BRPI0912642B1 - Sistema submarino acionador de válvula e método para operação de um sistema submarino acionador de válvula - Google Patents

Abstract

sistema submarino acionador de válvula e método para operação de um sistema submarino acionador de válvula a presente invenção refere-se a um método para operação de um sistema submarino acionador de válvula e a um sistema submarino acionador (12) de válvula compreendendo um conjunto de pistão (25) e cilindro (11) e uma mola de retorno (29), dispostos em uma carcaça de acionador (21, 22), um conjunto de bomba hidráulica (3) e motor elétrico (1) associado ao conjunto de pistão (25) e cilindro (11), e linhas de fluxo hidráulico (42, 43) para um meio hidráulico acionar o pistão e o cilindro em deslocamento relativo contra a força da mola de retorno (29), um dispositivo de detecção sendo disposto para detectar uma posição de final de curso do conjunto de pistão (25) e cilindro (11), o dispositivo de detecção sendo pelo menos um dentre: - uma unidade de circuito de monitoramento de uma corrente de motor (94); - uma unidade de sensor de pressão de meio hidráulico (98); - uma unidade de sensor de posicionamento (99); e - uma unidade de transformador diferencial linear variável (100); em que um mecanismo eletromecânico de retenção é disposto para ser energizado, para reter de forma liberável a mola de retorno em um estado comprimido, em função da posição de final de curso detectada, o meio hidráulico sendo fornecido através de uma linha de fluxo (42) que se abre na extremidade do pistão (25), que é estacionário na carcaça do acionador (21,22), o cilindro (11) sendo disposto de modo deslocável sobre o pistão (25) na carcaça do acionador (21), enchido com o meio hidráulico que se comunica com a bomba hidráulica (3) através de uma linha de fluxo de retorno (43).

Description

“SISTEMA SUBMARINO ACIONADOR DE VÁLVULA E MÉTODO PARA OPERAÇÃO DE UM SISTEMA SUBMARINO ACIONADOR DE VÁLVULA” Campo Técnico da Invenção [001] A presente invenção, de modo geral, se refere a um sistema acionador de controle, de utilidade na produção submarina de hidrocarbonetos. De modo mais específico, a invenção se refere a um sistema submarino acionador de válvula, além de um método para se obter um sistema de controle simples e robusto, a um baixo custo e com baixo esforço de qualificação. O sistema acionador é compatível com o conceito de arquitetura de controle de produção elétrica submarina.

Fundamentos e Estado da Técnica [002] Na apresentação seguinte dos fundamentos da técnica, assim como, na divulgação da presente invenção, as seguintes abreviações serão frequentemente usadas:

BL - desprovido de escova;

DC - corrente contínua;

DCV - válvula de controle direcional;

EH MUX - multiplexador eletro-hidráulico;

ESD - parada de emergência;

I/O - entrada/saída;

LVDT - transformador diferencial variável linear;

PM - imã permanente;

PSD - paralisação da produção;

SIL - nível de integridade de segurança;

SHPU - unidade de energia hidráulica submarina;

SMA - liga de formato de memória;

XMT, Xmas - árvore de Natal.

[003] O estado da técnica no que diz respeito aos sistemas de

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2/31 controle para produção de hidrocarbonetos compreende controles do tipo hidráulico e elétrico, respectivamente.

[004] A maioria dos conceitos para acionamento elétrico de grandes válvulas de comporta ou válvulas de gaveta inclui o uso de um motor elétrico e um parafuso rolante ou outra forma de dispositivo de conversão mecânica rotativa para linear, tal como divulgado, por exemplo, nas Patentes U.S. Nos. 7.172.169 e 6.572.076. Outros conceitos, tais como, os divulgados no documento de patente da Noruega, NO 322680, são baseados no uso de uma pequena unidade de energia hidráulica submarina (SHPU), para combinar a ação de um motor elétrico e uma disposição de pistão/cilindro hidráulico. Ambas as abordagens possuem méritos e, também, determinadas limitações. A primeira abordagem tende a envolver complexidade mecânica e intensa instrumentação em componentes não-recuperáveis (isto é, integrado, por exemplo, com um módulo de árvore de Natal (XMT)) e de grandes dimensões. A última abordagem tende a envolver diversos componentes hidráulicos, demonstrado por muitos anos como tendo uma menor confiabilidade desejada em um contexto submarino, por exemplo, válvulas piloto de controle direcional (DCV) que exigem uma alta limpeza do fluido para execução de uma operação confiável, válvulas de alívio de pressão e acumuladores hidráulicos. Este último, caso na forma de um modelo de bexiga carregado de nitrogênio (N2) é propenso a vazamentos no curso do tempo, o que é a razão pela qual o mesmo é normalmente carregado em módulos facilmente recuperáveis. Em águas profundas, os acumuladores carregados de nitrogênio são também ineficientes. Os modelos de acumuladores carregados na forma de mola mecânica são volumosos e inadequados para constituir parte de um acionador localizado, por exemplo, em uma árvore de Natal (XMT).

[005] A presente invenção é baseada numa combinação de princípios pertencentes a ambos os campos (parafuso rolante e hidráulica)

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3/31 conforme mencionado acima e, especialmente, no uso somente dos melhores componentes de cada campo, numa combinação que apresenta uma notória robustez e confiabilidade, combinada com rentabilidade.

[006] A característica crítica de um acionador submarino de válvula quando aplicado, por exemplo, a uma árvore de Natal, reside na disposição de engate à prova de falhas. Este é um mecanismo projetado para trabalhar em conjunto com uma mola de retorno, esta última armazenando a energia exigida para girar a válvula da posição de produção para uma posição mais segura, normalmente, da posição aberta para a posição fechada.

[007] No caso de uma operação eletromecânica, o engate é normalmente também eletromecânico. Diversas versões têm sido apresentadas, mas poucas delas foram implementadas e colocadas em serviço na indústria submarina.

[008] Para a unidade de energia hidráulica submarina (SPHU) do local (para o acionador), a linha de abordagem da característica à prova de falhas é quase que invariavelmente provida por meio de uma válvula de controle direcional (DCV). Essas válvulas apresentam diversos inconvenientes, porém necessárias, características de projeto. Tradicionalmente, a DCV não tem sido crítica para a funcionalidade da parada de emergência (ESD), exceto para algumas instalações caracterizadas por um desvio bastante longo da instalação de produção submarina da plataforma principal. A forma universalmente aceita da ESD para um tradicional sistema de controle de produção de multiplexador eletro-hidráulico (EH MUX) está na forma da sangria hidráulica da plataforma principal, desse modo, as DCVs de segurança crítica estão localizadas na plataforma principal e, assim, acessíveis para reparo ou substituição.

[009] O uso de válvulas de alívio de pressão submarinas, historicamente, tem sido de pouca utilização em sistemas de controle de

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4/31 produção. A indústria tem evitado o uso de válvulas de regulação de pressão e válvulas de alívio de pressão submarinas. A completa variedade de válvulas normalmente usadas em uma mini unidade de energia hidráulica submarina (SHPU), dedicada para controle de um único acionador, basicamente, é considerada sensível à contaminação de partículas e, desse modo, é indesejável.

[0010] O acionamento elétrico deve ser definido em um contexto de sistema, isto é, um acionador com interfaces somente elétricas (e possivelmente óticas), e sem quaisquer interfaces hidráulicas, para as partes dispostas a montante do sistema de controle de produção. A figura 1 ilustra um circuito de SHPU típico do estado da técnica, considerado por diversos projetistas para obtenção de um acionador usando componentes hidráulicos. O conceito inclui uma bomba acionada por um motor elétrico, um acumulador para armazenamento de energia hidráulica, normalmente, um filtro para limpar o fluido, uma DCV operada por solenoide para controle direcional e uma unidade de pistão/cilindro. Esta última faz interface com haste de válvula, proporcionando as forças para trazer a válvula para a posição de produção. Uma grande mola de retorno é normalmente provida para armazenamento da energia exigida para voltar a válvula para a posição de segurança, quando a pressão hidráulica é disponibilizada pela DCV, quando a solenoide é desenergizada.

