NO20120599A1

NO20120599A1 - Formhukommelsesdrevet hydraulisk akkumelator

Info

Publication number: NO20120599A1
Application number: NO20120599A
Authority: NO
Inventors: David J Mcwhorter; Christopher G Kocurek; Gangbing Song
Original assignee: Univ Houston
Priority date: 2009-12-04
Filing date: 2012-05-23
Publication date: 2012-06-27
Also published as: US9874064B2; US20150361754A1; BR112012013281A2; GB2488953A; US9127696B2; WO2011068580A1; US20110131964A1; GB2488953B; GB201211753D0

Description

KRYSSREFERANSE TIL RELATERT SØKNAD

[0001]Denne søknad krever prioritet fra US ikke-provisorisk patentsøknad nr. 12/631424, men tittelen "Shape Memory Alloy Powered Hydraulic Accumulator", innlevert 4. desember 2009, som herved er innlemmet med referanse i sin helhet.

BAKGRUNN

[0002]Dette avsnitt er ment å innføre brukeren i forskjellige aspekter av teknikken som kan være relatert til forskjellige aspekter av den foreliggende oppfinnelse, som er beskrevet og/eller krevd nedenfor. Denne omtale anses for å være nyttig for å tilveiebringe leseren med bakgrunnsinformasjon for å tilrettelegge for en bedre forståelse av de forskjellige aspekter av den foreliggende oppfinnelse. Følgelig skal det forstås at disse angivelser skal leses i dette lys, og er ikke ment som innrømmelser av tidligere kjent teknikk.

[0003]Dypvannsakkumulatorer tilveiebringer en tilførsel av trykksatt arbeidsfluid for styring og operasjon av undersjøisk utstyr, slik som gjennom hydrauliske aktuatorer og motorer. Typisk undersjøisk utstyr kan innbefatte, men er ikke begrenset til, utblåsningssikringer (BOP-er) som stenger av brønnboringen for å beskytte en olje- eller gassbrønn fra ulykkesutslipp til miljøet, sluseventiler for strømningsstyring av olje eller gass til overflaten eller til andre undersjøiske lokaliseringer, elektro-hydrauliske styringsbokser eller hydraulisk aktuerte koblinger og lignende anordninger.

KORT BESKRIVELSE AV TEGNINGENE

[0004] Forskjellige egenskaper, aspekter og fordeler med den foreliggende oppfinnelse vil bedre forstås når den følgende detaljerte beskrivelse leses med referanse til de vedføyde figurer hvor like tallhenvisninger representerer like deler ut gjennom figurene, hvor:

[0005]Figur 1 er en undersjøisk BOP-stabelsammenstilling, som kan innbefatte én eller flere formhukommelse-legering (SMA)-drevne hydrauliske akkumulatorer;

[0006]Figur 2 er en eksempel SMA-vaier som benyttes for å løfte en vekt;

[0007]Figur 3 er en SMA som går over fra Austenitt-fasen til Martensitt-fasen og tilbake;

[0008]Figur 4 er en eksemplifiserende utførelse av en SMA-drevet hydraulisk akkumulator;

[0009]Figur 5 er en eksemplifiserende utførelse av den SMA-drevne hydrauliske akkumulator i fig. 4 med en tilhørende krafttilførsel, kontroller og sensor; og

[0010]Figur 6 er en eksemplifiserende utførelse av en SMA-drevet drivanordning som kan benyttes for å drive en mineralutvinningskomponent.

DETALJERT BESKRIVELSE AV SPESIFIKKE UTFØRELSER

[0011]Én eller flere spesifikke utførelser av den foreliggende oppfinnelse vil nå beskrives nedenfor. Disse beskrevne utførelser er kun eksemplifiserende for den foreliggende oppfinnelse. I tillegg, i en anstrengelse på å tilveiebringe en nøyaktig beskrivelse av disse eksemplifiserende utførelser, kan alle egenskaper til en aktuell implementasjon ikke beskrives i beskrivelsen. Det skal forstås at i utvik-lingen av enhver slik virkelig implementasjon, som i ethvert konstruksjons- eller utformingsprosjekt, må mange implementasjonsspesifikke avgjørelser gjøres for å oppnå utviklerens spesielle mål, slik som overensstemmelse med system relaterte og forretningsrelaterte begrensninger, som kan variere fra én implementasjon til en annen. Dessuten skal det forstås at en slik utviklingsanstrengelse kan være kompleks og tidkrevende, men ikke desto mindre være et rutineforetakende for konstruksjon, fabrikasjon og fremstilling for de som er normalt faglærte og som har fordel av denne omtale.

[0012]Ved innføring av elementer i forskjellige utførelser av den foreliggende oppfinnelse, er artiklene "en", "et", "den" og "nevnte" ment å bety at det er én eller flere av elementene. Betegnelsene "omfattende", "innbefattende" og "med" er ment å være inklusiv og bety at det kan være ytterligere elementer foruten de opplistede elementer. Dessuten er bruken av "topp", "bunn", "over", "under" og varianter av disse betegnelser gjort for enkelhets skyld, men krever ingen spesiell orientering av komponentene.

