JP2014512495A - 海中の作動システム - Google Patents

Abstract

電流を供給されるようになされた速度可変型電気モータ１０、このモータによって駆動される可逆型の液圧式ポンプ８、２８、ポンプに接続された液圧式ピストン・アセンブリであって、第１のチャンバ２、第２のチャンバ３、及び第１と第２のチャンバを隔離し、且つ海中のシステム内のバルブ９１を作動させるように構成されたピストン４を含む液圧式ピストン・アセンブリ９２、１０１、１１１、１２１、１３１、ポンプ及び液圧式ピストン・アセンブリに接続された流体リザーバ１４を含み、これらポンプ、液圧式ピストン・アセンブリ及びリザーバは実質的に閉鎖系の液圧式システムとして接続されており、外側の前記液圧式システムと内側の前記液圧式システムとの間の圧力差を正規化するように構成された圧力補償器１３、６５を含む海中の掘削、生産、又は処理用作動システム。

Description

本発明は一般に海中での掘削、処理及び生産設備に関し、より詳細には、そのような設備のために改善された海中の作動システムに関する。

海中の石油及びガス探査において、掘削システム又はウェルヘッドは海面下１０００メートル以上（数千フィート）に配置されることもあり得る。したがって海底の石油及びガスを掘削、産出及び加工するために海中のツリー、処理システム、セパレータ、高度完全パイプライン保護システム、掘削機、マニホールド、タイ・イン・システム及び生産・配給システムなどの特殊な設備が使用される。そのような設備は一般的に、海中への炭化水素の不用意な放出を防止するための防噴装置を含むいくつかのタイプのバルブによって制御される。

既存のシステムでは、そのようなバルブは通常、加圧した作動液を水上船舶からウェルヘッドへと供給することによって液圧式で操作される。洋上の船舶又はリグからの大規模な液圧式パワーラインが海底の掘削、生産・処理設備、及びバルブとアクチュエータを有する多くのサブシステムに供給される。しかしながら、そのようなラインは設置及び維持することに高い費用がかかり、３０４８メートル（１００００フィート）を超える深さ又は北極圏の冠氷の下など、場合によっては実行不可能となり得る。

したがって、海上からのそのような導管式（ｕｍｂｉｌｉｃａｌ）接続を必要とせず、それでも望ましい力と機能を備えて動作するアクチュエータを提供することが望ましい。

単に例示の目的であって限定としてではないが、開示される実施例の対応する部品、部分又は表面を説明的に参照して、本発明は電流を供給されるようになされた速度可変型電気モータ（１０）、モータによって駆動される可逆型の液圧式ポンプ（８、２８）、ポンプに接続されて第１のチャンバ（２）、第２のチャンバ（３）及び第１と第２のチャンバを隔て、海中のシステム内のバルブ（９１）を作動させるように構成されたピストン（４）を含む液圧式ピストン・アセンブリ（９２、１０１、１１１、１２１、１３１）、ポンプと液圧式ピストン・アセンブリに接続された流体リザーバ（１４）を有する海中の掘削、生産又は処理用作動システムを提供し、ポンプ、液圧式ピストン・アセンブリ及びリザーバは実質的に閉鎖系の液圧式システムで接続され、圧力補償器（１３、６５）が液圧式システムの外側と液圧式システムの内側との間の圧力差を正規化するように構成される。

この海中システムはフェイルセーフ機構（９８）をさらに含んでもよい。このフェイルセーフ機構はピストンを第１の方向に偏向させるバネ要素（３６）を含んでもよい。このフェイルセーフ機構は第１のチャンバと第２のチャンバとの間、又は第２のチャンバとリザーバとの間にフェイルセーフ・バルブ（３５）を含んでもよく、このフェイルセーフ・バルブは、電力故障の事態にピストンの各々の側の第１及び第２のチャンバ内の流体圧力の均等化を可能にするために開くように構成されてもよい。このフェイルセーフ機構は２段階のアクチュエータを含んでもよい。

