DE102016218768B4

DE102016218768B4 - Unterwasser-BOP-Steuersystem mit doppelt wirkendem Rückschlagventil

Info

Publication number: DE102016218768B4
Application number: DE102016218768.6A
Authority: DE
Inventors: Robert E. Smith; Timothy Goggans; Frank Harold Hollister
Original assignee: National Coupling Co Inc
Current assignee: National Coupling Co Inc
Priority date: 2015-10-08
Filing date: 2016-09-28
Publication date: 2021-08-19
Anticipated expiration: 2036-09-29
Also published as: GB2543159A; US11105435B2; NO20240125A1; GB2543159B; GB2551418A; GB201615763D0; GB201705381D0; US20200080657A1; NO20161587A1; BR102016023497A2; DE102016218768A1; GB201705380D0; US20180023716A1; US9810336B2; NO347881B1; US10054239B2; GB2551418B; BR102016023497B1; NO346178B1; NO20200887A1

Abstract

Doppelt wirkendes Rückschlagventil (120, 420) mit:einem Körper (412) mit einem ersten Ende (401) und einem zweiten Ende (402),einer ersten Sacklochbohrung (414) in dem ersten Ende (401) des Körpers (412), wobei die Bohrung (414) einen ersten Abschnitt aufweist, der zu dem ersten Ende (401) des Körpers (412) offen ist und bei einer Öffnung im ersten Ende (401) des Körpers (412) vorgesehen ist, und einen ersten Innendurchmesser (i.d.), einen zweiten Abschnitt mit einem zweiten i. d., der kleiner ist als der erste i.d. und einer ersten schrägen Schulter (431) zwischen dem ersten Abschnitt und dem zweiten Abschnitt,einem ersten federbelasteten Sitzventil (454) in der ersten Sacklochbohrung (414), das bemessen und ausgebildet ist, um gegen die erste schräge Schulter (431) abzudichten,einer zweiten Sacklochbohrung (416) in dem zweiten Ende (402) des Körpers (412), die im Wesentlichen parallel zu der ersten Sacklochbohrung (414) ist, wobei die zweite Sacklochbohrung (416) einen ersten Abschnitt aufweist, der zu dem zweiten Ende (402) des Körpers (412) offen ist undeinen ersten Innendurchmesser (i.d.) aufweist, einen zweiten Abschnitt mit einem zweiten i.d., der kleiner ist als der erste i.d., und einer zweiten schrägen Schulter (431) zwischen dem ersten Abschnitt und dem zweiten Abschnitt,einem zweiten federbelasteten Sitzventil (454) in der zweiten Sacklochbohrung (416), das bemessen und ausgebildet ist, um gegen die zweite schräge Schulter (431) abzudichten,einer ersten Querbohrung (415) in einem spitzen Winkel zu der ersten Sacklochbohrung (414), wobei die erste Querbohrung (415) zylindrische Wände aufweist, ein erstes Ende,das zu dem zweiten Abschnitt der ersten Sacklochbohrung (414) offen ist, und ein zweites, gegenüberliegendes Ende, das zu dem ersten Abschnitt der zweiten Sacklochbohrung (416) offen ist,eine zweite Querbohrung (417) in einem spitzen Winkel zu der ersten Sacklochbohrung (414), wobei die zweite Querbohrung (417) zylindrische Wände aufweist, ein erstes Ende, das zu dem zweiten Abschnitt der zweiten Sacklochbohrung (416) offen ist, und ein zweites, gegenüberliegendes Ende, das zu dem ersten Abschnitt der ersten Sacklochbohrung (414) offen ist,wobei die erste Querbohrung (415) so bemessen und positioniert ist, dass eine Erstreckung ihrer zylindrischen Wände die Öffnung in dem zweiten Ende (402) des Körpers (412),die durch die zweite Sacklochbohrung (416) gegeben ist, freigibt, undwobei die zweite Querbohrung (417) so bemessen und positioniert ist, dass eine Erstreckung ihrer zylindrischen Wände die Öffnung in dem ersten Ende (401) des Körpers (412), die durch die erste Sacklochbohrung (414) gegeben ist, freigibt.

Description

Querbezug zu verwandten Anmeldungen:
Diese Anmeldung beansprucht den Vorteil der provisorischen US-Anmeldung Nummer 62/239 085 , die am 8. Oktober 2015 eingereicht wurde.
Stellungnahme hinsichtlich bundesstaatlich geförderter Forschung oder Entwicklung: nicht anwendbar
Hintergrund der Erfindung
Erfindungsgebiet
Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf eine Unterwasserausrüstung für Öl- und Gasförderung. Insbesondere bezieht sie sich auf Unterwasser-Blow-out-Preventer (BOPs) und andere solche hydraulisch betätigten Ausrüstungen.
Beschreibung der verwandten Technik einschließlich Informationen, die unter 37 CFR 1.97 und 1.98 offenbart wird.
Ein Blow-out-Preventer ist ein Teil einer hydraulisch betriebenen Ausrüstung, die (in einem Notfall) zum Verschließen in einem Bohrloch verwendet wird, die um ein Bohrgestänge oder eine Produktions-Steigrohr angepasst ist.
