NO20131186A1 - Trykkregulator med forbedret dødsone - Google Patents

Abstract

En trykkregulator er tilveiebrakt. I én utførelsesform innbefatter trykkregulatoren et stempel og tilførselstetningsringer, hvor diameteren av stempelet er minst halvparten av summen av diametren av tilførselstetningsringene, for å redusere dødsone og øke sensitivitet. I en annen utførelsesform har trykkregulatoren en maksimum dødsone på mindre enn 1379 kPa når den er koblet til et tilførselstrykk på minst 6895 kPa. Andre utførelsesformer relatert til trykkregulatorer er også tilveiebrakt.

Description

OPPFINNELSENS OMRÅDE

[0001]Den foreliggende oppfinnelse vedrører generelt trykkregulering innenfor et system. Mer bestemt vedrører den foreliggende oppfinnelse er ny trykkregule-ringsanordning for slike systemer som oppviser forbedret sensitivitet og dødsone-ytelse.

BAKGRUNN

[0002]Denne seksjonen er ment å introdusere leseren for forskjellige aspekter av teknikk som kan relateres til forskjellige aspekter av de foreliggende beskrevne utførelsesformer. Denne drøftelse antas å være nyttig for å forsyne leseren med bakgrunnsinformasjon for å fremme en bedre forståelse av de forskjellige aspekter av de foreliggende utførelsesformer. Det skal følgelig forstås at disse angivelser skal leses i dette lys, og ikke som innrømmelser av kjent teknikk.

[0003]Som det vil forstås har tilførsler av olje og naturgass en vesentlig effekt på moderne økonomier og sivilisasjoner. Anordninger og systemer som avhenger av olje og naturgass er ålment utbredt. For eksempel brukes olje og naturgass som drivstoff i et bredt mangfold av kjøretøy. Videre brukes olje og naturgass ofte til å varme opp boliger om vinteren, for å generere elektrisitet, og for å fremstille et bredt spekter av dagligdagse produkter.

[0004]For å oppfylle etterspørselen etter ressursene, bruker selskaper ofte en betydelig mengde tid og penger i å søke etter og utvinne olje, naturgass og andre underjordiske ressurser fra jorden. Særlig, etter at ønskede ressurser er oppdaget under jordens overflate, anvendes ofte boresystemer for tilgang til og utvinning av ressursen. Disse boresystemene kan være lokalisert på land eller til havs avhen-gig av lokaliseringen av en ønsket ressurs. Slike systemer innbefatter videre et bredt spekter av komponenter, så som ventiler, som styrer bore- eller utvinnings-operasjoner. Ofte styres noen av disse komponentene gjennom trykkvariasjon, slik som det som tilveiebringes av et hydraulisk styringssystem.

[0005]I noen slike systemer brukes en hydraulikktrykk-regulator til å tilveiebringe et fluid ved et regulert trykk til nedstrøms komponenter, så som magnetventiler. En alminnelig type av hydraulikktrykk-regulator har et styringsstempel som beveger seg frem og tilbake for å åpne og stenge både tilførselsporter og ventileringsporter av regulatoren som respons på størrelsen av trykk inne i regulatoren. Ettersom funksjonaliteten til et helt boresystem kan avhenge av korrekt operasjon av hydraulikktrykk-regulatoren, er det generelt ønskelig å anvende en trykkregulator som er både holdbar og sensitiv for forandringer i trykk. Videre, når en slik regulator anvendes i en undersjøisk anvendelse, kan stansing av produksjon fra systemet for å bytte ut en undervanns trykkregulator være særlig uønsket. I tillegg har mange trykkregulatorer svært stor dødsone, hvilket har negativ påvirkning på deres evne til reproduserbart å tilveiebringe et utgangstrykk innenfor et ønsket område, hvilket kan gjøre slike trykkregulatorer dårlig egnet for visse applikasjoner.

SAMMENFATNING

[0006]Visse aspekter av noen utførelsesformer som her offentliggjøres er fremsatt nedenfor. Det skal forstås at disse aspekter kun presenteres for å forsyne legeren med en kort sammenfatning av visse former som oppfinnelsen kan anta, og at disse aspekter ikke er ment å begrense omfanget av oppfinnelsen. Faktisk kan oppfinnelsen omfatte et mangfold av aspekter som kanskje ikke er fremsatt nedenfor.

[0007]Utførelsesformer av den foreliggende oppfinnelse vedrører generelt en ny trykkregulator som oppviser redusert dødsone og forbedret sensitivitet. I visse utførelsesformer er trykkregulatoren en fjærbelastet hydraulikktrykk-regulator konfigurert til bruk ved styring av komponenter i et boresystem. I én utførelsesform innbefatter trykkregulatoren et avfølingsstempel og tilførselstetningsringer som operer til å regulere strøm av et styringsmedium inn i trykkregulatoren, og forholdet mellom diameteren av stempelet og summen av diametrene av tilførsels-tetningsringene er større enn 0,50. Trykkregulatoren kan også innbefatte én eller flere tetningsplater som har en apertur som er delvis utformet i samsvar med geo-metrien av et respektivt parti av en sammenpassende tetningsring, for ytterligere å forbedre sensitiviteten til trykkregulatoren. Ytterligere utførelsesformer kan også innbefatte forskjellige kombinasjoner av de ovenfor angitte trekk.

