin requerir excesivamente la ingeniería costosa, el funcionamiento, y costes de la reparación. ¿Algunos costes incorporados para el trabajo submarino son inevitables? equipo de funcionamiento en una distancia con los dispositivos alejados, y ocuparse de la presión de agua, de corrientes, y de condiciones externas de la corrosión. El planeamiento cuidadoso y una buena voluntad de integrar principios de diseño elegantes en sistemas hydráulicos submarinos permiten productivamente lograr estas metas.

La remuneración de la presión es útil en cualquier sistema que funcione bajo el agua. ¿Él? s usado para guardar la presión entre el ambiente externo (agua de mar) y el constante del depósito, porque los sellos se diseñan típicamente para una gota de presión limitada en una dirección particular. La mayoría de los componentes fácilmente disponibles fueron diseñados para la operación en ambientes superficiales normales. Casi todas las máquinas tienen las superficies de lacre u otras piezas que no pueden soportar altas presiones externas submarinas o gotas de presión severas.

Aunque sea complicado y costoso, una opción sea sellar componentes piezosensibles dentro de un compartimiento protector. Esto implica generalmente un envase con la construcción rígida y los sellos resistentes para soportar las altas presiones externas. Una solución más eficaz, sin embargo, es remuneración de la presión. ¿Con esta técnica, una presión se aplica dentro del componente eso? igual de s y frente a la presión ambiente afuera.

Las capas del arma y de la cobalto-aleación del combustible del oxígeno de la alta velocidad (HVOF) aplicadas vía la soldadura al arco de plasma son dos tipos de capa en los cuales mejore las características tribológicas de las barras de pistón subacuático-limitan los cilindros hidráulicos grandes.

En un sistema hydráulico típico, el depósito estándar se substituye por un depósito sellado que contiene un separador medio flexible. Por lo tanto, las transferencias de la presión del ambiente externo al depósito, apenas como sistema superficial normal tienen la presión de aire externa encima del aceite en el depósito. La diferencia es que evita que el agua de mar se mezcle con el aceite.

Este sistema listo permite cualquier componente usado en la superficie para ser submarino usado, mientras todos los volúmenes que contienen normalmente el aire se puedan desocupar del aire llenado del líquido y conectado con el depósito para mantener el equilibrio de la presión.

Protección contra y lacre la corrosión

Las máquinas costa afuera tienen típicamente un sello, superficie de lacre, agua de mar, y cierto otro medio en contacto y obrar recíprocamente con uno a. El estudio de estos artículos se conoce como tribología. El conocimiento de esto es crítico para los diseñadores de sistema, al agua de mar de la subsistencia fuera de un sistema y guarda el líquido hidráulico adentro. En los cilindros hidráulicos grandes, por ejemplo, mantener la integridad de la barra de pistón, que se expone rutinario a las condiciones ambientales en funcionamiento, es esencial para mantener la vida útil de largo plazo del sistema.

No importa qué el uso, aunque, el diseño del hidráulico-cilindro implica siempre una interacción entre los sellos, el líquido, y la superficie material. ¿El cilindro? la superficie de la barra de pistón de s necesita una capa apropiada proporcionar una base buena y durable para su sistema tribológico. Los avances importantes han ocurrido en tecnologías de la capa del cilindro, incluyendo los sistemas metálicos/del metal de la mezcla aplicados con las capas del combustible (HVOF) o de la cobalto-aleación del oxígeno de la alta velocidad aplicadas vía la soldadura al arco de plasma.

Diseño para la seguridad y la confiabilidad

El equipo dirigido para los usos submarinos debe proteger la gente y el ambiente del océano contra cualquier daño. Para el agua profunda y las operaciones de agua ultra-profundas, los operadores superficiales necesitan la protección contra faltas de equipo durante el ciclo vital entero del sistema submarino.

Este múltiple de la válvula es un ejemplo de empaquetar eso adapta las válvulas electrohidráulicas de otra manera estándar para el uso en la presión ambiente extrema, ambiente altamente corrosivo encontrado en usos de alta mar.

Las operaciones submarinas se realizan en ambientalmente áreas delicadas. La mayoría de los sistemas hydráulicos deben adherirse a los estándares de seguridad específicos, tales como operación a prueba de averías. Por lo tanto, si se corta la fuente de alimentación, este principio del de-avivamiento hace el sistema hydráulico cambiar de puesto automáticamente a una posición segura. Estos principios de gravamen de riesgo y de seguridad funcional se han establecido con estándares internacionales tales como ISO 12100, ISO 13849, e ISO 4413.

La confiabilidad del equipo submarino con un curso de la vida proyectado de 30 años, funcionando en un ambiente tan áspero, representa uno de los desafíos más grandes para la industria hoy. El diseño confiable del hidráulico-sistema para los usos submarinos puede aplicar diversos acercamientos al mismo tiempo:

¿? Del uso componentes confiables altamente -. Un indicador de la confiabilidad se debe utilizar para comparar parámetros como Horario de Greenwich a la falta, a la vida B10, o a las distribuciones de Weibull.

¿? La arquitectura redundante rentable se puede instalar para una confiabilidad de sistema más alta. En algunos casos, más de dos componentes pueden ser necesarios apoyarse.

¿? La integración de las características de diagnóstico de la falta, tales como sensores convenientes y algoritmos para procesar su información, puede detectar una falta y decidir a la reacción correctiva apropiada.

¿Los operadores del campo en usos de aceite y de gas cuentan con mantenimiento mínimo del equipo submarino durante una localización bien? vida de servicio entera de s, que puede ser 30 años o más. Los sensores convenientes se deben diseñar, integrado y presión-probado detectar faltas y, si es posible, anticipe las faltas futuras incluyendo funciones de seguimiento.

Pues las industrias se trasladan más profundo al océano, los desafíos técnicos fundamentales aumentan, particularmente para los sistemas hidráulicamente conducidos. Estos desafíos se pueden resolver con una combinación de componentes estándar, disponibles demostrados funcionar en condiciones rugosas en la tierra, con adaptaciones convenientes y el uso elegante, rentable de materiales más avanzados donde necesitados. Este acercamiento puede entregar en última instancia un desarrollo submarino más rentable y un acceso más amplio a los recursos potenciales ofrecidos por esta frontera emergente.