DE112010004638T5 - Fernbediente Modus-Schaltvorrichtung für ein kombiniertes Flüssigkeitsstrahl-Entkokungs-Werkzeug und ein Werkzeug mit derselben - Google Patents

Fernbediente Modus-Schaltvorrichtung für ein kombiniertes Flüssigkeitsstrahl-Entkokungs-Werkzeug und ein Werkzeug mit derselben Download PDF

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Abstract

Die Vorrichtung schließt Merkmale ein, die es rotatorisch und translatorisch ansprechend auf Änderungen im Druck in einem Entkokungsfluid machen, sodass die Vorrichtung mit dem Werkzeug kooperiert und das Entkokungsfluid in einer ersten Betriebsbedingung einen Bohrmodus mit einem oder mehreren Bohrdüsen des Werkzeuges etabliert und in einer zweiten Betriebsbedingung einen Schneidmodus mit einer oder mehreren der Schneiddüsen des Werkzeuges etabliert. In einer Ausgestaltung schließt die Vorrichtung eine oder mehrere Sätze von Tandemdichtungen ein, die entlang von Komponenten Kontaktflächen innerhalb der Vorrichtung oder zwischen der Vorrichtung und dem Werkzeug angeordnet sind, um eine redundante Isolierung von festfresssensitiven Komponenten innerhalb der Vorrichtung von dem unter Druck stehenden Entkokungsfluid zu unterstützen. In einer anderen Form schließt die Vorrichtung eine Gasfeder ein, die einer Kraft entgegen wirkt, die durch das unter Druck stehende Entkokungsfluid ausgelöst wird. In einer anderen Form schließt die Vorrichtung eine manulle Umgehungsverbindung ein.

Description

  • Die Erfindung betrifft generell ein Werkzeug zum Entfernen von Koks von Behältern, beispielsweise Verkokungstrommeln, welche bei der Ölraffination verwendet werden, und genauer eine verbesserte fernbediente Schneidmodus-Schaltvorrichtung für die Verwendung mit einem kombinierten Entkokungs-Werkzeug.
  • In konventionellen Ölraffinationsbetrieben wird Rohöl in Benzin, Diesel, Kerosin, Schmierstoffe oder dergleichen verarbeitet. Es ist eine gängige Praxis, zu schwere Kohlenwasserstoffnebenprodukte durch einen thermischen Spaltprozess, bekannt als verzögerte Verkokung, wiederzugewinnen. In einem verzögerten Verkokungsablauf wird schwerer Kohlenwasserstoff (Öl) auf eine hohe Temperatur (zum Beispiel zwischen 900°F und 1000°F) in großen befeuerten Heizgeräten, bekannt als Fraktionierungsgeräte, aufgeheizt. Das aufgeheizte Öl gibt Kohlenwasserstoffdampf (einschließlich unter anderen Dingen Gas, Rohbenzin und Ölgas) an die Bodenwanne des Fraktionierungsgerätes zum Verarbeiten in brauchbare Produkte ab. Der Rest wird dann an zylindrische Behälter, bekannt als Kokstrommeln, übergeben. Diese Behälter, welche typischerweise konfiguriert sind, in Paaren zu arbeiten, haben in etwa die Größe von 30 Fuß im Durchmesser und 140 Fuß in der Höhe. Der kombinierte Effekt von Temperatur und Verweilzeit lässt diesen Rest, welcher als Ölkoks (oder einfacher Koks) bekannt ist, in einer verfestigten Form zurück. Dieser Koksrest muss abgebrochen werden, um ihn aus dem Behälter zu entfernen, und dieses wird vorzugsweise durch die Verwendung eines Entkokungs-(oder Koksschneide-)Werkzeuges in Verbindung mit einem Entkokungsfluid, wie zum Beispiel Hochdruckwasser, durchgeführt.
  • Ein solches Werkzeug beinhaltet einen hydraulisch betriebenen Bohrer mit sowohl Bohr- als auch Schneiddüsen, die konfiguriert sind, einen Strahl des Fluides auf den verfestigten Koks zu richten. Der Bohrer wird in den Behälter durch eine Öffnung in der Oberseite des Behälters abgelassen und ist in einem gebräuchlichen Werkzeuggehäuse gebildet, sodass die Hochdruckwasserzuführung abhängig von dem Betriebsmodus selektiv durch entweder die Bohr- oder Schneiddüsen geführt werden kann. Da hohe Strömungsgeschwindigkeiten und Druck (zum Beispiel Strömung von 1000 Gallonen pro Minute (gpm) bei 3000 bis 4000 Pfund pro Quadratzoll (psi)) typischerweise für solche Operationen verwendet werden, ist es weder praktikabel, noch erwünscht, die Bohr- und Schneiddüsen zur gleichen Zeit zu öffnen. Deshalb werden zum. Erreichen der Modusschaltung Umlenkventile oder andere strömungskontrollierende Einrichtungen verwendet, um die Strömung zu den ausgewählten Düsen zu leiten, wie es für die Entkokungsoperation erforderlich ist. Es gibt zwei gebräuchlich verwendete Umlenkventilkonstruktionen, von denen beide komplex sind, eine Vielzahl von Komponenten erfordern und einen hohen Grad an Präzision in ihrer Fertigung erfordern, um gut zu funktionieren.
  • Eines solcher Ventile ist ein Ventil des Typs einer hin- und herbewegten Hülse, welche radiale Durchflüsse aufweist, welche selektiv mit korrespondierenden Durchflüssen in dem Ventilkörper ausgerichtet werden können, um die Strömung entweder zu den Bohr- oder Schneiddüsen zu leiten. In Anderen sind drehbare Hülsen, welche wieder Öffnungen zum selektiven Ausrichten mit korrespondierenden Durchflüssen in dem Ventilkörper haben. In mehr gutartigen Umgebungen würden beide Konstruktionen eine adäquate Verteilung, Steuerung und Betrieb ermöglichen. Jedoch ist das Wasser, welches in Bohr- und Schneidbearbeitungen verwendet wird, typischerweise wiederholt wiedergewonnen, wobei es eine Quantität von suspendiertem Feinkoks in dem Prozess sammelt. Das Durchdringen von Wasser zwischen Dichtungen, Hülsen und verwandten, verschieblich verbundenen benachbarten Werkzeugkomponenten unterstützt das lokale Ablagern von Feinstoffen. Solche Ablagerungen können ein Blockieren von Komponenten, insbesondere zwischen verschieblichen Komponenten eines Ventiltyps mit hin- und hergehender Hülse, verursachen, wobei sie das Ventil und das Entkokungs-Werkzeug betriebsunfähig machen. Ein ähnliches Ergebnis kann auch auftreten, wenn das Ventil durch eine Feder, pneumatische oder manuelle Mittel betätigt wird. Einmal blockiert, muss das Werkzeug entfernt, auseinander gebaut und gereinigt werden, bevor die Entkokung fortgesetzt werden kann. Tatsächlich ist die überwältigende Mehrheit von Fehlern in konventionellen, selbstschaltenden Werkzeug das Ergebnis von Feinkoks, welcher in die Selbstschaltkammer gelangt und eine Bindung in dem internen Mechanismus verursacht.
  • Eine andere Schwierigkeit assoziiert mit diesen früheren Konstruktionen ist, dass sie ihre Modusschaltung nach Anwendung des Schneidfluiddruckes ausführen. Eine solche Operation ist grob zu den Komponenten, da der hohe Grad von Reibung in den benachbarten, gleitenden oder hin- und hergehenden Komponenten in einer solchen Hochdruckumgebung relative Bewegung zwischen solchen Komponenten schwieriger macht. Darüber hinaus ist in Situationen, die das Einführen von Hochdruckfluid in einen vorher druckfreien (oder Unterdruckbeaufschlagten) Strömungsweg einsetzen, die Möglichkeit, dass sich Druckstöße bilden können, erhöht. Dieses ist zusätzlich problematisch, da die bereits hohen Grade von Reibung, die mit der erhöhten Drucklast einhergehen, nur die Reibkraft erhöht haben, welche wegen dem Vorhandensein von Feinstoffen auftritt, wobei sie die Blockiertendenz der sich hin- und herbewegenden Komponenten verschlimmern.
  • Ein relativ störungsfreies, manuell schaltbares kombiniertes Entkokungs-Werkzeug wurde entwickelt und in US-Patent 5,816,505 beschrieben, welches ebenfalls dem Anmelder der vorliegenden Erfindung gehört und hierin durch Referenz aufgenommen ist. Die störungsfreie Natur dieses Werkzeugs ist seiner Modusschalt-Ventilkonstruktion zuzuschreiben, welche nur eine drehbare Umlenkplatte für ein selektives Leiten von Schneidflüssigkeit zu entweder Pilotlochbohrdüsen oder voll weiten Koksschneiddüsen, wodurch die Meisten der beweglichen Teile eliminiert sind, welche mit anderen Schaltmechanismen einhergehen. Darüber hinaus eliminiert es aufgrund der einfach drehbaren, flachen Umlenkplatte, die auf einen komplementären, flachen Umlenkventilkörper wirkt, auch die multiplen Kontaktflächen zwischen Teilen, welche bisher das Blockieren und assoziierte Fehlerquellen früherer Konstruktionen von fernbedienten Schalteinrichtungen lieferten. Neben diesen Verbesserungen musste das Werkzeug weiterhin aus der Kokstrommel entfernt werden, um den Schneidmodus zu ändern. Bisher wurde ein automatisch fernbedientes Entkokungs-Werkzeug entwickelt, welches in US-Patent 6,644,567 beschrieben ist und welches ebenfalls gemeinsam von dem Anmelder der vorliegenden Erfindung besitzt wird und hierin durch Referenz enthalten ist. Das darin offenbarte Werkzeug baut den Betrieb des Werkzeugs offenbart in US-Patent 5,816,505 durch Montieren eines Schaltkörpers, der die Umlenkplatte des Werkzeugs durch Ablassen des Schneidfluiddruckes aus dem Werkzeug rotieren kann, an dem Entkokungs-Werkzeug aus. Es wäre nichts desto weniger vorteilhaft, die Funktionsfähigkeit des automatischen Entkokungs-Werkzeuges offenbart in US-Patent 6,644,567 auszubauen.
  • In einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird dieser Vorteil durch Vorsehen einer fernbedienten Modus-Schaltvorrichtung (hierin auch als ein Schaltmechanismus bezeichnet) für die Verwendung mit einem Entkokungs-Werkzeug erreicht, sodass das Werkzeug zwischen einem Bohrmodus und einem Schneidmodus durch Drehen einer Ventilanordnung geschaltet werden kann. Die Vorrichtung ist so konfiguriert, dass nachdem sie mit einem Entkokungs-Werkzeug verbunden ist, die Vorrichtung rotatorisch und translatorisch auf Änderungen des Entkokungsfluid-Druckes anspricht, um ihm zu erlauben, zwischen dem Bohr- und dem Schneidmodus zu schalten. Eine oder mehrere Sätze von Tandemdichtungen sind entlang der grenzflächigen Regionen angeordnet, was eine mechanische Kontaktfläche (wie zum Beispiel zwischen zwei oder mehr Wellen, Zapfen, Lagern oder verwandten verbundenen Komponenten) oder Flüssigkeitskontaktflächen (wie zum Beispiel zwischen zwei oder mehreren Komponenten, die in einer gemeinsamen Fluidumgebung gebadet sind) oder anderen solchen Orten, die zwischen Komponenten in dem Schaltmechanismus gebildet sind, die sich realitv zueinander bewegen, wie auch zwischen einen oder mehreren Komponenten des Schaltmechanismus und des Entkokungs-Werkzeuges, die sich relativ zueinander sich bewegen, beinhalten kann. In dem vorliegenden Kontext ist ein Tandem-Dichtungssatz aus zwei oder mehreren Dichtungen gebildet, die voneinander entlang der Oberfläche, die zu Dichten ist, in einer solchen Weise, dass eine zweite (wie auch jede weitere) Dichtung als eine stromabwärtige Sicherung zur ersten oder anderen stromaufwärtigen Dichtungen, die dem Druckfluid ausgesetzt sind, wirkt. Ebenso wird eine solche relative Bewegung in dem vorliegenden Kontext verstanden, dass sie eine oder mehrere von translatorischen oder rotatorischen Bewegungen einschließt.