[0011] Com referência à figura 1, é usual se organizar um motor (1) conectado a uma bomba (3) através de um acoplamento flexível (2), para gerar uma pressão e um fluxo através da válvula de contrapressão (13), de modo a carregar um acumulador (8). Uma válvula de alívio de pressão (5) é disposta conforme indicado na figura 1, para proteção da bomba e do motor.

Após acionamento, a válvula piloto (10) aciona a DCV (9) para a posição de operação, de modo a deixar o fluido circular através do conector (19) para o

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5/31 cilindro acionador (11) e para acionar um pistão no cilindro (11) para a posição aberta da válvula (12) e, também, para impulsionar o fluido para fora do lado de pressão do cilindro (11), através do conector (20), válvula de contrapressão (17) e filtro (15). Quando a válvula for retornada para a posição de segurança, a solenoide da válvula piloto (10) é desenergizada, a DCV (9) é acionada sob a força da mola para proporcionar pressão no cilindro (11) e o lado de pressão do pistão suga o fluido do reservatório (7) através do conector hidráulico (20) e válvula de contrapressão (18). A pressão absoluta no circuito é alta em águas profundas e uma menor queda de pressão através dos filtros não tem nenhuma consequência.

[0012] Esse circuito é adequado para uma instalação acima da linha d'água, em que os componentes mais sensíveis à contaminação, notadamente, a válvula piloto (10) da DCV e a válvula de alívio de pressão (5) podem ser examinadas para reparo ou substituição e em que a pressão ambiente de 1 bar é adequada para uso de um acumulador carregado de nitrogênio (8), porém, menos adequada para uma instalação submarina.

[0013] A presente invenção tem por objetivo a eliminação desses três componentes indesejáveis, ao mesmo tempo em que proporciona um sistema de acionamento operável, de grande robustez e confiabilidade.

[0014] A seguir, serão descritas diversas características de uma radical melhoria do presente conceito, com relação à confiabilidade de operação, como parte integrante da presente invenção.

Resumo da Invenção [0015] O objetivo da presente invenção é alcançado e os inconvenientes do estado da técnica essencialmente eliminados pelo sistema de acionamento de válvula e respectivo método de operação, conforme definido nas reivindicações independentes. Além disso, vantajosas características e modalidades proporcionadas pela invenção são definidas nas

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6/31 reivindicações dependentes.

[0016] De modo similar a um acionador hidráulico convencional para uma válvula, o acionador apresentado pela presente invenção compreende um conjunto de cilindro/pistão e uma mola de retorno como elementos principais, dispostos em uma carcaça de acionador. Também, de modo similar a um convencional acionador hidráulico, a movimentação do modo de produção para o modo de segurança é feita pela ação da mola de retorno, e a movimentação do modo de produção para o modo de segurança é proporcionada mediante a energia hidráulica gerada no circuito auxiliar, que constitui uma parte integral do conceito de acionador, mas, preferivelmente, sendo localizado em uma unidade de recuperação separada.

[0017] O circuito sugerido não apresenta acumulador para armazenamento de energia hidráulica e nenhuma válvula piloto de DCV (ou DCV). Também, não apresenta nenhuma válvula de alívio de pressão. Assim, os mínimos três componentes desejáveis do conceito convencional foram eliminados. O movimento do pistão/cilindro é simplesmente uma função do fluido que está sendo bombeado dentro do cilindro, diretamente da saída de descarga da bomba.

[0018] O dispositivo de engate à prova de falhas é uma disposição eletromecânica (referência: mecanismo eletromecânico de retenção). A disposição compreende partes mecânicas capazes de manipular as forças de reação da mola de retorno e da pressão do furo de poço, sendo mantida na posição fechada por meio de apenas uma pequena corrente elétrica em uma vantagem baste baixa. A introdução dessa disposição eletromecânica à prova de falhas é que facilita a remoção dos componentes por outro lado exigidos: acumulador (para compensar o vazamento da DCV), válvula de controle direcional (DCV) (cuja função essencial é manipular a situação da parada de emergência (ESD)) e a válvula de alívio de pressão

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7/31 (proteção da bomba e do motor). A disposição de engate à prova de falhas exige apenas energia elétrica, nenhuma energia hidráulica.

[0019] A presente invenção também facilita a proteção do motor e da bomba mediante detecção da posição de final de curso.

[0020] A presente invenção apresenta um desempenho característico bastante diferente daquele de um acionador eletromecânico ou de um acionador baseado em uma unidade de energia hidráulica submarina (SPHU), conforme descrito nas referências do estado da técnica. Realmente, é um acionador elétrico, na medida em que apresenta somente interfaces elétricas (e, no futuro, possíveis interfaces óticas) com as outras partes do sistema de controle de produção.

[0021] Contrariamente a um típico acionador baseado em um parafuso rolante, com disposições de motor e engrenagem de alto torque desprovido de escova, imã permanente, corrente contínua (BL, PM, DC), o modelo proposto pode ser construído de um maior diâmetro e menor extensão, se projetando a partir, por exemplo, do tronco de uma árvore de Natal (XMT), dessa forma, mais compatível com arquiteturas submarinas de XMT.

[0022] Uma vantajosa característica do sistema acionador de válvula da presente invenção é que o mesmo pode ser facilmente expandido para trabalhar com acionamento da posição à prova de duração, tipicamente, para uma aplicação em um manifold ou em um dispositivo de choke (controle de escoamento), mediante simples inversão da direção de rotação do motor elétrico, removendo a mola à prova de falhas e projetando o pistão/cilindro para ação bidirecional. Isso supõe uma completa reversibilidade da bomba, normalmente, no caso de uma bomba de engrenagem, e nem sempre no caso de uma bomba de pistão. No caso de uma máquina movida a pistão, seria vantajoso se utilizar um motor como bomba, na medida em que o mesmo é normalmente projetado para uma real operação bidirecional, tanto no modo de

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8/31 bomba, como no modo de motor.

[0023] Em resumo, a presente invenção proporciona um sistema submarino acionador de válvula, compreendendo um conjunto de pistão e cilindro e uma mola de retorno, dispostos em uma carcaça de acionador, um conjunto de bomba hidráulica e motor elétrico associado ao conjunto de pistão e cilindro, e linhas de fluxo hidráulico para um meio hidráulico acionar o pistão e o cilindro em deslocamento relativo contra a força da mola de retorno. O sistema acionador é caracterizado pelo fato de que um dispositivo de detecção é disposto para detectar uma posição de final de curso do conjunto de pistão e cilindro, o dispositivo de detecção sendo pelo menos um dentre:

- uma unidade de circuito de monitoramento de uma corrente de motor;

- uma unidade de sensor de pressão de meio hidráulico;

- uma unidade de sensor de posicionamento; e

- uma unidade de transformador diferencial linear variável; em que um mecanismo eletromecânico de retenção é disposto para ser energizado, para reter de forma liberável a mola de retorno em um estado comprimido, em função da posição de final de curso detectada.

[0024] De acordo com uma modalidade preferida, pelo menos uma dentre a unidade de circuito de monitoramento de corrente de motor e unidade de sensor de pressão é contida em um alojamento de componentes eletrônicos, o qual é conectado de modo restaurável à carcaça do acionador.

[0025] De acordo com outra modalidade preferida, os componentes de pelo menos uma dentre as unidades de sensor de posicionamento e unidade de transformador diferencial variável linear está contidos na carcaça do acionador (isto é, a parte não restaurável do sistema acionador).

[0026] A unidade de circuito de monitoramento de corrente de

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9/31 motor é preferivelmente disposta para submeter um sinal de final de curso a uma unidade lógica, a qual controla o mecanismo eletromecânico de retenção, para manter a válvula em um modo de produção contra a força da mola de retorno.