この海中システムはポンプと液圧式ピストン・アセンブリとの間にフィルタをさらに含んでもよい。

電気モータはブラシレスＤＣモータを含んでもよく、又はステッパ・モータ、ブラシ・モータ及びインダクション・モータからなる群から選択されてもよい。液圧式ポンプは定容量形ポンプ、可変容量形ポンプ、２ポート型ポンプ、及び３ポート型ポンプからなる群から選択されてもよい。このポンプは２ポート型ポンプ（８）又は３ポート型ポンプ（２８）を含んでもよい。ピストンは第１のチャンバに曝露される第１の表面積及び第２のチャンバに曝露される第２の表面積を含んでもよい。第１の表面積（４ｃ）は第２の表面積（４ｂ）と実質的に等しくてもよい。第１の表面積（４ａ）は第２の表面積（４ｂ）と実質的に異なってもよい。

液圧式ピストン・アセンブリは、第１の端部壁（１ｂ）であってシリンダ内に配置されたピストンがこれに沿って密封状態で摺動する壁を有するシリンダ（１）、及び共に動くようにピストンに接続されて密封状態で第１の端部壁を貫通する部分を有する第１のアクチュエータ・ロッド（５）を含んでもよい。シリンダは第２の端部壁（１ａ）を有してもよく、液圧式ピストン・アセンブリは共に動くようにピストンに接続されて密封状態で第２の端部壁を貫通する部分を有する第２のアクチュエータ・ロッド（５ａ）を含んでもよい。

バルブは海中の防噴装置内にストップ・バルブを含んでもよく、このストップ・バルブはシア・ラムを含んでもよい。バルブは海中の生産又は処理システム内に制御バルブを含んでもよい。

圧力補償器は流体リザーバ（１３）内にメンブレン（１５）を含んでもよい。圧力補償器は円筒状のハウジング（６６）内にピストン（６７）を含んでもよい。

バルブは海中の防噴装置、海中の生産ツリー若しくはウェルヘッド・システム、海中の処理若しくは分離システム、海中のタイ・イン・システム、海中のチョック、海中のフロー・モジュール、又は海中の配給システムからなる群から選択されるアセンブリ内にあってもよい。この海中システムは第１及び第２のチャンバからポンプを選択的に隔離するように動作可能に構成された遮断バルブをさらに含んでもよい。この海中システムはピストンの位置を感知するように構成された位置センサ（４０）をさらに含んでもよい。この海中システムは第１又は第２のチャンバ内の圧力を感知するように構成された圧力センサ（４１、４２）をさらに含んでもよい。

海中の石油処理ライン内でバルブを操作する海中の作動システムのフェイルセーフの実施例の部分図である。 図１に示される海中の作動システムの第１の実施例を示す詳細な模式図であって不均等なピストン領域をアンチ・キャビテーションの形式で示す図である。 図１に示される海中の作動システムの第２の実施例を示す詳細な模式図であってバネのフェイルセーフ形式を示す図である。 図１に示される海中の作動システムの第３の実施例を示す詳細な模式図であって均等なピストン領域と二重ロッドの形式を示す図である。 図１に示される海中の作動システムの第４の実施例を示す詳細な模式図であって３ポート型ポンプの形式を示す図である。 図２に示されるピストン・アセンブリの断面図である。 図２に示される双方向ポンプの断面図である。 図２に示される速度可変型の電気サーボモータの断面図である。 図２に示されるリザーバ及び補償器の断面図である。 図９に示されるリザーバ及び補償器の代替の実施例の断面図である。

最初に、いくつかの図面全体に一貫して、同様の参照番号は同じ構造的要素、部分又は表面を識別するように意図されており、そのような要素、部分又は表面は本明細書全体によってさらに記述又は説明される可能性があり、そのうちのこの詳細な説明は不可欠の部分であることは明確に理解されるべきである。別途示されない限り、これらの図面は本明細書と一緒に読まれる（例えば斜線陰影、部品の配列、割合、程度など）ことを意図されており、本発明の記載全体の一部分とみなされるべきである。以下の説明に使用されるとき、「水平」、「垂直」、「左」、「右」、「上」、及び「下」という用語、並びにそれらの形容詞形及び副詞形の派生語（例えば「水平方向に」、「右方向に」、「上方に」など）は単純に特定の図面が読者に面するときの例示された構造の配向を称する。同様に、「内方向に」及び「外方向に」という用語は概して、長手方向の軸又は回転の軸に相対した表面の配向を特有に称する。