[0013]Akkumulatorer kan inndeles i en gass-seksjon og en hydraulisk fluidseksjon som opererer på et felles prinsipp. Det generelle prinsipp er å forhåndslade gass-seksjonen med trykksatt gass til et trykk ved eller noe under det antatte mini-mumstrykk for å operere det undersjøiske utstyr. Fluid kan tilføres akkumulatoren i den separate hydrauliske fluidseksjon, komprimering av gass-seksjonen, og således øker trykket til den trykksatte gass og det hydrauliske fluid sammen. Det hydrauliske fluid innført i akkumulatoren er derfor lagret ved et trykk lik med forhåndsladetrykket og er tilgjengelig for å utføre hydraulisk arbeid. Gassladede akkumulatorer benyttet i undersjøiske miljøer kan imidlertid gjennomgå en økning i effektivitet ettersom vanndybden øker. Dette tap av effektivitet er på grunn av i det minste delvis en økning av den hydrostatiske spenning som virker på den forhåndsladede gass-seksjon, som fremskaffer kraften til akkumulatorene gjennom komprimeringsevnen til gassen.

[0014]Den forhåndsladede gass kan sies å virke som en fjær som er komprimert når gass-seksjonen er ved sitt laveste volum og største trykk og frigjort når gass-seksjonen er ved dens største volum og laveste trykk. Akkumulatorer kan være forhåndsladet i fraværet av hydrostatisk trykk og forhåndsladningstrykket kan være begrenset av trykkinnholdet og strukturelle konstruksjonsgrenser for akkumulator-karet under overflateomgivelsesforhold. Likevel, som beskrevet ovenfor, ettersom akkumulatorer er benyttet på dypere vann, avtar deres effektivitet ettersom anvendelse av hydrostatisk trykk bevirker at gassen komprimerer, og etterlater et progressivt mindre volum av gass for å lade det hydrauliske fluid. Gass-seksjonen må følgelig være konstruert slik at gassen sørger for nok kraft for å operere det undersjøiske utstyr under hydrostatisk trykk selv om det hydrostatiske fluid nærmer seg utslipp og gass-seksjonen er ved dets største volum og laveste trykk.

[0015]For eksempel kan akkumulatorer ved overflaten tilveiebringe 3000 psi (pund pr. kvadrattomme) maksimalt arbeidsfluidtrykk. I 1000 fot sjøvann er omgivelsestrykket omkring 465 psi. Derfor, for at en akkumulator skal tilveiebringe et 3000 psi differensial ved 1000 fots dybde, må den i virkeligheten være forladet til 3000 psi pluss 465 psi, eller 3465 psi. Ved noe over 4000 fots vanndybde er omgivelsestrykket nærmest 2000 psi. Derfor vil forladingen være påkrevd å være 3000 psi pluss 2000 psi, eller 5000 psi. Med andre ord vil forladningen utgjøre arbeidstrykket til akkumulatoren. Ethvert fluid innført for lagring kan bevirke at trykket overskrider arbeidstrykket og kan føre til akkumulatorsvikt. Således, ved progressivt større hydrostatiske operasjonstrykk, har akkumulatoren større trykkinnholdelseskrav ved ikke-operasjonsmessige (f.eks. ikke omgivelses-hydrostatisk trykk) forhold.

[0016]Gitt den begrensede konstruksjonsmessige kapasitet til akkumulatoren for sikkert å inneholde gassforladningen, kan operatører av denne type av utstyr tvinges til arbeide innen effektivitetsgrenser av systemene. For eksempel, når dypvannssystemer er påkrevd for å benytte hydrauliske akkumulatorer, vil opera-tører ofte tilføre ytterligere akkumulatorer til systemet. Noen akkumulatorer kan være ladet til 500 psi, 2000 psi, 5000 psi eller høyere, basert på systemkrav. Ettersom utstyret er initielt utplassert i vannet, kan alle akkumulatorer operere normalt. Imidlertid, ettersom utstyret er utplassert i dypere vann (utover 1000 fot), kan akkumulatorene med 500 psi forladning bli ineffektive på grunn av den hydrostatiske kompresjon av gassladningen. I tillegg kan det hydrostatiske trykket virke på alle de andre akkumulatorer, og minske deres effektivitet. Minskningen i effektivitet til undersjøiske gassladede akkumulatorer minsker mengden og arbeidshastigheten som kan utføres ved dypere vanndybder. Således, for under-sjøisk utstyr posisjonert for å fungere utover 5000 fot vanndybde, må mengden av gassladede akkumulatorer økes med 5 til 10 ganger. Tillegget av disse akkumulatorer øker størrelsen, vekten og kompleksiteten av det undersjøiske utstyr, i tillegg til å generere hundrevis av potensielle ytterligere sviktpunkter, alle av hvilke øker kostnaden og den potensielle risiko for utstyrssvikt.

[0017]Omvendt baserer ikke de omtalte utførelser seg på gass for å tilveiebringe kraft for akkumulatoren. Isteden fremskaffer formhukommelse-legering (SMA)-vaiere, som virker i strekk på et stempel, kraften. I tillegg kan baksiden av stempelet være balansert med det hydrostatiske trykk ved enhver vanndybde. Dette kan oppnås gjennom bruken av et "sjøbryst", som er en gummiblære som overfører hydrostatisk trykk (fra vanndybden) til et fluid (f.eks. det dielektriske fluid på baksiden av SMA-akkumulatorstempelet) på den andre side. Dette betyr at SMA-materialet kun behøver å generere en redusert mengde av kraft (sammenlignet med ikke-balanserte akkumulatorer) siden den ikke behøver å overvinne den hydrostatiske trykklast og intet tap av effektivitet erfares på grunn av vanndybde. I tillegg er den SMA-drevne hydrauliske akkumulator ikke begrenset til konstant trykkutgang siden aktueringsstrømmen til SMA-materialer kan justeres. Videre kan kraftutgangen til SMA-materialene være justert uten behovet for pumper eller ventiler. Dette kan sørge for justeringen av utgangstrykk fra akku mulatoren, og videre øke fleksibiliteten av utstyret. I tillegg kan lekkasjebaner være vesentlig redusert ved å benytte de omtalte utførelser.