[0027] A unidade de sensor de pressão é preferivelmente disposta para gerar um sinal de pressão em uma unidade lógica, a qual controla o mecanismo eletromecânico de retenção, para manter a válvula em um modo de produção contra a força da mola de retorno.

[0028] Pelo menos uma dentre as unidades de sensor de posicionamento e unidade de transformador diferencial variável linear é preferivelmente disposta para submeter um sinal de final de curso a uma unidade lógica, a qual controla o mecanismo eletromecânico de retenção, para manter a válvula em um modo de produção contra a força da mola de retorno.

[0029] Preferivelmente, o conjunto de bomba hidráulica e motor elétrico é instalado em uma unidade de energia hidráulica, a qual é conectada de modo restaurável à carcaça do acionador.

[0030] O meio hidráulico é preferivelmente fornecido ao conjunto de pistão/cilindro, a partir de uma bomba hidráulica reversível, de deslocamento fixo.

[0031] O meio hidráulico é também preferivelmente fornecido através de uma linha de fluxo que se abre na extremidade do pistão, que é preferivelmente estacionário na carcaça do acionador.

[0032] O cilindro é preferivelmente disposto de modo deslocável sobre o pistão, na carcaça do acionador, enchido com um meio hidráulico que se comunica com a bomba hidráulica através de uma linha de fluxo de retorno.

[0033] Numa adicional modalidade preferida, a carcaça do acionador compreende uma haste que se projeta do cilindro numa direção para frente, e uma cavilha de travamento que se projeta do cilindro na direção para

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10/31 trás, a cavilha de travamento alcançando o pistão para ser encaixada de modo liberável na posição de final de curso do cilindro por meio de grampos de travamento, dispostos de modo articulado na carcaça do acionador.

[0034] Os grampos de travamento são preferivelmente controláveis em engate de travamento com a cavilha, após energização de um eletroímã/solenoide ou de um dispositivo de liga de formato de memória.

[0035] Em resumo, a presente invenção também proporciona um método para operação de um sistema submarino acionador de válvula, compreendendo um conjunto de pistão e cilindro e uma mola de retorno, dispostos em uma carcaça de acionador, um conjunto de bomba hidráulica e motor elétrico associado ao conjunto de pistão e cilindro, e linhas de fluxo hidráulico para um meio hidráulico acionar o pistão e o cilindro em deslocamento relativo contra a força da mola de retorno. O método é caracterizado pelas etapas de:

- dispor um mecanismo eletromecânico de retenção de modo efetivo, para reter de forma liberável a mola de retorno em um estado comprimido;

- determinar uma posição de final de curso do conjunto de pistão e cilindro através de pelo menos uma das ações de:

- detectar a corrente suprida ao motor elétrico ou consumida pelo motor elétrico;

- detectar a pressão no meio hidráulico;

- detectar a posição do pistão relativa ao cilindro; e

- detectar a posição absoluta do pistão ou do cilindro; e

- energizar o mecanismo eletromecânico de retenção em função da posição detectada de final de curso do conjunto de pistão e cilindro.

[0036] Outras etapas subordinadas do método incluem:

- acionar o motor na paralisação da posição de final de curso,

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11/31 enquanto se detecta informação sobre pelo menos uma dentre o consumo de corrente do motor, a pressão do meio hidráulico, a posição do pistão em relação ao cilindro, e a posição absoluta do pistão ou cilindro, e descontinuar o suprimento de energia ao motor (enrolamentos do estator), após a detecção da posição de final de curso do conjunto de pistão/cilindro;

- ativar o mecanismo eletromecânico de retenção após passar um certo retardo de tempo, durante o qual o motor é paralisado com torque integral;

- acelerar o motor com um mínimo torque, proporcionado de um acumulador com carga de mola, disposto no fluxo do meio hidráulico, da bomba para o cilindro;

- dispor pelo menos uma dentre uma unidade de circuito de monitoramento de corrente de motor e unidade de sensor de pressão de meio hidráulico em um alojamento eletrônico separado restaurável, o qual pode ser conectado à carcaça do acionador;

- dispor os componentes de pelo menos uma dentre as unidades de sensor de posicionamento e unidade de transformador diferencial variável linear na carcaça do acionador;

- instalar a bomba hidráulica e o motor elétrico em uma unidade de energia hidráulica, a qual é conectada de modo restaurável à carcaça do acionador.

[0037] Outras características e vantagens proporcionadas pela presente invenção serão observadas a partir da seguinte descrição detalhada de modalidades preferidas.

Breve Descrição dos Desenhos [0038] A presente invenção será agora mais detalhadamente explicada fazendo-se referência aos desenhos anexos, nos quais:

- a figura 1 ilustra esquematicamente um tradicional circuito de

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12/31 unidade de energia hidráulica submarina (SHPU), normalmente encontrado nos modelos do estado da técnica, em que uma SPHU é dedicada para operação de um único acionador;

- a figura 2 representa uma seção longitudinal de uma modalidade do sistema acionador da presente invenção;

- a figura 3 representa uma vista em corte ao longo da linha III-III da figura 2, mostrando o acionador em um modo de produção;

- a figura 4 representa uma vista em corte ao longo da linha IV-IV da figura 2, mostrando o acionador em um modo confinado;

- a figura 5 representa uma seção longitudinal de outra modalidade do sistema acionador da presente invenção;

- a figura 6 ilustra esquematicamente um circuito hidráulico do sistema acionador, de acordo com uma modalidade preferida da presente invenção;

- a figura 7 é uma representação da pressão hidráulica no cilindro acionador, como função do tempo, para uma sequência de curso do acionador, da posição segura para a posição de produção da válvula;

- a figura 8 mostra as correntes do estator do motor como função do tempo, para um curso de acionador;

- a figura 9 é um princípio esquemático do circuito elétrico de um sistema acionador de controle, de acordo com uma modalidade preferida da presente invenção; e

- a figura 10 representa o sistema de controle da figura 9, estendido para incluir instrumentação alternativa ou instrumentação de sensor intensificada.

Descrição Detalhada de Modalidades Preferidas da Invenção [0039] Em seguida, serão descritas as modalidades preferidas da invenção. Uma completa lista de referências é incluída no final da descrição

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13/31 detalhada.

[0040] Com referência à figura 1, o circuito hidráulico descrito pelo estado da técnica, discutido no item de fundamentos da invenção, tipicamente, compreende os seguintes componentes: um motor elétrico (1), um acoplamento flexível (2), uma bomba hidráulica (3), uma peneira ou filtro de entrada de bomba (4), uma válvula de alívio de pressão (5), um compensador de volume (6), um reservatório de óleo (7), um acumulador hidráulico (8), uma válvula de controle (9), uma válvula piloto (10), um cilindro hidráulico (11) com pistão inclinado por mola, uma válvula de comporta (12), um filtro de retorno (15), válvulas de contrapressão (13), (17), (18) e acoplamentos hidráulicos (19) e (20).

