NO166419B - Kuleventil. - Google Patents

Description

Denne oppfinnelse angår en kuleventil for bruk spesielt i undersjøiske hydrokarbon-produksjonssystemer. Selv om ventilen er konstruert for undervannsbruk kan den også benyttes til andre anvendelser i krevende omgivelser hvor det velges en topp-innført ventil for å lette vedlikeholdsoperasjoner. Oppfinnelsen omfatter også en fremgangsmåte for fremstilling av en innsatsenhet for denne nye kuleventil.

I de fleste tilfeller er det nødvendig i strømningsrør eller ledninger fra undersjøiske hydrokarbon-produksjonssystemer å inkludere en stengeventil for å skille mellom seksjoner av ledningene, hvilket tillater vedlikehold av seksjonsutstyr og nødavstengningstjenester i strømningsledninger oppstrøms for prosess-installasjonene for å hindre farlig forurensning og utslipp. En primær anvendelse av foreliggende kuleventil er som en slik stengeventil. For bruk på vanndybder utenfor rekkevidde av dykkere bør ventil-innsatsen, som inneholder alle aktive deler, være egnet til å hentes opp til overflaten for reparasjon, ved å benytte et fjernstyrt verktøy (ROT).

Således er oppfinnelsen mer spesielt rettet mot den type kuleventil som omfatter et ventilhus med et hulrom av stort sett konisk form og som kommuniserer med innløps- og utløps-åpninger med en felles akse, en innsatsenhet forsynt med en ventilkule, to åpninger svarende til de respektive innløps- og utløps-åpninger, og en tilhørende seteinnretning, hvilken innsatsenhet har en stort sett konisk form som det nevnte hulrom og er innrettet til å bli opptatt i dette og til å fjernes fra hulrommet, og hvilken innsatsenhet er sammensatt av to deler som er sammenføyet stort sett langs et deleplan, en koblingsinnretning for løsbart å feste innsatsenheten i hulrommet, og en aktuatorinnretning for å dreie ventilkulen om sin akse mellom en lukket og en åpen stilling med hensyn til de nevnte åpninger.

Fra US patent 4 606 368 er det tidligere kjent en kuleventil for ovennevnte formål, og omfattende trekk svarende til dels til det som er angitt umiddelbart ovenfor.

I de nevnte undervannsanvendelser, innbefattet de tøffe betingelser som vanligvis er å finne ved hydrokarbonproduksjon til havs, er det svært viktig at alle komponenter, så som ventiler, er meget pålitelige og dessuten er i stand til å bli hentet opp til overflaten på enkel og sikker måte. Samtidig må kostnadene for fremstilling og installering av slike komponenter ikke være prohibitive. Foreliggende oppfinnelse er rettet mot en forbedret kuleventil av den ovenfor angitte type, samt en tilhørende fremgangsmåte for fremstilling av innsatsenheten for kuleventilen, som bl.a. gjør det mulig å oppnå en bedre maskinering med forhøyet nøyaktighet uten unødige fremstillings-kostnader.

Dette blir oppnådd ved en kuleventil som angitt ovenfor, hvor deleplanet mellom de to deler av innsatsenheten står normalt på dreieaksen for ventilkulen og i det vesentlige faller sammen med den felles akse for innløps- og utløps-åpningene.

En spesiell fordel med denne løsning består i at tetninger som omgir hver av de to åpninger i innsatsenheten, kan monteres på respektive ytre ender av rørformede hylsedeler som definerer det nevnte åpninger, og som er fastholdt mellom de to deler av innsatsenheten. Fortrinnsvis blir også tetningen mot ventilkulen besørget av elementer tilforordnet disse rørformede hylsedeler.

Andre beslektede trekk og fordeler ved denne oppfinnelse vil bli forklart nærmere nedenfor under henvisning til tegningene, hvor: Fig. 1 viser som eksempel og noe forenklet en fullstendig sammenstilt kuleventil ifølge oppfinnelsen, sett i lengdesnitt og i åpen stilling, Fig. 2A viser en uttagbar enhet (figur 2A) trukket ut av og 2B ventilhuset (figur 2B) idet hoveddelene eller hoved- komponentene av ventilen er de samme som på figur 1. Fig. 3 viser noe mer i detalj den egentlige innsatsenhet som utgjør en nøkkelkomponent i ventilen på figurene 1 og 2. Fig. 4 viser innsatsenheten på figur 3 med delene av denne uttrukket fra hverandre, for bedre å illustrere de forskjellige deler og elementer som danner innsatsenheten, og Fig. 5 viser innsatsenheten i oppriss og illustrerer særlig de bolter som sammenføyer de to deler av innsatsenheten.