ここで図面、さらに特定してそのうちの図１を参照すると、本発明は海中のバルブのための海中作動システムを広範に提供し、そのうちの或る実施例が９０で示される。図１に示されるように、アセンブリ９０は海中の処理バルブ９１又は他のタイプのバルブ又は海中環境の類似した部品を作動させるようになされている。図１はバネ・アセンブリを保護する圧力補償された箱を備えた制御バルブ構成を示す。この実施例では、石油又はガスなどの海中の流体が処理バルブ９１によって計量され、バルブ９１を計量するために必要な力は海中のアクチュエータ・システム９０によって作り出され、このシステムはピストン・アクチュエータ・アセンブリ９２、一体型双方向ポンプ８、速度可変型双方向電気サーボモータ１０、電子モータ制御器９５、流体論理要素／チェック・バルブ９６、リザーバ／補償器１３、及びバネ式フェイルセーフ・アセンブリ９８を含む。バネ式フェイルセーフ・アセンブリ９８は、設計の要求条件に応じて、電力が失われると故障時閉鎖又は故障時開放の条件で処理バルブ９１を駆動する。モータ制御器９５はモータ１０の電流方向を変えるための駆動用電子装置を含み、システム内のセンサからフィードバックを受け取り、これに従ってモータ１０を制御する。

図２は海中の作動システムの実施例１００を示す。図示されるように、システム１００は速度可変型電気モータ１０、モータ１０によって駆動される双方向若しくは可逆型のポンプ８、液圧式ピストン・アセンブリ１０１、システム流体タンク１４を具備するシステム圧力補償されたリザーバ１３、モータ１０の制御器９５にフィードバックをかける圧力トランスデューサ４１と４２、及びモータ制御器９５にフィードバックをかける位置トランスデューサ４０を含む。ポンプ８、ピストン・アセンブリ１０１及びタンク１４は複数の液圧式フロー管路６、７、１２、１７、１９及び２０によって接続され、それによって閉鎖系の流体システムを形成する。

図８にさらに詳しく示されるように、この実施例ではモータ１０はブラシレスＤＣ速度可変型サーボモータであり、電流を供給される。モータ１０は永久磁石を備えた内側ロータ５０及びコイル巻線を備えた固定型の非回転ステータ５１を有する。電流がステータ５１のコイルを通って適切に加えられると磁場が誘導される。ステータ５１とロータ５０との間の磁場相互作用がトルクを発生し、これが出力シャフト５２を回転させることができる。モータのこの実施例ではステータの磁場の方向を変える機械的ブラシはない。駆動用電子装置は、レゾルバ５３の角度位置のフィードバックに基づいて、モータ１０の速度と方向を変えるためにステータの磁場を発生及び方向転換させる。したがって、モータ１０は軸ｘ−ｘの周りで１つの方向で速度を変えながらシャフト５２に選択的にトルクを加え、軸ｘ−ｘの周りで反対の方向で速度を変えながらシャフト５２にトルクを加えると考えられる。代替として他のモータが使用されてもよい。例えば、速度可変型ステッパ・モータ、ブラシ・モータ又はインダクション・モータが使用されてもよい。

図７にさらに詳しく示されるように、この実施例ではポンプ８は定容量形で双方向の２ポート型内接歯車ポンプである。このポンプ要素、すなわち歯車５５と５６は両方の方向に回転することが可能であり、それにより、水圧流体が両方の方向４７又は４８に流れることを可能にする。これはシステム制御器が位置又は圧力の制御ループを閉じると石油がシステムの中及び外に加えられることを可能にする。歯車５５のシャフトはモータ１０の出力シャフト５２に接続され、他方のポンプ歯車５６はこれに追随する。歯車５５と５６の外側の歯及びハウジング５７それぞれの間で流体は歯車５５及び５６の外側へ流れるように方向付けられる。したがって、時計方向４６への歯車５５の回転は流体をポート８ａからポート８ｂを出る１つの方向４８に流れさせる。反時計方向４５への歯車５５の回転は流体をポート８ｂからポート８ａを出る反対方向４７に流れさせる。こうして、ポンプ８の流れの方向は軸ｘ−ｘの周りのロータ５０と出力シャフト５２の回転の方向によって決まる。付け加えると、ポンプ８の速度と出力はモータ１０の速度の変化に伴って可変である。他の双方向ポンプが代替として使用されてもよい。例えば、可変容量形ポンプが使用されてもよい。