Im Wesentlichen ist ein BOP ein großes Ventil an der Oberseite eines Bohrlochs, das geschlossen werden kann, falls die Bohrmannschaft die Kontrolle über die Formationsfluide verliert. Durch Schließen dieses Ventils (normalerweise entfernt über hydraulische Betätigungsglieder betrieben), erlangt die Bohrmannschaft normalerweise wieder die Kontrolle über das Vorkommen, und Prozesse können dann begonnen werden, um die Schlammdichte zu erhöhen, bis es möglich ist, den BOP zu öffnen und die Druckkontrolle der Formation wieder zu erhalten. BOPs gibt es in einer Vielzahl von Bauarten, Größen und Druckklassen. Einige können effektiv ein offenes Bohrloch abschließen, einige sind ausgebildet, um um rohrförmige Komponenten in dem Bohrloch herum abzudichten (Bohrleitung, Gehäuse oder Rohre) und andere sind mit Scherflächen aus gehärtetem Stahl ausgestattet, die tatsächlich durch das Bohrgestänge schneiden können. Da BOPs für die Sicherheit der Mannschaft, der Bohranlage und der Bohrung selbst kritisch wichtig sind, werden BOPs in regelmäßigen Intervallen, die durch eine Kombination von Risikoabschätzung, lokaler Praxis, Art der Bohrung und gesetzlichen Anforderungen geprüft, inspiziert und ausgebessert. BOP-Tests variierenden von täglichen Funktionstests an kritischen Bohrstellen bis zu monatlichen oder weniger häufigen Tests an Bohrstellen, bei denen angenommen wird, dass sie eine geringe Wahrscheinlichkeit von Bohrstellen-Kontrollproblemen aufweisen.
Obwohl sie typischerweise von der Oberfläche über Kabelleitungen gesteuert werden, sind Unterwasser-BOPs häufig mit einem Hydraulikanschluss zur Verbindung mit einem ferngesteuerten Unterwasserfahrzeug (ROV) ausgestattet. Falls der BOP nicht über die Oberflächensteuerungen geschlossen werden kann, kann Hydraulikfluid (unter Druck), das durch ein ROV zugeführt wird, das mit den BOP-Steuerschaltungen verbunden ist, in der Lage sein, den BOP zu schließen.
In jeder unterseeischen Hydraulikverbindung besteht ein Risiko, das Meerwasser in das Hydrauliksystem eindringt und es kontaminiert, und es besteht ein Risiko, dass Hydraulikfluid aus der Hydraulikverbindung leckt und die maritime Umgebung kontaminiert. In der Vergangenheit wurden ROV-Anschlüsse verstopft, manuelle Ventile, die durch ein ROV betätigt werden können, wurden verwendet, und konventionelle einzelne Rückschlagventile wurden verwendet, um diesem Problem zu begegnen. Keine der bisher versuchten Lösungen, die oben genannt sind, verhindert einen Rückausfluss aus dem ROV-Anschluss. Die vorliegende Erfindung begegnet diesem Problem auf eine neue Weise. Konventionelle Rückschlagventile der oben genannten Art sind bekannt aus den Dokumenten US 3 468 337 A , US 4 301 832 A , US 4 923 602 A , CN 101 761 673 A , JP 2001-317 641 A und WO 98/ 03 766 A1 .
Kurze Zusammenfassung der Erfindung
Bei unterseeischen ROV-Anschlüssen können Probleme mit Meerwasser existieren, das in das Hydrauliksystem eindringt, und/oder mit Hydraulikfluid, das in das Meer abgegeben wird. Das doppelt wirkende Rückschlagventil gemäß der Erfindung schafft einen Gegendruck für den Fluss in jeder Richtung. Dies hält das Hydraulikfluid in dem Hydrauliksystem und das Meerwasser außen. Falls ein Fluss aus dem ROV-Anschluss nach außen zurückkehren muss, kann er frei aus dem Anschluss fließen, und zwar aufgrund eines Gegendrucks, der durch eine Kombination des hydrostatischen Drucks und der Federkonstante der Ventilfeder bestimmt ist.
In einigen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung sind zwei Rückschlagventile so ausgebildet, dass der Fluss in jeder Richtung auftreten kann, und zwar aufgrund eines Gegendrucks, der durch Auswahl der Federkonstante(n) der federbelasteten Sitzventile innerhalb des Geräts variiert werden kann. In einem anderen Ausführungsbeispiel erlaubt ein einzelnes doppelt wirkendes Ventil das Auftreten eines Flusses in jeder Richtung, und zwar aufgrund der Gegendrücke, die durch Auswahl von Federn mit bestimmten Federkonstanten bestimmt werden.
Figurenliste

1 ist ein schematisches Diagramm eines Untersee-BOP-Hydrauliksystems gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
2 ist eine Querschnittsdarstellung eines ersten Ausführungsbeispiels eines doppelt wirkenden Rückschlagventils gemäß der Erfindung.
2A ist eine Querschnittsdarstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels eines doppelt wirkenden Rückschlagventils gemäß der Erfindung.
3 ist eine Querschnittsdarstellung eines dritten Ausführungsbeispiels eines doppelt wirkenden Rückschlagventils gemäß der Erfindung.
3A ist eine Querschnittsdarstellung eines vierten Ausführungsbeispiels eines doppelt wirkenden Rückschlagventils gemäß der Erfindung.
4 ist eine Querschnittsdarstellung eines fünften Ausführungsbeispiels eines doppelt wirkenden Rückschlagventils gemäß der Erfindung.
4A ist eine Querschnittsdarstellung eines sechsten Ausführungsbeispiels eines doppelt wirkenden Rückschlagventils gemäß der Erfindung.
5 ist eine Querschnittsdarstellung eines Ausführungsbeispiels eines doppelt wirkenden Rückschlagventils gemäß der vorliegenden Offenbarung.

Detaillierte Beschreibung der Erfindung
Die Erfindung kann am besten durch Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungsfiguren verstanden werden, die verschiedene repräsentative Ausführungsbeispiele der Erfindung zeigen.
Zunächst bezugnehmend auf die 1 ist ein Untersee-BOP-Steuersystem schematisch dargestellt, das mit einem doppelt wirkenden Rückschlagventil gemäß der Erfindung ausgestattet ist. Das Untersee-BOP-Steuersystem 100 umfasst eine Offshore-Plattform 101 mit einem Hydraulikfluid-Reservoir [Versorgungstank] 102 in Fluidverbindung mit einer motorbetriebenen Hydraulikpumpe 103, die Hydraulikfluid unter Druck an Hydraulikspeicher 107 über eine Versorgungsleitung 104 liefern kann.