Den kuleventil som er vist som eksempel på tegningene kan ansees å representere en 12'' uttagbar rørlednings-innsatsventil for bruk på en vanndybde av for eksempel 400 m. Ventilkonstruk-sjonen kan imidlertid benyttes i forskjellige dimensjoner og likeledes på forskjellige vanndybder. Konstruksjonen er slik at alle aktive eller bevegelige deler i denne kan hentes opp til overflaten for reparasjon, og dette kan gjøres ved å bruke en fjernstyrt verktøyenhet (ROT) på en enkel måte, d.v.s. bare i ett operasjonstrinn. Dette muliggjøres bl.a. ved hjelp av en koblingsinnretning som er innrettet til å låse og låse opp i relasjon til ventilhuset ved hjelp av et enkelt skyve/trekke-system. Dette system utgjør imidlertid ingen del av foreliggende oppfinnelse. Det henvises til samtidig patentsøknad nr. 88.4588.

Under henvisning spesielt til figurene 1, 2A og 2B vil det

sees at denne ventil er sammensatt av fire hovedkomponenter eller enheter, idet disse er et ventilhus 1 (figur 2B), en innsatsenhet 2, en koblingsinnretning 3 og en aktuator 4. De sistnevnte tre komponenter utgjør en uttagbar og opphentbar enhet som vist på figur 2A.

Ventilhuset 1 har følgende funksjonelle elementer eller områder: Flenser 15A og 15B eller andre endestykker for tilknytning til oppstrøms og nedstrøms rørledninger som ventilen skal installeres i.

Styrepinnehull 19 for samvirke med en samarbeidende styrepinne 29 på den uttagbare enhet vist på figur 2A. Disse styreinnretninger er av temmelig vanlig utførelse i undervannsinstallasjoner til havs.

Et konisk område eller hulrom 17 som er formet for å tilpasses og motta den tilsvarende koniske innsatsenhet 2 slik som vist mer detaljert på figur 3.

Et antall sirkulære spor 16 for samvirke med den ovenfor nevnte koblingsinnretning, for låsning av den komplette uttagbare enhet innbefattet innsatsenheten 2, på ventilhuset 1.

Elektriske eller hydrauliske konnektorer 7 og 8 for etablering av forbindelser mellom ventilhuset 1 og den uttagbare enhet.

Innsatsenheten 2 utgjør den nedre del av den uttagbare ventilenhet (figur 2A) og er særlig illustrert på figurene 3 og 4. Denne innsats har en stort sett konisk form innrettet til å samvirke med det koniske hulrom 17 i ventilhuset 1. Som det spesielt fremgår av figur 4 er den egentlige innsats delt i to deler 20A og 20B som er boltet sammen stort sett langs en akse 10 svarende til den felles akse for de respektive innløps- og utløpsåpninger 11 og 12 i ventilhuset 1 (se figur 1). Disse to innsatsdeler 20A og 20B danner en innkapsling for en ventilkule 21, seteunderstøttelser i form av rørformede hylsedeler 22A, 22B og en seteenhet med seteringer 23A, 23B for tetning mot ventilkulen 21, med en pakning anbrakt i ringen 23B som angitt ved 23C på figur 3. Som det sees av figurene 1 og 2A er åpninger 28A og 28B definert av hylsedelene 22A og 22B koaksiale med innløps- og utløpsåpningene 11, 12 og har fortrinnsvis det samme strømnings-tverrsnittsareal som disse. Også boringen gjennom ventilkulen 21 har fortrinnsvis tilsvarende plassering og størrelse, slik det er vanlig i kuleventiler.

Åpning og lukning, av ventilen besørges ved dreining av ventilkulen 21 om sin akse 20 ved hjelp av aktuatoren 4.