[0041] O sistema simplificado da presente invenção é ilustrado de modo correspondente na figura 6. Com referência às figuras 6 e 7, o motor (1) aciona a bomba (3) através do acoplamento flexível (2), para criar uma pressão a jusante da bomba (3), tão logo o fluxo que sai da bomba é encontrado com uma restrição para o fluxo. A mínima restrição para o fluxo é representada pelo pequeno acumulador com carga de mola (14), organizado para oferecer ao motor uma partida suave em um mínimo torque e, assim, permitir uma rápida aceleração do rotor do motor. Isto é similar a uma partida do tipo derivação hidráulica, entretanto, sem funcionalidade de controle complicada, o que pode introduzir falta de confiabilidade. A partida suave é obtida, simplesmente, por um acumulador tipo pistão, com uma pequena mola, permitindo ao fluido encher o cilindro sob baixa pressão, até que o cilindro esteja cheio e o pistão esteja no final do percurso. Nesse momento, indicado por (71) na figura 7, o fluido é forçado através do conector (19) para dentro do cilindro (11), a fim de impulsionar o pistão no cilindro (11) contra a mola de retorno, de modo a empurrar a porta (12) para a posição de produção. A referência numérica (72) indica a posição de escape e (73) indica o início do

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14/31 movimento uniforme quando a força de escape é superada. Quando a posição de produção é alcançada (74), a pressão se acumula a jusante da bomba, pelo fato de não existir saída para o fluido. O rotor desacelera e é parado sob alta pressão no instante de tempo (75) e mantido com torque integral em suspenso (ou próximo disso), tipicamente, por um período de tempo de 1-2 segundos, até o instante de tempo (76). Durante esse tempo de parada, o mecanismo de retenção do acionador é ativado. O motor é então desligado e o acionador é mantido em posição por meio do mecanismo de retenção, que neutraliza toda a força da mola de retorno do cilindro (11). Durante, tipicamente, 1-2 segundos de parada do rotor com suprimento integral de energia, o calor gerado no rotor e estator é significativo, mas ainda dentro da capacidade térmica de ambos os componentes.

[0042] Voltando agora para a figura 2, a estrutura e componentes do sistema submarino acionador de válvula será agora descrito com maiores detalhes. Os componentes do acionador estão contidos em uma carcaça que compreende uma parte de carcaça dianteira (21) conectada a uma parte de carcaça traseira (22). A referência numérica (23) se refere a uma instalação de sobreposição de um veículo submarino operado por controle remoto (ROV), e a referência numérica (24) se refere a uma tampa do acionador, a qual conecta o acionador da válvula de comporta com a válvula de comporta e proporciona uma parede terminal da parte de carcaça (21).

[0043] Um pistão (25) e um cilindro (11) são dispostos para deslocamento relativo na carcaça (21). Mais especificamente, o cilindro (11) é disposto de forma móvel em ambas as direções axiais sobre um pistão (25), o qual é disposto estacionário na carcaça. A partir de uma parede terminal dianteira do cilindro (11), se projeta uma haste (26) sobre a parede terminal ou tampa da carcaça. A haste (26) proporciona uma interface de válvula, sendo móvel linearmente para efetuar a mudança da válvula dentro do modo de

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15/31 produção, quando o cilindro e a haste são estendidos na direção dianteira (isto é, na direção do lado esquerdo do desenho). A partir do lado oposto da parede terminal do cilindro, uma cavilha de travamento (27) se projeta dentro de um furo (28), que é disposto centralmente no pistão (25). A cavilha de travamento (27) coopera com um mecanismo eletromecânico de travamento ou retenção, conforme será posteriormente explicado com referência às figuras 3 e 4.

[0044] Uma mola de retorno (29), tal como, uma mola helicoidal de metal, é suportada no cilindro exteriormente e atua entre a parede terminal/tampa da carcaça (24) e uma flange radial (30), que é formada na extremidade posterior do cilindro (11). Na posição estendida, o cilindro (11) será inclinado na direção traseira pela força da mola de retorno comprimida (29). A mola de retorno (29) é retida de modo liberável no estado comprimido através de um conjunto eletromecânico, o qual compreende um mecanismo de disparo controlado eletricamente. No estado comprimido da mola de retorno (29) (ver a figura 3), a cavilha de travamento (27) é retida, mediante engate de um determinado número de grampos de travamento (31), que se engatam em um rebaixo radial (32), que é formado na cavilha de travamento (27). Os grampos de travamento (31) são preferivelmente espaçados de forma equidistante sobre a periferia da cavilha de travamento, podendo ser dispostos em um número de dois ou mais. O rebaixo radial (32) conecta uma seção posterior da cavilha de travamento a uma seção dianteira (33), a qual apresenta um diâmetro maior que a seção posterior. Após liberação (ver a figura 4), os grampos de travamento (31) são articulados fora do engate com o rebaixo radial (32), dessa forma, permitindo à cavilha de travamento (27), ao cilindro (11) e à haste (26) serem acionados na direção posterior mediante expansão da mola de retorno (29). Os grampos de travamento (31) são formados em uma face dianteira com um recesso circular ou semicircular, sendo articulados para deslizar articuladamente sobre uma superfície

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16/31 deslizante circular ou semicircular (34), formada na face oposta do pistão. Os grampos de travamento (31) são posteriormente formados em uma face posterior, que é uma superfície deslizante curva se apoiando em uma estrutura estacionária na carcaça, aqui referida como estrutura de interface de grampo de travamento (35), que proporciona uma superfície deslizante sobre um suporte contrário axial para os grampos de travamento (31).

[0045] Os grampos de travamento (31) são formados com assentos (36) nas suas extremidades periféricas. Os assentos (36) são modelados para receber, no estado de retenção, um respectivo pino de travamento ou esfera de travamento (37), conforme ilustrado na figura 3. Os pinos de travamento (37) são impulsionados na direção radial dentro dos assentos (36) mediante hastes de acionamento (38) que apresentam extremidades arredondadas, que são operadas para se mover axialmente na direção dianteira por meio de um eletroímã/solenoide, ou como alternativa, por meio de um dispositivo SMA (dispositivo de liga de formato de memória) (39).

[0046] Portanto, na medida em que a solenoide/dispositivo de SMA (39) é energizada, as hastes de acionamento (38) permanecem estendidas para prevenir os pinos de travamento (37) de deixarem os assentos nas extremidades periféricas dos grampos de travamento (31). Na posição apoiada, os pinos de travamento (37) são apertados entre os grampos de travamento (31) e um rebaixo radial (40) (ver a figura 4) formado na carcaça do acionador, desse modo, impedindo positivamente os grampos de travamento de se articularem em torno das superfícies deslizantes (34) formadas na extremidade do pistão (25). Quando a solenoide ou o dispositivo de SMA são desenergizados, as hastes de acionamento (38) são retraídas na direção traseira, no caso de uma solenoide pelo efeito de um elemento de mola (não mostrado). Os pinos de travamento (37) são depois permitidos de se moverem na direção radial, fora dos assentos (36), sendo impulsionados pela articulação

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17/31 dos grampos de travamento para dentro dos recessos (41) (ver a figura 4), que são tornados acessíveis na posição retraída das hastes de acionamento (38).

[0047] Quando o acionador é ativado, a haste (26), cilindro (11) e cavilha de travamento (27) são estendidos na direção dianteira, a partir da posição ilustrada na figura 4. Elementos de mola (não ilustrados) atuam sobre os grampos de travamento (31) para articular os mesmos dentro da posição de travamento ilustrada na figura 3. Quando os grampos de travamento (31) são dessa forma posicionados, com os assentos (36) alinhados com os pinos de travamento (37) nos recessos (41), a solenoide ou o dispositivo de SMA (39) são energizados, em função de que as hastes de acionamento (38) são estendidas na direção dianteira e os pinos de travamento (37) são empurrados para fora dos recessos (41), para dentro dos assentos (36), mediante engate das extremidades arredondadas das hastes de acionamento estendidas (38).

[0048] O conjunto de pistão/cilindro (25, 11) é propulsionado por um conjunto de bomba hidráulica e motor elétrico, ver as figuras 2 e 5. Pelas razões explicadas acima, a bomba (3) é de um modelo reversível de deslocamento fixo, que comunica um meio hidráulico para o interior do cilindro através de uma linha de fluxo (42), que se abre na extremidade do pistão (25) e para o interior da carcaça do acionador através da linha de fluxo (43).