[0018]Den SMA-drevne hydrauliske akkumulator kan benyttes i forskjellige typer av utstyr. For eksempel viser fig. 1 en undersjøisk BOP-stabelsammenstilling 10, som kan innbefatte én eller flere store SMA-drevne hydrauliske akkumulatorer 12 og/eller én eller flere små SMA-drevne hydrauliske akkumulatorer 13. De små SMA-drevne hydrauliske akkumulatorer 13 kan fungere i likhet med de store SMA-drevne hydrauliske akkumulatorer beskrevet heri, med unntak av at de små SMA-drevne hydrauliske akkumulatorer 13 kan benyttes for mindre størrelser og kapa-siteter enn de store SMA-drevne hydrauliske akkumulatorer 12. Som illustrert kan BOP-stabelsammenstilling 10 være sammenstilt på en brønnhodesammenstilling 14 på sjøbunnen 15. BOP-stabelsammenstillingen 10 kan være forbundet på linje mellom brønnhodesammenstillingen 14 og en flytende rigg 16 gjennom et under-sjøisk stigerør 18. BOP-stabelsammenstillingen 10 kan fremskaffe nødfluid-trykkinnhold i tilfellet av at en plutselig trykkbølge unnslipper brønnboringen 20. Derfor kan BOP-stabelsammenstillingen 10 være konfigurert for å forhindre skade på den flytende rigg 16 og det undersjøiske stigerør 18 fra fluidtrykk som overskrider konstruksjonskapasiteter. BOP-stabelsammenstilling 10 kan også innbefatte en BOP nedre stigerørspakke 22, som kan forbinde det undersjøiske stigerør 18 til en BOP-pakke 24.

[0019]I visse utførelser kan BOP-pakken 24 innbefatte en ramme 26, BOP-er 28 og SMA-drevne hydrauliske akkumulatorer 12, som kan benyttes for å tilveiebringe backup hydraulisk fluidtrykk for aktuering av BOP-ene 28. De SMA-drevne hydrauliske akkumulatorer 12 kan være innlemmet i BOP-pakken 24 for å maksi-malisere det tilgjengelige rom og etterlate vedlikeholdsruter klar for arbeide på komponenter til den undersjøiske BOP-pakken 24. De SMA-drevne hydrauliske akkumulatorer 12 kan installeres i parallell hvor svikten av enhver enkel SMA-drevet hydraulisk akkumulator 12 kan forhindre de ytterligere SMA-drevne hydrauliske akkumulatorer 12 fra å fungere.

[0020]Generelt er SMA-er materialer som har evnen til å returnere til en forhånds-bestemt form ved oppvarming. Mer nøyaktig, når SMA-er er under deres overgangstemperatur, har de relativt lave flytstyrker og kan deformeres til å holde enhver ny form relativt lett. Imidlertid, når SMA-er er oppvarmet over deres overgangstemperatur, gjennomgår de en forandring i krystallstruktur, som bevirker at de returnerer til deres opprinnelige form ved mye større kraft enn fra deres lav-temperatur tilstand. Under fasetransformasjoner (omforminger), kan SMA-er enten generere en relativt stor kraft mot enhver påtruffet motstand eller gjennomgå en betydelig dimensjonsforandring når ubegrenset. Denne formhukommelses-karakteristikk kan tilveiebringe en unik mekanisme for fjernaktuering.

[0021]Ett spesielt formhukommelsemateriale er en legering av nikkel og titanium kalt Nitinol. Denne spesielle legering er kjennetegnet ved, blant andre ting, lang utmattingslevetid og høy korrosjonsmotstand. Derfor kan det være spesielt nyttig som en aktueringsmekanisme innen de harde opererende forhold som påtreffes med undersjøiske mineralutvinningsanvendelser. Som en aktuator er den kapabel for opptil omtrent 5% tøyningsgjenvinning eller omtrent 500 MPa gjenopprettelses-spenning med mange sykluser, avhengig av materialsammensetningen. For eksempel kan en Nitinol-vaier med 0,5 mm diameter generere så mye som omkring 15 pund av kraft. Nitinol har også motstandsegenskaper som muliggjør at den aktueres elektrisk ved oppvarming. Med andre ord, når en elektrisk strøm er ført direkte gjennom en Nitinol-vaier, kan den generere nok varme til å bevirke faseomforming. I tillegg kan andre fremgangsmåter for oppvarming av SMA-vaieren benyttes. Selv om Nitinol er ett eksempel på en SMA som kan benyttes i de SMA-drevne hydrauliske akkumulatorer 12 til de omtalte utførelser, kan enhver SMA med passende overgangstemperaturer og andre egenskaper også benyttes. I mange tilfeller kan overgangstemperaturen til SMA-en velges slik at omgivende temperaturer i operasjonsmiljøet er godt under omformingspunktet til materialet. Således kan SMA-en aktueres kun med det bevisste tillegg av varme.