[0008]Forskjellige forbedringer av trekkene angitt ovenfor kan eksistere i relasjon til forskjellige aspekter av de foreliggende utførelsesformer. Ytterligere trekk kan dessuten også inkorporeres i disse forskjellige aspekter. Disse forbedringer og ytterligere trekk kan eksistere individuelt eller i enhver kombinasjon. For eksempel kan forskjellige trekk omtalt nedenfor i relasjon til én eller flere av de illustrerte utførelsesformer inkorporeres i ethvert av de ovenfor beskrevne aspekter av den foreliggende offentliggjøring alene eller i enhver kombinasjoner. Igjen, den korte sammenfatning som er presentert ovenfor er kun ment for å gjøre leseren kjent med visse aspekter og kontekster av de noen utførelsesformer uten begrensning av den gjenstand det kreves beskyttelse for.

KORT BESKRIVELSE AV TEGNINGENE

[0009]Disse og andre trekk, aspekter og fordeler ved den foreliggende oppfinnelse vil forstås bedre når den følgende detaljerte beskrivelse leses med henvisning til de ledsagende tegninger, hvor like tegn representerer like deler gjennomgående på tegningene, hvor:

[0010]Figur 1 er et blokkdiagram over et ressursutvinningssystem som har en trykkregulator i samsvar med én utførelsesform;

[0011]Figur 2 er et perspektivriss av en trykkregulator i samsvar med én utførel-sesform;

[0012]Figur 3 er et tverrsnittsriss av trykkregulatoren på fig. 2, og illustrerer indre komponenter i trykkregulatoren i samsvar med en utførelsesform;

[0013]Figur 4 er et detaljert snittriss av et parti av trykkregulatoren på fig. 3, og avbilder en posisjon av et indre stempel hvor tilførselsporter i trykkregulatoren er åpne og ventileringsporter i trykkregulatoren er stengt i samsvar med en utførelsesform;

[0014]Figur 5 er et annet snittriss av trykkregulatoren på fig. 3, og avbilder generelt bevegelse av det indre stempelet fra posisjonen på fig. 3 til en posisjon hvor både tilførselsportene og ventileringsportene er stengt i samsvar med en utførelsesform;

[0015]Figur 6 er et ytterligere snittriss av trykkregulatoren på fig. 3, og avbilder generelt bevegelse av det indre stempelet fra posisjonen på fig. 5 til en posisjon hvor tilførselsportene er stengt og ventileringsportene er åpne i samsvar med en utførelsesform;

[0016]Figur 7 er et ytterligere detaljert snittriss av trykkregulatoren på fig. 3, og avbilder relative dimensjoner av det indre stempel og tilførselstetningsringer i forhold til den nedre dødsone i trykkregulatoren i samsvar med en utførelsesform;

[0017]Figur 8 er et perspektivriss av en tetningsplate i trykkregulatoren på fig. 3 i samsvar med en utførelsesform; og

[0018]Figur 9 er et snittriss av tetningsplaten på fig. 8.

DETALJERT BESKRIVELSE AV SPESIFIKKE UTFØRELSESFORMER

[0019]Én eller flere spesifikke utførelsesformer av den foreliggende offentlig-gjøring vil bli beskrevet nedenfor. I en innsats for å tilveiebringe en konsis beskrivelse av disse utførelsesformer, kan det være at alle trekk ved en faktisk implementering kanskje ikke er beskrevet i patentskriftet. Det skal forstås at i utviklingen av enhver slik faktisk implementering, som i ethvert engineering- eller designprosjekt, må det fattes tallrike implementeringsspesifikke beslutninger for å oppnå utviklerens spesifikke mål, så som overensstemmelse med system relaterte og forretningsrelaterte restriksjoner, som kan variere fra en implementering til en annen. Dessuten skal det forstås at en slik utviklingsinnsats kan være kompleks og tidkrevende, men vil likevel være et rutineforetakende med design, fabrikasjon og fremstilling for de som har ordinær fagkunnskap og har fordelen av å ha denne offentliggjøring.

[0020]Ved introdusering av elementer av forskjellige utførelsesformer, er artiklene "en", "et", "den" og "nevnte" ment å bety at det er ett eller flere av elementene. Uttrykkene "omfattende", "inkluderende/innbefattende" og "har" er ment å være inkluderende å bety at det kan være ytterligere andre elementer enn de opplistede elementer. Videre, enhver bruk av "topp", "bunn", "ovenfor", "nedenfor", andre retningsuttrykk, og variasjoner av disse uttrykk, er gjort av praktiske årsaker, men krever ikke noen bestemt orientering av komponentene.