[0049] Deve ser observado que a modalidade preferida mostra um cilindro móvel (11) e um pistão anular (25) fixo numa posição em que a haste se encontra no centro. Um caso mais geral (ver as figuras 1 e 6) apresenta um cilindro fixo e um pistão móvel. Uma disposição preferida é uma disposição pela qual uma haste se conecta de modo integral, através da instalação de sobreposição de ROV. A adaptação prática não é crítica para a invenção, mas é mostrada para complementação da descrição.

[0050] A figura 5 ilustra uma formação de módulos ligeiramente modificada do sistema acionador mostrado na figura 2, com relação à

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18/31 orientação horizontal versus vertical da unidade de energia hidráulica. O objetivo dessa modalidade é reduzir o diâmetro do modelo de acionador, que se projeta, por exemplo, de um tronco de árvore de Natal (XMT), para tornar o mesmo mais compatível com as restrições de topologia e espaço da XMT. Essa modalidade pode beneficamente empregar conectores individuais de encaixe hidráulico, ao invés da conexão de flange mostrada na figura 2.

[0051] Uma unidade de energia hidráulica submarina (SHPU) é alojada em um módulo separado e restaurável de SHPU, compreendendo o conjunto de motor e bomba alojado numa carcaça (44). A referência numérica (45) se refere a uma tampa de proteção para um compensador de volume de fole de metal (6), compensando as mudanças de volume de fluido no acionador, em função de mudanças de pressão e temperatura. Esses dispositivos são componentes de lugar comum na indústria submarina, o componente sendo mostrado para completar a descrição. A SHPU se conecta com a carcaça do acionador (21) através de uma flange de conexão (47) e interface de aperto (48). As referências numéricas (49) e (50) se referem a disposições de mancais que articulam um rotor (51) para rotação relativa a um estator (52). A energia elétrica e meios de controle são fornecidos a partir de uma instalação principal, através de linhas conectadas ao acionador de válvula de comporta, no conector de encaixe úmido (53). Um conector suplementar (54) pode vantajosamente ser disposto como conector reserva (back-up), no caso do conector (53) ser desconectado após a restauração da SHPU. A referência numérica (55) se refere a um alojamento de componentes eletrônicos recuperável separadamente, que aloja os componentes elétricos/eletrônicos para operação do acionador.

[0052] O motor (1) pode ser projetado de diferentes formas. Numa modalidade preferida da presente invenção, é utilizado um motor com rotor do tipo “gaiola de esquilo”, com o rotor (51) projetado para resistência

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19/31 bastante alta nas barras do rotor. As barras podem ser feitas de um material menos condutor do que o cobre, contrariamente ao modelo normal de utilização de cobre, ou o rotor inteiro pode ser uma peça cilíndrica sólida de aço magnético (nesse último caso, de nenhum modo pode ser um rotor do tipo “gaiola de esquilo”). Isso possibilita a um motor de baixa eficiência, quando em processamento à velocidade nominal, como, também, a um motor de corrente de pico bastante baixa, um alto torque inicial e grande tolerância ao aquecimento. Na presente invenção, a eficiência de um motor em processamento à velocidade nominal (tipicamente, em torno de 2900 rpm), não é uma principal condição, porém, a corrente de pico é uma principal condição em função das longas linhas de transmissão usadas no desenvolvimento do campo submarino. A partida direta do motor por meio de convencionais conectores eletromecânicos possibilita um robusto esquema usando um simples equipamento, mas para um motor de indução industrial padrão, do tipo “gaiola de esquilo”, tende a criar grande queda de voltagem nas linhas de transmissão, em resposta às altas correntes de pico e aos baixos valores de ângulo de carga na partida. O motor somente tem processamento durante 3060 segundos por acionamento, de modo que a perda de energia agregada na forma de calor é insignificante.

[0053] Na modalidade preferida, o estator do motor (52) é enrolado para voltagens bastante baixas, tipicamente, 40-60 volts, para uma unidade de 5 kW (potência nominal típica para um acionador de 5”). Assim, as exigências de isolamento são moderadas, tornando o motor funcional mesmo para baixos valores de isolamento. Toda a carcaça contendo o conjunto de motor/bomba e válvulas auxiliares é cheia de um adequado óleo mineral, baseado em um fluido hidráulico sintético. Todos esses fluidos apresentam excelentes características de isolamento elétrico em baixas voltagens, mesmo quando absorvem água do mar. O fluido hidráulico é assim otimizado durante a

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20/31 lubrificação dos mancais do motor e bomba e ainda no desempenho da bomba, além da resistência à corrosão dos componentes molhados.

[0054] Deve ser observado que as bombas de engrenagem apresentam, inerentemente, um vazamento interno, normalmente considerado uma desvantagem, mas, no presente contexto, considerado uma vantagem, na medida em que o acionador é certo de ir para a posição de segurança da válvula, se a bomba ou motor congelarem seus respectivos mancais. Nesse caso improvável, o tempo de fechamento poderá aumentar, mas o confinamento poderá eventualmente acontecer.

[0055] Numa modalidade preferida, a bomba (3) é de um modelo do tipo de engrenagem, de grande robustez e baixo custo, mas, pode também ser de um modelo do tipo pistão axial, ou de alguma outra forma de máquina de deslocamento fixo. A exigência básica é que a ação de bombeamento seja reversível, de modo que a bomba seja processada como um motor, sob uma pressão gerada pela mola de retorno (29) no cilindro (11), quando o motor (1) for desenergizado e os grampos de travamento (31) forem liberados para confinamento. Assim, o circuito hidráulico não apresenta nenhuma capacitação intencional para manter a haste (26) na posição estendida, na posição da bomba em suspenso. Uma vez o motor seja desenergizado e os grampos de travamento (31) sejam liberados, a mola de retorno (29) irá acionar o conjunto de haste para a posição de segurança da válvula. Somente o mecanismo mecânico à prova de falhas (referência: mecanismo eletromecânico de retenção) mostrado nas figuras 3 e 4 é idealizado para manter a válvula no modo de produção. O motor elétrico e o circuito hidráulico constituem apenas a simples função de um dispositivo de elevação.

[0056] As válvulas de contrapressão (17) e (18) não são de natureza crítica. Elas são colocadas para garantir que o fluido que

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21/31 alternativamente circula dentro e fora do lado de pressão do cilindro, seja passado através do filtro (15) (tipicamente, uma unidade de 3 mícrons), na medida em que as molas são conhecidas como contaminantes do fluido. O modo de falha mais comum de uma válvula de contrapressão é o vazamento, quando a mesma é submetida à pressão na direção de bloqueio. As válvulas de contrapressão não são sujeitas a uma pressão significativa. Vazamentos menores não são de nenhuma consequência, na medida em que os mesmos irão somente resultar numa redução marginal do processo de filtração de fluido. Obviamente, a adição de mais duas válvulas de contrapressão não-críticas a esse circuito (não mostrado), resulta também na sucção do fluido que está sendo filtrado no lado de pressão do pistão (circuito retificador). Pelo mesmo motivo, uma disposição similar pode ser feita para o lado de sucção da bomba (não mostrado).

[0057] O circuito hidráulico, mostrado na figura 6, é bastante robusto com relação à contaminação de partículas, o que é normalmente considerado como a fonte principal de defeitos em sistema hidráulicos.

[0058] As referências numéricas 11, 23, 24, 26, 56, 57, conforme referidas na listagem anexa, são consideradas autoexplicativas para os engenheiros da indústria submarina, pelo que não são descritas posteriormente. Os elementos essencialmente novos apresentados nas figuras 2-5 são aqueles correlacionados ao mecanismo à prova de falhas e à parte da unidade de energia hidráulica submarina (SHPU). Esses elementos são novos no contexto de acionador submarino e constituem características essenciais da presente invenção. A conexão mecânica (47) entre a SHPU recuperável do veículo submarino operado por controle remoto (ROV) e a parte de cilindro não-recuperável (21, 22) é uma característica comum dos sistemas submarinos, sendo mostrada apenas para efeito de complementação. Tal conexão, normalmente, poderá conter válvulas de contrapressão (47) para

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22/31 prevenção da contaminação aquosa do óleo durante operações de engate/desengate.