[0022]De unike egenskaper til SMA-er gjør disse til et potensielt levedyktig valg for aktuatorer. For eksempel, når sammenlignet med piezoelektriske aktuatorer, kan SMA-aktuatorer tilby en fordel ved å være i stand til å generere store defor-masjoner og krefter ved mye lavere operasjonsfrekvenser. I tillegg kan SMA-er være fabrikert i forskjellige former, slik som vaiere og tynne filmer. Spesielt kan SMA-vaiere med diametre mindre enn 0,75 mm benyttes for å forme flertrådede kabler til bruk i de SMA-drevne hydrauliske akkumulatorer 12. Følgelig kan SMA-drevne aktuatorer slik som de SMA-drevne hydrauliske akkumulatorer 12 beskrevet heri benyttes i utallige anvendelser. For eksempel kan SMA-vaierne beskrevet nedenfor benyttes i SMA-drevne akkumulatorer slik som hydrauliske akkumulatorer, pneumatiske aktuatorer, mekaniske aktuatorer, osv. Imidlertid, som beskrevet her, kan bruken av SMA-vaiere tilveiebringe spesielle fordeler innen området av undersjøisk utstyr, slik som de SMA-drevne hydrauliske akkumulatorer 12 beskrevet i fig. 1.

[0023]Figur 2 viser en eksemplifiserende SMA-vaier 30 som benyttet for å løfte en vekt 32. Spesielt ved å bevege seg fra venstre til høyre illustrerer fig. 2 en tidsserie hvorved en elektrisk strøm kan være innført gjennom SMA-vaieren 30 for gradvis

å varme opp SMA-vaieren 30 og så gradvis avkjøle SMA-vaieren 30. Spesielt, ved initiell tid t0, strømmer ingen elektrisk strøm gjennom SMA-vaieren 30. Ved tiden t0kan SMA-varieren 30 være ved en temperatur under overgangstemperaturen til SMA-vaieren 30. Således kan SMA-vaieren 30 ha blitt forlenget til en deformert form ved kraften påført SMA-vaieren 30 ved vekten 30. Så snart elektrisk strøm er påført SMA-vaieren 30, kan temperaturen av SMA-vaieren 30 gradvis øke slik at

overgangstemperaturen til SMA-vaieren 30 kan være overskredet. Når dette skjer kan SMA-vaieren 30 starte å returnere til sin forhåndsbestemte form slik at kraften påført av vekten 32 kan overvinnes, som resulterer i at SMA-vaieren 30 som løfter vekten 32, som vist ved tid t|. Ved et punkt, slik som tid t2, kan kraften påført av vekten 32 være fullstendig overvunnet slik at SMA-vaieren 30 returnerer til sin forhåndsbestemte form. Derfor, fra tid to til tid t2, kan SMA-vaieren 30 oppvarmes og, som et resultat, kan kontakte og overvinne kraften av vekten 32. Som beskrevet ovenfor, ettersom temperaturen til SMA-vaieren 30 øker gjennom overgangstemperaturen, kan SMA-vaieren 30 enten generere en relativt stor kraft mot enhver påtruffet motstand (f.eks. motkraften av vekten 32), gjennomgå en betydelig dimensjonsforandring når ubegrenset (f.eks. løfting av vekten 32), eller generere en eller annen kraft og gjennomgå noe dimensjonsforandring samtidig (f.eks. løfting av vekten 32 til en eller annen distanse under dens forhåndsbestemte tilstand).

[0024]Omvendt, ved tid t3, kan den elektriske strøm opphøre å strømme gjennom SMA-vaieren 30. Når den elektriske strøm opphører å strømme gjennom SMA-vaieren 30, kan temperaturen til SMA-vaieren 30 gradvis avta til under overgangstemperaturen av SMA-vaieren 30. Når dette skjer, kan kraften av vekten 32 starte å deformere SMA-vaieren 30, som vist ved tid U- Ved et eller annet punkt, slik som tid t5, kan kraften påført av vekten 32 fullstendig overvinne SMA-vaieren 30, og forlenge den til den deformerte form fra tid to. Derfor, fra tid t.3 til tid ts, kan SMA-vaieren 30 avkjøles, og som et resultat, kan forlenge seg på grunn av kraften fra vekten 32. Ettersom temperaturen til SMA-vaieren 30 avtar gjennom overgangstemperaturen, kan SMA-vaieren 30 gjennomgå en betydelig dimensjonsforandring når ubegrenset (f.eks. ved å tillate vekten 32 å falle).

[0025]De enestående egenskapene til SMA-en kommer av den reversible faseomforming mellom for eksempel deres krystallstrukturer, den sterkere høy-temperatur Austenitt-fase og den svakere lav-temperatur Martensitt-fase. Figur 3 viser en SMA-overgang fra Austenitt-fasen til Martensitt-fasen og tilbake. Ved avkjøling fra dens høy-temperatur Austenitt-fase 34, gjennomgår SMA-en en overforming til en tvunnet Martensitt-fase 36. Den tvunnede Martensitt-fase 36 kan lett deformeres ved en utvendig kraft. Denne prosess er ofte kalt avtvinning. Martensitt-fasen 38 er så reversert når den tilbaketvunnede (eng. de-twinned) struktur vender tilbake ved oppvarming til Austenitt-fasen 34. Denne enestående evne av en reversibel krystallinsk faseomforming muliggjør at en SMA-gjenstand enten går tilbake til sin initielle varmebehandlede form (opp til omtrent 5% strekk) ved oppvarming over en kritisk overgangstemperatur eller alternativt å generere høye gjenvinningsspenninger (utover 500 MPa). Som vist i fig. 3 fremviser omformingen en hysteretisk virkning, ved at omformingene på oppvarming og på avkjøling ikke overlapper. Denne hysteretiske virkning kan tas i betraktning ved et tilbakemeldingsstyresystem med passende hysteresekompensasjon for å oppnå høyere nøyaktighet i enten et posisjonsstyrings- eller en kraftstyringssystem.