[0021]Det vises nå til de foreliggende figurer, hvor et boresystem 10 i samsvar med et utførelsesform er illustrert på fig. 1. Særlig letter systemet 10 utvinning av en ressurs, så som olje eller naturgass, fra en brønn 12. Systemet 10 innbefatter et mangfold av utstyr, inkludert overflateutstyr 14, stigerørsutstyr 16 og stakkutstyr 18, for utvinning av ressursen fra brønnen 12 via et brønnhode 20. Systemet 10 kan anvendes i et mangfold av bore- eller utvinningsapplikasjoner, inkludert bore-applikasjoner på land og til havs (dvs. under vann). I én undervanns ressurs-utvinningsapplikasjon, er overflateutstyret 14 montert på en borerigg overvannets overflate. Stakkutstyret 18 er koblet til brønnhodet 20 nær havbunnen, og det forskjellige utstyret 14 og 18 er koblet til hverandre via stigerørsutstyret 16.

[0022]Som det vil forstås kan overflateutstyret 14 innbefatte et mangfold av anordninger og systemer, så som pumper, strømforsyninger, kabel- og slange-spoler, styringsenheter, en avleder, et kardansk oppheng, en edderkopp og lignende. På lignende vis kan stigerørsutstyret 16 også innbefatte et mangfold av komponenter, så som stigerør-rørlengder, fylleventiler, styringsenheter og en trykk-temperatur transduser, for å nevne kun noen få. Stigerørsutstyret 16 fremmer overføring av den utvunnede ressursen til overflateutstyret 14 fra stakkutstyret 18 og brønnen 12.

[0023]Stakkutstyret 18 kan også innbefatte et antall komponenter, så som utblåsningssikringer, produksjonsventiltrær (også kjent som "juletrær") og lignende for utvinning av den ønskede ressursen fra brønnhodet 20 og for å overføre den til overflateutstyret 14 og stigerørsutstyret 16. I den foreliggende illustrerte utførel-sesform styres operasjonen av stakkutstyret 18 av et styringssystem 22. Styrings-systemet 22 innbefatter en trykkregulator 24 og en flerhet av ventiler 26 som styrer strøm gjennom systemet 10. Trykkregulatoren 24 kan innbefatte en konfigurasjon som oppviser redusert dødsone og forbedret sensitivitet, som beskrevet i nærmere detalj nedenfor. I tillegg, i noen utførelsesformer, innbefatter én eller flere i flerheten av ventiler en utblåsningssikring, som utgjør en del av et ventiltre, eller begge deler.

[0024]Videre, i én utførelsesform, er trykkregulatoren 24 en hydraulikktrykk-regulator, og flerheten av ventiler 26 innbefatter magnetventiler. Som det vil forstås kan ventilene 26 være konfigurert med et spesifikt konstruksjonstrykk, så som 20684 kPa. Et initialt tilførselstrykk kan tilveiebringes til trykkregulatoren 24 fra en kilde for trykksatt fluid, så som fra en rekke av akkumulatortanker i styrings-systemet 22, som er høyere enn konstruksjonstrykket for forskjellige andre systemkomponenter, så som ventiler 26, for å fremme opprettholdelse av tilstrekkelig trykk til de andre systemkomponentene selv under perioder med høy bruk. Foreksempel kan tilførselstrykket i noen utførelsesformer være 20684 kPa eller 34474 kPa. Men i andre utførelsesformer kan det tilveiebringes andre tilførselstrykk, så som et tilførselstrykk på minst 6895 kPa. Faktisk kan ethvert ønsket tilførselstrykk brukes i samsvar med de inneværende foreliggende offentliggjorte teknikker. I systemet 10 muliggjør trykkregulatoren 24 styring av tilførselstrykket for å levere et regulert til nedstrøms komponenter, så som ventilene 26. Selv om trykkregulatoren 24 i de foreliggende illustrerte utførelses-former er en komponent i stakkutstyret 18, vil det forstås at i andre utførelses-former kan trykkregulatoren 24 være anordnet i andre partier av systemet 10, så som en komponent i overflateutstyret 14, i full overensstemmelse med de foreliggende teknikker. I tillegg kan visse utførelsesformer innbefatte flere trykkregulatorer 24, som kan være konfigurert til å motta og sende styringsfluid ved de samme respektive trykknivåer som hverandre, eller alternativt, slik at hver av to trykkregulatorer 24 mottar eller sender fluider ved trykknivåer som er forskjellige mellom de to regulatorene 24.

[0025]Et eksempel på en trykkregulator 24 i samsvar med en utførelsesform er illustrert på fig. 2. Trykkregulatoren 24 innbefatter et langstrakt hus eller et legeme 30 med et øvre hus 32 og et nedre hus 34 for mottak av forskjellige indre komponenter, som omtalt i nærmere detalj nedenfor. Øvre og nedre endelokk 36 og 38 er fastgjort til (eksempelvis festet til eller integrert med) det nedre huset 34, og et endelokk 40 er fastgjort til det øvre huset 32, for å innelukke de ovennevnte indre komponenter inne i legemet 30. I én utførelsesform er den ene av eller begge endelokkene 36 og 38 fastgjort til det nedre huset 34 via en flerhet av festeinnretninger 42. Selv om festeinnretningene 42 kan være tilveiebrakt i form av bolter, kan slik innfesting tilveiebringes på enhver egnet måte, så som via andre mekaniske festeinnretninger eller gjennom andre teknikker (eksempelvis sveising).