[0059] Quando o curso do acionamento se inicia, o fluido circula da bomba (3), através da interface (47-48, 19, 20) dentro e através do pistão, para empurrar o cilindro (11) para a posição estendida, dessa forma, comprimindo a mola de retorno (29). Após alcançar a posição de final de curso (ou final de percurso) do pistão/cilindro, aos grampos de travamento (31) são inclinados dentro da posição de travamento e os pinos de travamento (37) são trazidos para engate com os grampos de travamento, mediante acionamento do eletroímã ou dispositivo de SMA, que atua sobre os braços ou hastes de acionamento (38), para empurrar os pinos/esferas (37) para a devida posição. Na medida em que o eletroímã/dispositivo de SMA é energizado, as esferas/pinos (37) irão impedir os grampos de travamento de se movimentarem em retorno para liberar o cilindro, independentemente de qualquer força prática da mola de retorno (29).

[0060] Para complementação da presente descrição, vedações (63) (juntas de vedação do pistão) são também dispostas na interface entre o cilindro (11) e o pistão (25), para separar o interior do cilindro do interior cheio de óleo (64) da carcaça do acionador (21).

[0061] A figura 7 mostra o desenvolvimento da pressão hidráulica no cilindro de acionamento e a figura 8 mostra as correspondentes correntes do estator do motor, respectivamente, como função do tempo, para uma típica sequência de acionamento de curso. Quando o motor dá a partida, ele aciona a bomba a uma baixa pressão (71), esquematicamente representada pela força de mola no pistão de partida suave (14) (acumulador hidráulico (14) do tipo pistão) (ver a figura 6). Quando o pistão de partida suave alcança o final do percurso (motor com velocidade total), toda a força de escape da válvula (12) é aplicada, pelo que a pressão aumenta de (71) para

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23/31 (72). A pressão é então imediatamente reduzida, quando o pistão (25) no cilindro (11) começa a se mover contra a força da mola de retorno (29) em (73). A pressão aumenta de modo uniforme quando a mola de retorno está sendo comprimida e, finalmente, quando o pistão no cilindro (11) alcança a posição de final do curso em (74), a pressão aumenta acentuadamente em (75), na medida em que não existe mais nenhum caminho para o fluido hidráulico no sistema hidráulico fechado. A pressão é mantida com o rotor (51) do motor praticamente parado, pelo que o aquecimento se desenvolve no rotor até que o mecanismo eletromecânico de retenção seja ativado, digamos, em 2 segundos, medido por um cronômetro simples. Mediante um sinal do cronômetro, o motor (44) é desligado e o circuito despressurizado, pelo que a bomba aciona agora o motor no sentido reverso.

[0062] Na figura 8, a referência numérica (80) indica o ponto de partida onde a energia é aplicada ao motor, e a referência (81) representa o ponto em que a corrente de pico do motor alcança o seu valor máximo. A referência numérica (82) representa o estado uniforme na velocidade total do motor, nenhum valor de carga da corrente do motor e a referência (83) representa o ponto em que o acumulador de partida suave (14) atinge a posição de final de curso. A referência numérica (84) representa o ponto em que a força de escape da válvula (12) é superada, e a referência (85) representa o início do curso em movimento uniforme. A referência numérica (86) indica o final do curso, onde a bomba/rotor é desacelerada para parar (ou, quase parar) e a referência (87) representa o ponto em que a corrente foi fornecida aos enrolamentos do estator do motor, na etapa de parada do motor. Finalmente, a referência numérica (88) indica o ponto em que os grampos de travamento (31) foram ativados e a energia do motor é desligada, após a passagem de um determinado retardo de tempo, durante o qual o motor (1) é parado com torque total.

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24/31 [0063] A figura 9 mostra, esquematicamente, o circuito elétrico de um sistema acionador de controle, de acordo com uma modalidade preferida da presente invenção. A energia é fornecida de uma instalação principal, através de uma unidade de transformador (91). Um transformador de corrente de motor (94) trabalha com circuito de interface (não mostrado) para transferir para uma unidade de controle lógica programável (unidade PLC) (95) o valor de uma ou mais correntes de fase elétricas no motor elétrico. A PLC (95) é equipada com uma linha normal de comunicação em série (96), e relés de acionamento (92, 92') de linha de controle digital de entrada/saída (I/O) (93). Quando da partida de uma sequência de acionamento, a unidade PLC recebe um comando da instalação de nível acima da água, através de diversas derivações do sistema de comunicação submarino (linha 96), tracionando o relé primário (92) para iniciar o motor (1). O relé secundário (92') é instalado para correção da sequência de fase e, em princípio, é supérfluo para uma instalação em que uma correta fiação é garantida. Alguns operadores podem não aceitar a dependência de tal fiação como crítica. Se a bomba não criar uma pressão quando em processamento, isso é indicativo de uma conexão de fase errada. Nesse caso, o relé secundário (92') pode então ser ativado.

[0064] Quando a posição de final de curso é alcançada para o pistão principal (25) no cilindro acionador (11), a corrente elétrica detectada pela unidade de transformador de corrente do motor (94) e convertida em um formato legível para a unidade PLC, é significativamente aumentada (mesmo no caso de um rotor todo de ferro), uma vez que o rotor para. Este é o sinal para acionamento da unidade solenoide de engate (97), (39) ou, como pode ser o caso, do circuito aquecedor da unidade de SMA. Um circuito de aferição de tempo é ativado na unidade PLC para proporcionar o acionamento do tempo de engate e, subsequentemente, o relé (92) é desativado pela unidade PLC, dessa forma, desenergizando o motor.

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25/31 [0065] A figura 10 sugere uma alternativa de instrumentação de sensor, em outras modalidades preferidas da presente invenção. Essa instrumentação pode ser também adicional, para melhorar a detecção da posição de final de curso com o método inferencial primário descrito acima, isto é, detecção da corrente do estator através de uma unidade de transformador de corrente de motor (94).

[0066] Numa modalidade preferida, uma unidade de sensor de pressão/transdutor (98) é encaixada em um local onde a pressão hidráulica no acionador deve ser medida, por exemplo, para a tubulação da porta de saída da bomba (42) (figura 2) (linha de fluxo para o meio hidráulico), para detectar em todos os momentos a pressão no fluido hidráulico que aciona o deslocamento do pistão/cilindro. Essa unidade de sensor de pressão irá detectar uma pressão no decorrer do tempo, durante um curso de acionamento, conforme mostrado na figura 7. Logicamente, essa unidade de sensor irá indicar a posição de final de curso do conjunto de pistão/cilindro e adicionalmente proporcionar leituras inferenciais da posição da válvula.

[0067] A figura 10 também sugere uma unidade de sensor de posicionamento (99), idealizada para detecção da posição de final de curso do conjunto de pistão/cilindro. Essa unidade de sensor de posicionamento pode ser usada como uma alternativa para os outros tipos de instrumentação de sensor, ou ser combinada com qualquer instrumentação de sensor para melhorar mais ainda a confiança da detecção. Uma unidade de sensor de posicionamento (99) do tipo indutivo é um instrumento bastante simples, compreendendo uma bobina de fios, um circuito de excitação e um detector. O circuito eletrônico da unidade de sensor de posicionamento indutivo (99) é embutido no alojamento de componentes eletrônicos (55) (ver a figura 2) e a bobina de fios é preferivelmente embutida na parte não-móvel do conjunto de pistão/cilindro (não ilustrado nas figuras). Uma segunda unidade de sensor de

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26/31 posicionamento de outro tipo, tipicamente, magnético ou ótico, pode ser instalada para confirmar a posição de final de curso ou pode ser instalada no lugar de uma unidade de sensor de posicionamento (99) do tipo indutivo. A experiência tem demonstrado que os sensores de posição são adequados para o ambiente submarino.