Den øvre del 20B av innsatsen inneholder en bøssing for ventilkulsestammen 24 og tetninger 25 som hindrer lekkasje til sjøen når ventilen er i bruk. Mellom disse tetninger er det anordnet en testport slik at de kan testes fra en ROT under installasjon. Den øvre del 20B av innsatsen er også forsynt med pinnebolter 27 for mekanisk forbindelse mellom innsatsenheten 2 og koblingsenheten 3. Den nedre del 20A av innsatsen 2 inneholder en bøssing for en ventilkuletapp 26. En støtdemper 30 er boltet til den nedre del 20A for å hindre skader på ventilhuset 1 under installasjon av den uttagbare ventilinnsatsenhet (RVI). Den nedre innsatsdel omfatter også en boring 31 for fluid-utslipping av ventilen fra en ROT og for å hindre hydraulisk blokkering i den nedre del av ventilhuset under installasjon av denne RVI.

Innvendige overflater på innsatsdelene 20A og 20B er maskinert for å motta ventilkulestammene 24, 26, selve kulen 21 og hylsedelene 22A, 22B. Som nevnt har disse deler rørform og er innvendig maskinert for på den ene side å møte seteholderringen 23A, 23B, og på den motsatte side, ventilhuset 1. Mer spesielt har den indre del av hver hylsedel en uttagning 33A, 33B for å oppta respektive seteringer 23A, 23B. Tetning mellom innsatsen og ventilhuset sikres ved hjelp av to pakninger 32A, 32B støpt inn i spor maskinert på de ytre ender av hylsedelene 22A, 2 2B. Alternativt kan pakningene 32A, B være leppetetninger eller andre typer pakninger montert ved hjelp av andre midler enn støpning. Mellom disse pakninger, både oppstrøms og nedstrøms, er det anordnet en testport 36 slik at de kan testes fra en ROT under RVI-installasjon. Kuleseteringene 23A, 23B er fjærbelastet (fjærelementer 34A, 34B) for lavtrykktetning og automatisk trykkavlastning i hulrommet 17 når ventilen er lukket. To tetninger 38 sikrer mot lekkasje mellom seteringene 23A, 23B og hylsedelene 22A, 22B. Fra ovenstående sees det at ventilkulen 21 er toppmontert, har en enhetlig konstruksjon og er trykk-balansert. Det er nødvendig med spesielle verktøy for installasjon av kulen, hylsedelene og seteringene inne i innsatsenheten.

Det henvises nå til figur 4 som på uttrukket måte viser de vitale deler i den egentlige innsats adskilt fra hverandre. Spesielt er den nedre innsatsdel 20A og den øvre innsatsdel 20B vist med et hoved-deleplan eller en deleflate betegnet henholdsvis 20C og 20D. En liten sirkulær avtrapning 35 er maskinert på begge deler for aksiell oppretning når delene er sammenføyet. Som allerede nevnt vil flatene 20C og 20D når de ligger an mot hverandre i den sammenstilte form av innsatsen, definere et deleplan som faller sammen med aksen 10 for de forskjellige åpninger gjennom ventilen. Det er imidlertid ikke strengt nødvendig at deleplanet nøyaktig svarer til aksen 10.

Med den spesielle rotasjonssymmetri av begge innsatsdeler 20A og 20B om den vertikale akse 20 på figur 4, er denne sistnevnte rotasjons-aksen for ventilkulen 21, og det vil innsees at de fleste av dennes flater som krever maskinering, kan maskineres på enkel måte uten meget bortkastet materiale. I praksis starter fremstillingen av disse to innsatsdeler med et støpe- eller smi-trinn, fortrinnsvis med anvendelse av en høy stålkvalitet. Så blir begge innsatsdeler 20A og 20B maskinert separat som nevnt, innbefattet en nøyaktig maskinering av flatene 20C og 20D med avtrapninger 35 som forberedelse for sammenføyningen av disse deler. Deretter blir de to innsatsdeler med hylsedelene satt sammen, ved bruk av bolter 37 som skal beskrives mer i detalj nedenfor, og disse sammensatte deler blir underkastet det avsluttende maskineringstrinn for derved å oppnå endelig form og dimensjoner for den komplette innsatsenhet som skal innføres i ventilhuset 1. Dette avsluttende maskineringstrinn spiller en viktig rolle for finishen av de ytre endeflater på hylsedelene 22A og 22B, slik at disse ligger i flukt med de tilstøtende koniske flater på innsatsen. Denne nøyaktige maskinering av de sammensatte deler gjør det mulig å oppnå en meget effektiv tetning, som for eksempel med pakningene 32A og 32B montert i de ytre ender av hylsedelene.