[0026]Figur 4 viser en eksemplifiserende utførelse av en SMA-drevet hydraulisk akkumulator 12. Som illustrert kan den SMA-drevne hydrauliske akkumulator innbefatte en ramme 40 gjennom hvilken en stang 42 kan strekke seg. I det minste en rammeopplagring 44 kan opplagre stangen 42 innen ramme 40. Spesielt kan stangen 42 gå gjennom åpninger 46 i hver av rammeopplagringene 44. Mer nøyaktig kan lineære lagre 48 opplagre stangen 42 innen rammeopplagringene 44. Således kan de lineære lagrene 48 muliggjøre aksial bevegelse langs en langsgående akse 50 til den SMA-drevne hydrauliske akkumulator 12.

[0027]I den foreliggende sammenheng viser generelt betegnelsen "proksimal" til ender av komponenter til den SMA-drevne hydrauliske akkumulator 12 som er nærmere et fluidinnløp/utløp 52 til den SMA-drevne hydrauliske akkumulator 12. Omvendt viser betegnelsen "distal" generelt til ender av komponenter til den SMA-drevne hydrauliske akkumulator 12 som er lengre borte fra fluidinnløpet/utløpet 52 til den SMA-drevne hydrauliske akkumulator 12.

[0028]Stangen 42 kan være forbundet ved en distal ende til et første endedeksel 54 og ved en proksimal ende til et stempel 56. Stempelet 56 kan passe på innsiden og passe sammen med en indre sylinder 58, som danner en hydraulisk tetning innen hvilken fluid 60 kan akkumuleres. I tillegg kan stempelet 56 være konfigurert for å bevege seg aksialt innen den indre sylinder 58, når stangen 42 beveger seg aksial i den samme retning, og derved justere det innvendige volum av den indre sylinder 58 innen hvilken fluidet 60 akkumulerer. Den indre sylinder 58 kan være forbundet ved en distal ende til en proksimal rammeopplagring 44 og ved en proksimal ende til et andre endedeksel 62. Fluidet 60 kan gå inn og ut av en proksimal seksjon til den indre sylinder 58 via fluidinnløpet/utløpet 52.1 tillegg, i visse utførelser, kan den indre sylinder 58 være radialt omgitt av en ytre sylinder 64 som kan isolere den indre sylinder 58 fra tøffe utvendige miljøforhold.

[0029]I visse utførelser kan SMA-vaiere 30 være viklet rundt de første og andre endedeksler 54, 62 som illustrert i fig. 4. For eksempel kan SMA-vaierne 30 danne et flertall av kontinuerlig lengde av flertrådede eller flettede kabler som strekker seg fra det første endedeksel 54 til det andre endedeksel 62, vikler seg rundt det andre endedeksel 62, og strekker seg fra det andre endedeksel 62 til det første endedeksel 54, og vikler seg rundt det første endedeksel 54. Således kan SMA-vaierne 30 generelt være lokalisert på motsatte sider av den SMA-drevne hydrauliske akkumulator 12. Imidlertid, i andre utførelser, kan SMA-vaierne 30 være lokalisert på alle sider av den SMA-drevne hydrauliske akkumulator 12. Selvfølgelig, i visse utførelser, kan istedenfor å benytte SMA-variere 30 som illustrert i fig. 4, den SMA-drevne hydrauliske akkumulator 12 benytte tynne filmer av SMA-materiale, som kan strekkes fra det første endedeksel 54 til det andre endedeksel 62. Dessuten kan andre arrangementer av SMA-materialet benyttes.

[0030]I visse utførelser kan måten som SMA-vaierne 30 er viklet rundt de første og andre endedeksler 54, 62 være tilrettelagt ved formen av de første og andre endedeksler 54, 62 som vist i fig. 4. Mer nøyaktig kan tverrsnittet kan de første og andre endedeksler 52, 62 være halv-sirkulære i sin opprinnelse, som vist. I tillegg kan i visse utførelser spor være ekskludert i utoven/endende overflater 66, 68 til henholdsvis de første og andre endedeksler 54, 62, innen hvilke SMA-vaierne 30 kan være festet. I tillegg kan i visse utførelser SMA-vaierne 30 og/eller spor være belagt med et passende elektrisk ikke-ledende materiale for elektrisk isolasjon av SMA-vaierne 30 fra resten av systemet (f.eks. for sikkerhet for operatørene og andre systemer). Videre kan i visse utførelser andre passende festeanordninger være benyttet for å feste SMA-vaierne 30 til de utoven/endende overflater 66, 68 til henholdsvis de første og andre endedeksler 54, 62.

[0031]Den SMA-drevne hydrauliske akkumulator 12 kan være konstruert slik at normale operasjonstemperaturer er vesentlig under overgangstemperaturen til SMA-vaierne 30. Således kan SMA-vaiere 30 normalt være tillatt å deformere seg når utsatt for spesielle krefter. Spesielt kan fluidet 60 innen den indre sylinder 58 være trykksatt (f.eks. ved hydrauliske og hydrostatiske trykk). Trykket i fluidet 60 kan utøve aksiale krefter Faksiaipå en proksimal flate 70 til stempelet 56 langs den langsgående akse 50. Disse aksiale krefter Faksiaikan presse stempelet 56 til å bevege seg distalt langs den langsgående akse 50, som illustrert ved pil 72, og tillater mer fluid 60 å gå inn i den indre sylinder 58. Denne aksiale bevegelse av stempelet 56 kan tvinge stangen 42 og det første endedeksel 54 til å bevege seg distalt langs den langsgående akse 50. Imidlertid kan det andre endedeksel 62 generelt forbli i en fast posisjon. Derfor, under normale operasjonstemperaturer, kan SMA-vaierne 30 som er viklet rundt de første og andre endedeksler 54, 62 til den SMA-drevne hydrauliske akkumulator 12 strekkes som et resultat av de hydrauliske og/eller hydrostatiske trykk til fluidet 60 innen den indre sylinder 58. Spesielt kan denne strekkingen av SMA-vaierne 30 generelt oppstå aksialt langs den langsgående akse 50, som igjen illustrert ved pil 72.