  • Das Vorsehen einer solchen Tandem-Dichtungs-Anordnung hilft es, eine redundante Isolierung von festfresssensitiven Komponenten innerhalb der Vorrichtung gegenüber Hochdruckentkokungsfluid und den darin mitgerissenen Feinkoks vorzusehen. In dem vorliegenden Kontext werden festfresssensitive Komponenten verstanden, solche Komponenten zu sein, die in der Modus-Schaltvorrichtung verwendet werden, welche insbesondere anfällig für Verschleiß oder Bindung sind, welche zu einem Vorrichtungsfunktionsausfall aufgrund des Vorhandenseins von Feinkoks in dem Entkokungsfluid wie oben beschrieben anfällig sind. Die Erfinder haben herausgefunden, dass die Tandemdichtungen der vorliegenden Erfindung ein besonders guter Weg zum Verhindern des Bildens einer Staudruck-Erhöhung sind, der sonst gebildet werden kann, um jeder Druckbetätigung eines kolbenbetätigten Mechanismus oder verwandte positive stellwegbetätigte Bewegungseinrichtungen entgegenzuwirken, da solche Dichtungsanordnungen eine Redundanz liefern, um den Effekt von Leckage nach einem einzelnen Satz von Dichtlippen (wie zum Beispiel Arten, welche üblicherweise für hin- und herbewegte Kolben und rotierende Wellen verwendet werden) zu reduzieren. Die Erfinder haben auch herausgefunden, dass die Vorteile der vorliegenden Tandem-Dichtungs-Anordnungen insbesondere wertvoll in Situationen sind, wo die Dichtungen einer intermetierenden Druckbeaufschlagung oder Bewegung ausgesetzt sind. Da die Vorrichtung nach der vorliegenden Erfindung einen gewissen Grad einer hin- und hergehenden Bewegung der Dichtungsmittel einsetzt, ist der erste von zwei Sätzen von Dichtungen einer intermetierenden Hin- und Herbewegung ausgesetzt. In ähnlicher Weise ist die zweite von zwei Dichtungssätzen einer intermetierenden Rotation ausgesetzt. Durch Trennen dieser beiden Modi von relativen Bewegungen können die Dichtungen robuster gemacht werden, als ein einzelner Satz von Pedanten, die beiden Typen von Bewegungen ausgesetzt werden müssen. Als solche kann die Leckage, welche mit einem einzelnen Satz von Dichtungen (insbesondere solcher Dichtungen, die im Laufe der Zeit verschleißen) und damit einhergehender Ansammlung von inkompressibler Flüssigkeit um die mechanischen Mittel innerhalb der Vorrichtung einhergeht, welche zu einem Rückgang der Leistung aufgrund einer Unfähigkeit, den Volumenstellweg der hin- und hergehenden Mittel (wie beispielsweise einem Kolben, der im größeren Detail nachfolgend beschrieben wird) zu zu ermöglichen, aufgrund von Staudruck führen kann, reduziert oder verhindert werden. Noch genauer reduziert oder eliminiert dieses Merkmal der vorliegenden Erfindung Hilfsverbindungen, durch welche Kontaminate eindringen können, durch die Verwendung von belüfteten redundanten Dichtanordnungen (oft als eine „Zwillings- und Entlüftungs-”Anordnung bezeichnet), um Lekage des unter Druck stehenden Schneidwassers in die Selbstschaltkammer zu verhindern.
  • In optionalen Formen schließt der Entkokungsfluid-Strömungsweg, der in dem Schaltmechanismus verwendet wird, eine Nichtdurchfluss-(oder totes Ende)-konstruktion ein, sodass ein Anteil des Entkokungsfluids, welches zum Betätigen des Schaltmechanismusses verwendet wird, eintritt und durch dieselbe Öffnung oder Entkokungsfluid-Zutritts-Durchfluss austritt, wobei das Eintreten in einer ersten Richtung und das Austreten in einer zweiten Richtung erfolgt, die im Wesentlichen entgegengesetzt zur ersten Richtung ist. In einer noch bestimmteren Form schließen benachbarte Komponenten innerhalb der Vorrichtung, welche relativ zueinander bewegbar sind, eine Antriebswelle und einen Aktuatorkolben ein. Die benachbarten Komponenten zwischen wenigstens einem Abschnitt des Schaltmechanismusses und des Werkzeuges, die relativ zueinander bewegbar sind, sind in einer bestimmten Form eine Antriebswelle und wenigstens eines von einem Vorrichtungskörper oder einer Tragestruktur (wie zum Beispiel einem Gehäuse, einem Körper, Flansch oder verwandte Komponenten), welche einen Abschnitt des Werkzeugs bilden. Die Antriebswelle und der Aktuatorkolben können selektiv und spiralförmig zusammenwirkend miteinander sein, sodass durch Wechseln zwischen der ersten und zweiten Betriebsbedingung wenigstens eines von der Antriebswelle und dem Aktuatorkolben in wenigstens einer translatorischen Weise sich bewegt, während das Andere von der Antriebswelle und dem Aktuatorkolben sich wenigstens in rotatorischer Weise bewegt. In einer bestimmten strukturellen Konfiguration ist der Schaltmechanismus aus (neben anderen Dingen) einem ersten Antrieb (auch als oberer Antrieb bezeichnet), welcher mit einem Ventil verbunden werden kann, welches zum Schalten zwischen dem Bohr- und Schneidmodus des Werkzeugs verwendet wird, einem zweiten Antrieb (auch als unterer Antrieb bezeichnet), welcher wenigstens periodisch kooperierend mit dem ersten Antrieb ist, einer Mehrzahl selektiv in Eingriff bringbarer Mittel, die mit dem Aktuatorkolben durch den zweiten Antrieb kooperierend sind, sodass in einer ersten Änderung der Druckbeaufschlagung in der Vorrichtung eines dieser Mittel relativ zu dem Anderen rotiert und in einer zweiten Änderung der Druckbeaufschlagung in der Vorrichtung beide der Mittel miteinander arretiert sind, sodass keines relativ zueinander rotiert. In dieser späteren Anordnung kuppeln die Mittel und der zweite Antrieb in den ersten Antrieb, um ein Schalten (durch ein Ventil) zwischen dem Bohr- und dem Schneidmodus in dem Werkzeug zu erzwingen. Wie nachfolgend im größeren Detail diskutiert wird, sind diese selektiv in Eingriff bringbaren Mittel vorzugsweise in der Form von Ringen, welche Rasten oder andere Sperrglieder einschließen können. Rasten an diesen selektiv in Eingriff bringbaren Ringen können verkeilt sein (zum Beispiel eine Oberfläche geneigt und eine andere Oberfläche mit normalen (nämlich lotrechten) gegenüberliegender Anordnung zwischen miteinander in Eingriff bringbaren Oberflächen), um ihnen zu erlauben, miteinander in einer Rotationsbewegungsrichtung gesperrt zu werden und in einer entgegengesetzten rotatorischen Bewegungsrichtung rotatorisch entkuppelt voneinander zu sein. Die Vorrichtung kann weiterhin eine von außen zugänglichen manuelle Umgehungswelle aufweisen, welche verwendet werden kann, um zwischen dem Bohr- und dem Schneidmodus durch manuelles Einstellen der Welk zu schalten. Im vorliegenden Kontext kann die manuelle Umgehungswelle eine Verbindung in Form einer Mutter, eines gefrästen Wellenendes, eines gekerbten Wellenendes oder wieder andere verwandte, drehbare Verlängerung sein, die mit einem Werkzeug in Eingriff gebracht und gedreht werden können. Die Mutter (oder andere Kupplungsmittel) ist eigens zum Schützen des inneren Mechanismus gegen Beschädigung durch gezwungen werden in die falsche Richtung.
  • In einer anderen Option kann eine Gasfeder verwendet werden, um der Druckkraft entgegenzuwirken, die durch das Entkokungsfluid auf den Schaltmechanismus ausgeübt wird. In seiner vorliegenden Form ist die Feder (nicht gezeigt) als ein längsfahrbarer Kolben konfiguriert, der in einer komplementär geformten Kammer sitzt, die mit Gas gefüllt ist. In einer solchen Konfiguration ist die Federkraft direkt proportional zum Gasdruck, sodass, wenn der Kolben gedrückt ist, dass Gas komprimiert wird, sodass es die Federkraft erhöht. Eine solche Gasfeder kann einstellbare Mittel aufweisen, um eine größere Bandbreite von druckentgegensetzenden Optionen als eine mehr feste traditionelle Feder (wie beispielsweise eine Schraubenfeder oder dergleichen) zu ermöglichen. Zum Beispiel kann die Menge von Gas in der Kammer durch eine Füllöffnung eingeführt oder herausgenommen werden (sehr in der gleichen Weise wie ein Basketball). Dieses ist wertvoll, da es eine schnelle Änderung an der Modusschaltvorrichtung in Antwort auf Änderungen des Schneiddrucks ermöglicht, sobald die Vorrichtung und das Werkzeug im Feld montiert sind.
  • In einer noch anderen Option können Belüftungsöffnungen gebildet sein, um eine Druckkommunikation zwischen umgebender Umgebung und einem Kontaktflächenbereich zwischen den Tandemdichtungen zu ermöglichen. Eine solche Belüftung ermöglicht jedem unter Druck stehenden Entkokungsfluid, welches durch die obere Dichtung oder Dichtungen leckt, in die umgebende Umgebung gelenkt zu werden, als durch die unterste Dichtung oder Dichtungen. Der Lüftungsweg arbeitet besonders gut in Verbindung mit der oben diskutierten Tandemdichtung, da während die Tandemdichtung die Wahrscheinlichkeit reduzieren, dass das unter Druck stehende Entkokungsfluid oder andere Flüssigkeit das Vorrichtungsinnere erreicht (wie beispielsweise eine innere Kammer), erlauben die Entlüftungsöffnungen Druckentlastung in der Zwischenraumregion zwischen Dichtungen über die unidirektionale Dichtfunktion der Dichtlippen für den Fall, dass diese Region mit Flüssigkeit befüllt wird.