I forbindelse med ovenstående vil det forstås at pakningene 3 2A og 3 2B likesom andre tetninger anordnet i den komplette innsatsenhet, kan være utsatt for slitasje og derfor fra tid til annen vil trenge vedlikehold. På grunn av den spesielle monteringsmåte for de rørformede hylsedeler 22A og 22B, inkludert seteholderne eller -ringene 23A og 23B, kan slikt vedlikehold eller utskiftning av disse viktige tetninger utføres på en meget praktisk måte uten at det kreves for meget tid og arbeide. Dette utelukker imidlertid ikke muligheten av å benytte leppetetninger som pakninger 32A, B, hvilket gjør at disse separat kan monteres og fjernes.

Selv om sammenføyningsmåten for de to innsatsdeler 20A og 20B på figurene 1, 2A, 3 og 4 er indikert i form av en bolt 37 i et oppskåret utsnitt, blir et mer fullstendig bilde av denne sammenbolting oppnådd fra figur 5. Som det fremgår av denne figur er det anordnet et antall bolter 37A, B, C og D langs periferien av innsatsen, idet et tilsvarende antall bolter anvendes på den andre siden av innsatsen. Det er åpenbart at antallet av slike bolter kan være forskjellige fra det som er vist på figur 5. Som på figurene 1 til 4 viser et oppskåret tverrsnitt detaljene ved bolten 37B med en mutter 39 som sikrer delene 20A og 20B og derved den komplette innsatsenhet i den form som er vist for eksempel på figur 3.

Konstruksjonen av ventilinnsatsen som beskrevet ovenfor samt fremgangsmåten for fremstilling av denne, er basert på den spesielle form for todelt konisk innsats, som har en meget kritisk funksjon i slike ventiler, og som tillater en ren rotasjonsmaskinering på grunn av deleplanet i det vesentlige langs aksen for ventilboringen.

Betraktes nå igjem figurene 1 og 2 skal koblings- og aktuator-enhetene kort forklares. Koblingsenheten 3 er sentrert og forbundet med innsatsenheten 2 ved hjelp av bolter 27. Det er anordnet nødvendige tetninger mellom disse to enheter samt mot ventilhuset 1. Koblingsenheten 3 tjener den viktige funksjon å låse den komplette, uttagbare enhet til ventilhuset 1 på demon-terbar måte, hvilket skjer ved hjelp av en fjernstyrt verktøyen-het ROT. Koblingsmekanismen er anbrakt i et dypt ringformet spor i koblingsenheten, med låsestykker eller mothakeelementer 40 som har ribber utformet til å passe inn i sporene 16 i ventilhuset 1. Disse låsestykker kan beveges sideveis ved vertikal bevegelse av et antall drivstenger 45, idet den vertikale bevegelse av disse stenger omdannes til horisontal bevegelse av låsestykkene 40 ved hjelp av samvirkende skråflater ved de nedre ender av stengene og ved innersidene av de respektive låsestykker. De øvre ender av stengene 45 er festet til en felles ring 46 som tillater syn-kronisert bevegelse av alle låsestykkene 40. Kobling mellom ventilhuset 1 og den komplette, uttagbare enhet med underenheter 2, 3 og 4, etableres ved å anvende en skyvekraft, men frakobling blir oppnådd ved trekk-kraft. Skyve- henholdsvis trekk-kraften vil bli utøvet av en ROT som allerede nevnt.

Aktuatorenheten 4 er den øverste del av en slik RVI. Aktuatoren kan være av velkjent konstruksjon og er basert på en dobbeltvirkende aktuator for dreining av ventilstammen 24. Et koblingsstykke forbinder stammen 24 med aktuatorens aksel. En ventilposisjonsindikator kan være montert rundt den øvre del av dette koblingsstykket. Når den komplette, uttagbare enhet senkes ned for innføring av den egentlige innsatsenhet 2 i ventilhuset 1, samvirker styrepinner 29 rundt periferien av koblingsenheten 3, med tilsvarende styrehull 19 på ventilhuset. Følgelig blir det sikret en progressiv posisjonering av denne RVI i ventilhuset, slik at enhver skade på noen av delene blir unngått. I denne forbindelse skal det bemerkes at støtdemperen 3 0 ved bunnen av innsatsen er meget nyttig som en ekstra sikkerhetsforan-staltning.