Elektrische Signalleitungen 105 Steuern ein Magnetventil 106, das unter Druck stehendes Hydraulikfluid von einem Pilot-Druckregler 108 erhält. Wenn über die Signalleitung 105 „offen“ gewählt wird, liefert das Magnetventil 106 unter Druck stehendes Hydraulikfluid zum Öffnen eines Grundplatten-montierten Ventils 109. In dem „offenen“ Zustand erlaubt es das Grundplatten-montierte Ventil 109, dass unter Druck stehendes Hydraulikfluid von dem Bohrdruckregler 110 zu dem Zweiwegeventil 111 fließt und somit zur Schließleitung 115 des BOP 112 fließt. Die Schließleitung 115 richtet unter Druck stehendes Hydraulikfluid an die angegebenen Seiten von Kolben 114, was bewirkt, dass Rammen-Verschlusselemente 113 die Bohrstelle abdichten. Wie konventionell kann unter Druck stehendes Hydraulikfluid über Öffnungsleitungen 116 an die angezeigten Seiten der Kolben 114 gerichtet werden, um die Rammen-Schließelemente 113 zurückzuziehen und damit den BOP 112 zu öffnen.
Das Untersee-BOP-Steuersystem 100 schafft zwei zusätzliche Einrichtungen zum Schließen des BOP 112. Das Zweiwegeventil 117 erlaubt es, unter Druck stehendes Hydraulikfluid der Schließleitung 115 durch ein redundantes Hydrauliksystem oder alternativ über ein ferngesteuertes Fahrzeug (ROV) über ein doppelt wirkendes Rückschlagventil 120 und einen ROV-Anschluss 130 zuzuführen. Das doppelt wirkende Rückschlagventil 120 liefert einen Gegendruck zum Fluidfluss in jeder Richtung. Dies hält das Hydraulikfluid in dem Hydrauliksystem und das Meerwasser außen.
Nunmehr bezugnehmend auf die 2A ist ein erstes Ausführungsbeispiel 220 des doppelt wirkenden Rückschlagventils 120 der 1 dargestellt.
Das doppelt wirkende Rückschlagventil 220 umfasst einen Körper 212 mit einem ersten Ende 201 und einem gegenüber liegenden zweiten Ende 202. Der Körper kann aus jedem geeigneten Material gefertigt sein und kann jede geeignete Form aufweisen. In einem bestimmten bevorzugten Ausführungsbeispiel ist der Körper 212 aus rostfreiem 316L-Stahl gefertigt. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Körper 212 allgemein zylindrisch.
Ein erster Anschluss 203 und ein zweiter Anschluss 204 sind einander gegenüberliegend in der Seite des Körpers 212 vorgesehen. Der erste Anschluss 203 und/oder der zweite Anschluss 204 können mit einem Innengewinde zur Verbindung mit Hydraulikleitungen oder -röhren versehen sein.
Eine erste Sacklochbohrung 214 ist in dem ersten Ende 201 des Körpers 212 vorgesehen. Eine zweite Sacklochbohrung 216 ist in dem zweiten Ende 202 des Körpers 212 vorgesehen. Die erste Sacklochbohrung 214 und die zweite Sacklochbohrung 216 können Querschnitte mit unterschiedlichem Innendurchmesser (i. d.) mit geneigten Schultern 231 aufweisen, die die unterschiedlichen Abschnitte verbinden. Die erste Sacklochbohrung 214 und die zweite Sacklochbohrung 216 können durch Stopfen 205 abgedichtet sein.
Eine erste Querbohrung 218 verbindet die erste Sacklochbohrung 214, die zweite Sacklochbohrung 216 und den zweiten Anschluss 204, wie dargestellt ist. Eine zweite Querbohrung 219 verbindet die erste Sacklochbohrung 214, die zweite Sacklochbohrung 216 und den ersten Anschluss 203, wie dargestellt ist.
Sitzventile 254 sind in der ersten Sacklochbohrung 214 und der zweiten Sacklochbohrung 216 vorgesehen. Die Sitzventile 254 werden zur Anlage gegen die geneigten Schultern 231 durch Ventilfedern 250 gespannt, die gegen Federkragen 228 wirken, die durch die Stopfen 205 gesichert sind.
Falls im Betrieb Hydraulikfluid in den Anschluss 203 mit ausreichendem Druck eindringt, um das Sitzventil 254 in der Bohrung 216 zu öffnen, kann es über die Querbohrung 218 fließen und am Anschluss 204 austreten. Falls Hydraulikfluid in den Anschluss 204 mit ausreichendem Druck eindringt, um das Sitzventil 254 in der Bohrung 214 zu öffnen, kann es über die Querbohrung 219 fließen und am Anschluss 203 austreten. Es soll festgestellt werden, das Fachleute erkennen, dass der Druck, der zum Öffnen des Sitzventils 254 erforderlich ist, sowohl von der Verschlusskraft der Ventilfeder in 250 als auch vom Druck des Fluids an der gegenüberliegenden Seite des Sitzventils 254 abhängt. Das Sitzventil 254 in der Bohrung 214 kann dieselbe oder eine andere Federkonstante wie das Sitzventil 254 in der Bohrung 216 aufweisen. Durch Auswahl unterschiedlicher Federkonstanten kann der Druck zum Öffnen des Rückschlagventils in einer ersten Richtung unterschiedlich zu dem Druck zum Öffnen des Rückschlagventils in einer entgegengesetzten zweiten Richtung gestaltet werden.
Ein zweites Ausführungsbeispiel 221 des doppelt wirkenden Rückschlagventils 120 der 1 ist in der 2B dargestellt. Dieses Ausführungsbeispiel ist im wesentlichen das gleiche wie das erste Ausführungsbeispiel, das in 2A dargestellt ist und oben beschrieben wurde. In dem zweiten Ausführungsbeispiel ist jedoch das doppelt wirkende Rückschlagventil 221 mit Stopfen 206 versehen, die einen integralen Federsitz mit einer Ausnehmung 207 aufweisen. Dies vermeidet die Notwendigkeit der Federkragen 228, was sowohl die Zahl der Teile des doppelt wirkenden Rückschlagventils 221 relativ zu der des doppelt wirkenden Rückschlagventils 220 vermindert und es auch erlaubt, dass die Längsabmessung des Körpers 212' geringer ist als die des Körpers 212, wodurch die Größe, das Gewicht und das für das Vorrichtung erforderliche Material reduziert werden.