図９にさらに詳しく示されるように、この実施例ではリザーバ１３は流体システムのための嚢型の圧力補償器を含む。図示されるように、リザーバ１３は弾力性のある嚢又は隔膜１５によって２つの可変容量チャンバ１４と１６に分離される。チャンバ１６はポート６０を介して海水へ開放され、チャンバ１４はポート６１を通じてシステムの流体のための水圧リザーバとして動作し、嚢１５によって外側環境１６から封止され、圧力を平衡に保たれる。システムの流体が移動すると、嚢１５が動いて他方のチャンバ１６内に水を移す。嚢１５は容易に動き、内側の流体がシステムの外側の周囲水圧と実質的に等しくなることを確実にする。

図１０はリザーバ１４のための代替のピストン型圧力補償器を示す。図示されるように、これはチャンバ１４内のシステムの流体とチャンバ１６内の水との間の障壁が円筒状のハウジング６６の中で摺動可能に配置されるピストン６７であることを除くと嚢型と概して同じに機能する。システムの流体が移動するとピストン６７が動いて他方のチャンバ１６内に水を移す。ピストン６７は内側の流体がシステムの外側の周囲水圧と実質的に等しくなることを確実にするようにハウジング６６内で動く。

図２及び図６に示されるように、ピストン・アセンブリ１０１は円筒状のハウジング１の中で摺動可能に配置されたピストン４を含む。モータ１０、ポンプ８、バルブと管路、及び補償器１３は通常ではハウジング１の中に一体化される。ロッド５はピストン４と共に動くようにピストン４に装着されて右へ延び、ハウジング１の右端壁１ｂを密封状態で貫通する。ピストン４は円筒１の中に摺動可能に配置され、左チャンバ２を密封状態で右チャンバ３から隔離する。この実施例では、ピストン４の左方向に面する円形の垂直端面４ａの殆ど全部が左チャンバ２に面する。しかしながら、ピストン４の右方向に面する環状の垂直端面４ｂだけはチャンバ３と外側ハウジング１を貫くロッド５の追加に起因して右方向で右チャンバ３に面する。これは不均等なピストン領域構成を作り出し、面４ａの表面積が面４ｂの表面積よりも大きくなる。

図２に示されるように、ポンプ８の一方の側又はポート８ａは流体管路６を介して左チャンバ２と連絡し、ポンプ８の反対の側又はポート８ｂは流体管路７を介して右チャンバ３と連絡する。ポンプ８の一方の側８ａは流体管路１２を介してタンク１４と連絡し、ポンプ８の反対の側８ｂは流体管路１７を介してタンク１４と連絡する。チャンバ３は流体管路７と１７を介してタンク１３と連絡し、チャンバ２は流体管路６と１２を介してタンク１３と連絡する。

ピストン４は、双方向モータ１０が第１の方向に回転し、それによって双方向ポンプ８（即ち駆動歯車５５）を第１の方向４６で回転させると右へ延び、又は移動し、管路７及びチャンバ３からポート８ｂを通って流体を引き出す。先導動作するチェック・バルブ１１が、ポンプ８から管路６の中への出力に起因して管路２０内に構築される圧力によって開放され、管路１２及びリザーバ１４からの流体の追加的な引き出しを可能にする。双方向ポンプ８はまた、ポート８ａを通じて管路６の中へ流体を出力してチェック・バルブ９を閉鎖し、それによって管路６をリザーバ１４から隔離する。管路６内の流体はアセンブリ１０１のチャンバ２の中に流れ込み、それによってピストン４に差動圧力を作り出してロッド５を右へ延びさせる。