[0068] Algumas companhias operadoras desejam ter uma detecção direta da posição da válvula em todos os momentos, ao invés da detecção indireta de posição obtida pelos métodos inferenciais descritos acima. Isso pode ser proporcionado por meio de uma unidade de transformador diferencial variável linear (unidade LVTD) (100), compreendendo bobinas de fios, circuito de excitação e um detector, de uma maneira convencional, mediante montagem do dispositivo corrediço da unidade de LVDT em contato mecânico direto com a haste do acionador da válvula. O circuito eletrônico da unidade de LVDT é embutido no alojamento de componentes eletrônicos (55) (ver a figura 2) e as bobinas de fios são preferivelmente embutidas na parte não-móvel do conjunto de pistão/cilindro (11) (não ilustrado nas figuras).

[0069] Essas disposições são usuais e foram especificamente implementadas em acionadores de válvula de comporta submarina. Essa implementação, entretanto, exige considerável reformulação de projeto, se comparado com a modalidade preferida da implementação da unidade de LVDT, conforme esquematicamente mostrado na figura 10. O problema não é levado em consideração se a disposição é factível e praticável, o problema que se leva em consideração é se ou não outro componente elétrico, embora sendo robusto, deva ser embutido em uma parte da máquina que, na maioria dos casos, é difícil de recuperar durante a manutenção ou substituição.

[0070] A unidade de sensor de pressão (98) e a unidade de circuito de monitoramento de corrente do motor ou unidade de transformador de corrente de motor (94) descritas acima são localizadas em um módulo ou

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27/31 alojamento de componentes eletrônicos (55), que é facilmente recuperável para operação de manutenção ou substituição, por meio de, por exemplo, operações simples e comprovadas de uso de ROV. Os componentes relativos ao sensor de posicionamento (99) e à unidade de LVDT (100) devem ser embutidos na parte não-recuperável (21) do sistema acionador de válvula.

[0071] As modalidades preferidas baseadas na detecção inferencial da posição de curso final, isto é, monitoramento da corrente do motor por meio de uma unidade de transformador de corrente (94) ou detecção de pressão por meio de uma unidade de sensor de pressão (98), exige apenas um conector elétrico (53) operado por ROV entre o alojamento de componentes eletrônicos (55) e a central de suprimento e comunicação de energia a montante (não mostrado). Caso uma unidade de LVDT ou uma unidade de sensor de posicionamento indutivo, de acordo com outras modalidades preferidas sejam implementadas, então, poderá ser exigido um adicional conector elétrico (54) operado por ROV, conectando os componentes elétricos na parte do cilindro do acionador com o circuito eletrônico no alojamento de componentes eletrônicos (55). Isso representa uma adicional custo e maior complexidade mecânica, porém, representa uma satisfatória comprovação dos componentes de operações.

[0072] A invenção, logicamente, de nenhum modo é restringida pelas modalidades descritas acima. Ao contrário, diversas possibilidades de modificações da mesma se tornarão evidentes para um especialista versado na técnica, sem que seja afastada a ideia básica da invenção, tal como definida nas reivindicações anexas.

Listagem das Referências Numéricas (1) - motor elétrico; nas modalidades preferidas, com um modelo de rotor tipo “gaiola de esquilo” ou tipo sólido;

(2) - acoplamento flexível;

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28/31 (3) - bomba hidráulica; nas modalidades preferidas, do tipo de engrenagem;

(4) - filtro; tipicamente, uma peneira de entrada de bomba, com rejeição de tamanho de partícula de 50 mícrons;

(5) - válvula de alívio de pressão (estado da técnica);

(6) - compensador de volume; nas modalidades preferidas, um modelo de fole;

(7) - reservatório de óleo; tipicamente, definido pela carcaça externa da unidade de energia hidráulica submarina (SHPU);

(8) - acumulador hidráulico (estado da técnica);

(9) - válvula de controle (estado da técnica);

(10) - válvula piloto operada por solenoide (estado da técnica);

(11) - cilindro hidráulico;

(12) - válvula, tal como, uma válvula de comporta;

(13) - válvula de contrapressão; na posição mostrada é somente referida no estado da técnica;

(14) - acumulador hidráulico de partida suave; nas modalidades preferidas, do tipo pistão;

(15) - filtro de linha de retorno;

(16) - referência não usada;

(17) - válvula de contrapressão;

(18) - válvula de contrapressão;

(19) - acoplamento hidráulico;

(20) - acoplamento hidráulico;

(21) - porção dianteira da carcaça do acionador;

(22) - porção traseira da carcaça do acionador;

(23) - instalação de sobreposição de ROV (veículo submarino operado por controle remoto);

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29/31 travamento;

(24) - tampa de interface do acionador;

(25) - pistão;

(26) - interface/haste de válvula;

(27) - cavilha de travamento;

(28) - seção posterior da cavilha de travamento;

(29) - mola de retorno;

(30) - flange terminal posterior no cilindro;

(31) - grampos de travamento;

(32) - rebaixo radial na cavilha de travamento;

(33) seção de raio ampliada da cavilha de travamento;

(34) - superfície deslizante do grampo de travamento;

(35) - estrutura da interface dos grampos de travamento;

(36) - assento formado na extremidade periférica dos grampos de (37) - pino/esfera de travamento;

(38) - haste de acionamento para o item (37);

(39) - solenoide ou dispositivo de acionamento tipo SMA;

(40) - rebaixo na carcaça do acionador;

(41) - recesso;

(42) - linha de fluxo para o meio hidráulico;

(43) - linha de fluxo para o meio hidráulico;

(44) - carcaça do motor/bomba;

(45) - tampa de proteção do fole de metal;

(46) - referência não usada;

(47) - flange de HPU;

(48) - interface de aperto;

(49) - mancais;

(50) - mancais;

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30/31 (51) - rotor do motor elétrico;

(52) - estator do motor elétrico;

(53) - conector de encaixe úmido;

(54) - conector de encaixe úmido;

(55) - alojamento de componentes eletrônicos;

(56) - porta para passagem de fluidos de vazamento do poço de produção;

(57) - junta de vedação da haste principal;

(58-62) - referências não usadas;

(63) - juntas de vedação do pistão;

(64) - volume de óleo de enchimento;

(65-70) - referências não usadas;

(71) - ponto na curva de pressão/tempo, onde o acumulador de partida suave alcança o final do percurso;

(72) - curva na curva de pressão/tempo, em que a força de escape no acionador da válvula é superada;

(73) - ponto na curva de pressão/tempo, onde o pistão no cilindro (11) superou a força de escape e começou a se mover;

(74) - ponto na curva de pressão/tempo, onde o curso do acionador é completado e o pistão no cilindro (11) alcançou o final do curso;

(75) - ponto na curva de pressão/tempo, onde o rotor do conjunto motor/bomba é parado ou quase parado;

(76) - ponto na curva de pressão/tempo, onde o acionamento do engate completou seu curso;

(77-79) - referências não usadas;

(80) - ponto de partida, onde a energia é aplicada ao motor;

(81) - valor máximo da corrente de piso do motor;

(82) - estado uniforme na velocidade total do motor, nenhum valor

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31/31 de carga da corrente do motor;

(83) - ponto em que o acumulador de partida suave atinge a posição de final de curso;

(84) - ponto em que a força de escape da válvula é superada;

(85) - partida do curso em movimento uniforme;

(86) - final do curso, onde o rotor do conjunto bomba/motor é desacelerado para parar (ou quase parar);

(87) - ponto em que se aplica no estator a corrente de paralisação;

(88) - ponto em que os grampos de travamento foram acionados e a energia do motor é desligada;

(89-90) - referências não usadas;

(91) - transformador;

(92) - relé primário;

(92') - relé secundário;

(93) - linha de controle de relés solenoides de acionamento de entrada/saída da unidade PLC;

(94) - unidade de transformador de corrente de motor;

(95) - unidade de controlador lógico programável (unidade PLC);

(96) - linha de comunicação;

(97) - solenoide de engate;

(98) - unidade de sensor de pressão;

(99) - unidade de sensor de posicionamento;

(100) - unidade de transformador diferencial variável linear (unidade LVDT).