[0026]Trykkregulatoren 24 innbefatter også et par tilførselssammenstillinger 44 anordnet på motsatte sider av det nedre huset 34, og et par ventilerings-sammenstillinger 46, som også er anordnet på motsatte sider av det nedre huset 34 fra hverandre. Tilførsels- og ventileringssammenstillingene 44 og 46 kan være fastgjort til det nedre huset 34 på enhver egnet måte, så som ved hjelp av festeinnretninger 42. Selv om den foreliggende avbildede trykkregulator 24 innbefatter et par av både tilførselstrykk-sammenstillinger 44 og ventileringstrykk-sammenstillinger 46, skal det tas ad notam at et forskjellig antall av slike sammenstillinger isteden kan anvendes i full overensstemmelse med de foreliggende teknikker.

[0027]Under operasjon kan et styringsmedium ved et første trykk (tilførselstrykk), så som 34474 kPa, komme inn i trykkregulatoren 24 gjennom tilførselsportene 48 i tilførselssammenstillingene 44, og styringsmediet kan mates ut ved et andre, regulert trykk, så som 20684 kPa, via en utløpsport 50 for regulert trykk anordnet i en side av det nedre huset 34. I tillegg, hvis trykket inne i regulatoren 24 overstiger en viss terskel, kan styringsmediet ventileres fra regulatoren 24 gjennom ventileringsportene 52 i ventileringssammenstillingene 46.

[0028]I den foreliggende illustrerte utførelsesform er trykkregulatoren 24 en hydraulikktrykk-regulator og styringsmediet inkluderer hydraulikkfluid. I andre utførelsesformer kan styringsmediet imidlertid være et annet materiale, slik som en trykksatt gass. Følgelig, selv om den foreliggende beskrivelse av de illustrerte utførelsesformer kan referere til et styringsfluid, vil det forstås at slik beskrivelse kan gjelde for en styringsvæske i en hydraulikktrykk-regulator i samsvar med en utførelsesform, og utelukker ikke nødvendigvis bruken av et gassformet styringsmedium i en alternativ utførelsesform.

[0029]Den interne operasjon av regulatoren 24 kan forstås bedre med henvisning til fig. 3, som er et snittriss av regulatoren 24 illustrert på fig. 2. Særlig, som illustrert på fig. 3, avgrenser det nedre huset 34 generelt et indre kammer 60 som mottar styringsfluid fra en kilde. Et avfølingsstempel 62 er anordnet inne i kammeret 60, og strekker seg gjennom det øvre endelokk 36, som generelt avdeler kammeret 60 fra et annet kammer 58 i det øvre huset 32. I den foreliggende illustrerte utførelsesform er trykkregulatoren fjærbelastet ved at et stempel 62 forbelastes av én eller flere fjærer anordnet i kammeret 58, så som fjærer 64 og 66.

[0030]Som omtalt i nærmere detalj nedenfor, trykk inne i kammeret 60 kan påføre en skyvekraft på stempelet 62 som virker mot den forbelastende kraft tilveiebrakt av fjærene 64 og 66, for å styre åpning og stenging av tilførselsportene 48 og ventileringsportene 52. Den forbelastende kraften som tilføres av fjærene 64 og 66 kan modifiseres via en fjærlast-justeringsmekanisme 68 anordnet ved én ende av det øvre huset 32. Justeringsmekanismen 68 inkluderer en skrue som kan roteres for å forårsake aksial bevegelse av en plunger inne i det øvre huset 32, for å variere den forbelastende kraften, som illustrert på fig. 3. Som det kan forstås kan regulatoren 24 også inkludere forskjellige tetninger eller o-ringer 70, anordnet mellom komponentene for å opprettholde trykk inne i regulatoren 24 og redusere eller hindre lekkasje.

[0031]Åpningen og stengingen av tilførselsportene 48 og ventileringsportene 52 kan forstås bedre med henvisning til snittrissene på fig. 4-6. I den foreliggende illustrerte utførelsesformen, styres strømmen av styringsfluid eller -medium inn i regulatoren 24 gjennom tilførselsportene 48 generelt ved bevegelse av stempelet 62. Mer bestemt, i en utførelsesform er tilførselsskjær-tetningsringer 84 anordnet inne i én eller flere utsparinger 86 i stempelet 62. En fjær 88 kan også være anordnet inne i den ene eller de flere utsparingene 86, for å forbelaste tilførsels-skjær-tetningsringene 84 mot tilførselstetningsplatene 90 i tilførselssammen-stillingen 44. I en utførelsesform innbefatter tilførselstetningsplatene 90 en første fluidpassasje 92 og en andre fluidpassasje 94 som fremmer strøm av et styringsfluid gjennom tilførselsporter 48 til kammeret 60.