双方向モータ１０が他方の方向に回転させられるとピストン４はロッド５を引き戻し、又は左へ移動させ、それによって双方向ポンプ８を方向４５で回転させ、ポート８ａを通じて流体を管路６及びチャンバ２から引き出す。先導動作するチェック・バルブ９が、ポンプ８から管路７の中への出力に起因して管路１９内に構築される圧力によって開放され、管路６から追加的な流体がシステム圧力を補償されたリザーバ１４の中に流れ込むことを可能にする。双方向ポンプ８はまた、ポート８ｂから管路７の中へ流体を出力してチェック・バルブ１１を閉鎖し、それによって管路７をリザーバ１４から隔離する。管路７内の流体はアセンブリ１０１のチャンバ３の中へ流れ込み、それによってピストン４に差動圧力を作り出してロッド５を引き戻させる。

このアンチ・キャビテーション構成の機能は対向するチャンバ２と３との間の容積差に取り組むためである。例えば、ピストン４が円筒１の中で左方向へ移動すると、潰れる左チャンバ２から除かれる流体の体積は拡張する右チャンバ３に供給される流体の体積よりも大きい。

制御器９５はモータ１０への電流を適切な大きさと方向で制御する。ロッド５の位置は位置トランスデューサ４０を介してモニタされ、その後、位置信号がモータ制御器９５へフィードバックされる。加えて、又は場合によっては、チャンバ２及び３への管路６及び７内の圧力が圧力トランスデューサ４１及び４２でそれぞれモニタされ、圧力信号がモータ制御器９５へフィードバックされる。速度可変型双方向モータ１０及びポンプ８はピストン４に作用する流れと圧力を変えることによってピストン４、次いで他方でロッド５の速度と力を制御する。これは位置トランスデューサ４０及び／又は圧力トランスデューサ４１と４２のフィードバックを見ること、その後、これに従ってモータ１０の速度と方向を調節して制御ループを閉じることによって達成される。位置センサ４０は磁歪線形位置センサとして示されるが、他の位置センサが使用されてもよい。例えば、ＬＶＤＴ位置センサが代替として使用されてもよい。

他の実施例１１０が図３に示される。この実施例は、非常事態などでバルブ９１を閉じることが必要になるときのために図１に示されたフェイルセーフ機構９８を含む。この実施例では、ロッド５を延びた位置に向けて偏向させるためにバネ３６が設けられる。ポンプ８の一方の側又はポート８ａは流体管路６を介して左チャンバ２と連絡し、ポンプ８の他方の側又はポート８ｂは流体管路７を介して右チャンバ３と連絡する。ポンプ８の一方の側８ａは流体管路２２を介してタンク１４と連絡し、ポンプ８の他方の側８ｂはタンク１４への流体管路を含まない。バイパスの流体管路２１は管路６と７、したがってチャンバ１と３を接続し、電磁バルブ３５が管路２１に設けられる。ポンプ８、ピストン・アセンブリ１１１及びタンク１４は閉鎖系流体システムを形成するように複数の液圧式フロー管路６、７、２１及び２２によって接続される。正常な動作時では、バルブ３５はバルブ３５の状態が遮断ポートになるように通電され、それによって管路２１を通るチャンバ２と３との間の流れを遮断する。しかしながら、バルブ３５を開放位置へ移動させるように電磁バルブはバネによって偏向させられる。

双方向モータ１０が第１の方向に回転させられるとピストン４がロッド５を延ばすように動き、それによって双方向ポンプ８を第１の方向４５で回転させ、ポート８ｂを通じて管路７及びチャンバ３から流体を引き出す。双方向ポンプ８はまた、管路６及びタンク１４の中へも流体を出力する。チャンバ２は常時タンク１４に接続されているので、バネ３６はピストン４を右へ押しやってロッド５を延ばす。

双方向モータ１０が他方の方向に回転させられるとピストン４がロッド５を引き戻すように左へ動き、それによって双方向ポンプ８を他方の方向４６で回転させ、ポート８ａを通じて管路６から流体を引き出す。双方向ポンプ８はまた、管路７及びチャンバ３の中へも流体を出力する。チャンバ２は常時タンク１４に接続されているので、チャンバ３からの圧力とバネ３６との間の差動ピストン力がピストン４を左へ移動させてロッド５を引き戻させる。

