BR112012003279B1

BR112012003279B1 - sistema do atuador e contrabalanço e sistema de contrabalanço

Info

Publication number: BR112012003279B1
Application number: BR112012003279-8A
Authority: BR
Inventors: Gary B. Lake; Priyesh Ranjan; Kenneth Wilson; Michael Rainone; Phillip Grisham; Samuel Sackett
Original assignee: Baker Hughes Incorporated
Priority date: 2009-08-13
Filing date: 2010-08-09
Publication date: 2020-07-28
Also published as: NO347037B1; BR112012003279A2; AU2010282758A1; US20110037005A1; AU2010282758B2; GB201202468D0; GB2484865A; WO2011019644A3; WO2011019644A2; NO20120227A1; US8398050B2; GB2484865B; SG178379A1

Abstract

SISTEMA DO ATUADOR E CONTRABALANÇO E SISTEMA DE CONTRABALANÇO A presente invenção refere-se a um sistema do atuador e contrabalanço incluindo um carregador imóvel; um carregador móvel, móvel com relação ao carregador imóvel; e um sistema de contrabalanço em comunicação operável com o carregador móvel e configurado para contrabalancear menos do que 100 por cento de uma força de retorno de uma ferramenta ativada pelo atuador e método

Description

Referência Cruzada

[001] Esta aplicação reivindica o benefício da data de depósito do Pedido da Patente Norte-americana Número de Série 12/540,945 depositado em 13 de agosto de 2009, para "Configuração aberta para válvula de segurança e método."

Antecedentes da Invenção

[002] Em indústrias onde os fluidos são canalizados em outras localizações e especialmente quando tais fluidos podem estar sob alta pressão e/ou conter entidades químicas cáusticas, as válvulas de segurança são empregadas. As válvulas de segurança são geralmente componentes que podem ser abertos sob um comando e podem fechar automaticamente sob perda do comando. A ação desta natureza é geralmente denominada "à prova de falhas" visto que a condição natural da válvula é fechada e moverá para esta posição se for permitido por um controlador a ele associado.

[003] Tradicionalmente, as válvulas de segurança utilizam ativação hidráulica, que fornece uma força muito potencial e uma forma muito fácil de manter a força em um pistão das válvulas de segurança. Uma precisa simplesmente travar a linha hidráulica e a força permanece. Mais recentemente, entretanto, as normas ambientais referentes ao óleo hidráulico e normas de segurança da indústria que requer grandes quantidades de óleo hidráulico em mãos fizeram uso de acio-nadores hidráulicos menos favorecidos.

[004] As válvulas de segurança eletricamente ativadas se tornaram de mais interesse para muitas indústrias comuns incluindo, entre outros, a indústria de perfuração e realização. Diferentes tipos de motores elétricos incluindo, entre outros, motores lineares, motores giratórios, etc., estão sujeitos a aumentar o interesse e mostraram que são capazes de abrir uma válvula de segurança e sendo à prova de falhas como a perda de energia do sistema. Devido às exigências de energia para atuadores elétricos, muitos destes tipos de atuadores enquanto podem manter uma válvula de segurança aberta, não são favorecidas. Outros dispositivos que dependem de uma disposição de intertrava mecânica reduzem o consumo de energia, mas são inerentemente menos "prova à falha" como as várias configurações têm fricção para superar o desencaixe e permitir o fechamento da válvula de segurança. A técnica receberia bem as configurações e métodos que permitem as válvulas de segurança eletricamente ativadas a ser abertas sem exigir uma grande fonte de alimentação e sem apresentar a introdução de forças friccionais não mensuráveis no modo "prova à falha" da válvula de segurança.

Sumário

[005] Um sistema do atuador e contrabalanço incluindo um carregador imóvel; um carregador móvel, móvel com relação ao carregador imóvel; e um sistema de contrabalanço em comunicação operável com o carregador móvel e configurado para contrabalancear menos do que 100 por cento de uma força de retorno de uma ferramenta ativada pelo atuador.

[006] Um método para reduzir o consumo de energia em um atuador elétrico usado ativar uma ferramenta incluindo energizar um atuador elétrico; mover um componente de uma ferramenta presa ao atuador; e manter o atuador em uma posição ativada com um sistema de contrabalanço tendo uma capacidade de fixação menor do que 100 por cento de uma força de retorno de um componente de uma ferramenta ativada pelo atuador.