[0032]På lignende vis, i det foreliggende utførelsesform er ventileringsskjær-tetningsringer 96 anordnet inne i én eller flere utsparinger 88 i stempelet 62. Ventileringsskjær-tetningsringene 96 forbelastes av en fjær 100 mot et par av ventileringstetningsplater 102. Ventileringstetningsplatene 102 innbefatter også første og andre fluidpassasjer 104, henholdsvis 106, som gjør det mulig å ventilere fluid fra kammeret 60 gjennom ventileringsportene 52.1 den foreliggende illustrerte utførelsesform er ventileringstetningsringene 96 av en størrelse som er forskjellig fra tilførselstetningsringene 84. Videre kan de forskjellige passasjer i tetningsplatene 90, henholdsvis 102, også ha størrelser som er forskjellige fra hverandre, basert på de bestemte størrelser og geometrier til tetningsringene 84 og 96, som omtalt i nærmere detalj nedenfor.

[0033]En initial driftstilstands er avbildet på fig. 4, hvor tilførselsportene 48 er åpne og ventileringsportene 42 er lukket i forhold til det indre av trykkregulatoren 24. Denne konfigurasjonen gir styringsmediet adgang til å gå inn i trykkregulatoren 24 gjennom tilførselsportene 48 og gå ut gjennom utløpsporten 50 for regulert trykk, som omtalt ovenfor. Som det vil forstås resulterer hydraulisk eller pneumatisk trykk inne i kammeret 60 generelt i en skyvekraft som påføres på stempelet 2 mot den forbelastende kraft som påføres av fjærene 64 og 66. Videre kan forskjellige friksjonskrefter, slik som de som er resultat av kontakt mellom skjærtetnings-ringene 84 og tetningsplatene 90, også motvirke bevegelse av stempelet 62 under operasjon. Hvis skyvekraften som genereres av trykket inne i kammeret 60 er under en første trykkterskel (som generelt dikteres av friksjonen og de forbelastende krefter som er påpekt ovenfor), forblir tilførselsportene 48 åpne for å gi ytterligere styringsfluid adgang til å gå inn i trykkregulatoren 24 og gå ut gjennom utløpsporten 50.1 ett eksempel kan den første trykkterskelen være hovedsakelig lik et ønsket driftstrykk for nedstrøms komponenter, så som 2068 kPa, 2758 kPa, 3447 kPa, 6895 kPa, 10342 kPa, 13790 kPa, 20685 kPa eller 34474 kPa, for bare å nevne noen få eksempel.

[0034]Når trykket nedstrøms og inne i regulatoren 24 øker og nærmer seg den første trykkterskelen, blir den hydrauliske kraft på stempelet 62 tilstrekkelig til å bevege stempelet 62 i retningen angitt med pilen 108 og mot den stengte posisjon generelt illustrert på fig. 5. Særlig, i den foreliggende illustrerte utførelsesform, er fjærene 64 og 66, tilførselstetningsringene 84 og stempelet 62 konfigurert slik at tilførselstetningsringene 84 beveges til en fullt stengt posisjon, hvor tilførsels-tetningsringene 84 er anordnet over helheten av den andre fluidpassasjen 94, når trykket inne i kammeret 60 når eller overskrider den første trykkterskelen. Når det når denne terskelen, kan trykkregulatoren anses for å være i en tilstand med likevekt, hvor både tilførsels- og ventileringsportene 48 og 52 er stengt og intet styringsmedium strømmer gjennom regulatoren 24. Med andre ord, ved dette driftspunktet er trykket inne i kammeret 60 over den første trykkterskelen, hvilket forårsaker at stempelet 62 beveger tilførselstetningsringene 84 til en stengt posisjon, men er utilstrekkelig til å forårsake at stempelet 62 beveger ventileringstetningsringene 96 nok til å åpne ventileringsportene 52.

[0035]Som det kan forstås, ettersom trykket inne i trykkregulatoren 24 fortsetter å øke utover den første trykkterskelen, øker også skyvekraften påført på stempelet 62 av det indre trykket, hvilket forårsaker at stempelet 62 fortsetter å bevege seg i retningen angitt med pilen 108. Når det indre trykket når en andre trykkterskel, beveges stempelet 62 og ventileringstetningsringene 96 til en åpen posisjon, som generelt illustrert på fig. 6, hvilket gir styringsfluid inne i kammeret 62 anledning til å ventileres ut av trykkregulatoren 24 via ventileringsportene 52. I tillegg tas det ad notam at trykkregulatoren 24 i noen utførelsesformer kan ha separate, uavhengige stempler for tilførselstetningsringene 84 og ventileringstetningsringene 96, så som beskrevet i US-patent nr. 7520297, bevilget 21 april 2009, og med tittel "Pressure Regulator Device and System", som i sin helhet innlemmes heri som referanse.