再び、速度可変型双方向モータ１０及びポンプ８は、位置トランスデューサ４０及び／又は圧力トランスデューサ４１と４２からのフィードバックを使用し、次いでこれに従ってモータ１０の速度と方向を調節して制御ループを閉じることによりピストン４に作用する流れと圧力を変え、それによってピストン４の速度と力を制御する。

非常時の電源喪失などでバルブ３５が通電停止されると、電磁バルブ３５のバネがこれを開放位置へ戻す。この状態では、チャンバ３は管路２１を通じてチャンバ２及びリザーバ１４に接続され、それによってチャンバ２と３内の圧力を均等にする。ここで流体の圧力はピストン４の各々の側で均等にされるので、バネ３６がロッド５を延ばし、バルブ９１はチャンバ３から流体が移送されるので閉じる。こうして、ポンプ８の出力に関係なく、バネ３６はロッド５を延ばしてバルブ９１を閉じる。所望であれば、本システムはピストンの引き戻された位置でフェイルセーフを提供するように同様に配列されてもよい。

別の実施例１２０が図４に示される。この実施例は図２に示された実施例に類似しているが、二重のロッド及び等しい面積のピストン・アセンブリ１２１を具備する。図示されるように、ピストン４はピストン４と共に動くようにピストン４に装着された対向するロッド５ａ及び５ｂを含む。ロッド５ｂは右へ延びてハウジング１の右端壁１ｂを貫通する。ロッド５ａは左へ延びてハウジング１の左端壁１ａを貫通する。この実施例では、ピストン４の左方向に面する環状の垂直端面４ｃはチャンバ２を通るロッド５ａの追加のせいで左チャンバ２の中に面し、ピストン４の右方向に面する環状の垂直端面４ｂはチャンバ３及び外側のハウジング１を通って延びるロッド５ｂのせいで右チャンバ３の中に面する。等しい直径であるロッド５ａと５ｂでもって、これは等しいピストン面積構成を作り出し、面４ｃの表面積は面４ｂの表面積と実質的に同じである。ポンプ８、ピストン・アセンブリ１２１及びタンク１４は複数の液圧式フロー管路６、７、１２及び１７によって接続されて閉鎖系の流体システムを形成する。

モータ１０が第１の方向に回転させられるとピストン４がロッド５ｂを延ばしてロッド５ａを引き戻すように右へ動き、それによって双方向ポンプ８を第１の方向４５で回転させ、ポート８ｂを通じて管路７及びチャンバ３から流体を引き出す。ポンプ８はまた、管路６及びチャンバ２の中へも流体を出力し、ピストン４に差動圧力を作り出してロッド５ｂを延ばし、ロッド５ａを引き戻させる。

双方向モータ１０が他方の方向に回転させられるとピストン４がロッド５ｂを引き戻してロッド５ａを延ばすように左へ動き、それによって双方向ポンプ８を方向４６で回転させ、ポート８ａを通じて管路６及びチャンバ２から流体を引き出す。双方向ポンプ８はまた、管路７及びチャンバ３の中へも流体を出力し、ピストン４に差動圧力を作り出してロッド５ｂを引き戻し、ロッド５ａを延ばさせる。

再び、速度可変型双方向モータ１０及びポンプ８は、位置トランスデューサ４０及び／又は圧力トランスデューサ４１と４２からのフィードバックを使用し、次いでこれに従ってモータ１０の速度と方向を調節して制御ループを閉じることによりピストン４に作用する流れと圧力を変え、それによってピストン４の速度と力を制御する。

別の実施例１３０が図５に示される。この実施例は図２に示された実施例に類似しているが、３ポート式ポンプ２８を具備する。この実施例では２ポート式ポンプ８ではなく３ポート式ポンプ２８が使用され、３ポートの入力対出力構成比はピストンの面積４ａ／４ｂ比に合わせられる。ポンプ２８の第３のポート２８ｃは管路１８によってタンク１４に接続される。ポンプ８、ピストン・アセンブリ１３１及びタンク１４は複数の液圧式フロー管路６、７、１２、１７及び１８によって接続されて閉鎖系の流体システムを形成する。