[007] Um sistema do atuador e contrabalanço incluindo um carregador imóvel; um carregador móvel, móvel com relação ao carregador imóvel; a primeira parte de um sistema de contrabalanço em comunicação operável com o carregador móvel e configurado para con-trabalancear menos do que 100 por cento de uma força de retorno de uma ferramenta ativada pelo atuador; e uma segunda parte do sistema de contrabalanço configurado para manter o balanço da força de retorno não mantida pela primeira parte do sistema de contrabalanço.

[008] Um sistema de contrabalanço incluindo uma primeira estrutura sendo uma receptiva a um campo magnético ou configurado produzir um campo magnético; e uma segunda estrutura sendo uma receptiva a um campo magnético ou configurado produzir um campo magnético, uma primeira estrutura e a segunda estrutura estando em comunicação operativa com uma parte móvel de um sistema atuador e a outra primeira estrutura e a segunda estrutura sendo posicionalmen-te fixada com relação ao atuador, a primeira estrutura e a segunda estrutura quando unidas sendo atrativas uma à outra suficiente para produzir uma força menor do que 100 por cento de uma força de retorno em uma ferramenta ativada pelo atuador.

Breve Descrição do Desenho

[009] Agora, com referência ao desenho em que os elementos iguais são enumerados igualmente nas várias figuras:

[0010] a figura 1 é uma vista perspectiva de um atuador elétrico para uma válvula de segurança tendo uma configuração aberta conforme aqui revelado.

Descrição detalhada

[0011] Com referência à figura 1, um atuador elétrico 10 semelhante ao revelado no Pedido da Patente Norte-americana No. De série: 12/540,931, Registro do Procurador No. SSV4-49602-US (BAO0354US), intitulado VÁLVULA DE SEGURANÇA ATIVADA POR MOTOR LINEAR DE ÍMÃ PERMANENTE E MÉTODO depositado em 13 de agosto de 2009 (a totalidade da descrição que está incorporada aqui por referência) para uma válvula de segurança é ilustrado. O atu-ador 10 é configurado com um carregador móvel 12, que pode ser um transportador externo conforme ilustrado ou um transportador interno e um carregador imóvel 14, que pode ser um transportador interno conforme ilustrado ou um transportador externo. Os transportadores externo e interno são configurados para responder à energia magnética se baseada no ímã permanente, no campo induzido, na bobina ou em uma combinação destes. Em uma modalidade particular, os ímãs per-manentes 16 são carregados pelo transportador 12 (visível devido à ilustração do transportador 12 como uma transparência) e as bobinas são carregadas pelo transportador 14. As bobinas são energizadas por uma fonte, que pode ser uma fonte da superfície ou outra fonte remota ou uma fonte local, as fontes incluindo baterias, fontes condicionadas por geradores como TEC, fontes ópticas, etc. As bobinas são controladas para gerar campos magnéticos em uma sequência projetada para mover o transportador externo 12 em direção à posição completa-mente ativada, que conforme ilustrado está em direção ao canto superior direito do desenho da figura.

[0012] O atuador aqui revelado inclui um sistema de contrabalanço 18 que inclui a estrutura aberta 20, interativa com o carregador móvel, que pode anular conforme mostrado ou pode ter outra forma e está posicionada na conexão espaçada com o transportador 12 quando na posição desativada e na proximidade ou em contato com o transportador 12 quando na posição ativada. A estrutura 20 pode ser montada no carregador imóvel ou um alojamento da ferramenta, etc. O posicionamento da estrutura 20 é ligado ao percurso completamente direcionado do transportador 12 e assim em operação é capaz de substancialmente reter o transportador 12 na posição ativada. A estrutura 20 compreende uma configuração de produção do campo magnético ou uma configuração responsiva do campo magnético. Em uma modalidade onde a estrutura 20 é produtiva de um campo magnético, ela pode ser gerada por um ou mais ímãs permanentes ou uma ou mais bobinas 22. Em uma modalidade onde a estrutura 20 compreende uma configuração responsiva do campo magnético, ela pode ser um metal como aço, ferro, etc. Um campo magnético complementar que produz a estrutura 24 compreendendo um ou mais ímãs permanentes ou uma ou mais bobinas ou um material responsive do campo magnético complementar está disposto em uma extremidade do transportador 12. Para esclarecimento, o numeral 22 e 24 pode ser magnético, 22 pode ser magnético enquanto 24 é responsive, ou 22 pode ser responsivo enquanto 24 é magnético. Em uma modalidade onde ambos 22 e 24 são produtivos de campos magnéticos, eles são orientados para ter polaridade oposta de forma que eles atraem um ao outro. A força atrativa de 22 e 24 fornecerá uma força mantenedora ao transportador para contribuir com a manutenção do transportador 12 na posição ativada. Esta modalidade produzirá uma força aberta mais forte do que as modalidades onde apenas um de 22 ou 24 é produtivo de um campo magnético.