Nunmehr bezugnehmend auf die 3A wird ein drittes Ausführungsbeispiel 320 des doppelt wirkenden Rückschlagventils 120 der 1 dargestellt.
Das doppelt wirkende Rückschlagventil 320 umfasst einen Körper 312 mit einem ersten Ende 301 und einem gegenüberliegenden zweiten Ende 302. Der Körper 312 kann aus jedem geeigneten Material gefertigt sein und kann jede geeignete Form aufweisen. In einem bestimmten bevorzugten Ausführungsbeispiel ist der Körper 312 aus rostfreiem 316L-Stahl gefertigt. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Körper 312 allgemein zylindrisch.
Ein erster Anschluss 303 und ein zweiter Anschluss 304 sind einander gegenüberliegend in den Seiten des Körpers 312 vorgesehen. Der erste Anschluss 303 und/oder der zweite Anschluss 304 können zum Anschluss an Hydraulikleitungen oder - rohre mit einem Innengewinde versehen sein.
Eine erste Sacklochbohrung 314 ist in einem ersten Ende 301 des Körpers 312 vorgesehen. Eine zweite Sacklochbohrung 316 ist in einem zweiten Ende 302 des Körpers 312 vorgesehen. Die erste Sacklochbohrung 314 und die zweite Sacklochbohrung 316 können Querschnitte mit unterschiedlichem Innendurchmesser (i. d.) mit schrägen Schultern 331 aufweisen, die die unterschiedlichen Abschnitte 314 bis 314' und 316 bis 316' verbinden). Die erste Sacklochbohrung 314 und die zweite Sacklochbohrung 116 können durch Stopfen 305 abgedichtet sein.
Das doppelt wirkende Rückschlagventil 320 ist mit Querflussstücken 340 versehen, die zwischen den Stopfen 305 und den Federkragen 328 angeordnet sind. Die Querflussstücke 340 können einen allgemein zylindrischen Körper aufweisen, der bemessen ist, um in die Bohrungen 314 und 116 zu passen, und eine mittige Axialbohrung 342. Die zylindrische Außenfläche der Querflussstücke 340 kann eine ringförmige Ausnehmung 344 aufweisen. Interne radiale Öffnungen 346 schaffen eine Fluidverbindung zwischen der ringförmigen Ausnehmung 344 und der mittigen Axialbohrung 342.
Eine erste Querbohrung 318 verbindet die erste Sacklochbohrung 340', die zweite Sacklochbohrung 316 (am Ort des Querflussstücks 340) und den zweiten Anschluss 304, wie dargestellt ist. Eine zweite Querbohrung 319 verbindet die erste Sacklochbohrung 314 (am Ort des Querflussstücke 340), die zweite Sacklochbohrung 316' und den ersten Anschluss 303, wie dargestellt ist.
Sitzventile 354 sind in der ersten Sacklochbohrung 314 und der zweiten Sacklochbohrung 316 vorgesehen. Die Sitzventile 354 werden durch Ventilfedern 350, die gegen Federkragen 328 wirken, die durch Stopfen 305 gesichert sind, zum Sitz gegen die schrägen Schultern 331 gezwängt.
Falls im Betrieb Hydraulikfluid in den Anschluss 303 mit ausreichendem Druck zum Öffnen des Sitzventils 334 in der Bohrung 316 eindringt, kann es über die Querbohrung 318 fließen und am Anschluss 304 austreten. Falls andererseits Hydraulikfluid in den Anschluss 304 mit einem ausreichenden Druck eindringt, um das Sitzventil 334 in der Bohrung 314 zu öffnen, kann es über die Querbohrung 319 fließen und am Anschluss 303 austreten. Es ist für Fachleute ersichtlich, dass der Druck, der zum Öffnen des Sitzventils 354 erforderlich ist, von der Schließkraft der Ventilfedern 350 und dem Druck des Fluids an der gegenüberliegenden Seite des Sitzventils 354 abhängt. Das Sitzventil 354 in der Bohrung 314 kann dieselbe oder eine unterschiedliche Federkonstante wie das Sitzventil 354 in der Bohrung 316 aufweisen. Durch Auswahl unterschiedlicher Federkonstanten kann der Druck zum Öffnen des Rückschlagventils in einer ersten Richtung unterschiedlich zu dem Druck zum Öffnen des Rückschlagventils in einer zweiten, entgegengesetzten Richtung sein.
Ein viertes Ausführungsbeispiel 321 des doppelt wirkenden Rückschlagventils 120 der 1 ist in 3B dargestellt. Dieses Ausführungsbeispiel ist im wesentlichen das gleiche wie das dritte Ausführungsbeispiel, das in 3A dargestellt ist und oben beschrieben wurde. Bei den vierten Ausführungsbeispiel hat jedoch das doppelt wirkende Rückschlagventil 321 einen kürzeren Körper 312' was durch Reduktion der Längen des Abschnitts der ersten Sacklochbohrung 314' und des Abschnitts der zweiten Sacklochbohrung 316' möglich ist. Auf diese Weise können die Größe, das Gewicht und das für die Vorrichtung erforderliche Material reduziert werden.
Nunmehr bezugnehmend auf die 4A wird ein fünftes Ausführungsbeispiel 420 des doppelt wirkenden Rückschlagventils 120 der 1 erläutert.