双方向モータ１０が第１の方向に回転させられるとピストン４がロッド５を延ばすように右へ動き、それによって双方向ポンプ２８を第１の方向４５で回転させ、ポート２８ｂを通じて管路７及びチャンバ３から流体を引き出し、ポート２８ｃを通じて管路１８及びリザーバ１４から引き出す。双方向ポンプ２８はまた、ポート２８ａから管路６の中へも流体を出力してチェック・バルブ９を閉じ、それによって管路６をリザーバ１４から隔離する。管路６内の流体はチャンバ２の中に流れ込んでピストン４に差動圧力を作り出し、ロッド５を延ばさせる。

双方向モータ１０が他方の方向に回転させられるとピストン４がロッド５を引き戻すように左へ動き、それによって双方向ポンプ２８を他方の方向４６で回転させ、ポート２８ａを通じて管路６及びチャンバ２から流体を引き出す。双方向ポンプ２８はポート２８ｃから管路１８と１２及びリザーバ１４の中に流体を出力し、ポート２８ｂからもやはり管路７の中に流体を出力してチェック・バルブ１１を閉じ、それによって管路７をリザーバ１４から隔離する。管路７内の流体はチャンバ３の中に流れ込んでピストン４に差動圧力を作り出し、ロッド５を引き戻させる。

再び、速度可変型双方向モータ１０及びポンプ８は、位置トランスデューサ４０及び／又は圧力トランスデューサ４１と４２からのフィードバックを使用し、次いでこれに従ってモータ１０の速度と方向を調節して制御ループを閉じることによりピストン４に作用する流れ４７又は４８及び圧力を変え、それによってピストン４の速度と力を制御する。

チェック・バルブ９及び１１は外部環境へのアクチュエータの漏洩によって生じるシステム流体の変化、又は大幅な熱的変化に起因するシステム流体の体積変化を補償するために開く。図示されていないが、ポンプ８とチャンバ２、３との間の流体管路にフィルタ・ユニットが装備されてもよい。

作動システム１００はいくつかの恩典を提供する。意外なことに、システム１００は海中環境の厳しい要求に適合するために十分な高い作動力、及び石油及びガスの制御されない放出の危険性が理由で機能の厳重な規格と水準を必要とする海中システムを提供する。システム１００は速度可変の作動、及び動作の範囲内でのアクチュエータの位置選定の完全な制御を可能にする。システム１００は海面と連結した液圧式システムと無関係に動作し、自給式の作動液の供給と帰還ポート及び抑制された流体の汚濁と漏洩の懸念を伴う閉鎖系のシステムである。本システムが使用されていないときは電力が必要とされず、これは効率を高める。システム１００はまた、費用、重量又は信頼性に最小限の影響を有するフェイルセーフ特徴も可能にする。

本発明は多くの変更及び改造が為され得ることを想定している。したがって、向上した海中の作動システムの実施例が示されて説明され、いくつかの代替が検討されてきたが、下記の特許請求の範囲によって規定されて区別されるような本発明の精神から逸脱することなく様々な追加的変更と改造が為され得ることを当業者は容易に理解すると考えられる。

Claims (24)