Claims (8)

1. Kuleventil for bruk spesielt i undersjøiske hydrokarbon-produks jonssystemer , omfattende: et ventilhus (1) som har et hulrom (17) med stort sett konisk form og som kommuniserer med innløps- og utløpsåpninger (11, 12) med en felles akse (10), en innsatsenhet (2) forsynt med en ventilkule (21), to åpninger (28A, 28B) svarende til henholdsvis innløps- og utløpsåpningen (11, 12), og en tilhørende seteinnretning (22A, 22B, 23A, 23B), hvilken innsatsenhet (2) har en stort sett konisk form som det nevnte hulrom (17) og er innrettet til å bli opptatt i dette samt til å demonteres fra hulrommet, og innsatsenheten (2) er sammensatt av to deler (20A, 20B) generelt sammenføyet langs et deleplan (20C), en koblingsinnretning (3) for løsbart å fastholde innsatsenheten (2) i hulrommet (17) og en aktuatorinnretning (4) for dreining av ventilkulen (21) om sin akse (20) mellom en lukket og en åpen stilling med hensyn til de nevnte åpninger (11, 12, 28A, 28B),karakterisert ved at deleplanet (20C) mellom de to deler (20A, 20B) av innsatsenheten (2) står normalt på dreieaksen (20) for ventilkulen (21) og faller i det vesentlige sammen med den felles akse. (10) for innløps- og utløps-åpningen (11, 12).

2. Kuleventil ifølge krav 1, karakterisert ved at overflater på de nevnte deler (20A, 20B) som definerer deleplanet (20C) er utformet med i det minste en sirkulær avtrapning (35) for aksiell innretning av delene når de er sammenføyet.

3. Kuleventil ifølge krav 1 eller 2, omfattende tetninger (32A, 32B) som omgir hver av de nevnte to åpninger (28A, 28B) i innsatsenheten (2) for å tette mot koniske vegger i hulrommet (17) i ventilhuset (1), karakterisert ved at de nevnte tetninger (32A, 32B) er montert på respektive ytre ender av rørformede hylsedeler (22A, 22B) som definerer de nevnte åpninger (28A, 28B) i innsatsenheten og er fastholdt mellom de to deler (20A, 20B) av innsatsenheten (2).

4. Kuleventil ifølge krav 3, omfattende utskiftbare seteringer (23A, 23B) for tetning mot ventilkulen (21), karakterisert ved at hver av seteringene (23A, 23B) holdes i en ringformet uttagning (33A, 33B) ved en indre del av hver rørformet hylsedel (22A, 22B).

5. Kuleventil ifølge krav 4, karakterisert ved at et fjærelement (34A, 34B) er anordnet i den ringformede uttagning (33A, 33B) for å presse seteringen (23A, 23B) mot ventilkulen (21).

6. Fremgangsmåte for fremstilling av en innsatsenhet for en kuleventil ifølge krav 1, karakterisert ved følgende trinn: støpning eller smiing av de to deler (20A, 20B) av innsatsenheten (2) og forløpig maskinering av begge deler separat, innbefattet avsluttende maskinering av overflater på begge deler som definerer det nevnte deleplan (20C), sammenstilling av delene (20A, 20B) ved hjelp av midler (37) for permanent sammenføyning av delene, og maskinering av de sammenføyde deler til endelig form og dimensjoner for montering av innsatsenheten (2) i kuleventilen.

7. Fremgangsmåte ifølge krav 6 for fremstilling av en innsatsenhet for en kuleventil ifølge krav 3, karakterisert ved at de nevnte hylsedeler (22A, 22B) monteres mellom innsatsdelene (20A, 20B) når disse er sammenføyet, og at den nevnte maskinering av de sammenføyde deler (20A, 20B) til endelig form og dimensjoner omfatter maskinering av de nevnte ytre ender av de rørformede hylsedeler (22A, 22B) slik at de kommer i flukt med tilstøtende overflater på innsatsenheten (2) .

8. Fremgangsmåte ifølge krav 7, karakterisert ved at innsatsenheten de monteres etter den nevnte maskinering til endelig form og dimensjoner, at pakningsspor maskineres i de ytre ender av hylsedelene (22A, 22B) og pakninger (32A, 32B) monteres i de nevnte spor, og deretter avsluttende sammenstilling av den komplette innsatsenhet innbefattet ventilkulen (21), de to innsatsdeler (20A, 20B), de rørformede hylsedeler (22A, 22) med pakninger (32A, 32B) og seteringer (23A, 23B), ved anvendelse av de nevnte sammenføyningsmidler (37).