Das doppelt wirkende Rückschlagventil 420 umfasst einen Körper 412 mit einem ersten Ende 401 und einem gegenüberliegenden zweiten Ende 402. Der Körper 412 kann aus jedem geeigneten Material sein und kann jede geeignete Form haben. In einem bestimmten bevorzugten Ausführungsbeispiel ist der Körper 412 aus rostfreiem 316L-Stahl gefertigt. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Körper 412 allgemein zylindrisch.
Eine erste Sacklochbohrung 414 ist in dem ersten Ende 401 des Körpers 412 vorgesehen. Eine zweite Sacklochbohrung 416 ist in dem zweiten Ende 402 des Körpers 412 vorgesehen. Die erste Sacklochbohrung 414 und die zweite Sacklochbohrung 416 können Abschnitte mit unterschiedlichem Innendurchmesser (i. d.) mit schrägen Schultern 431 aufweisen, die die unterschiedlichen Abschnitte 414 bis 414' und 416 bis 416' verbinden). Die erste Sacklochbohrung 414 und die zweite Sacklochbohrung 416 können mit Haltern 460 mit Gewinde versehen sein. Die Halter 460 haben eine mittige Axialbohrung 462, von der ein Teil mit einem Innengewinde versehen sein kann, um einen ersten Anschluss 403 und einen zweiten Anschluss 404 zu bilden.
Das doppelt wirkende Rückschlagventil 420 ist mit Querflussstücken 440 versehen, die zwischen den Haltern 460 und den Federkragen 428 angeordnet sind. Die Querflussstücke 440 können einen allgemein zylindrischen Körper aufweisen, der bemessen ist, um in die Bohrungen 414 und 416 zu passen, und eine mittige Axialbohrung 442. Die zylindrische Außenfläche der Querflussstücke 440 kann eine ringförmige Ausnehmung 444 aufweisen. Innere radiale Öffnungen 446 schaffen eine Fluidverbindung zwischen der ringförmigen Ausnehmung 444 und der mittigen Axialbohrung 442.
Eine erste abgewinkelte innere Querbohrung 415 verbindet die erste Sacklochbohrung 414' und die zweite Sacklochbohrung 416 (in der Position des Querflussstücks 440), wie dargestellt ist. Die erste abgewinkelte innere Querbohrung 415 steht auch mit dem zweiten Anschluss in Fluidverbindung (über das Querflussstück 440 in der Bohrung 216). Eine zweite abgewinkelte innere Querbohrung 417 verbindet die erste Sacklochbohrung 414 (in der Position des Querflussstücks 440) und die zweite Sacklochbohrung 416', wie dargestellt ist. Die zweite abgewinkelte Querbohrung 417 ist in Fluidverbindung mit dem ersten Anschluss 403 (über das Querflussstück 440 in der Bohrung 414). Die Bohrungen 414 und 416 können so bemessen und beabstandet sein, um zu ermöglichen, dass die inneren abgewinkelten Querbohrungen 415 und 417 durch die Öffnungen in den Enden 401 und 402 des Körpers 412, die durch die Sacklochbohrungen 414 und 416 gebildet sind, gebohrt werden können.
Sitzventile 454 sind in der ersten Sacklochbohrung 414 und der zweiten Sacklochbohrung 416 vorgesehen. Die Sitzventile werden durch Ventilfedern 450, die gegen Federkragen 428 wirken, die durch Halter 405 gesichert sind, zum Sitz gegen die schrägen Schultern 431 gezwängt.
Falls im Betrieb Hydraulikfluid durch den Anschluss 403 und die zweite abgewinkelte innere Querbohrung 417 mit ausreichendem Druck eindringt, um das Sitzventil 454 in der Bohrung 416 zu öffnen, kann es durch das Querflussstück 440 in der Bohrung 460 fließen und am Anschluss 404 austreten. Falls demgegenüber Hydraulikfluid an dem Anschluss 404 und der abgewinkelten inneren Querbohrung 415 mit ausreichendem Druck eindringt, um das Sitzventil 454 in der Bohrung 414 zu öffnen, kann es durch das Querflussstück 440 in der Bohrung 414 fließen und am Anschluss 403 austreten. Von Fachleuten wird erkannt, dass der Druck zum Öffnen des Sitzventils 454 von der Schließkraft der Ventilfeder 450 und dem Druck des Fluids an der gegenüberliegenden Seite des Sitzventils 454 abhängt. Das Sitzventil 454 in der Bohrung 414 kann dieselbe oder eine unterschiedliche Federkonstante wie das Sitzventil 454 in der Bohrung 416 aufweisen. Durch Auswahl von unterschiedlichen Federkonstanten kann der Druck zum Öffnen des Rückschlagventils in einer ersten Richtung unterschiedlich sein zu dem Druck zum Öffnen des Rückschlagventils in einer entgegengesetzten zweiten Richtung.
Ein sechstes Ausführungsbeispiel 421 des doppelt wirkenden Rückschlagventils 120 der 1 ist in der 4B dargestellt. Dieses Ausführungsbeispiel ist im wesentlichen dasselbe wie das fünfte Ausführungsbeispiel, das in 4A dargestellt ist und oben beschrieben wurde. In dem sechsten Ausführungsbeispiel hat jedoch das doppelt wirkende Rückschlagventil 421 Federkragen 428, die in den Bohrungen 414 und 416 durch Halteclips 429 gesichert sind, und die Teile der Bohrungen 414 und 416 an proximalen Enden 401 und 402 sind mit Innengewinde zur Verbindung mit Hydraulikleitungen oder -rohren versehen. Dies vermeidet die Notwendigkeit von Haltern 460. Auf diese Weise können die Größe, das Gewicht und das für die Vorrichtung erforderliche Material reduziert werden.
Bezugnehmend auf 5 wird nun ein siebtes Ausführungsbeispiel eines Zweiwege-Rückschlagventils gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt, das ein einzelnes Sitzventil aufweist.
Das 2-Wege-Rückschlagventil 500 umfasst einen Körper 512 mit einem ersten Ende 501 und einem gegenüber liegenden zweiten Ende 502. Der Körper 512 kann aus jedem geeigneten Material bestehen und kann jede geeignete Form aufweisen. In einem insbesondere bevorzugten Ausführungsbeispiel ist der Körper 512 aus rostfreiem 316L-Stahl gefertigt. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Körper 512 allgemein zylindrisch.