  • Nach einem anderen Aspekt der Erfindung wird eine fernbediente Modusschaltvorrichtung zum selektiven Führen von Entkokungsflüssigkeit zwischen einer Schneiddüse und einer Bohrdüse eines Flüssigkeitsstrahls-Entkokungs-Werkzeugs offenbart. Die Vorrichtung schließt einen Körper, der mit dem Entkokungs-Werkzeug gekuppelt werden kann, einen Schaltmechanismus und einer Gasfeder, die konfiguriert ist, um einer Druckkraft entgegen zu wirken, die durch die Entkokungsflüssigkeit auf den Schaltmechanismus ausgeübt wird, ein. Wie mit dem vorhergehenden Aspekt ist der Schaltmechanismus rotatorisch und translatorisch ansprechend auf Änderungen im Druck einer Entkokungsflüssigkeit, sodass in einer ersten Betriebsbedingung die Vorrichtung veranlasst wird, mit dem Werkzeug zu kooperieren und das Entkokungsfluid veranlasst wird, einen Bohrmodus mit der Bohrdüse zu etablieren, während in einer zweiten Betriebsbedingung die Vorrichtung veranlasst wird, mit dem Werkzeug zu kooperieren und das Entkokungsfluid veranlasst wird, einen Schneidmodus mit der Schneiddüse zu etablieren. Die Gasfeder kann als eine Rückstellkraft eingesetzt werden und in einer noch bestimmteren Form einstellbar sein. In dieser Weise kann die Rückstellfederkraft an die Entkokungs-Werkzeug-Anforderungen angepasst werden, wie auch auf Änderungen, die auftreten können, wenn das Werkzeug verschleißt oder einer unterschiedlichen Umgebung ausgesetzt ist. In einer anderen Form schließt die Gasfeder einen Dämpfer ein, sodass die Gasfeder selbstdämpfend sein kann, sodass sie anstelle eines konventionellen Dämpferöls verwendet werden kann. Eine solche Dämpfung in der Feder kann durch Öffnungen oder verwandte Bereiche in der Feder gesteuert werden, sehr in der Weise ähnlich der eines Automobil-Stoßdämpfers.
  • Optional kann die Vorrichtung eine oder mehrere Sets von Tandemdichtungen einschließen, welche zum redundanten Isolieren einer oder mehrerer festpresssensitiven Komponenten innerhalb der Vorrichtung von unter Druck stehender Kokungsflüssigkeit in dem Werkzeug verwendet werden können. Zusätzlich kann ein Belüftungsdurchgang zwischen einer umgebenden Umgebung und einer Region gebildet werden, welche flüssigkeitsmäßig zwischen den Tandemdichtungen angeordnet ist. Gemeinsam reduzieren die Dichtungen und die Belüftung die Chance, dass unter Druck stehendes Fluid (wie auch mitgerissener Feinkoks oder andere Kontaminate) ihren Weg in den Schaltmechanismus machen.
  • Nach einem weiteren anderen Aspekt der Erfindung ist ein Entkokungs-Werkzeug offenbart. Das Werkzeug schließt ein Gehäuse ein, welches mit einem Bohrgestänge oder einer anderen Quelle für Entkokungsfluid gekuppelt werden kann. Zusätzlich schließt das Werkzeug eine oder mehrere Bohrdüsen und eine oder mehrer Schneiddüsen ein, wie auch einen Strömungsweg zum Zuführen von unter Druck stehendem Fluid von einer Quelle, welche flüssigkeitsmäßig mit dem Werkzeug zu den Düsen gekuppelt ist. Das Entkokungs-Werkzeug schließt auch eine fernbedienbare Modusschalt-Vorrichtung ein, welche zwischen einem Bohrmodus und einem Schneidmodus schalten kann. Die Vorrichtung ist rotatorisch und translatorisch ansprechend auf Änderungen in dem Entkokungsfluid-Druck, um es der Vorrichtung zu erlauben, zwischen dem Bohr- und dem Schneidmodus zu schalten. Wie oben beschrieben sind eine oder mehrere Sätze von Tandemdichtungen zum Erreichen eines erhöhten Grades von Dichtung zwischen dem unter Druck stehenden Fluid und der Schaltvorrichtung vorhanden. Eine solche Konfiguration kann zum Beispiel helfen, die Wahrscheinlichkeit von Beschädigungen an der Schaltvorrichtung durch Vorsehen eines redundanten Hindernisses für Leckage des unter Druck stehenden Fluids (und suspendierten Feinkoks oder anderen Partikeln) in die Schaltvorrichtung zu reduzieren.
  • Optional umfasst das Mittel eine Strömungs-Steuereinrichtung, sodass in einer ersten Betriebsbedingung die Strömungs-Schalteinrichtung flüssigkeitsmäßig die Quelle für Entkokungsfluid mit einer oder mehreren Schneiddüsen kuppelt, während in einer zweiten Betriebsbedingung die Strömungs-Steuereinrichtung fluidmäßig die Quelle für Entkokungsflüssigkeit mit einer oder mehreren Schneiddüsen kuppelt. In einer noch bestimmteren Form ist die Strömungs-Steuereinrichtung ein Ventil, wie zum Beispiel das vorgenannte Umlenkventil oder verwandte, rotatorisch ansprechende Ventile. In einer anderen Option schließt das Entkokungs-Werkzeug entweder oder beides einer Gasfeder und einer atmosphärische Entlüftung ähnlich zu denen ein, die oben in Verbindung mit vorhergehenden Aspekten der Erfindung diskutiert sind. In einer mehr bestimmten Form des Entkokungs-Werkzeugs ist eine Umlenkventilplatte ansprechend auf eine Steuerstange, die wiederum durch die Vorrichtung in Antwort auf Änderungen durch den Entkokungs-Fluiddruck manipuliert wird, eingeschlossen.
  • Die Umlenkplatte schließt durch selektives Ausrichten von Ausschnitten, Durchflüssen oder verwandten Ventilkomponenten einen Zugang auf eine Leitung ein, welcher das Entkokungsfluid zu einer oder der anderen der Bohr- oder Schneiddüsen führen. In anderen Formen schließt die Vorrichtung mehr als ein Satz von Tandemdichtungen ein, wobei in einer noch mehr bestimmten Form ein Erster der Dichtungssätze an einer Kontaktfläche zwischen einer drehbaren Antriebswelle und einem translatorisch bewegten Kolben oder verwandten Aktuatoren, die einen Teil der Vorrichtung bilden, angeordnet ist, während ein Zweiter der Dichtungssätze an einer Kontaktfläche zwischen der drehbaren Antriebswelle und einer stationären Tragstruktur angeordnet ist, welches einen Teil von entweder des Schaltmechanismusses oder des Werkzeuges bildet. In einer noch mehr bestimmten Form ist die Antriebswelle von im Wesentlichen runder, hohler Struktur, sodass anderes Aktuatorequipment (zum Beispiel ein Kolben oder verwandte druckansprechende Aktuatoren) konzentrisch innerhalb des Raums, der durch die Antriebswelle definiert ist, angeordnet werden kann. Auf diese Weise ist die erste der Tandemdichtungen an einer inneren Fläche der Antriebswelle angeordnet und eine zweite der Tandemdichtsätze an einer äußeren Fläche der Antriebswelle angeordnet. Als solche haben sowohl die innere als auch die äußere Fläche eine robuste Barriere, welche sonst erwarten kann, einer potentiellen Leckage der unter Druck stehendem Entkokungsfluid zu begegnen. Ein Lüftungsdurchgang kann zwischen der umgebenden Umgebung (beispielsweise der Atmosphäre) und einer Region flüssigkeitsmäßig zwischen der ersten und zweiten Dichtung des Tandemdichtsatzes angeordnet sein. Dementsprechend kann eine Lage von Opfermaterial zwischen benachbart zugewandten Komponenten vorgesehen sein, an denen das Entkokungsfluid geführt wird. Eine solche Opferlage kann verwendet werden, um übermäßigen Verschleiß an einem Abschnitt der Führungsmittel oder anderen solchen Ventilgliedern zu vermeiden.
  • Noch einem noch anderen Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Betreiben eines kombinierten Flüssigkeitsstrahl-Entkokungs-Werkzeuges beschrieben. Das Verfahren schließt das Konfigurieren des Werkzeugs zum Kooperieren mit einer Modus-Schaltvorrichtung ein, die automatisch ansprechend auf Änderungen eines Entkokungsfluid-Drucks ist. Auf diese Weise steuert die Vorrichtung, welchen von einem Bohrdüsen-Strömungsweg und einem Schneiddüsen-Strömungsweg das Entkokungsfluid durchströmt. Das Werkzeug schließt eine oder mehrere Gasfedern und Tandemdichtungen ein. Das Verfahren schließt auch das Einführen des Werkzeuges in einen Entkokungsbehälter und Versorgen des Werkzeugs mit Entkokungsfluid ein.
  • Optional schließt das Verfahren weiterhin das Einstellen der Federkonstante der Gasfeder ein. In einer anderen Option schließt das Verfahren das manuelle Einstellen der Verrichtung durch eine manuelle Umgehungsmutter ein, sodass eine Kombination von rotatorischer und translatorischer Bewegung innerhalb der Vorrichtung verursacht, dass die Vorrichtung zwischen der ersten Betriebsbedingung, in welcher die Vorrichtung dazu veranlasst wird, mit dem Werkzeug zu kooperieren, und das Entkokungsfluid dazu veranlasst wird, einen Bohrmodus zu etablieren, und einer zweiten Betriebsbedingung, in welcher die Vorrichtung dazu veranlasst wird, mit dem Werkzeug zu kooperieren, und das Entkokungsfluid dazu veranlasst wird, eine Schneidmodus zu etablieren, zu schalten.
  • Die folgende detaillierte Beschreibung der vorliegenden Erfindung kann am besten verstanden werden, wenn sie in Verbindung mit den nachfolgenden Zeichnungen gelesen wird, in denen eine gleiche Struktur mit der gleichen Bezugsziffer bezeichnet ist, und in welchen:
  • 1 eine geschnittene Ansicht des kombinierten Koksschneidwerkzeug und Modusschaltvorrichtung ist, welche eine rotierbare Umlenkplatte nach einem Aspekt des Standes der Technik einsetzt;
  • 2A eine detaillierte Querschnittsansicht einer fernbedienten Schneidvorrichtung nach einem Aspekt der vorliegenden Erfindung in ihrem Ruhezustand ist;
  • 2B eine detaillierte Querschnittseinsicht einer fernbedienten Schneidvorrichtung nach einem Aspekt der vorliegenden Erfindung in ihrem betätigten Zustand ist;
  • 3 eine schematische Ansicht der fernbedienten Schneidvorrichtung ist, die in ein Entkokungswerkzeug eingebaut ist, und
  • 4 und 5 schematische Ansichten des Klinkenbereichs jeweils in seinem ausgerückten und eingerückten Positionen sind.