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Claims (17)

1. SISTEMA SUBMARINO ACIONADOR (12) DE VÁLVULA compreendendo um conjunto de pistão (25) e cilindro (11) e uma mola de retorno (29), dispostos em uma carcaça de acionador (21, 22), um conjunto de bomba hidráulica (3) e motor elétrico (1) associado ao conjunto de pistão (25) e cilindro (11), e linhas de fluxo hidráulico (42, 43) para um meio hidráulico acionar o pistão e o cilindro em deslocamento relativo contra a força da mola de retorno (29), um dispositivo de detecção sendo disposto para detectar uma posição de final de curso do conjunto de pistão (25) e cilindro (11), o dispositivo de detecção sendo pelo menos um dentre:

- uma unidade de circuito de monitoramento de uma corrente de motor (94);

- uma unidade de sensor de pressão de meio hidráulico (98); uma unidade de sensor de posicionamento (99); e

- uma unidade de transformador diferencial linear variável (100);

em que um mecanismo eletromecânico de retenção é disposto para ser energizado, para reter de forma liberável a mola de retorno em um estado comprimido, em função da posição de final de curso detectada, o sistema sendo caracterizado pelo fato de que o meio hidráulico é fornecido através de uma linha de fluxo (42) que se abre na extremidade do pistão (25), que é estacionário na carcaça do acionador (21, 22), o cilindro (11) sendo disposto de modo deslocável sobre o pistão (25) na carcaça do acionador (21), enchido com o meio hidráulico que se comunica com a bomba hidráulica (3) através de uma linha de fluxo de retorno (43).

2. SISTEMA ACIONADOR, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que pelo menos uma dentre a unidade de circuito de monitoramento de corrente de motor (94) e unidade de sensor de pressão

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2/5 (98) é contida em um alojamento eletrônico (55), o qual é conectado de modo restaurável à carcaça do acionador (21, 22).

3. SISTEMA ACIONADOR, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que os componentes de pelo menos uma dentre as unidades de sensor de posicionamento (99) e unidade de transformador diferencial variável linear (100) estão contidos na carcaça do acionador (21, 22).

4. SISTEMA ACIONADOR, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que a unidade de circuito de monitoramento de corrente de motor (94) é disposta para submeter um sinal de final de curso a uma unidade lógica (PLC), a qual controla o mecanismo eletromecânico de retenção, para manter a válvula em um modo de produção contra a força da mola de retorno.

5. SISTEMA ACIONADOR, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que a unidade de sensor de pressão (98) é disposta para gerar um sinal de pressão em uma unidade lógica (PLC), a qual controla o mecanismo eletromecânico de retenção, para manter a válvula em um modo de produção contra a força da mola de retorno.

6. SISTEMA ACIONADOR, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que pelo menos uma dentre as unidades de sensor de posicionamento (99) e unidade de transformador diferencial variável linear (100) é disposta para submeter um sinal de final de curso a uma unidade lógica (PLC), a qual controla o mecanismo eletromecânico de retenção, para manter a válvula em um modo de produção contra a força da mola de retorno.

7. SISTEMA ACIONADOR, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo fato de que o conjunto de bomba hidráulica (3) e motor elétrico (1) é instalado em uma unidade de energia

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3/5 hidráulica, a qual é conectada de modo restaurável à carcaça do acionador (21, 22).

8. SISTEMA ACIONADOR, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que o meio hidráulico é fornecido ao conjunto de pistão/cilindro, a partir de uma bomba hidráulica reversível, de deslocamento fixo (3).

9. SISTEMA ACIONADOR, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a carcaça do acionador compreende uma haste (26) que se projeta do cilindro (11) numa direção para frente, e uma cavilha de travamento (27) que se projeta do cilindro (11) na direção para trás, a cavilha de travamento alcançando o pistão (25) para ser encaixada de modo liberável na posição de final de curso do cilindro (11) por meio de grampos de travamento (31), dispostos de modo articulado na carcaça do acionador (21, 22).

10. SISTEMA ACIONADOR, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que os grampos de travamento (31) podem ser controlados em engate de travamento com a cavilha (27), após energização de um eletroímã/solenoide (97) ou de um dispositivo de liga de formato de memória (39).

11. MÉTODO PARA OPERAÇÃO DE UM SISTEMA SUBMARINO ACIONADOR DE VÁLVULA, compreendendo um conjunto de pistão (25) e cilindro (11) e uma mola de retorno (29), dispostos em uma carcaça de acionador (21, 22), um conjunto de bomba hidráulica (3) e motor elétrico (1) associado ao conjunto de pistão (25) e cilindro (11), e linhas de fluxo hidráulico (42, 43) para um meio hidráulico acionar o pistão (25) e o cilindro (11) em deslocamento relativo contra a força da mola de retorno (29), o método compreendendo as etapas de:

- dispor um mecanismo eletromecânico de retenção de modo

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4/5 efetivo para reter de forma liberável a mola de retorno em um estado comprimido;

- determinar uma posição de final de curso do conjunto de pistão (25) e cilindro (11) através de pelo menos uma das ações de:

- detectar a corrente suprida ao motor elétrico ou consumida pelo motor elétrico;

- detectar a pressão no meio hidráulico;

- detectar a posição do pistão (25) relativa ao cilindro (11); e

- detectar a posição absoluta do pistão (25) ou do cilindro (11); e

- energizar o mecanismo eletromecânico de retenção em função da posição detectada de final de curso do conjunto de pistão (25) e cilindro (11), o método sendo caracterizado por compreender ainda as etapas de:

fornecer o meio hidráulico através de uma linha de fluxo (42) que se abre na extremidade do pistão (25), que é estacionário na carcaça do acionador (21, 22), dispor de modo deslocável o cilindro (11) sobre o pistão (25) na carcaça do acionador (21), enchido com o meio hidráulico que se comunica com a bomba hidráulica (3) através de uma linha de fluxo de retorno (43).

12. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pela etapa de acionar o motor (1) na paralisação da posição de final de curso, enquanto se detecta informação sobre pelo menos uma dentre o consumo de corrente do motor, a pressão do meio hidráulico, a posição do pistão em relação ao cilindro, e a posição absoluta do pistão ou cilindro, e descontinuar o suprimento de energia ao motor, após a detecção da posição de final de curso do conjunto de pistão/cilindro.

13. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 12,

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5/5 caracterizado pela etapa de ativar o mecanismo eletromecânico de retenção após passar um retardo de tempo na faixa de 1 a 2 segundos, durante o qual o motor (1) é paralisado com torque integral.

14. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 12 a 13, caracterizado pela etapa de acelerar o motor com um torque, proporcionado de um acumulador com carga de mola (14), disposto no fluxo do meio hidráulico da bomba (3) para o cilindro (11).

15. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 11 a 14, caracterizado pela etapa de dispor pelo menos uma dentre uma unidade de circuito de monitoramento de corrente de motor (94) e unidade de sensor de pressão de meio hidráulico (99) em um alojamento eletrônico separado restaurável (55), o qual pode ser conectado à carcaça do acionador (21, 22).

16. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 11 a 15, caracterizado pela etapa de dispor os componentes de pelo menos uma dentre as unidades de sensor de posicionamento (99) e unidade de transformador diferencial variável linear (100) na carcaça do acionador (21, 22).

17. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 11 a 16, caracterizado pela etapa de instalar a bomba hidráulica (3) e o motor elétrico (1) em uma unidade de energia hidráulica, a qual é conectada de modo restaurável à carcaça do acionador (21, 22).