Ein erster Anschluss 503 ist in dem ersten Ende 501 des Körpers 512 vorgesehen, und ein zweiter Anschluss 504 ist in einem zweiten Ende 502 des Körpers 512 vorgesehen. Die Anschlüsse 503 und 504 können für eine Verbindung mit Hydraulikfluidleitungen und/oder Rohren verbunden sein.
Eine Hülse 539 ist in gleitendem Eingriff mit einer mittigen Axialbohrung 537 des Körpers 512. Das erste Ende der Hülse hat eine geneigte Fläche 541, die an einer schrägen Schulter 531 in der Bohrung anliegt. Das zweite Ende der Hülse, wenn es in der in 5 dargestellten geschlossenen Position ist, ist von einem Federkragen 528 beabstandet, der mit einem Halteclip 529 in der Bohrung gehalten wird. Der Federkragen 528 umfasst mindestens zwei Durchlässe 524 dadurch und ein Betätigungselement 525, das sich dadurch längs erstreckt. Wenn sich die Hülse 539 längs bewegt, sodass die geneigte Fläche 541 von den schrägen Schulter 531 beabstandet ist, öffnet das Betätigungselement 525 das Sitzventil 554 durch Kontaktierung des Sitzventil-Betätigungselements 556. Die Hülse wird längs zu dem Federkragen 528 durch den Druck des Hydraulikfluids gezwängt, das durch den zweiten Anschluss 504 auf die Hülse wirkt. Hydraulikfluid, das in den Anschluss 504 eindringt und durch die Bohrung 537 fließt, zwängt die Hülse 539 axial, bis die Hülse den Federkragen 528 kontaktiert. Wenn sich die Hülse 539 axial bewegt, blockiert das Betätigungselement 525 das Sitzventil und zwängt das Sitzventil auf, um zu ermöglichen, dass Hydraulikfluid durch den Durchlass 549 in der Hülse und durch den Durchlass 524 in dem Federrahmen fließt.
Um das Ventil bei Abwesenheit des Hydraulikdrucks, der in den zweiten Anschluss 504 eintritt, geschlossen zu halten, ist eine Feder 544 in dem Bohrungsabschnitt 548 innerhalb der Hülse 539 positioniert. Die Feder 544 spannt die Hülse in die geschlossene Position vor, in der die geneigte Fläche 541 mit der schrägen Schulter 531 in Eingriff kommt. In einer Zwischenposition auf der Hülse 539 schafft eine Dichtung 532 eine gleitende Fluiddichtung zwischen dem Außenumfang der Hülse und der Bohrung in dem Kupplungselement. Die Dichtung 532 kann einen O-Ring aufweisen, der durch Zusatzdichtungen flankiert wird.
Falls Hydraulikfluid Druck in den Fluidleitungen, die mit dem ersten Anschluss 503 verbunden sind, einen vorgegebenen Pegel überschreitet, zwängt der Druck das Sitzventil 554 von dem Ventilsitz 534 in der Hülse 539 weg, komprimiert die Feder 550, um den Fluss des Hydraulikfluid durch das doppelt wirkende Rückschlagventil in einer ersten Richtung zu ermöglichen. Die Feder 550 kann durch einen Federkragen in Position gehalten werden, der einen zentralen Durchlass dadurch aufweist, und einen Halteclip 536, um den Federkragen in Position zu halten. Die Feder 544 kann ausgewählt werden, um dieselbe oder eine unterschiedliche Federkonstante [Stärke] als die Feder 550 aufzuweisen.
Das in 5 dargestellte doppelt wirkende Rückschlagventil wird als Ablassventil in einem Untersee-Hydraulikkupplungselement verwendet, das in dem US-Patentnummer 6 474 359 für Robert E. Smith III offenbart ist. Die Offenbarung des US-Patent Nummer 6 474 359 wird hier in ihrer Gesamtheit durch Bezugnahme eingebracht. In einem Ausführungsbeispiel kann das in 5 dargestellte doppelt wirkende Rückschlagventil in einem hydraulischen Einsteck-Kupplungselement eingebracht werden, wie es in dem US-Patentnummer 6 474 359 offenbart ist und kann somit sowohl den ROV-Anschluss 130 als auch das doppelt wirkende Rückschlagventil 120 in dem BOP-Steuersystem, das in 1 dargestellt ist, zur Verwendung mit ROVs aufweisen, die ein hydraulisches Aufnahme-Kupplungselement aufweisen. In einem weiteren Ausführungsbeispiel kann das Zweiwege-Rückschlagventil der 5 in ein hydraulisches Aufnahme-Kupplungselement inkorporiert sein, das für eine Verbindung mit einem ROV ausgebildet ist, das ein entsprechendes hydraulisches Einsteck-Kupplungselement aufweist.
Das vorstehende präsentiert bestimmter Ausführungsbeispiele eines Systems, das die Prinzipien der Erfindung umsetzt. Obwohl bestimmte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung dargestellt und beschrieben wurden, sind sie nicht zur Beschränkung beabsichtigt, was dieses Patent abdeckt. Fachleute verstehen, dass verschiedene Änderungen und Modifikationen ohne Abweichung vom Umfang der vorliegenden Erfindung vorgenommen werden können, der wörtlich und äquivalent durch die folgenden Ansprüche abgedeckt ist.