[0032]Imidlertid, så snart en elektrisk strøm starter å strømme gjennom SMA-vaierne 30, kan temperaturen innen SMA-vaierne 30 starte å øke. Ved et eller annet punkt kan temperaturen overskride overgangstemperaturen for SMA-materialet benyttet i SMA-vaierne 30. Så snart overgangstemperaturen til SMA-vaierne 30 er overskredet, kan SMA-vaierne 30 starte å trekke seg sammen mot deres forhåndsbestemte form. Sammentrekningen av SMA-vaierne 30 kan tvinge de første og andre endedekslene 54, 62 til å bevege seg sammen aksialt langs den langsgående akse 50. Mer nøyaktig kan det andre endedeksel 62 igjen generelt forbli i sin faste posisjon idet det første endedeksel 54 kan bevege seg aksialt mot det andre endedekselet 62 (dvs. mot den proksimale ende av den SMA-drevne hydrauliske akkumulator 12), som illustrert ved pil 74. Ettersom det andre endedeksel 54 beveger seg aksialt nærmere den proksimale ende av den SMA-drevne hydrauliske akkumulator 12, kan stangen 42 også bevege seg i den samme retning aksialt og kan starte å tvinge stempelet 56 også i den samme aksiale retning. Således kan stempelet 56 starte å motvirke de aksiale krefter Faksiai utøvet av trykket til fluidet 60 innen den indre sylinder 58. Således kan stempelet 56 starte å fortrenge fluidet 60 innen den indre sylinder 58, og bevirke at fluidet 60 går ut gjennom fluidinnløpet/utløpet 52.

[0033]Ved et eller annet punkt kan SMA-vaierne 30 gjenlagres til deres forhåndsbestemte form og videre oppvarming via elektrisk strøm vil ikke lenger bevirke at SMA-vaierne 30 ytterligere trekker seg sammen. I noen utførelser kan den SMA-drevne hydrauliske akkumulator 12 være konstruert slik at den forhåndsbestemte form av SMA-vaierne 30 svarer til en lokalisering av stempelet 56 innen den indre sylinder 58 som kan bevirke at vesentlig hele volumet til fluidet 60 evakueres fra den indre sylinder 58. Likeledes, i visse utførelser, kan den SMA-drevne hydrauliske akkumulator 12 være konstruert slik at den maksimale deformasjonsform for SMA-vaierne 30 svarer til en lokalisering av stempelet 56 innen den indre sylinder 58 som kan bevirke at vesentlig hele volumet av den indre sylinder 58 fylles med væsken 60. Imidlertid, i andre utførelser, kan den forhåndsbestemte form og maksimale deformasjonsform av SMA-vaierne 30 svare til andre lokaliseringer av stempelet 56 innen den indre sylinder 58.

[0034]I tillegg, i visse utførelser, kan den SMA-drevne hydrauliske akkumulator 12 være konstruert noe forskjellig. For eksempel, i visse utførelser, må ikke den SMA-drevne hydrauliske akkumulator 12 innbefatte en stang 42 forbundet mellom det første endedeksel 54 og stempelet 56. Isteden, i denne utførelse, kan det første endedeksel 54 isteden være forbundet direkte til stempelet 56, som kan strekke seg distalt fra den indre sylinder 58 med en viss mengde for å sørge for ekspan-sjon og sammentrekning av SMA-vaierne 30. Selvfølgelig, i visse utførelser, må ikke den SMA-drevne hydrauliske akkumulator 12 innbefatte et første endedeksel 54. Isteden kan SMA-vaierne 30 være viklet direkte rundt stempelet 56.

[0035]Volummengden av fluid 60 som den SMA-drevne hydrauliske akkumulator 12 kan være i stand til å fortrenge kan variere basert på den spesielle størrelse av den SMA-drevne hydrauliske akkumulator 12, typen av fluid 60 benyttet, trykket av fluidet 60, typen av SMA-materiale benyttet for SMA-vaierne 30, osv. I tillegg, selv om beskrevet heri som innbefattende et flertall av SMA-variere, kan den SMA-drevne hydrauliske akkumulator 12 i virkeligheten innbefatte andre utforminger for SMA-materialene som sørger for aktueringskraften. Foreksempel, i visse utførelser, kan SMA-materialene være i formen av kontinuerlig, tynne filmer som kan vikle rundt de første og andre endedeksler 54, 62 til den SMA-drevne hydrauliske akkumulator 12.