[0013] Deve ser observado que a força aberta "contribui" para a manutenção do transportador na posição descrita. Não é especificamente de a magnitude suficiente manter o transportador na posição completamente ativada. De maneira alternativa determinado, a força aberta gerada na/com a estrutura 20 representa menos do que 100 por cento da força de retorno de uma ferramenta ativada pelo atuador. Isto é para garantir a operação "prova à falha" de uma ferramenta ativada assim como uma válvula de segurança. Em uma modalidade, a porcentagem da força de retorno mantida pelo sistema de contrabalanço é maior do que aproximadamente 75 por cento a menos do que 100 por cento.

[0014] Para cada modalidade particular na qual o dispositivo será usado, a força atrativa dos ímãs 22 e 24 (ou estruturas responsivas) deve ser ajustado a uma porcentagem de uma força de retorno componente de uma ferramenta. Por exemplo, se a ferramenta é uma válvula de segurança, a mola de potência será o dispositivo de retorno (bem conhecido por um técnico no assunto). A mola de potência terá uma taxa de mola projetada para a válvula particular. Para facilitar a discussão, um número redondo de 90,71 kg (200 libras) é observado. A força atrativa de ímãs 22 e 24 (ou estruturas responsivas) deve ser uma porcentagem de 90,71 kg (200 libras). Quanto maior a porcentagem, menor será a potência necessária no motor linear para manter o transportador na posição ativada, pois quanto menor a força da mola for transmitida ao transportador. Se a força dos ímãs 22 e 24 (ou estruturas responsivas) for ajustada a 81,64 kg (180 libras), então há 9,07 kg(20 libras) da força da mola que é transmitida ao transportador 12. A quantidade de potência necessária para manter o motor linear ou qualquer outra configuração com base elétrica no local precisa ser apenas suficiente para suportar uma carga de 9,07 kg (20 libras) oposta à carga de 90,71 kg (200 libras) se o sistema de ímã de contrabalanço não estava no local. Deve ser entendido que o exemplo hipotético da mola de potência de 90,71 kg (200 libras) não é direcionado a ser limitativo de qualquer forma, mas é direcionado a ser meramente exemplar.

[0015] Por causa do sistema de contrabalanço manter apenas uma parte da carga de uma mola de potência ou outro dispositivo de retorno, as considerações "prova à falha" com relação ao sistema de contrabalanço são direcionadas, pois o próprio sistema de contrabalanço não pode manter o transportador 12 na posição ativada, mas exigirá potência aplicada ao atuador. A potência necessária pelo atuador neste sistema é significantemente mais baixa do que seria em sistemas semelhantes sem o sistema de contrabalanço. Isto é por causa da redução direta da carga no atuador devido ao contrabalanço. Em uma modalidade, o consumo de energia cairá de 200 watts para 50 watts ou mesmo 20 watts em algumas iterações devido ao sistema de contrabalanço. Nenhuma potência é necessariamente fornecida ao sistema de contrabalanço e não há engate mecânico no mesmo como nas configurações abertas da técnica anterior.

[0016] Enquanto uma modalidade é mostrada e descrita usando o campo magnético que produz as estruturas em ambas as laterais de uma lacuna na posição desativada, deve ser entendido que um campo magnético que produz a estrutura em uma lateral da lacuna, ou seja, 22 ou 24 e simplesmente um material responsivo do campo magnético como ferro, aço, etc. na outra de 22 ou 24 trabalhará semelhantemente, mas com força proporcionalmente menor. Visto que esquematicamente não há diferença na aparência, a figura 1 é o suficiente para ilustrar estas modalidades também.