Claims

Doppelt wirkendes Rückschlagventil (120, 420) mit: einem Körper (412) mit einem ersten Ende (401) und einem zweiten Ende (402), einer ersten Sacklochbohrung (414) in dem ersten Ende (401) des Körpers (412), wobei die Bohrung (414) einen ersten Abschnitt aufweist, der zu dem ersten Ende (401) des Körpers (412) offen ist und bei einer Öffnung im ersten Ende (401) des Körpers (412) vorgesehen ist, und einen ersten Innendurchmesser (i.d.), einen zweiten Abschnitt mit einem zweiten i. d., der kleiner ist als der erste i.d. und einer ersten schrägen Schulter (431) zwischen dem ersten Abschnitt und dem zweiten Abschnitt, einem ersten federbelasteten Sitzventil (454) in der ersten Sacklochbohrung (414), das bemessen und ausgebildet ist, um gegen die erste schräge Schulter (431) abzudichten, einer zweiten Sacklochbohrung (416) in dem zweiten Ende (402) des Körpers (412), die im Wesentlichen parallel zu der ersten Sacklochbohrung (414) ist, wobei die zweite Sacklochbohrung (416) einen ersten Abschnitt aufweist, der zu dem zweiten Ende (402) des Körpers (412) offen ist und einen ersten Innendurchmesser (i.d.) aufweist, einen zweiten Abschnitt mit einem zweiten i.d., der kleiner ist als der erste i.d., und einer zweiten schrägen Schulter (431) zwischen dem ersten Abschnitt und dem zweiten Abschnitt, einem zweiten federbelasteten Sitzventil (454) in der zweiten Sacklochbohrung (416), das bemessen und ausgebildet ist, um gegen die zweite schräge Schulter (431) abzudichten, einer ersten Querbohrung (415) in einem spitzen Winkel zu der ersten Sacklochbohrung (414), wobei die erste Querbohrung (415) zylindrische Wände aufweist, ein erstes Ende, das zu dem zweiten Abschnitt der ersten Sacklochbohrung (414) offen ist, und ein zweites, gegenüberliegendes Ende, das zu dem ersten Abschnitt der zweiten Sacklochbohrung (416) offen ist, eine zweite Querbohrung (417) in einem spitzen Winkel zu der ersten Sacklochbohrung (414), wobei die zweite Querbohrung (417) zylindrische Wände aufweist, ein erstes Ende, das zu dem zweiten Abschnitt der zweiten Sacklochbohrung (416) offen ist, und ein zweites, gegenüberliegendes Ende, das zu dem ersten Abschnitt der ersten Sacklochbohrung (414) offen ist, wobei die erste Querbohrung (415) so bemessen und positioniert ist, dass eine Erstreckung ihrer zylindrischen Wände die Öffnung in dem zweiten Ende (402) des Körpers (412), die durch die zweite Sacklochbohrung (416) gegeben ist, freigibt, und wobei die zweite Querbohrung (417) so bemessen und positioniert ist, dass eine Erstreckung ihrer zylindrischen Wände die Öffnung in dem ersten Ende (401) des Körpers (412), die durch die erste Sacklochbohrung (414) gegeben ist, freigibt.
Doppelt wirkendes Rückschlagventil nach Anspruch 1 mit ferner: einem Querflussstück (440), das in dem ersten Abschnitt der ersten Sacklochbohrung (414) etwa zentriert an der Öffnung des zweiten Endes der zweiten Querbohrung (417) in der ersten Sacklochbohrung (414) angeordnet ist.
Doppelt wirkendes Rückschlagventil nach Anspruch 2 mit ferner: einem Querflussstück (440), das in dem ersten Abschnitt der zweiten Sacklochbohrung (416) etwa zentriert an der Öffnung des zweiten Endes der ersten Querbohrung (415) in der zweiten Sacklochbohrung (416) angeordnet ist.
Doppelt wirkendes Rückschlagventil nach Anspruch 2, wobei das Querflussstück (440) aufweist: einen allgemein zylindrischen Körper, eine mittige Axialbohrung (442) durch den Körper, eine ringförmige Ausnehmung (444) an der Außenfläche des Körpers und mindestens eine Öffnung (446), die eine Fluidverbindung zwischen der ringförmigen Ausnehmung (444) und der mittigen Axialbohrung (442) schafft.
Doppelt wirkendes Rückschlagventil nach Anspruch 2 mit ferner: einem Federkragen (428), der angrenzend an das Querflussstück (440) angeordnet ist und ausgebildet ist, um ein Ende der Feder des ersten federbelasteten Sitzventils (454) zu sichern, und einem Halter (460) in gewindemäßigem Eingriff mit der ersten Sacklochbohrung (414) und in Kontakt mit dem Querflussstück (440).
Doppelt wirkendes Rückschlagventil nach Anspruch 5, wobei der Halter (460) eine zentrale Axialbohrung (462) aufweist, die sich von seinem ersten Ende zu einem gegenüberliegenden zweiten Ende erstreckt, wobei mindestens ein Teil der zentralen Axialbohrung (462) ein Innengewinde aufweist, das zum Eingriff mit einem Außengewinde auf einer Hydraulikleitung bemessen ist.
Doppelt wirkendes Rückschlagventil nach Anspruch 1, wobei ein Teil der ersten Sacklochbohrung (414) proximal des ersten Endes (401) des Körpers (412) ein Innengewinde aufweist, das zum Eingriff mit einem Außengewinde auf einer Hydraulikleitung bemessen ist.
Doppelt wirkendes Rückschlagventil nach Anspruch 1 mit ferner einem Federkragen (428), der einen zentralen Fluiddurchlass aufweist und in der ersten Sacklochbohrung (414) angrenzend an ein Ende der Feder des ersten federbelasteten Sitzventils (454) angeordnet ist.
Doppelt wirkendes Rückschlagventil nach Anspruch 1, wobei die einzigen Öffnungen im Äußeren des Körpers (412) die erste Sacklochbohrung (414) und die zweite Sacklochbohrung (416) sind.