[0036]Som tidligere påpekt, kan for stor dødsone i en trykkregulator ha negativ påvirkning på dens evne til å tilveiebringe et akseptabelt stabilt ønsket utgangstrykk. For eksempel vil en trykkregulator med en dødsone på 2758 kPa ikke operere effektivt for å tilveiebringe et hydraulikkfluid ved et regulert utgangstrykk på 2068 kPa - i et slikt tilfelle kan utgangstrykket falle til null uten at trykkregulatoren så mye som responderer, hvilket skyldes dens dødsone-begrens-ninger. Innen feltet ressursundersøkelse og anskaffelse, har det lenge vært et behov innen teknikken for en fjærbelastet hydraulikktrykk-regulator med en grad av sensitivitet som ville sette regulatoren i stand til å operere effektivt ved lavere trykknivåer. For eksempel er det anledninger hvor trykk til en ringformet utblåsningssikring skal opprettholdes ved et nivå som lavt som 2068 kPa til 2758 kPa. Den foreliggende offentliggjorte trykkregulator oppfyller dette lenge følte behov og oppviser økt sensitivitet og redusert dødsone. I noen utførelsesformer har trykkregulatoren 24 en maksimum dødsone på 1379 kPa eller mindre når den er koblet til en kilde for trykksatt fluid som tilveiebringer et tilførselstrykk på minst 6895 kPa. I andre utførelsesformer kan maksimum dødsone isteden være 1241 kPa eller mindre, 1103 kPa eller mindre, 1034 kPa eller mindre, 896 kPa eller mindre, 827 kPa eller mindre, eller en annen størrelse. Faktisk, ved testing ved et tilførselstrykk på 20684 kPa, demonstrerte ett eksempel på den foreliggende offentliggjorte trykkregulator en maksimum dødsone som var signifikant lavere enn 1034 kPa, nivået spesifisert i American Petroleum Institute Specification 16D, publisert 1 juli 2004, som innlemmes som referanse heri.

[0037]Forskjellige trekk som bidrar til de forbedrede dødsone-karakteristika for den foreliggende offentliggjorte trykkregulator er avbildet på fig. 7-9 i samsvar med en utførelsesform. Særlig, som vist på fig. 7, innbefatter stempelet 62 et parti som passerer gjennom endelokket 36 og har en diameter (eller bredde) 110 generelt ortogonalt på bevegelsesaksen for stempelet 62. Stempelet 62 kan også innbefatte et utvidet parti inne i kammeret 60 som har en diameter (eller bredde) 112. Hver tilførselstetningsring 84 inkluderer en diameter (eller bredde) 114 generelt parallell med bevegelsesaksen til stempelet 62. I forskjellige utførelsesformer av den foreliggende teknikk, er sensitiviteten til trykkregulatoren 24 vesentlig forbedret ved å forsyne stempelet 62 med en forholdsvis stor diameter 110 sammenlignet med summen av diametrene 114 av tilførselstetningsringene 84. Foreksempel er diameteren 110 i én utførelsesform 38,1 mm, og diameteren av hver tilførselstetningsring 84 er 28,58 mm. Dette kan også uttrykkes som et forhold mellom diameteren 110 og summen av diametrene 114 - et forhold på cirka 0,667 i det umiddelbart forutgående eksempel. I kontrast kan tidligere trykkregulatorer oppvise et mye mindre forhold, så som 0,250. I andre utførelsesformer kan forholdet mellom diameteren 110 og summen av diametrene 114 ha en forskjellig verdi, så som minst 0,40, minst 0,50, minst 0,65, minst 0,75, minst 0,90, minst 1,00, eller en annen verdi. I den foreliggende utførelsesform gir den større diameter av stempelet 62 i forhold til tilførselstetningsringene 84 stempelet 62 adgang til å utvikle hydraulisk skyvekraft som er tilstrekkelig til å overvinne friksjonsmotstand fra tilførselstetningsringene 84 raskere enn tidligere regulatorer med et mindre forhold mellom stempelets diameter og tilførselstetningsring-diametrene.

[0038]I tillegg, i det minste noen utførelsesformer kan tilførselstetningsplatene 90 være spesifikt konfigurert basert på geometriene til deres respektive tetningsringer 84, for ytterligere å forbedre sensitiviteten til trykkregulatoren 24. For eksempel, i utførelsesformen illustrert på fig. 8 og 9, innbefatter en tilførselstetningsplate 90 en bueformet åpning eller apertur 120 avgrenset av utgangen av den andre passasjen 94 ved en overflate 122 av tilførselstetningsplaten 90, snarere enn en sirkulær eller elliptisk åpning. Som det vil forstås kan en skjærtilførsel-tetningsring 84 (fig. 4) operere for selektivt å dekke og avdekke den bueformede åpningen 120, for å styre strømmen gjennom fluidpassasjene 92 og 94, som omtalt ovenfor. Særlig innbefatter den bueformede åpning 120 i en utførelsesform krumme indre og ytre kanter 124, henholdsvis 126, som hver er konkave i den samme retningen (i motsetning til en elliptisk åpning hvor motstående sider har motstående konkaviteter). Slike aperturer 120 kan også refereres til som "snittebønne"- eller bue-formede aperturer. I visse utførelsesformer er formen av aperturen 120 relatert til formen av en respektiv tetningsring 84. For eksempel har den krumme ytre kant 126 av aperturen 120 i én utførelsesform en grad av krumning som i hovedsak er identisk (eksempelvis innenfor fremstillingstoleranser) til den som er for en indre omkrets eller perimeter av en leppe av tetningsringen 84, slik at et parti av den indre kanten eller perimeteren av tetningsringen 84 hovedsakelig er sammenfallende med den krumme ytre kant 126 når trykk inne i trykkregulatoren 24 i hovedsak er lik den første trykkterskelen. I noen utførelsesformer kan den krumme indre kanten 124 ha en grad av krumning som i hovedsak er identisk til den ytre omkrets av tetningsringen 84. Andre konfigurasjoner hvor de krumme indre og ytre kanter 124 eller 126 er konfigurert basert på andre overflater av tetningsringen 84 er også tenkelige.