  • Als erstes bezugnehmend auf 1 ist ein Entkokungswerkzeug 1 nach dem Stand der Technik mit geschützten Bohrklinken oder -flügeln 3 und einer in das Werkzeug 1 eingebauten Modusschaltvorrichtung 4 gezeigt. Die Modusschaltvorrichtung 4 ist aus mehreren Komponenten hergestellt, einschließlich eines Körpers 4A, einer Aktuatorhülse 4B, eines Aktuatorschlitzes 4C, eines Aktuatorpins 4D, einer Feder 4E, eines Druckflüssigkeitseinlasses 4F, eines ringförmigen Hydraulikzylinders 4G, eines ringförmigen Kolbens 4H, eines Aktuatorpinträgers 4I und einer Einsatzhülse 4J, welche einen unteren Bereich 6B einer Steuerstange 6 umgibt, welche auch einen oberen Abschnitt 6A einschließt, die miteinander in einer kerbverzahnten Relation verbunden werden können. Die Steuerstange 6 ist mit einer Hydraulikverteilungsumlenkplatte (auch als Umlenkplatte bezeichnet) 5 verbunden, sodass, wenn die Modusschaltvorrichtung 4 entweder manuell oder durch sequentielle Druckbeaufschlagungs- und Druckentlastungsoperationen von einer Fluidzuführung (nicht gezeigt) aktiviert ist, die Steuerstange 6 die Umlenkplatte 5 rotierte, was Öffnungen, die durch die axiale Dimension derselben gebildet sind, veranlasst, abwechselnd einen Fluidzuführkanal 7 und entweder die Bohrdüse 10 oder die Schneiddüse 11 einer Zuführung für Hochdruckflüssigkeit (z. B. Wasser) auszusetzen, welches durch ein Zuführrohr oder Bohrgestänge zugeführt wird. In der in 1 dargestellten Version sind die Bohrdüsen 10 in Fluidkommunikation mit der unter Druck stehenden Fluidzufuhr, um einen im Wesentlichen nach unten gerichteten Strahl von Hochdruckflüssigkeit in den Koks (nicht dargestellt) zu richten, um ein Loch für den Rest der nachzufolgenden Vorrichtung 4 zu bohren. Die im Wesentlichen ebene scheibenartige Form der Umlenkplatte 5, die mit ihren drehbar montierten Einrichtungen mit der Steuerstange 6 verbunden ist, erlaubt es, dass ein Umschalten zwischen einem Schneidmodus und einem Bohrmodus bei einer intermittierenden Gleichlaufrotation der Umlenkplatte auftritt. Die Details der Konstruktion und Arbeitsweise der Umlenkplatte 5 wird hierin nicht wiederholt, da es ausreichend ist, zu sagen, dass die Details in dem gemeinsam gehaltenen US-Patent 6,644,557 gefunden werden können. Es wird von den Fachleuten erkannt werden, dass Attribute der vorliegenden Erfindung nicht von der runden Scheibenform der Umlenkplatte 5 abhängen, sondern dass die Merkmale, die hierin offenbart sind, im Zusammenhang mit einer solchen Vorrichtung, wie die nach 1 verwendet werden kann, um abwechselnd Durchflüsse abzudichten oder freizugeben, um einen oder mehrere aktiviert zu haben, während einer oder mehrere andere inaktiv sind. In ähnlicher Weise braucht die Dichtaktion nicht zwischen zwei ebenen Oberflächen vorzuliegen, entweder da lokaler Kontakt durch eine konturangepasste Oberfläche der Umlenkplatte 5 oder einen Ansatz derselben an der Kante des Durchgangs den gleichen Effekt erreichen kann.
  • Da das Entkokungsfluid unter extrem hohen Druck (z. B. 5000 psig) oder mehr zugeführt wird, kann es einen signifikanten Differenzdruck über die Umlenkplatte 5 an dem Ort, an dem die Platte 5 die Strömung zwischen dem Bohrgestänge 9 und dem Fluidzuführkanal 7 unterbricht, erzeugen. Dieses resultiert in einer Kraft in der Höhe von 40.000 lbf, welche die Umlenkplatte 5 und die Umlenkkörperverschleißplatte 8 zusammendrücken, welches im Gegenzug eine signifikante statische Reibung generiert, welche eine Tendenz kreiert, eine Relativdrehung zwischen ihnen zu widerstehen. In einer automatisierten Form, wie z. B. die in dem US-Patent 6,644,567 beschriebenen, ist die Modusschaltvorrichtung 4 gestaltet, um bei einer Druckentlastung zu schalten, da die Reibung (begleitend die Antriebskraft, die zum Rotieren der Umlenkplatte 5 erforderlich ist) mit der diskreten Menge der Zeit, die zum Beenden der Rotation der Umlenkplatte 5 erforderlich ist, abnimmt, sobald sie sich zu bewegen beginnt. Diese Methode zum Schalten ist gegenüber dem Schalten während der Druckbeaufschlagung bevorzugt, worin ein sich erhöhender Druck die Reibung auf einen Grad anheben kann, welcher eine relative Bewegung zwischen benachbarten Komponenten, wie beispielsweise der Umlenkplatte 5 und der Umlenkkörperverschleißplatte 8 schwierig macht, was auch in einem erhöhten Verschleiß resultiert. Es ist zusätzlich von Vorteil, dass eine Umschaltung während einer niedrigen Strömungsgeschwindigkeit und niedrigem Druck stattfindet (typischerweise unter 500 psig), um Druckstoßeffekte zu verhindern, wenn sich die Umlenkplatte 5 von einen Satz von Öffnungen zu einem anderen bewegt. Ungeachtet dessen sind weiterhin Wege für das Hochdruckentkokungsfluid vorhanden, um in die Modusschaltvorrichtung 4 zu lecken. Z. B. ist ein im Wesentlichen horizontaler Schlitz, der zwischen der Umlenkplatte 5 und der Steuerstange 6 gebildet ist, um eine Erleichterung der Rotation zwischen diesen zu ermöglichen, empfänglich für das Einführen von unter Druck stehendem Entkokungsfluid. Darüber hinaus existiert ein schmaler ringförmiger Spalt zwischen der Steuerstange 6 und dem Rest des Entkokungswerkzeugkörpers; dieser Spalt übersteigt die Länge der Steuerstange 6 von ihrem Kopf (an welchem der vorgenannte Spalt gebildet ist) zu ihrem Boden (wo sie mit der Modusschaltvorrichtung 4 verbunden ist). Ein solcher Spalt liefert einen Leckageweg von dem horizontalen Schlitz oberhalb des Flüssigkeitseinlasses 4F und dem ringförmigen Hydraulikzylinder 4G. Zusätzlich ist die ringförmige Konstruktion des Kolbens 4H so, dass eine hin- und hergehende Kolbendichtung (nicht gezeigt) erforderlich ist, um sowohl auf eine Innendurchmesser- als auch eine Außendurchmesserdichtfläche zu wirken, wobei eine erhöhte Gelegenheit für Leckage und begleitende Fehler bereit gestellt wird.
  • Als nächstes bezugnehmend auf 2A, 2B und 3 sind detaillierte Querschnittsansichten der Modusschaltvorrichtung 100 nach einem Aspekt der vorliegenden Erfindung dargestellt. Im Gegensatz zum ringförmigen Kolben 4H der Vorrichtung nach 1 wird ein massiver Kolben 140 verwendet. In dem ringförmigen Ansatz, der in 1 eingesetzt wird, arbeiten der Hydraulikzylinder 4G, der ringförmige Kolbe 4H und der Aktuatorpinträger 4I mit einer Einsatzhülse 4J zusammen, die um die untere Steuerstange 6B angeordnet ist und an den Boden des Entkokungswerkzeugs 1 benachbart zur Bohrdüse 10 angrenzt, sodass ein Spalt zwischen der Einsatzhülse 4J und dem umgebenden Vorrichtungskörper 4A gebildet wird, um den ringförmigen Hydraulikzylinder 4G zur Aufnahme von unter Druck stehendem Fluid und nachfolgendem Antreiben des Kolbens 4H nach unten zu definieren. Druckbeaufschlagung wird durch den Fluideinlass 4F erreicht, der an der Oberseite der Einsatzhülse 4J gebildet ist. Der ringförmige Kolben 4H treibt einen Aktuatorpinträger 4I an, der konzentrisch um die Einsatzhülse 4J und die untere Steuerstange 6B angeordnet ist und einen oder mehrere radial vorstehende Aktuatorpins 4D trägt. Eine Aktuatorhülse 4B ist unter der Einsatzhülse 4J angeordnet und durch den Aktuatorpinträger 4I umgeben. Aktuatorschlitz 4C nimmt den Aktuatorpin 4D auf, die miteinander kooperieren, um das Schalten zu erreichen; diese Schlitze 4C liegen auf einem spiralförmigen Weg der Hülse 4J, der sich entlang der Peripherie der Hülse 4J erstrecken, sodass bei jeder Abwärtsbewegung (wie auch bei jeder Aufwärtsbewegung) des Aktuatorpinträgers 4I die Hülse 4J ausreichend rotiert, um ein Eingreifen von Klauen oder verwandten Mechanismen an einer zugehörigen Rastvorrichtung sicherzustellen. Eine oder mehrere Federn 4E spannen den Aktuatorpinträger 4I und den ringförmigen Kolben 4H gegen die Durchflüsse, welche als Teil des Fluideinlasses 4F gebildet sind, sodass ein Durchfluss ermöglicht wird. Die Federkraft (oder Federkonstante) ist durch die Eigenschaften der Feder 4E bestimmt, einschließlich solcher durch Materialwahl, Drahtdurchmesser und Gangzahl. Während die ringförmige Konfiguration des Kolbens 4H der vorhergehenden Vorrichtung es schwierig machen würde, den redundanten Schutz zu erreichen, der durch die Tandemdichtungen der vorliegenden Erfindung ermöglicht wird, bedeutet die solide Form des vorliegenden Designs, dass nur eine hin- und herbewegte Fläche gedichtet zu werden braucht.
  • Die Vorrichtung 100 ist in einem Gehäuse oder Körper 110 und einem Deckel 120 aufgenommen und an einem Entkokungs-Werkzeug 300 angebracht, um einen Bodenbereich desselben zu bilden. In einer Ausgestaltung kann ein Flansch 310 oder eine verwandte Montagestruktur, die in einem Bereich des Entkokungs-Werkzeugs 300 gebildet ist, als eine Kontaktfläche zwischen ihm und der Vorrichtung 100 dienen. Zum Beispiel kann eine solches Kontaktfläche in der Form einer Lagerbuchse oder einer zugehörigen Oberfläche vorliegen, welche eine drehbare und zugehörigen Lagerung für eine drehbare Antriebswelle 130 bereit stellt, die zum Betätigen einer Umlenkplatte 320 verwendet wird, welche einen Teil des Entkokungs-Werkzeugs 300 darstellt und ähnlich zu der Umlenkplatte 5 der Vorrichtung gemäß 1 ist. Das Entkokungs-Werkzeug 300 ist an einem Bohrgestänge 400 montiert, durch welches Hochdruckwasser oder anderes Entkokungsfluid bereitgestellt wird. Die drehbare Antriebswelle 130 ist aus einem oberen Bereich (auch als der obere Antrieb bezeichnet) 130A und einem unteren Bereich (auch als unterer Antrieb bezeichnet) 130B gemacht, in welchem gerade, im Wesentlichen vertikale Schlitze 130C gebildet sind. Die im Wesentlichen kreiszylindrische Form des oberen Antriebs 130A (wie mit Genauigkeit in 2A und 2B gezeigt) greift in eine untere Fläche des Flansches 310 ein, um als eine Kontaktfläche zwischen dem Entkokungs-Werkzeug 300 und der Vorrichtung 100 zu dienen. Zum Beispiel kann eine solche Kontaktfläche in der Form einer Lagerhülse vorliegen. Der obere Antrieb 130A ist in einem engen Passungsbereich an der Oberseite des Umlenkkörpers zentriert, um jede radiale Lastverteilung zu minimieren. Als solches stellt die Verbindung eine Unterstützung für eine drehbare Antriebswelle 130 dar, welche zum Betätigen einer Umlenkplatte 320 verwendet wird, welche in einer Weise im Wesentlichen ähnlich zur Umlenkplatte 5 der Vorrichtung gemäß 1 arbeitet.