[0017] Em todas as modalidades descritas acima, o próprio atuador é necessário para manter ativo para suportar a parte da carga de retorno da ferramenta sendo ativada que não é suportada pelo sistema de contrabalanço. Em outra modalidade, entretanto, o contrabalanço segurará toda a carga, mas a parte da carga que seria, ao contrário, (em uma modalidade precedente) suportada pelo atuador seria supor-tada por uma configuração "prova à falha" do contrabalanço. O atuador pode ser permitido ser dormente. Nesta modalidade, a mesma bobina ou outra é incorporada no sistema de contrabalanço em 22 ou 24, ou ambos, a bobina que suporta o balanço da carga de retorno que não é suportada pelas características funcionais do sistema de contrabalanço, conforme descrito acima. Usando os mesmos números da força usados acima, o sistema de contrabalanço desta modalidade manterá 81,64 kg (180 Ibs) e uma bobina especificamente ativada ou uma das bobinas conforme observado acima manterão mais do que 9,07 kg (20 libras), ou seja, o balanço da carga. Visto que toda a carga da mola de potência é suportada nesta modalidade, não há necessidade de continuar a energizar o atuador. A função "prova à falha" será eletricamente transferida ao eletroímã. Em uma modalidade onde o contrabalanço tem como base o ímã permanente, uma bobina adicional seria necessária, mas onde uma bobina já faz parte do contrabalanço, é possível simplesmente fazer com que esta bobina gere uma força mantenedora mais forte para ser compatível ou exceder a força de retorno. Além disso, é sempre possível manter as mesmas bobinas e sua configuração como nas modalidades anteriores, onde a força de contrabalanço é necessariamente menor do que 100 por cento da força de retorno e adicionar outra bobina que é "prova à falha" e é configurada para fornecer força suficiente para manter a parte da força de retorno não mantida pela parte de contrabalanço. A representação da figura 1 aplica a esta modalidade também.

[0018] Enquanto as modalidades preferidas foram mostradas e descritas, as modificações e substituições podem ser feitas sem sair do espírito e escopo da invenção. Portanto, deve ser entendido que a presente invenção foi descritas em forma de ilustrações e não limitação.

Claims

1. Sistema do atuador (10) e contrabalanço (18) caracterizado pelo fato de que compreende: um atuador (10), incluindo: um carregador imóvel (14); um carregador móvel (12), móvel com relação ao carregador imóvel (14); e um conjunto energizado disposto operacionalmente para mover o carregador móvel (12); e um sistema de contrabalanço (18) incluindo: uma primeira porção em comunicação operável com o carregador móvel (12) e configurado para contrabalancear menos do que 100 por cento de uma força de retorno de um componente de ferramenta ativada pelo atuador (10), a primeira porção separada do conjunto energizado do atuador; e uma segunda porção configurada para reter o equilíbrio da força de retorno não retida pela primeira porção do sistema de contrabalanço, a segunda porção separada do conjunto energizado do atuador.

2. Sistema do atuador (10) e contrabalanço (18), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o sistema de contrabalanço (18) compreende um campo magnético que produz a estrutura (20) posicionada na conexão espaçada ao carregador móvel (12) quando o atuador (10) está desativado e uma conexão próxima ao carregador móvel (12) quando o atuador (10) está ativado.

3. Sistema do atuador (10) e contrabalanço (18), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o sistema de contrabalanço (18) compreende um campo magnético que produz a estrutura posicionada em uma extremidade do carregador móvel (12).

4. Sistema do atuador (10) e contrabalanço (18), de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que o campo mag-nético que produz a estrutura (20) compreende um ou mais ímãs per-manentes.

5. Sistema do atuador (10) e contrabalanço (18), de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que o campo magnético que produz a estrutura (20) compreende um único ímã permanente.

6. Sistema do atuador (10) e contrabalanço (18), de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que o campo magnético que produz a estrutura (20) é uma ou mais bobinas (22).

7. Sistema do atuador (10) e contrabalanço (18), de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que o campo magnético que produz a estrutura (20) compreende um ou mais ímãs permanentes (16).

8. Sistema do atuador (10) e contrabalanço (18), de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que o campo magnético que produz a estrutura (20) compreende um único ímã permanente (16).

9. Sistema do atuador (10) e contrabalanço (18), de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que o campo magnético que produz a estrutura (20) é uma ou mais bobinas (22).

10. Sistema do atuador (10) e contrabalanço (18), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o sistema de contrabalanço (18) é montão no carregador imóvel (14).

11. Sistema de contrabalanço (18) caracterizado pelo fato de que compreende: uma primeira estrutura sendo uma receptiva a um campo magnético ou configurada para produzir um campo magnético; e uma segunda estrutura sendo uma receptiva a um campo magnético ou configurada produzir um campo magnético, uma primeira estrutura e segunda estrutura estando em comunicação operativa com uma parte móvel (12) de um sistema atuador (10) e a outra primeira estrutura e segunda estrutura sendo posicionalmente fixada com relação ao atuador (10), a primeira estrutura e a segunda estrutura quando unidas sendo atrativas uma para outra suficiente para produzir uma força com menos do que 100 por cento de uma força de retorno em uma ferramenta ativada pelo atuador (10), ambas a primeira e a segunda estruturas sendo separadas de um conjunto energizado para o sistema do atuador (10).