[0036]Som beskrevet ovenfor kan den SMA-drevne hydrauliske akkumulator 12 være benyttet i mange forskjellige undersjøiske anvendelser, slik som BOP-er, sluseventiler, eller hydraulisk aktuerte og lignende anordninger. For eksempel, som illustrert i fig. 1, kan BOP-stabelsammenstillingen 10 innbefatte et flertall av SMA-drevne hydrauliske akkumulatorer 12 som arbeider parallelt. De SMA-drevne hydrauliske akkumulatorer 12 beskrevet heri kan generelt operere ved lavere frekvenser enn konvensjonelle hydrauliske akkumulatorer. Imidlertid, siden de SMA-drevne hydrauliske akkumulatorer 12 virker i strekk på stempelet 56 for å tilveiebringe kraft, ikke behøver å overvinne den hydrostatiske trykkbelastning, og ikke erfarer effektivitetstap på grunn av vanndybde, er de SMA-drevne hydrauliske akkumulatorer 12 generelt mer effektive enn konvensjonelle hydrauliske akkumulatorer.

[0037]Figur 5 er en eksemplifiserende utførelse av den SMA-drevne hydrauliske akkumulator 12 i fig. 4 med en tilhørende krafttilførsel 76, kontroller 78 og sensor 80, som kan være en enkel eller gruppe av trykk- og/eller forskyvnings- og/eller kraftsensorer. Som illustrert, i visse utførelser, kan SMA-vaierne 30 til den SMA-drevne hydrauliske akkumulator 12 være oppvarmet med strøm fra krafttilførselen 76 via aktueringsvaier 82. Krafttilførselen 76 kan enten være en vekselstrøm (AC) eller likestrøm (DC) krafttilførsel. Generelt kan bruken av vekselstrømskraft være det enkleste og minst kostbare valg (f.eks. ved å benytte en omformer). Imidlertid kan bruken likestrømskraft være det mer selvutholdige valg (f.eks. et batteri og forsterker) gitt den fjerne opprinnelse for de fleste undersjøiske anvendelser.

[0038]I visse utførelser kan tilførselen av strøm til SMA-vaierne 30 via aktueringsvaierne 82 være styrt av kontrolleren 78.1 visse utførelser kan kontrolleren 78 innbefatte en hukommelsesanordning og et maskinlesbart medium med instruk-sjoner kodet derpå for å bestemme hvor mye (hvis noe) strøm som bør tilføres fra krafttilførselen 76 til SMA-vaierne 30 til den SMA-drevne hydrauliske akkumulator 12.1 visse utførelser kan kontroller 78 være konfigurert for å motta tilbakemelding fra sensorer 80 festet til den SMA-drevne hydrauliske akkumulator 12 og/eller anvendelsen (f.eks. BOP-stabelsammenstillingen 10 i fig. 1) innen hvilken den SMA-drevne hydrauliske akkumulator 12 er benyttet for å bestemme enten, og hvor mye, strøm som bør tilføres SMA-vaierne 30 via aktueringsvaierne 82. For eksempel, i visse utførelser, kan kontroller 78 være konfigurert for å motta sensormålinger (f.eks. trykkmålinger, temperaturmålinger, strømningsmengde-målinger, fortrengningsmålinger, osv) fra den SMA-drevne hydrauliske akkumulator 12 og/eller anvendelsen innen hvilken den SMA-drevne hydrauliske akkumulator 12 er benyttet. Kontrolleren 78 kan bruke sensormålingene for å variere mengden av strøm tilført SMA-vaierne 30.1 visse utførelser kan kontrolleren 78 inneholde spesifikk kode for å bestemme et forhold mellom strømmen tilført SMA-vaierne 30, temperaturen til SMA-vaierne 30, mengden av deformasjon av SMA-vaierne 30 svarende til forandringen i temperatur, osv. For eksempel, som beskrevet ovenfor, kan mengden av deformasjon av SMA-vaierne 30 avhenge av overgangstemperaturen til SMA-materialet benyttet for SMA-vaierne 30.

[0039]Siden kontrolleren 78 kan være i stand til å justere strømmen tilført SMA-vaierne 30, er den SMA-drevne hydrauliske akkumulator 12 ikke begrenset til konstant trykkutgang. Videre kan kraftutgangen til den SMA-drevne hydrauliske akkumulator 12 justeres uten behovet for pumper eller ventiler, og videre øke fleksibiliteten av den SMA-drevne hydrauliske akkumulator 12, blant andre ting.

[0040]Dessuten kan de omtalte utførelser utvides til å innbefatte andre typer av SMA-drevne drivanordninger konfigurert for å drive forskjellige mineralutvinningskomponenter. For eksempel er fig. 6 en eksemplifiserende utførelse av en SMA-drevet drivanordning 84 som kan benyttes for å drive en mineralutvinningskomponent 86. En krafttilførsel 88, i likhet med krafttilførselen 76 illustrert i fig. 5, kan være koblet til den SMA-drevne drivanordning 84 og en kontroller 90, i likhet med kontrolleren 78 illustrert i fig. 5, kan være utformet for å justere kraften til den SMA-drevne drivanordning 84 for å styre en kraft generert av den SMA-drevne drivanordning 84 og sensor 92, i likhet med sensor 80 i fig. 5, kan være koblet til mineralutvinningskomponenten 86 eller mellom mineralutvinningskomponenten 86 og den SMA-drevne drivanordning 84. Som beskrevet ovenfor kan kraften generert av den SMA-drevne drivanordning 84 være syklisk basert på anvendelsen av strøm fra krafttilførselen 88 til den SMA-drevne drivanordning 84. Generelt kan den SMA-drevne drivanordning 84 operere ved noe lavere frekvenser men, avhengig av den spesielle utforming, kan være i stand til å generere høye krefter. For eksempel, i visse utførelser, kan mineralutvinningskomponenten 86 være en fluidpumpe konfigurert for å drives av den SMA-drevne drivanordning 84. Andre typer av mineralutvinningskomponenter 86 som kan være drevet av den SMA-drevne drivanordning 84 kan innbefatte, men er ikke begrenset til, pumper, kompressorer, ventiler, akkumulatorer, osv. I tillegg kan andre typer av utstyr, forskjellig fra mineralutvinningsutstyr, også drives av den SMA-drevne drivanordning 84 ved å benytte de omtalte teknikker.