[0039]På lignende vis kan ventileringstetningsplater 102 (fig. 4) også inkludere en bueformet apertur som inkluderer en kant sammenfallende med en kant av en ventileringstetningsring 96 når trykk inne i regulatoren 24 i hovedsak er lik den andre trykkterskelen. Selv om tetningsplaten 90 og 102 kan være hovedsakelig identiske til hverandre i noen utførelsesformer, kan aperturene i tetningsplatene 90 og 102 isteden ha forskjellige størrelser eller geometrier enn hverandre, for å tilveiebringe forskjellige strømningsmengder gjennom deres respektive passasjer, og for å passe sammen med forskjeller i geometriene til tetningsringene 84 og 96. Formingen av aperturene i tilførselstetningsplatene 90, ventileringstetningsplatene 102, eller begge, reduserer bevegelsen av stempelet 62 ved åpning og stenging av fluidpassasjene i disse tetningsplatene, hvilket ytterligere øker sensitiviteten og reduserer dødsonen for trykkregulatoren 24.

[0040]I én utførelsesform er trykkregulatoren 24 en fjærbelastet, manuelt justerbar hydraulikktrykk-regulator på 25,4 mm. Testresultater for en slik trykkregulator 24 er tilveiebrakt nedenfor i tabell 1 og tabell 2. Tabell 1 tilveiebringer data fremskaffet for et tilførselstrykk på 20684 kPa til regulatoren, og tabell 2 tilveiebringer data fremskaffet for et tilførselstrykk på 34474 kPa til regulatoren. Særlig tilveiebringer tabellene data fremskaffet ved testing av trykkregulatoren over et område av fjærlaster (representert av antallet fullstendige omdreininger av skruen i justeringsmekanismen 68).

[0041]Det tas ad notam at i begge tilfeller (tilførselstrykk på 20684 kPa og 34474 kPa), har trykkregulatoren 24 en maksimum dødsone på mindre enn 1379 kPa. Videre, ved et tilførselstrykk på 20684 kPa, var maksimum dødsone for trykkregulatoren 24 mindre enn 827 kPa, og den gjennomsnittlige dødsonen var mindre enn 689 kPa. Ved et tilførselstrykk på 34474 kPa, var maksimum dødsone som ble målt ikke høyere enn 1241 kPa, og den gjennomsnittlige dødsone for trykkregulatoren 24 var mindre enn 896 kPa. I tillegg, som angitt i tabellene ovenfor, kan skruen i justeringsmekanismen 68 roteres flere omdreininger. På grunn av den forbedrede sensitivitet og lavere dødsone, kan responsen til den foreliggende offentliggjorte trykkregulatoren 24 være betydelig mer lineær enn for tidligere regulatorer, ved at stempelet 62 kan bevege seg, og at utgangstrykket kan forandres, under hver omdreining av skruen, som generelt vist med tabellene ovenfor. Dette står i kontrast til tidligere regulatorer som kan kreve flere omdreininger av en justeringsskrue før stempelet responderer.

[0042]Selv om aspekter av den foreliggende offentliggjøring kan ha forskjellige modifikasjoner og alternative former, har spesifikke utførelsesformer blitt vist ved hjelp av eksempel på tegningene, og har her blitt beskrevet i detalj. Men det skal forstås at oppfinnelsen ikke er ment å være begrenset til de bestemte offentliggjorte former. Snarere skal oppfinnelsen dekke alle modifikasjoner, ekvivalenter og alternativer som faller innenfor oppfinnelsens ide og omfang som angitt i de følgende vedføyde krav.

Claims (21)

1. Systemomfattende: en fjærbelastet hydraulikktrykk-regulator med en maksimum dødsone på mindre enn 1379 kPa når den er koblet til en kilde for trykksatt fluid med et tilførselstrykk på minst 6895 kPa, idet den fjærbelastede hydraulikktrykk-regulatoren innbefatter: et hus med første og andre indre kamre; en fjær anordnet inne i det andre kammeret; et avfølingsstempel anordnet inne i huset og som er responsivt på trykk inne i det første indre kammeret og på en forbelastende kraft generert av fjæren; og en tilførselstetningsring anordnet inne i det første kammeret.