1. 海中の掘削、生産又は処理用の作動システムであって、
   電流を供給されるようになされた速度可変型の電気モータと、
   前記モータによって駆動される可逆型の液圧式ポンプと、
   前記ポンプに接続された液圧式ピストン・アセンブリであって、第１のチャンバ、第２のチャンバ、及び前記第１と第２のチャンバを隔離し、且つ海中のシステム内のバルブを作動させるように構成されたピストンを含む液圧式ピストン・アセンブリと、
   前記ポンプ及び前記液圧式ピストン・アセンブリに接続された流体リザーバとを含み、
   前記ポンプ、前記液圧式ピストン・アセンブリ及び前記リザーバが実質的に閉鎖系の液圧式システムとして接続され、
   外側の前記液圧式システムと内側の前記液圧式システムとの間の圧力差を正規化するように構成された圧力補償器を含む海中の作動システム。
2. フェイルセーフ機構をさらに含む、請求項１に記載の海中の作動システム。
3. 前記フェイルセーフ機構が前記ピストンを第１の方向へ偏向させるバネ要素を含む、請求項２に記載の海中の作動システム。
4. 前記フェイルセーフ機構が前記第１のチャンバと前記第２のチャンバとの間、又は前記第２のチャンバと前記リザーバとの間にフェイルセーフ・バルブを含み、前記フェイルセーフ・バルブが、電力故障の事態に前記ピストンの各々の側の前記第１及び第２のチャンバ内の流体圧力の均等化を可能にするために開くように構成される、請求項３に記載の海中の作動システム。
5. 前記フェイルセーフ機構が２段階のアクチュエータを含む、請求項２に記載の海中の作動システム。
6. 前記ポンプと前記液圧式ピストン・アセンブリとの間にフィルタをさらに含む、請求項１に記載の海中の作動システム。
7. 前記電気モータがブラシレスＤＣサーボモータを含む、請求項１に記載の海中の作動システム。
8. 前記電気サーボモータがステッパ・モータ、ブラシ・モータ及びインダクション・モータからなる群から選択される、請求項１に記載の海中の作動システム。
9. 前記液圧式ポンプが定容量形ポンプ、可変容量形ポンプ、２ポート型ポンプ、及び３ポート型ポンプからなる群から選択される、請求項１に記載の海中の作動システム。
10. 前記ポンプが２ポート又は３ポート型ポンプを含む、請求項１に記載の海中の作動システム。
11. 前記ピストンが、前記第１のチャンバに曝露される第１の表面積と前記第２のチャンバに曝露される第２の表面積を含む、請求項１に記載の海中の作動システム。
12. 前記第１の表面積が前記第２の表面積と実質的に等しい、請求項１１に記載の海中の作動システム。
13. 前記第１の表面積が前記第２の表面積と実質的に異なる、請求項１１に記載の海中の作動システム。
14. 前記液圧式ピストン・アセンブリが、
    第１の端部壁を有する円筒であって、前記ピストンが前記円筒内に配置されてこれに沿って密封状態で摺動移動する円筒と、
    共に移動するように前記ピストンに接続され、前記第１の端部壁を密封状態で貫通する部分を有する第１のアクチュエータ・ロッドとを含む、請求項１に記載の海中の作動システム。
15. 前記円筒が第２の端部壁を有し、前記液圧式ピストン・アセンブリが、共に移動するように前記ピストンに接続され、前記第２の端部壁を密封状態で貫通する部分を有する第２のアクチュエータ・ロッドを含む、請求項１４に記載の海中の作動システム。
16. 前記バルブが海中の防噴装置内のストップ・バルブを含む、請求項１に記載の海中の作動システム。
17. 前記ストップ・バルブがシア・ラムを含む、請求項１６に記載の海中の作動システム。
18. 前記バルブが海中の生産又は処理システム内の制御バルブを含む、請求項１に記載の海中の作動システム。
19. 前記圧力補償器が前記流体リザーバ内のメンブレンを含む、請求項１に記載の海中の作動システム。
20. 前記圧力補償器がハウジング内のピストンを含む、請求項１に記載の海中の作動システム。
21. 前記バルブが海中の防噴装置、海中の生産ツリー若しくはウェルヘッド・システム、海中の処理若しくは分離システム、海中のタイ・イン・システム、海中のチョック、海中のフロー・モジュール、又は海中の配給システムからなる群から選択されるアセンブリ内にある、請求項１に記載の海中の作動システム。
22. 前記ポンプを前記第１及び第２のチャンバから選択的に隔離するように動作可能に構成された遮断バルブをさらに含む、請求項１に記載の海中の作動システム。
23. 前記ピストンの位置を感知するように構成された位置センサをさらに含む、請求項１に記載の海中の作動システム。
24. 前記第１及び第２のチャンバ内の圧力を感知するように構成された圧力センサをさらに含む、請求項１に記載の海中の作動システム。
    

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