Untersee-Hydrauliksystem mit: einer hydraulisch betätigten Unterseevorrichtung (112), einer ersten Quelle von unter Druck stehendem Hydraulikfluid in Fluidverbindung mit der hydraulisch betätigten Unterseevorrichtung (112), einer trennbaren zweiten Quelle von unter Druck stehendem Hydraulikfluid in Fluidverbindung mit der hydraulisch betätigten Unterseevorrichtung (112), einem Zweiwegeventil (111) in Fluidverbindung mit der ersten Quelle von unter Druck stehendem Hydraulikfluid, der zweiten Quelle von unter Druck stehendem Hydraulikfluid und der hydraulisch betätigten Unterseevorrichtung (112), einem Unterseeanschluss (130), der für eine Fluidverbindung zu der zweiten Quelle von unter Druck stehendem Hydraulikfluid ausgebildet ist und der in Fluidverbindung mit der hydraulisch betätigten Unterseevorrichtung (112) steht, und einem doppelt wirkenden Rückschlagventil (120) nach Anspruch 1, das in Fluidverbindung mit dem Unterseeanschluss steht.
Untersee-Hydrauliksystem nach Anspruch 10, wobei die hydraulisch betätigte Unterseevorrichtung ein Blow-out-Preventer (112) ist.
Untersee-Hydrauliksystem nach Anspruch 10, wobei die trennbare zweite Quelle von unter Druck stehendem Hydraulikfluid in Verbindung mit der hydraulisch betätigten Unterseevorrichtung (112) ein ferngesteuertes Fahrzeug (ROV) ist.
Untersee-Hydrauliksystem mit: einer hydraulisch betätigten Unterseevorrichtung (112), einer ersten Quelle von unter Druck stehendem Hydraulikfluid in Fluidverbindung mit der hydraulisch betätigten Unterseevorrichtung (112), einer trennbaren zweiten Quelle von unter Druck stehendem Hydraulikfluid in Fluidverbindung mit der hydraulisch betätigten Unterseevorrichtung (112), einem Zweiwegeventil (111), das in Fluidverbindung mit der ersten Quelle von unter Druck stehendem Hydraulikfluid, der zweiten Quelle von unter Druck stehendem Hydraulikfluid und der hydraulisch betätigten Unterseevorrichtung (112) steht, einem Unterseeanschluss (130), der für eine Fluidverbindung mit der zweiten Quelle von unter Druck stehendem Hydraulikfluid ausgebildet ist und der in Fluidverbindung mit der hydraulisch betätigten Unterseevorrichtung (112) steht und einem doppelt wirkenden Rückschlagventil (120) in Fluidverbindung mit dem Unterseeanschluss (130), wobei das doppelt wirkende Rückschlagventil (120) aufweist einen Körper (212, 312) mit einer ersten Sacklochbohrung (214, 314) in einem ersten Ende (201, 301) und einer zweiten Sacklochbohrung (216, 316) in einem zweiten, gegenüberliegenden Ende (202, 302) des Körpers (212, 312), wobei die zweite Sacklochbohrung (216, 316) im Wesentlichen parallel zu der ersten Sacklochbohrung (214, 314) ist, einem ersten federbelasteten Sitzventil (254, 354) in der ersten Sacklochbohrung (214, 314), einem zweiten federbelasteten Sitzventil (254, 354) in der zweiten Sacklochbohrung (216, 316), einer ersten Querbohrung (218, 318), die die erste Sacklochbohrung (214, 314) und die zweite Sacklochbohrung (216, 316) in einer ersten Position verbindet und zu einer Seite des Körpers (212, 312) offen ist, wodurch ein erster Anschluss gebildet wird, einer zweiten Querbohrung (219, 319), die die erste und die zweite Sacklochbohrung (216, 316) in einer zweiten Position entfernt von der ersten Position verbindet und zur Seite des Körpers (212, 312) offen ist, wodurch ein zweiter Anschluss gebildet wird, einem ersten Stopfen (205, 206, 305), der das offene Ende der ersten Sacklochbohrung (214, 314) abdichtet und das erste federbelastete Sitzventil (254, 354) in der ersten Sacklochbohrung (214, 314) sichert, und einem zweiten Stopfen (205, 206, 305), der das offene Ende der zweiten Sacklochbohrung (216, 316) abdichtet und das zweite federbelastete Sitzventil (254, 354) in der zweiten Sacklochbohrung (216, 316) sichert.
Untersee-Hydrauliksystem nach Anspruch 13, wobei mindestens einer der ersten und zweiten Stopfen (206) eine Ausnehmung (207) in seinem Ende aufweist, die bemessen und beabstandet ist, um ein Ende des federbelasteten Sitzventils (254) in der Sacklochbohrung (214, 216), die durch den Stopfen (206) abgedichtet wird, zu halten.
Untersee-Hydrauliksystem nach Anspruch 13, wobei das doppelt wirkende Rückschlagventil ferner aufweist: ein erstes Querflussstück (340) in der ersten Sacklochbohrung (314) an der Kreuzung der ersten Sacklochbohrung (314) und der ersten Querbohrung (318), wobei das erste Querflussstück (340) ausgebildet ist, um eine Fluidverbindung zwischen der ersten Sacklochbohrung (314) und der ersten Querbohrung (318) und dem ersten Anschluss zu bilden, und einem zweiten Querflussstück (340) in der zweiten Sacklochbohrung (316) an einer Kreuzung der zweiten Sacklochbohrung (316) und der zweiten Querbohrung (319), wobei das zweite Querflussstück (340) ausgebildet ist, um eine Fluidverbindung zwischen der zweiten Sacklochbohrung (316), der zweiten Querbohrung und dem zweiten Anschluss zu schaffen.
Untersee-Hydrauliksystem nach Anspruch 15, wobei jedes der ersten und zweiten Querflussstücke (340) aufweist: einen allgemein zylindrischen Körper mit einem ersten Ende und einem zweiten Ende, einer mittigen Axialbohrung (342) in dem Körper, die sich von dem ersten Ende zu dem zweiten Ende erstreckt, einer ringförmigen Ausnehmung (344) in der zylindrischen Seite des Körpers und mindestens einer radialen Öffnung (346), die die ringförmige Ausnehmung (344) und die mittige Axialbohrung (342) verbindet.