2. System som angitt i krav 1, hvor maksimum dødsone for den fjærbelastede hydraulikktrykk-regulatoren er mindre enn 827 kPa for et tilførselstrykk på 20684 kPa.

3. System som angitt i krav 1, hvor den gjennomsnittlige dødsone for den fjærbelastede hydraulikktrykk-regulator er mindre enn 689 kPa for et tilførselstrykk på 20684 kPa.

4. System som angitt i krav 1, hvor den gjennomsnittlige dødsone for den fjærbelastede hydraulikktrykk-regulator er mindre enn 896 kPa for et tilførselstrykk på 34474 kPa.

5. System som angitt i krav 1, hvor et utgangstrykk fra den fjærbelastede hydraulikktrykk-regulatoren er manuelt justerbart.

6. System som angitt i krav 1, omfattende en justeringsmekanisme som muliggjør manuell justering av sammentrykking av fjæren anordnet inne i det andre kammeret.

7. System som angitt i krav 1, omfattende en utblåsningssikring og et tilknyttet styringssystem som innbefatter den fjærbelastede hydraulikktrykk-regulatoren.

8. System som angitt i krav 1, hvor avfølingsstempelet innbefatter kun et enkelt avfølingsstempel.

9. System som angitt i krav 1, omfattende kilden for trykksatt fluid.

10. Anordning, omfattende: en fjærbelastet hydraulikktrykk-regulator innbefattende: et hus med et første kammer for mottak av et trykksatt fluid og et andre kammer atskilt fra det første kammeret av en delende struktur; et stempel anordnet i det første kammeret, stempelet innbefatter et parti som strekker seg inn i det andre kammeret gjennom en apertur i den delende struktur; en fjær anordnet i det andre kammeret og posisjonert til å forbelaste stempelet inn i det første kammeret; en flerhet av tilførselstetningsringer anordnet inne i det første kammeret og konfigurert til selektivt å tillate det trykksatte fluid å gå inn i det første kammeret; hvor forholdet mellom en diameter av partiet av stempelet som strekker seg gjennom aperturen i den delende struktur og summen av diametrene av flerheten av tilførselstetningsringer er større enn 0,50, for å redusere dødsone og øke sensitivitet for den fjærbelastede hydraulikktrykk-regulator.

11. Anordning som angitt i krav 10, hvor forholdet mellom diameteren av partiet av stempelet som strekker seg gjennom aperturen i den delende struktur og summen av diametrene av flerheten av tilførselstetningsringer er større enn 0,65, for å redusere dødsone og øke sensitivitet for den fjærbelastede hydraulikktrykk-regulator.

12. Anordning som angitt i krav 10, omfattende en flerhet av tilførselstetnings-plater med aperturer for å fremme strøm av det trykksatte fluid inn i det første kammeret.

13. Anordning som angitt i krav 12, hvor aperturene er bueformede aperturer med motsatte sider med den samme retning av konkavitet.

14. Anordning som angitt i krav 12, hvor den fjærbelastede hydraulikktrykk-regulator innbefatter kun to tilførselstetningsringer.

15. Anordning som angitt i krav 10, hvor hver av tilførselstetningsringene i flerheten av tilførselstetningsringer er anordnet inne i stempelet.

16. Anordning som angitt i krav 10, hvor den fjærbelastede hydraulikktrykk-regulator innbefatter en flerhet av ventileringstetningsringer.

17. Anordning som angitt i krav 16, omfattende en flerhet av ventileringstetningsplater med aperturer for å fremme ventilering av det trykksatte fluid ut av det første kammeret hvis trykket i det trykksatte fluid overstiger et terskelnivå.

18. Anordning som angitt i krav 10, hvor den fjærbelastede hydraulikktrykk-regulatoren innbefatter en flerhet av fjærer anordnet i det andre kammeret posisjonert til å forbelaste stempelet inn i det første kammeret.

19. Fremgangsmåte omfattende: mottaking av et fluid inne i et kammer i en trykkregulator, hvor trykkregulatoren er en fjærbelastet hydraulikktrykk-regulator som innbefatter en manuelt justeringsmekanisme med en roterbar skrue; omforming av rotasjon av skruen til aksial bevegelse av en plunger i den manuelle justeringsmekanismen, for å forandre en forbelastende kraft påført på et stempel i trykkregulatoren av en fjær; og beveging av stempelet som respons på rotasjon av skruen over flere omdreininger og til de resulterende forandringer i den forbelastende kraft, slik at stempelet beveges og et utgangstrykk fra trykkregulatoren forandres under hver omdreining av skruen.

20. Fremgangsmåte som angitt i krav 19, hvor mottaking av fluidet innbefatter mottaking av fluidet trykksatt til cirka 20684 kPa.

21. Fremgangsmåte som angitt i krav 20, hvor mottaking av fluidet innbefatter mottaking av fluidet trykksatt til cirka 34474 kPa.