  • Die Antriebswelle 130 erstreckt sich durch die Vorrichtung 100, sodass die Oberseite des oberen Abschnitts 130A mit der Steuerstange 106 verkuppelt ist, welche den drehbaren Abschnitt 320A der Umlenkplatte 320 antreibt, während beide Flansche 310 und der nicht-drehbare (nämlich die stationäre Verschleißplatte) Abschnitt 320B der Umlenkplatte 320 stationär bleiben. Wie mit der Verbindung zu dem Entkokungs-Werkzeug 300 wie vorstehend diskutiert, kann die drehbare Antriebswelle 130 innerhalb einer komplementären Fläche in dem Gehäuse 110 angeordnet sein, wie zum Beispiel durch eine Lagerbuchse oder eine andere gut bekannte Rotationsverbindung. Ein hin- und her beweglicher hydraulischer Aktuator (in der besonderen Form eines Kolbens 140) ist im Wesentlichen Kollinear mit der drehbaren Antriebswelle 130 und pendelt entlang einer im Wesentlichen vertikalen Achse A der Vorrichtung 100 in Antwort auf Antriebskräfte, die auf die jeweilige obere und unteren Oberflächen 142 und 143 des Kolbens 140 von dem Enkokungsfluid von oben und einer einstellbaren Gasfeder 150 darunter ausgeübt werden. Wie oben diskutiert ist das zugeführte Entkokungsfluid vorzugsweise unter Druck stehendes Wasser, das sowohl für Bohr- als auch Schneidanwendungen eingesetzt werden kann, sowie die Antriebskraft zum Schalten der Vorrichtung 100 zwischen einem Bohr- und einem Schneidmodus der Bearbeitung bereitstellt. Fachleute werden erkennen, dass andere Komponenten (wie zum Beispiel solche, die unten diskutiert werden) in Verbindung mit dem Kolben 140 eingesetzt werden können, um einen Aktuator für den Zweck eines Ausführens der Ventilbetätigung der Umlenkplatten und der zugehörigen Modusschaltung bereitstellen. Eine Gasfeder 150 ist in ihrer ausgefahrenen Situation in 2A und in ihrer zusammengedrückten Position in 2B gezeigt und schließt einen Kolben 150A (welcher in einer Weise im Wesentlichen ähnlich zu dem Kolben 140, der oben beschrieben ist, geformt sein kann) ein, der innerhalb einer gasisolierbaren Kammer 150B (gezeigt besetzend den Raum in dem unteren Bereich des Gehäuses 110) gepasst oder anderweitig kooperierend ist.
  • Details von Komponenten, die zum Bereitstellen der Modusschaltung kooperieren, werden nun beschrieben. Generell erlauben es die modus-schaltenden Komponenten der Vorrichtung 100 in einem von zwei Stadien zu existieren, die davon abhängen, welche von zwei Antriebskräften (nämlich das Entkokungsfluid oder die Feder 150) vorwiegend auf den Kolben 140 wirken. In Betriebsbedingungen, in welchem die Kraft durch die Entkokungsflüssigkeit größer ist, ist der Kolben 140 in einer vertikal unteren Position angeordnet und ein Strömungsweg ist durch die Verteilerplatte 320 für entweder die Schneid- oder Bohrdüsen des Entkokungs-Werkzeugs 300 etabliert. Ebenso ist in Betriebsbedingungen, wenn die Kraft aufgrund der Fehler 150 größer ist (wie zum Beispiel wenn die Zuführung des unter Druck stehenden Kokungsfluids ausgeschaltet ist), ist der Kolben 140 in einer vertikalen oberen Position angeordnet und durch eine schrittweise oder getaktete Drehbewegung der Umlenkplatte 320 schaltet die Durchflusskupplung von einer der Schneid- oder Bohrmodi auf den anderen. Diese schrittweise Bewegung findet überwiegend in der Antriebswelle 130 (welche den oberen Antrieb 130A, den unteren Antrieb 130B und die vertikalen Schlitze 130C, die in einer oberen Erstreckung des unteren Antriebs 130B gebildet sind, einschließt), wie auch durch hin- und herbewegen und intermetierende Drehbewegung des Kolbens 140 statt. Wie oben erwähnt, kann die Federkraft der Feder 150 eingestellt werden, wie zum Beispiel durch ein benutzerdefiniertes Einrühren von Druckgas, wie zum Beispiel Stickstoff oder andere geeignete Fluide. Darüber hinaus kann ihr Betrieb das Erfordernis für ein Dämpferöl reduzieren oder eliminieren.
  • Die Antriebswelle 130 und der Hydraulikkolben 140 sind durch einen oder mehrere Pins 144 in kooperativer Anordnung miteinander kooperierend mit oder gebildet in einem unteren Ende des Hydraulikkolbens 140, wo die vertikalen Schlitze 130C, die in dem unteren Antrieb 130B gebildet sind, die Pins 144 aufnehmen. Zusätzlich sind ein Paar von Ringen 133 und 134 vorgesehen, von denen der Erste in strikt drehender Bewegung eingreift und der Zweite in strikt translatorischer Bewegung eingreift, um bei der vorgenannten intermetierenden Drehbewegung des Kolbens 140 zu unterstützen, wenn Pin 144, unter der nach oben gerichteten Vorspannung aufgrund der Feder 150, einem im Wesentlichen spiralförmigen Weg 144A (im Besonderen gezeigt in 2A) durchläuft, welcher in einer Aktuatornocke 132 gebildet ist, die konzentrisch um den unteren Antrieb 130B und vertikale Schlitze 130C angeordnet ist. Der rotierende Ring 133 ist mit der Oberseite der Nocke 132 wie auch mit den im Wesentlichen vertikalen Schlitzen 130C verzahnt, welcher einen Teil des unteren Antriebs 130B bilden. Direkt unterhalb des rotierenden Rings 130 ist ein stationärer Ring 134, welcher durch vertikale Lappen eines Halters 135 der an dem Gehäuse 110 gesichert ist, am Rotieren gehindert ist. Die Verbindung des Pins 144, Kolbens 140 und komplementäre Schlitze 130C, Aktuatornocke 132 und Ringe 133 und 134 ist so, dass eine scherenartige Bewegung kreiert wird.
  • Nun bezugnehmend auf 4 und 5 wird ein Paar von Einwegringen 133, 134 verwendet, um eine selektive fortschreitende Bewegung der Antriebswelle 130 und der angebrachten Umlenkplatte 320 zu fördern. Die Kooperation zwischen dem rotierenden Ring 133 und dem stationären Ring 134 ist gezeigt, wie sie ineinander durch bis zu vier rampenartige axiale Zähne 134A in den stationären Ring und passende Schlitze 133A in den rotierenden Ring eingreifen. Die Verbindung der Nocke 132 mit dem rotierenden Ring 133 ist so, dass wenn die Nocke 132 rotiert (aufgrund der Kraft des Pins 144 während einer Aufwärtsbewegung des Kolbens 140), sie den Ring 133 zum Folgen zwingt, welches aufgrund des schrägen Eingriffs der Kontaktoberfläche zwischen den Zähnen 134A und den Schlitzen 133A ein Ausrücken des rotierenden Rings von dem stationären Ring 134 (welcher an einer Drehbewegung durch die vertikal nach oben gerichteten Vorsprünge des Halters 135 gehindert ist) und ein Drehen in nur eine Richtung ermöglicht. Nach dem Eingreifen der Zähne 134A und der Schlitze 133A verhindern sie eine Rotation des rotierendenden Rings 133 in die entgegengesetzte Richtung. Fehlermechanismus 160 (welcher in 2A und 2B gezeigt ist) drückt vertikal nach oben auf den stationären Ring 134 um die Zähne 134A und die Schlitze 133A in Eingriff zu bringen. Die Flanke der Oberfläche des Ausrückens der Zähne 134A und Schlitze 133A gemeinsam mit der Kraft des Federmechanismus 160 bestimmt das Drehmoment, das zum Ausrücken des rotierenden und des stationären Rings 133, 134 erforderlich ist. Die vorliegende Anordnung stellt eine Schnappfunktion in diesem Abschnitt des Mechanismus bereit, wenn die Zähne 134A des Mechanismus wieder in Eingriff kommen; eine solche Funktion stellt zusätzliche Indizien für eine sichere Passung zwischen dem rotierenden und dem stationären Ringen 133, 134 dar.
  • Die Oberfläche des Eingreifens der Zähne 134 und Schlitze 133A haben einen Sperrwinkel, um sicherzustellen, dass sie in Eingriff bleiben, wenn Drehmoment auf den rotierenden Ring 133 in die entgegengesetzte Richtung ausgeübt wird. Im Wesentlichen vertikale Schlitze 134B, die in diametral gegenüberliegenden äußeren Oberflächen des stationären Rings 134 gebildet sind, werden verwendet, um obere Vorsprünge des Halters 135 aufzunehmen, während eine Biegefeder 160, die an ihren unterem Ende durch den unteren Antrieb 130B getragen ist, eine Vorspannung gegen eine untere Fläche des stationären Rings 134 ausübt. Die Biegefeder 160, welche gedanklich als ein Ring in 2A und 2B gezeigt ist, ist weiter bevorzugt in der Form einer multiplen Tellerfeder gebildet, um besser Vorteile aus der begrenzten räumlichen Umgebung, in welcher sie arbeitet, zu ziehen.
  • Wieder bezugnehmend auf 2A, 2B und 3 können während Entkokungsoperationen jeweilige Schneid- oder Bohrungs-Bohrklein, welches in den beiden axial ausgerichteten Platten 320A, 320B der Umlenkplatte 320 gebildet wird, die dazu veranlasst werden, miteinander durch Rotieren der Platte 320A zu kooperieren, um einen Durchgang von Hochdruckentkokungsfluid von dem Bohrgestänge 400 zu dem zugehörigen Satz von Düsen 410 oder 411 zu ermöglichen. In dieser Situation hemmt der statische Druck, der auf der Umlenkplatte 320 durch das Entkokungsfluid von oben gebildet wird, sie am Drehen ausschließlich durch Reibung aufgrund von der unausgeglichenen Kraft, die auf den drehbaren Abschnitt 320A der Umlenkplatte 320 wirkt. Diese unausgeglichene Kraft kommt daher, dass Durchgänge, die in dem drehbaren Abschnitt 320A der Umlenkplatte 320 gebildet sind, verschlossen sind, wenn Druck, der an der Außenseite, an welcher die Umlenkplatte 320 den Satz von Durchgängen abdeckt, wirkt, wie auch atmosphärischer Druck an der verschlossenen Durchgangsseite der Umlenkplatte 320 die erforderliche Reibung bereitzustellen. Die aktiven Durchgänge sind aufgrund von Staudruck unter Druck gesetzt, welcher von einer Strömung durch den aktiven Satz von Ventilen der Ventile 410 oder 411 resultiert, während die inaktiven Durchgänge durch die Atmosphäre durch den inaktiven Satz der Ventile 410 oder 411 belüftet wird. Als solches ist es die relative Reibung zwischen den Komponenten, die die Wirkung des Mechanismuses steuert, so dass bei Druckbeaufschlagung diese Reibung den drehbaren Abschnitt 320A der Umlenkplatte 320, die Steuerstange 106 und die Antriebswelle 130 am Drehen hindert.