[0041]Idet oppfinnelsen kan være mottakelig for forskjellige modifikasjoner og alternative former, har spesifikke utførelser blitt vist ved hjelp av eksempel i tegningene og har blitt beskrevet i detalj heri. Det skal imidlertid forstås at oppfinnelsen ikke er ment å være begrenset til de spesielle former som omtalt. Isteden skal oppfinnelsen dekke alle modifikasjoner, ekvivalenter og alternativer som faller innen ideen og omfanget av oppfinnelsen som definert ved de følgende vedføyde krav.

Claims

1. System, karakterisert vedat det omfatter: en akkumulator, omfattende: en første sylinder konfigurert for å motta et fluid innen et innvendig volum av den første sylinder; et stempel konfigurert for å bevege seg aksialt innen den første sylinder, hvor aksial bevegelse av stempelet innen den første sylinder justerer det innvendige volum av den første sylinder; og et flertall av formhukommelse-legeringsvaiere konfigurert for å bevirke den aksiale bevegelse av stempelet innen den første sylinder.

2. System ifølge krav 1, karakterisert vedat akkumulatoren omfatter en stang som forløper aksialt fra stempelet, et første endedeksel forbundet til stangen, og et andre endedeksel forbundet til den første sylinder, hvor flertallet av formhukommelse-legeringsvaiere strekker seg fra det første endedeksel til det andre endedeksel.

3. System ifølge krav 2, karakterisert vedat det andre endedeksel omfatter en åpning gjennom hvilken fluidet går inn i og ut av det innvendige volum av den første sylinder.

4. System ifølge krav 1, karakterisert vedat det omfatter en krafttilførsel konfigurert for å tilføre en elektrisk strøm gjennom formhukommelse-legeringsvaierne.

5. System ifølge krav 4, karakterisert vedat det omfatter en kontroller konfigurert for å justere tilførselen av elektrisk strøm gjennom formhukommelse-legeringsvaierne.

6. System ifølge krav 5, karakterisert vedat kontrolleren er konfigurert for å justere tilførselen av elektrisk strøm gjennom formhukommelse-vaierne basert på i det minste delvis en måling følt fra akkumulatoren.

7. System ifølge krav 1, karakterisert vedat akkumulatoren omfatter en andre sylinder som radialt omgir den første sylinder.

8. System ifølge krav 1, karakterisert vedat det omfatter en utblåsnings-stabelsammenstilling med akkumulatoren.

9. System ifølge krav 1, karakterisert vedat flertallet av formhukommelse-legeringsvaiere er laget av et materiale som omfatter Nitinol eller andre typer av formhukommelse-legeringer.

10. System, karakterisert vedat det omfatter: et stempel anbrakt innen en sylinder; hvor stempelet er konfigurert for aksial å bevege seg innen den første sylinder med en formhukommelse-legering.

11. System ifølge krav 10, karakterisert vedat det omfatter en akkumulator med stempelet og sylinderen.

12. System ifølge krav 11, karakterisert vedat akkumulatoren omfatter en stang som forløper fra stempelet, et første endedeksel forbundet til stangen, og et andre endedeksel forbundet til sylinderen, hvor formhukommelse-legeringen strekker seg fra det første endedeksel til det andre endedeksel.

13. System ifølge krav 11, karakterisert vedat det omfatter en mineralutvinningskomponent ved akkumulatoren.

14. System ifølge krav 10, karakterisert vedat det omfatter et flertall av formhukommelse-legeringsvaiere konfigurert for å bevirke aksial bevegelse av stempelet innen sylinderen.

15. System ifølge krav 10, karakterisert vedat det omfatter en film av formhukommelse-legering utformet for å bevirke aksial bevegelse av stempelet innen sylinderen.

16. System ifølge krav 10, karakterisert vedat det omfatter en krafttilførsel konfigurert for å tilføre en elektrisk strøm gjennom formhukommelse-legeringen.

17. System ifølge krav 16, karakterisert vedat det omfatter en kontroller konfigurert for å justere tilførselen av elektrisk strøm gjennom formhukommelse-legeringen.

18. System ifølge krav 10, karakterisert vedat formhukommelse-legeringen er laget av et materiale som omfatter Nitinol eller andre typer av formhukommelse-legeringer.

19. Fremgangsmåte for å aktuere en akkumulator, karakterisert vedat den omfatter: tilføring av en elektrisk strøm gjennom et flertall av formhukommelse-legeringsvaiere for å bevirke aksial bevegelse av et akkumulatorstempel innen en akkumulatorsylinder.

20. Fremgangsmåte ifølge krav 19, karakterisert vedat tilføring av den elektriske strøm gjennom flertallet av formhukommelse-legeringsvaiere omfatter å øke temperaturen av flertallet av formhukommelse-legeringsvaiere over en overgangstemperatur til formhukommelse-legeringsvaierne, hvor overgangstemperaturen til formhukommelse-legeringsvaierne er temperaturen hvor formhukommelse-legeringsvaierne går over fra en Martensitt-fase til en Austenitt-fase.