  • Der Druck auf das Werkzeug 100 von dem Entkokungsfluid wirkt auf das obere Ende 142 des Kolbens 140, was eine abwärtsgerichtete Kraft kreiert, wenn sie einen Grad erreicht, an den sie die Vorspannkraft der Gasfeder 150 übersteigt, was den Hydraulikkolben 140 veranlasst, sich nach unten zu bewegen. Die einen oder mehreren Pins bewegen sich vertikal abwärts in den Weg, der durch den Schlitz 130C definiert ist, welcher durch die Reibung an der Ablenkplatte 320, wie oben beschrieben, stationär gehalten wird, und wirkt auf den spiralförmigen Schlitz des Nockens 132, was den Nocken zum Drehen zwingt. In ähnlicher Weise zwingt die Verbindung der Ringe 133 und 134, wie in 5 gezeigt, die beiden Ringe 133, 134, sich relativ zueinander zu drehen. Eine solche translatorische Bewegung des Kolbens 140 und Drehbewegung des Nockens 132 und des Rings 133 setzt sich bis zu einer Zeit fort, bis die untere Fläche 134 des Kolbens 140 auf einer Schulter 131B in dem unteren Antrieb 130B zur Anlage kommt. In einer bevorzugten Form agiert die untere Platte 320B als eine Verschleißplatte zugewandt benachbart zur oberen Platte 320A. Wie mit besonderer Bezugnahme auf 3 zu sehen ist, agiert die Verschleißplatte 320B als stationärer Ansatz am oberen Ende des Flansches 310 und ist als Opferoberfläche ausgebildet, welche periodisch durch Wiederauftragen oder Ersetzen erneuert werden kann, wenn sie verschlissen ist, wodurch das Erfordernis verhindert wird, den komplexeren Flansch 310 zu reparieren oder zu ersetzen. Während der Druckbeaufschlagung des Werkzeuges 300 beginnt der Kolben 140 sich abwärts zu bewegen, sobald sie gleich der Vorspannung der Feder 150 wird. Während dieser Abwärtsbewegung ist der Ring 133 in der Lage, relativ zum Ring 134 zu drehen, da der Pin 144 in dem spiralförmigen Schlitz in der Aktuatornocke 132 und dem geraden Schlitz 130C in dem unteren Antrieb 130B wirkt. An diesem Punkt hindert die Reibung in der Umlenkplatte 320 den Antrieb 130 am Drehen, da das erforderliche Drehmoment zum Drehen des Rings 133 relativ zum Ring 134 nicht ausreichend ist, die Reibung zwischen der stationären Verschleißplatte 320B und der drehenden oberen Platte 320A zu überwinden. Dieses veranlasst den Schlitz 130C stationär zu bleiben, was die Aktuatornocke 132 zum Drehen relativ zum Antrieb 130B zwingt. Die Abwärtsbewegung des Kolbens 140 ist wie oben beschrieben arretiert, was sicherstellt, dass die Ringe 133 und 134 in der korrekten Indexposition relativ zueinander anhalten und den Grad der Kompression der Feder 140 begrenzen.
  • Bezugnehmend insbesondere auf 2B zwingt die Feder 150 den Kolben 140 nach oben, wenn der Druck von der Vorrichtung 100 entfernt wird (z. B. wenn die Strömung des Entkokungsfluids reduziert oder aus dem Bohrgestänge 400 entfernt wird). Anders als die oben diskutierte Abwärtsbewegung bleiben die Ringe 133 und 134 aufgrund des überlappenden normalen Kontakts der Zähne 134A und Schlitze 133A und entsprechendem Widerstand gegen Außereingriffkommen zwischen ihnen miteinander gekuppelt, wenn sich die Ringe in entgegengesetzte Drehrichtung relativ zueinander bewegen. Deshalb bleiben die Ringe 133 und 134, welche nun direkt sowohl zum Halter 135 als auch zum Kamm 132 gekuppelt sind, während der Abwärtsbewegung des Kolbens 140 in Drehrichtung stationär. Die Pins 144 werden wieder gezwungen, dem Weg zu folgen, der für sie bestimmt ist, jedoch ist dieses Mal der Weg durch den im Wesentlichen spiralförmigen Weg 144A bestimmt, der in der nun stationären Aktuatornocke 132 gebildet ist, welche gegen Drehen gehemmt ist, was durch den Pin 144 in nach oben gerichteter Richtung aufgrund der Sperrwirkung zwischen den Ringen 133 und 134 induziert ist. Diese Bewegung setzt sich fort, bis die Kolbenschulter 141 in Kontakt mit einer unteren Schulter 131 des oberen Antriebs 130A kommt, welche die Aufwärtsbewegung des Kolbens begrenzt. Zusätzlich dreht sich die Antriebswelle 130 nun, da ihre Kupplung durch die vertikalen Schlitze 130C ebenfalls zwingt, dem spiralförmigen Weg der Pins 144 zu folgen. Der untere Antrieb 130B ist zunächst gegen Drehen gehemmt, da das durch den Pin 144 induzierte, gegen die Bahn 130C wirkende Drehmoment ausreichend ist, den ausgleichenden Druck zu überwinden, der durch Reibung an der Ablenkplatte 320 induziert wird. Wenn der Druck im Werkzeug 300 weiter abklingt, steigt die resultierende nach oben gerichtete Kraft, die durch den Pin 145 induziert wird, aufgrund einer Reduktion in der Kraft des Kolbens 140, die durch die Kraft von der Feder 150 ausgeglichen wird. Gleichzeitig reduziert sich die Widerstandsreibung an der Ablenkplatte 320 mit abnehmenden Druck. Wenn die Zunahme in dem Wellenmoment, welches durch den Pin 144 induziert wird, einen Grad erreicht, an dem es die reduzierte Reibung an der Ablenkplatte 320 überwindet, beginnt die Schaltbewegung. Da diese Umschaltaktion beginnt stattzufinden während abnehmendem Drucks und während die Kraft aufgrund von Reibung an der Ablenkplatte 320 abfällt, sobald sie anfängt zu drehen, ist der Druck, an welchem die Schaltbewegung sich ändert, gleichbleibend und deshalb wiederholbar und wohl definiert. Darüber hinaus, wie oben diskutiert, ist dieses einstellbar durch Verändern des Ladedrucks der Feder 150. Der Ladedruck der Gasfeder 150 beeinflusst die Menge an Wasserdruck (auch bekannt als Einstelldruck), der erforderlich ist, die Feder 150 zusammenzudrücken und dabei dem Mechanismus zu erlauben, zu schalten zu beginnen.
  • Die oben diskutierte Feder 150 kann zusätzlich auch Dämpfungseigenschaften enthalten, die verwendet werden, um den Grad, an welchem der Mechanismus sich bewegt, zu steuern. Wie oben erwähnt, können solche Eigenschaften durch einen Stoßdämpfer gebildet sein, der in der Gasfeder 150 integriert ist. Generell wird die Dämpfung hoch genug gehalten, dass Änderungen in dem Gasfederladedruck nur einen untergeordneten Effekt auf den Grad der Schaltung haben. Obwohl nicht dargestellt, kann die Kammer 150B, die einen isolierbaren Behälter bildet, mit welchem das komprimierbare Gas gehalten wird, Merkmale enthalten, die denen eines Fahrzeugstoßdämpfers ähnlich sind, einschließlich einer inneren zylindrischen Region und einer äußeren zylindrischen Region, die durch eine oder mehrere innere Blenden miteinander verbunden sind, die so angeordnet sein können, um den Grad der Bewegung des Gases innerhalb der Feder zu steuern. Das kompressible Gas (auch als Lademedium bezeichnet) kann jedes konventionelle (und vorzugsweise inerte) Gas sein, wie z. B. Stickstoff. In einer Ausgestaltung kann dieses Gas bis zu einem Grad unter Druck gesetzt werden, der erforderlich ist, eine adäquate Dämpfung für die Vorrichtung 100 bereitzustellen, wie z. B. zwischen etwa 200 Pfund pro Quadratzoll (psi) und etwa 1500 Pfund pro Quadratzoll (psi), sodass es eine maximale Geschwindigkeit des Kolbens 150A von etwa 20 Zoll pro Sekunde produziert, die einen steilen und frühen Abfall in der Fahrgeschwindigkeit gegenüber Fahrabstand bietet. Darüber hinaus haben die vorliegenden Erfinder erkannt, dass die Modusschaltvorrichtung 4 eine Drehmomenteinstellung beinhalten kann, um den Schaltdruck zu optimieren.
  • Ein wichtiger Punkt an dieser Dämpfungseigenschaft ist, dass sie einen geschlossenen, wartungsfreien Weg zum Kontrollieren der Rate der Bewegung innerhalb der Vorrichtung 100 liefert. Da die Modusschaltung während abnehmendem Drucks stattfindet, besteht keine signifikante Reibung an der Umlenkplatte 320 an den Kontaktflächen zwischen den stationären und drehenden Platten 320A und 320B zum Wirken als eine Bremse, sobald die Drehung zwischen diesen in Bewegung gesetzt ist. Ein solcher Mangel an Reibungswiderstand bedeutet, dass die Vorrichtung eine Tendenz haben kann, die korrekte Indexposition für den nächsten Betriebsmodus zu überfahren. Vorherige Versuche diese Situation durch mechanische Mittel zu vermeiden waren vergeblich, da sie eine Tendenz hatten, hohe Komponentenspannungen einzführen, und waren anderweitig nicht effektiv, das Moment, das mit der Umlenkplattendrehung verbunden ist, zu arretieren. Die Verwendung der vorliegend offenbarten Dämpfungseigenschaften zum Begrenzen der Beschleunigung und des Moments der Vorrichtung 100 verbessert die Fähigkeit zum Steuern seiner Halteposition. Die Schwäche der Dämpfung in der vorher existierenden Konstruktion ist, dass sie eine Flüssigkeit in der Dämpfungsmechanismuskammer verwendet; eine solche Flüssigkeit ist für einen Verlust (durch Leckage), Überbefüllung oder Kontaminationen durch Leckage des Schneidefluids durch die Dichtungen empfänglich. Dieses erfordert umgekehrt die Verwendung von externen Durchgänge, um Wartung und Füllgradkontrolle zu ermöglichen. Die bloße Existenz dieser Durchgänge hat sich aufgrund von einem oder beiden von einer Kontamination durch die äußere Umgebung und unzureichend ausgeführter Wartung als eine Quelle für Fehler erwiesen.
  • In einer Situation, in der ein manueller Moduswechsel der Vorrichtung erwünscht ist, kann das Werkzeug 100 auch manuell durch Anbringen eines Schlüssels an einer Umgehungsverbindung (gezeigt in Form einer Welle) 170, die an einem oberen Abschnitt des Deckels 120 angeordnet ist, und Drehen derselben mit einem geeigneten Werkzeug geschaltet werden. Dieses wiederum treibt einen Satz von Kegelrädern 180A und 180B, von denen eines an dem unteren Antrieb 130B angebracht ist. Das Schnappen der federbelasteten Ringe 133, 134, wie oben diskutiert, liefert dem Bediener eine Wahrnehmung eines Gefühls für wann das Werkzeug 100 seine nächste getaktete Position erreicht. Die Umgehungsverbindung 170 ist mit einer Indikatormarke versehen, um visuell die Position der Vorrichtung 100 zu zeigen. Weiterhin hat die Umgehungsverbindung 110 eine unidirektionale Kupplung zum Begrenzen des Drehmoments, das in entgegengesetzte Richtung zur Drehung während der Umgehung ausgeübt werden kann. Eine solche unidirektionale Kupplung kann eine Mutter zwischen der Umgehungsverbindung 170 und dem Werkzeug, welches zum Drehen derselben benutzt wird, sein. Zusätzlich ist der Mechanismus während der Umgehung durch eine gestufte Kontaktfläche zwischen den Ringen 133 und 134 gegen Drehen in Gegenrichtung blockiert. Drehen der Antriebsverbindung 170 zurück resultiert eher in ihrem Entschrauben als in einer Beschädigung des internen Mechanismus der Vorrichtung 100.
  • Es ist zu beachten, dass der Kolben 140 und die Antriebswellen 130A, 130B gemeinsam rotieren, wenn das Werkzeug 100 schaltet. Deshalb ist die Bewegung des Kolbens 140 relativ zur Antriebswelle 130 strikt hin- und hergehend, während die Bewegung der Antriebswelle 130 relativ zum Körper 110 strikt drehend ist. Der primäre Ausgang der Modusschaltvorrichtung 100 ist ein Neunzig-Grad-Inkrement einer Rotationsbewegung durch den Ausgangsantrieb 130, welches wiederum benutzt wird, um die Umlenkplatte in einer Weise im Wesentlichen ähnlich zu der von US-Patent 5,816,505 oder 6,644,567 zu drehen. Wie mit diesen Konstruktionen stößt das „tote Ende”-Design das gesamte unter Druck stehende Fluid durch die gleichen Durchgänge, durch welche das Fluid eintritt, aus, was eine Reinigungsfunktion bereitstellt, welche die Gefahr reduziert, dass Feinkoks sich ansammelt und den Schaltmechanismus des Werkzeugs 100 blockiert. Als solches wird mit jeder Druckentlastung des Werkzeugs 100 das gesamte Schneidefluid zusammen mit suspendiertem Feinkoks, welcher zu dem ringförmigen Zylinder in der vorhergehenden Druckentlastung zugelassen wird, aus dem Zylinder durch die Eingangsdurchflüsse ohne Durchfluss ausgetrieben. Ein Attribut der Vorrichtung 100 ist, dass sie eine Nichtdurchfluss-(nämlich eine „totes Ende”)Konstruktion aufweist, welche sicherstellt, dass das gesamte Entkokungsfluid, welches verwendet werden, um das Schalten zwischen zwei Modi zu bewirken, und der Feinkoks, der darin suspendiert ist, aus dem Hydraulikzylinder durch die gleichen Durchflüsse ausgetrieben werden, durch welches das Fluid zugeführt wurde, wobei ein Ansammeln von Feinanteilen in der Vorrichtung 100 und die damit einhergehende Gefahr von Komponentenblockierung und verwandten Fehlern aufgrund von suspendierten Feinanteilen oder anderen Kontaminaten verhindert wird.
  • Zusätzlich zu der „toten Ende”-Konstruktion schließt die Vorrichtung 100 ein erstes Paar von Tandemdichtungen 190A und 190B entlang einer äußeren Fläche der drehbaren Antriebswelle 130 ein, welche mit dem Körper 110 der Vorrichtung 100 in Kontakt kommt, und ein zweites Paar von Tandemdichtungen 190C und 190D, die mit einer inneren Fläche der drehbaren Antriebswelle 130 und einer äußeren Fläche des Kolbens 140 kooperieren. Die oberen Dichtungen 190A und 190C jedes Paars von Dichtungen dichten entgegen den Druck des Entkokungsfluids, welches in die Vorrichtung 100 von dem Entkokungswerkzeug eingeführt wird, während die unteren Dichtungen 190B und 190D jedes Paares von Dichtungen die Gefahr vermindern, dass jedes unter Druck stehende Fluid, das aus den oberen Dichtungen 190A und 190C leckt, den inneren Bereich des Körpers 110 erreicht. Dichtungen 190A und 190C sind vertikal oberhalb der Dichtungen 190B und 190D angeordnet, während die Dichtungen 190A und 190B radial außerhalb relativ zu den Dichtungen 190C und 190D angeordnet sind. Zwischen jedem Paar von Dichtungen (z. B. zwischen oberer Dichtung 190C und unterer Dichtung 190D) sind eine Serie von sich radial erstreckenden Lüftungsbohrungen 200A, 200B, um es dem Raum zwischen den Dichtungen zu erlauben, zur Atmosphäre entlüftet zu werden. Auf diese Weise wird jede Leckage, die zwischen den Tandemdichtungen (ob zwischen der primären äußeren Dichtung 190A und der sekundären äußeren Dichtung 190B oder zwischen der primären inneren Dichtung 190C und der sekundären inneren Dichtung 190D) nicht in einem damit einhergehenden Druckanstieg resultieren, da der periphere Weg für einen solchen Anstieg durch die Entlüftungsbohrungen 200A und 200B verläuft. Deshalb dichten die ersten Dichtungen 190A, 190C eines jeden Paares von Dichtungen gegen Druck des Entkokungsfluids, während die zweiten Dichtungen 190B, 190D jedes Paares sicherstellen, dass jede Leckage, die hinter die ersten Dichtungen 190A, 190C gelangt, nicht in das innere des Körpers 110 der Vorrichtung 100 gelangen kann. Die Tandemdichtungseigenschaft in Verbindung mit der Verwendung der Gasdämpfereigenschaft der Feder 150 verhindert das unnötige Aussetzen der Komponenten zu der scharfen Schneidumgebung. Wie es von der Weise des Betriebs der Vorrichtung 100 offensichtlich ist, bewegt sich der Kolben 110 während des Aufwärtshubes des Kolbens 140 relativ zur Antriebswelle 130, sodass eine pure Translation relativ zum oberen Antrieb 130A der Antriebswelle 130 vorliegt. Als solche agiert das zweite Paar von Tandemdichtungen 190C und 190D zum Reduzieren oder Eliminieren von Leckage des Entkokungsfluid entlang der Lagerfläche oder der zugehörigen Kontaktfläche zwischen dem Kolben 140 und der Antriebswelle 130.
  • Die obigen Diskussionen heben Ausfallen des Werkzeuges aufgrund von unter Druck stehendem Schneidwasser hervor, welches in der Schaltmechanismuskammer vorhanden ist. Es ist wahr, dass das Vorliegen eines Staudrucks auf den Kolben die entfaltete Kraft reduzieren wird, und deshalb ein Leistungsproblem wird. Neben dem Druck kann jedoch das Vorhandensein eines inkompressiblen Fluids an der Rückseite des Kolbens ein Problem sein, da der Kolben ein Verschiebevolumen benötigt, um gut zu funktionieren. In dem Fall, dass eine inkompressible Flüssigkeit jemals die Schaltmechanismuskammer komplett füllt, wird sie den Kolben am Ausführen des gesamten Hubes hindern. In den Konfigurationen nach dem Stand der Technik wurde ein konventioneller Sicherheitswert eingesetzt, um ein solches Szenario zu verhindern. Das Anwenden eines solchen Wertes auf die äußere Umgebung kann zu einer hohen Wahrscheinlichkeit eines Fehlers beitragen, wobei es Kontaminaten erlaubt wird, von der äußeren Umgebung (welche auch aufgewandtes Schneidwasser und Abraum von der Schneidoperation beinhalten kann) in die Schaltmechanismuskammer einzudringen, und erhöht die Chance von noch schwerwiegenderen Kontaminationen und Blockieren des Mechanismuses als Schneidwasser alleine. Die Tandemdichtungen 190A190D (welche alle in der Form von Dichtlippen vorliegen) können die Chance dieses Ereignisses durch die Verwendung eines belüfteten Zwischenraumbereiches zwischen den sich radial erstreckenden Entlüftungsbohrungen 200A, 200B verhindern, was Schneidwasser am Erreichen der zweiten (nämlich stromabwärtigen) Dichtung (z. B. eine oder beide Dichtungen 190B und 190D) unter Druck und Leckage in andere Teile der Vorrichtung 100 verhindert. Dementsprechend verhindert der belüftete Zwischenraum- (oder interstitieller) Bereich einen unzulässigen Druckaufbau. Darüber hinaus erlaubt es der belüftete Zwischenraum der zweiten Dichtlippe aufgrund ihrer unidirektionalen Dichtungseigenschaften als ein integraler Sicherheitswert für die Vorrichtung 100 zu wirken. In dem vorliegenden Kontext werden 190A und 190C als primären Dichtungen erachtet, während 190B und 190D als sekundäre Dichtungen erachtet werden. Der belüftete Ort ist eine wesentlich mehr geschützte Umgebung und die Weise, in welcher die Dichtlippen stromabwärtiges Fluid entlassen, machen es nicht anfällig, Festkörpern zu erlauben, in das innere des Kammerbereichs der Vorrichtung 100 während des Lüftens einzudringen.
  • Während bestimmte Repräsentative Ausführungsbeispiele und Details für den Zweck der Illustration der Erfindung gezeigt wurden, ist es für Fachleute ersichtlich, dass verschiedene Änderungen gemacht werden können, ohne von dem Geiste der Erfindung abzuweichen, welcher in den angehängten Ansprüchen definiert ist.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Claims (27)

  1. Eine fernbediente Modus-Schaltvorrichtung für selektives Führen von Entkokungsflüssigkeit zwischen einer Schneiddüse und einer Bohrdüse eines Flüssigkeitsstrahl-Entkokungs-Werkzeugs, welche Vorrichtung aufweist: einen Körper, der konfiguriert ist, mit dem Entkokungs-Werkzeug gekuppelt zu werden; einen Schaltmechanismus, der in dem Körper angeordnet ist und rotatorisch und translatorisch auf Änderungen des Drucks eines Entkokungsfluid anspricht, sodass in einer ersten Betriebsbedingung die Vorrichtung mit dem Entkokungs-Werkzeug kooperiert, um einen Bohrmodus mir der Bohrdüse zu etablieren, während in einem zweitem Betriebsmodus die Vorrichtung mit dem Werkzeug kooperiert, um einen Schneidmodus mit der Schneiddüse zu etablieren; und wenigstens ein Satz von Tandemdichtungen, die entlang einer Kontaktfläche angeordnet sind, die durch wenigstens eine von (a) benachbarten Komponenten innerhalb der Vorrichtung gebildet sind, die relativ zueinander bewegbar sind, und (b) benachbarten Komponenten zwischen wenigstens einem Abschnitt des Schaltmechanismus und dem Entkokungs-Werkzeug, die relativ zueinander bewegbar sind, wobei wenigstens ein Satz von Tandemdichtungen und die Kontaktfläche so kooperieren, dass wenigstens eine festfresssensitive Komponente innerhalb der Vorrichtung redundant von einem unter Druck stehenden Entkokungsfluid in dem Entkokungs-Werkzeug isoliert ist.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der wenigstens eine Satz von Tandemdichtungen eine Mehrzahl von Sätzen aufweist.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei der erste von der Mehrzahl von Sätzen an einer Kontaktfläche zwischen einer drehbaren Antriebswelle und einem translatorischen Aktuator innerhalb der Vorrichtung angeordnet ist, und ein zweiter der Mehrzahl von Sätzen an einer Kontaktfläche zwischen der drehbaren Antriebswelle und einer stationären Tragstruktur, die an wenigstens einem von dem Schaltmechanismus und dem Entkokungs-Werkzeug angeordnet ist.
  4. Vorrichtung nach Anspruch 3, wobei der erste von der Mehrzahl von Sätzen an einer inneren Fläche der drehbaren Antriebswelle angeordnet ist und der zweite der Mehrzahl von Sätzen an einer äußeren Fläche der Antriebswelle angeordnet ist.
  5. Vorrichtung nach Anspruch 2, weiterhin umfassend eine Entlüftungsöffnung, die zwischen einer umgebenden Umgebung und einer Region, die fluidmäßig zwischen der ersten Dichtung und der zweiten Dichtung des wenigstens einen Satzes von Tandemdichtungen angeordnet ist, gebildet ist.
  6. Vorrichtung nach Anspruch 1, weiterhin umfassend eine Gasfeder, die konfiguriert ist, um translatorisch gegen eine Kraft zu wirken, die durch das unter Druck stehende Entkokungsfluid auf den Schaltmechanismus ausgeübt wird.
  7. Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei die Gasfeder umfasst: ein kompressibles Gas, welches in einer isolierbaren Kammer innerhalb des Körpers angeordnet ist; und einem Kolben kooperierend mit dem kompressiblen Gas und im Wesentlichen ausgerichtet entlang einer Richtung der translatorischen Bewegung eines Abschnitts des Entkokungs-Werkzeugs, welches durch das kompressible Entkokungsfluid betätigt wird, sodass eine Kraft auf Grund der Federkonstanten entsprechend der Gasfeder ausreichend ist, eine Kraft zu überwinden, welche auf den Abschnitt des Entkokungs-Werkzeugs ausgeübt wird, wobei die Vorrichtung den Abschnitt des Entkokungs-Werkzeugs dazu veranlasst, sich als Teil der Modusschaltung zu bewegen.
  8. Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei die Gasfeder eine selektiv dichtbare Gaseinfüllöffnung aufweist, um ein Einstellen der Federkonstanten durch Änderungen in dem Druck des kompressiblen Gases zu erlauben.
  9. Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei die Gasfeder einen Stoßdämpfermechanismus darin gebildet aufweist.
  10. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei ein Entkokungsfluid-Strömungsweg, der in dem Schaltmechanismus verwendet wird, ein Nicht-Durchfluss-Design umfasst, sodass ein Teil des Entkokungsfluids, welcher zum Betätigen des Schaltmechanismuses verwendet wird, bei unter Drucksetzung durch eine Entkokungsfluid-Zutrittsöffnung in eine erste Richtung eintritt und dann bei Ablassen des Drucks durch die Entkokungsfluid-Zutrittsöffnung in eine zweite Richtung, die im Wesentlichen entgegengesetzt ist zur ersten Richtung, austritt.
  11. Die Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei benachbarten Komponenten innerhalb der Vorrichtung, die beweglich zueinander bewegbar sind, wenigstens eine Antriebswelle und einen Betätigungskolben aufweisen, und die benachbarten Komponenten zwischen wenigstens einem Abschnitt des Schaltmechanismus und dem Entkokungs-Werkzeug, die relativ zueinander bewegbar sind, die Antriebswelle und wenigstens einen von einem Körper und einer Tragstruktur aufweisen, welche einen Abschnitt des Entkokungs-Werkzeugs bildet.
  12. Vorrichtung nach Anspruch 11, wobei die Antriebswelle und der Betätigungskolben selektiv und spiralförmig kooperierend miteinander sind, sodass durch Schalten zwischen der ersten und der zweiten Betriebsbedingung wenigstens eines von der Antriebswelle oder des Betätigungskolbens sich in wenigstens einer translatorischen Weise bewegt, während das andere von der Antriebswelle oder des Betätigungskolbens sich wenigstens in drehender Weise bewegt.
  13. Vorrichtung nach Anspruch 11, wobei der Schaltmechanismus weiterhin umfasst: einen ersten Antrieb, der zum Betätigen eines Ventils in dem Entkokungs-Werkzeug konfiguriert ist; einen zweiten Antrieb, der wenigstens intermittierend mit dem ersten Antrieb kooperieret ist; und eine Mehrzahl von selektiv in Eingriff bringbaren Mitteln, die mit dem Betätigungskolben durch den zweiten Antrieb kooperierend sind, sodass bei einer ersten Änderung der unter Drucksetzung in der Vorrichtung eines von den Mitteln relativ zu dem anderen rotiert und bei einer zweiten Änderung der unter Drucksetzung in der Vorrichtung beide von den Mitteln miteinander arretiert sind, sodass keines rotiert, sodass die Mittel und der zweite Antrieb mit dem ersten Antrieb gekuppelt sind, um zwischen dem Bohr- und dem Schneidmodus in dem Entkokungs-Werkzeug zu wechseln.
  14. Vorrichtung nach Anspruch 13, wobei die Mehrzahl von selektiven in Eingriff bringbare Mittel einen ersten Ring und einen zweiten Ring umfassen, wobei der erste Ring relativ zum zweiten Ring während der Druckbeaufschlagung des Schaltmechanismusses rotiert und während des Druckablassens von dem Schaltmechanismus nicht relativ zum zweiten Ring rotiert.
  15. Vorrichtung nach Anspruch 1, weiterhin umfassend eine manuelle Umgehungsmutter kooperierend mit dem Schaltmechanismus, sodass rotatorische Bewegung einer Komponente darin, mit welcher zwischen dem Bohr- und Schneidmodus gewechselt wird, dadurch ausgeführt wird.
  16. Die Vorrichtung nach Anspruch 1, weiterhin umfassend eine Umgehungsverbindung, die drehbar mit dem Schaltmechanismus gekuppelt ist.
  17. Fernbedienbare Moduswechsel-Vorrichtung für selektives Führen von Entkokungsfluid zwischen einer Schneiddüse und einer Bohrdüse eines Fluidstrahl-Entkokungs-Werkzeugs, die Vorrichtung umfasst: einen Körper, der konfiguriert ist, mit dem Entkokungs-Werkzeug gekuppelt zu werden; einen Schaltmechanismus, der rotatorisch und translatorisch auf Änderungen im Druck eines Entkokungsfluids anspricht, sodass in einer ersten Betriebsbedingung die Vorrichtung mit dem Entkokungs-Werkzeug kooperiert und das Entkokungsfluid einen Bohrmodus mit der Bohrdüse etabliert, während in einer zweiten Betriebsbedingung die Vorrichtung mit dem Entkokungs-Werkzeug kooperiert und das Entkokungsfluid einen Schneidmodus mit der Schneiddüse etabliert; und eine Gasfeder, die konfiguriert ist, einer Druckkraft entgegen zu wirken, die durch das Entkokungsfluid auf den Schaltmechanismus ausgeübt wird.
  18. Vorrichtung nach Anspruch 17, worin der Schaltmechanismus weiterhin umfasst; wenigstens einen Satz von Tandemdichtungen, die entlang einer Kontaktfläche angeordnet sind, die wenigstens bei einem von (a) benachbarten Komponenten innerhalb der Vorrichtung, die relativ zueinander bewegbar sind, und (b) benachbarten Komponenten zwischen wenigstens einem Abschnitt des Schaltmechanismus und dem Entkokungs-Werkzeug, welche relativ zueinander bewegbar sind, gebildet ist, wobei wenigstens ein Satz von Tandemdichtungen und die Kontaktfläche kooperieren, sodass wenigstens eine festfresssensitive Komponente innerhalb der Vorrichtung redundant von einer Region in dem Entkokungswerkzeug isoliert ist, die das unter Druck stehende Entkokungsfluid enthält; und eine Belüftungsöffnung, die zwischen einer umgebenden Umgebung und einer Region, die fluidmäßig zwischen einer ersten Dichtung und einer zweiten Dichtung des wenigsten einen Satzes von Tandemdichtungen angeordnet ist.
  19. Entkokungswerkzeug umfassend: ein Gehäuse, das konfiguriert ist, mit einer Quelle für ein Entkokungsfluid gekuppelt zu werden; wenigsten eine Bohrdüse und wenigstens eine Schneiddüse; Mittel zum selektiven Führen von Entkokungs-Flüssigkeit durch das Gehäuse und zur wenigstens einem von der Bohr- oder Schneiddüsen; eine Antriebseinheit, die dafür konfiguriert ist, die selektiven Führungsmittel zu bedienen; und eine Moduswechselvorrichtung zum Steuern der Mittel durch die Antriebseinheit, wobei die Moduswechsel-Vorrichtung rotatorisch und translatorisch auf Änderungen im Druck des Entkokungsfluids anspricht, sodass in einer ersten Betriebsbedingung das Entkokungs-Werkzeug einen Bohrmodus mit der wenigsten einen Bohrdüse etabliert, während in einer zweiten Betriebsbedingung das Entkokungs-Werkzeug einen Schneidmodus mit der Schneiddüse etabliert, wobei die Moduswechsel-Vorrichtung wenigstens einen Satz von Tandemdichtungen aufweist, die darin angeordnet sind, die kooperieren, um eine redundante Isolierung von festfresssensitiven Komponenten innerhalb der Moduswechsel-Vorrichtungen von einem Bereich in den Entkokungs-Werkzeug, welches unter Druck stehendes Entkokungsfluid enthält, bereit zu stellen.
  20. Entkokungs-Werkzeug nach Anspruch 19, worin die selektiven Führungsmittel eine Strömungs-Steuereinrichtung aufweisen, sodass in einer ersten Betriebsbedingung die Strömungs-Steuereinrichtung die Quelle für Entkokungsfluid fluidmäßig mit wenigstens einer Bohrdüse kuppelt, während in einer zweiten Betriebsbedingung die Strömungs-Steuereinrichtung die Quelle für Entkokungsfluid fluidmäßig mit wenigstens einer Schneiddüse kuppelt.
  21. Entkokungs-Werkzeug nach Anspruch 20, wobei die Strömungs-Steuereinrichtung ein Umlenkventil enthält.
  22. Entkokungswerkzeug nach Anspruch 19, weiterhin umfassend eine Gasfeder, die mit der Vorrichtung kooperiert, um einer Druckkraft entgegen zu wirken, die durch das Entkokungsfluid auf die Vorrichtung ausgeübt wird.
  23. Entkokungswerkzeug nach Anspruch 19, weiterhin umfassend eine Lage von Opfermaterial, welches zwischen der Moduswechsel-Vorrichtung und den Führungsmitteln angeordnet ist.
  24. Ein Verfahren zum Betreiben eines kombinierten Fluidstrahl-Entkokungs-Werkzeugs umfassend: Konfigurieren des Entkokungs-Werkzeugs, um mit einer Moduswechselvorrichtung zu kooperieren, welche automatisch auf Änderungen im Druck in einem Entkokungsfluid anspricht, sodass die Vorrichtung steuert, durch welchen von einem Bohrdüsen-Strömungsweg und einem Schneiddüsen-Strömungsweg das Entkokungsfluid strömt, wobei das Entkokungs-Werkzeug wenigstens eines aufweist von eine Gasfeder kooperierend mit der Vorrichtung, um einer Druckkraft entgegen zu wirken, die von dem Entkokungsfluid auf die Vorrichtung ausgeübt wird; Tandemdichtungen die entlang von Kontaktflächen angeordnet sind, die durch wenigsten eines von einem (a) benachbarten Komponenten innerhalb der Vorrichtung, die relativ zueinander bewegbar sind, und (b) benachbarten Komponenten zwischen der Vorrichtung und dem Entkokungs-Werkzeug, die relativ zueinander bewegbar sind, gebildet sind, wobei der wenigstens eine Satz von Tandemdichtungen und die Kontaktfläche kooperieren, sodass wenigstens eine festfresssensitive Komponente innerhalb der Vorrichtung redundant von einer Region in dem Entkokungs-Werkzeug, welches das Entkokungsfluid in unter Druck gesetzter Form aufweist, isoliert ist; und wenigstens eine Bohrdüse, die wenigstens einen Abschnitt des Bohrdüsen-Strömungsweges definiert, und wenigstens einer Schneiddüse, die wenigstens einen Abschnitt des Schneiddüsen-Strömungsweges definiert; Einführen des Entkokungs-Werkzeugs in einen Entkokungs-Behälter; und Zuführen des Entkokungsfluids zu dem Entkokungs-Werkzeug.
  25. Verfahren nach Anspruch 24, weiterhin umfassend Einstellen der Federkonstante der Gasfeder.
  26. Verfahren nach Anspruch 25, wobei das Einstellen der Federkonstante der Gasfeder das Variieren einer Menge von Anfangsdruck einer Federkammer innerhalb der Gasfeder umfasst.
  27. Verfahren nach Anspruch 24, weiterhin umfassend manuelles Einstellen der Vorrichtung durch eine manuelle Umgehungsverbindung, sodass eine Kombination von rotatorischer und translatroischer Bewegung innerhalb der Vorrichtung das Werkzeug veranlasst, zwischen einer ersten Betriebsbedingung, in welcher die Vorrichtung mit dem Entkokungs-Werkzeug kooperiert und das Entkokungsfluid einen Bohrmodus etabliert, und einer zweiten Betriebsbedingung, in welcher die Vorrichtung mit dem Entkokungs-Werkzeug kooperiert und das Entkokungsfluid einen Schneidmodus etabliert, verursacht.
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