NO331659B1 - Anordning ved ventilaktuator og framgangsmate for betjening av en ventil - Google Patents

Description

ANORDNING VED VENTILAKTUATOR OG FRAMGANGSMÅTE FOR BETJENING AV EN VENTIL

Oppfinnelsen vedrører en anordning ved en ventilaktuator, hvor ventilaktuatoren er forsynt med en sleidemutter som står i inngrep med et utvendig gjengeparti på en aktuatorsleide og bringer denne til å forskyves aksielt ved rotasjon av en drivmotor tilknyttet sleidemutteren via transmisjonsmidler. Det beskrives også en framgangsmåte for betjening av en ventil.

I det etterfølgende er aktuatorens funksjon illustrert ved at aktuatoren er tilkoplet en undervanns strupeventil der aktuatoren anvendes for hurtig omstilling av ventilen mellom lukket og åpen stilling og til mellomstillinger for å kunne regulere strømningen gjennom ventilen.

Aktuatorer med trinnvis regulering ved hjelp av en hydraulisk ventiloperasjon er vanlig brukt for styring av undervanns strupeventiler. Dette tar lang tid, typisk er 180 trinn

fra åpen til stengt ventil vanlig. Flere operatører i oljeindustrien har krav til at strupeventiler skal stenges på under 30 sekunder ved stenging av brønnstrøm. Hurtig stenging av strupeventilen bidrar til at en sluseventil ved utløpet fra et ventiltre ikke stenges mot full brønnstrøm. Hydratdannelse kan dermed forebygges, og problemer med slitasje av hydrauliske kontrollventiler ved trinnvis aktuering unngås.

WO/2003/021077 beskriver en aktuator med en planetrulleskruemekanisme som forflyttes aksielt via hydraulisk aktuering og omsetter den aksielle bevegelsen til rotasjon av senterskruen.

US 2009/0211762 Al beskriver en modulær, elektrisk aktuatorløsning for under-vannsventiler hvor det ved rotasjon av en gjenget spindel på enden av en elektromo-toraksling aksielt forflyttes en kulemutter med en forlengerhylse som omslutter enden av spindelen når den er i indre posisjon.

WO 2006/071124 Al beskriver en elektrisk aktuatorløsning som overfører dreiemomentet fra en drivmotor til en gjenget spindel som aksielt forflytter en rullemutter som er forbundet med en aktueringsmekanisme.

Oppfinnelsen har til formål å avhjelpe eller å redusere i det minste én av ulempene ved kjent teknikk, eller i det minste å skaffe til veie et nyttig alternativ til kjent teknikk.

Formålet oppnås ved trekk som er angitt i nedenstående beskrivelse og i etterfølgende patentkrav.

Det er tilveiebrakt en ventilaktuator hvor rotasjon av en sleidemutter resulterer i en aksiell bevegelse av en aktuatorsleide som er tilkoplet en ventilsleide anordnet i et ventilhus.

I et første aspekt vedrører oppfinnelsen mer spesifikt en anordning ved en ventilaktuator, kjennetegnet ved at

ventilaktuatoren er forsynt med en sleidemutter som omslutter et parti av en aktuatorsleide og står i inngrep med et utvendig gjengeparti anordnet på aktuatorsleiden, idet sleidemutteren er aksielt fiksert relativt aktuatorsleiden;

aktuatorsleiden står i rotasjonshindrende inngrep med et parti av et aktuatorfeste eller et ventilhus; og

sleidemutteren via transmisjonsmidler er forbundet med en drivmotor.

Den minst ene drivmotoren kan være en elektromotor anordnet i et trykktett aktuatorhus.

Ventilaktuatoren kan være forsynt med en tilkoplingsanordning for en andre, flyttbar drivmotor, idet tilkoplingsanordningen står i inngrep med sleidemutteren via transmi-sjonselementer.

Transmisjonselementene kan omfatte en friksjonskopling.

Den andre, flyttbare drivmotoren kan være et undervanns momentverktøy.

Til sleidemutteren eller transmisjonsmidlene kan det være tilknyttet en posisjonssensor innrettet til å kunne registrere sleidemutterens rotasjon.

I et andre aspekt vedrører oppfinnelsen mer spesifikt en framgangsmåte for betjening av en ventil, kjennetegnet ved at framgangsmåten omfatter trinnet: ved rotasjon av en sleidemutter som omslutter et parti av en aktuatorsleide og som står i inngrep med et utvendig gjengeparti anordnet på aktuatorsleiden og er aksielt fiksert relativt aktuatorsleiden, å tilveiebringe en aksiell forskyvning av aktuatorsleiden, idet rotasjonen tilveiebringes med hjelp av minst én drivmotor.

Den minst ene drivmotoren kan være en elektromotor anordnet i et trykktett aktuatorhus, og elektromotoren kan være tilknyttet et programmerbart styresystem.

Den minst ene drivmotoren kan være et momentverktøy anordnet på en undervannsfarkost og midlertidig tilknyttet transmisjonselementene via en utvendig tilkoplingsanordning.

I det etterfølgende beskrives et eksempel på en foretrukket utførelsesform anskueliggjort på medfølgende tegninger hvor;

Fig. IA viser et aksialsnitt gjennom en strupeventil med en ventilaktuator ifølge

oppfinnelsen;

Fig. IB viser i større målestokk et aksialsnitt gjennom et ventilhus; Fig. 1C viser aksialsnitt gjennom ventilaktuatoren; Fig. ID viser et utsnitt av et aksialsnitt av ventilaktuatoren - rotert 90° i forhold til fig. IA og 1C; Fig. 2A viser et sideriss av strupeventilen og ventilaktuatoren; Fig. 2B viser en perspektivskisse av strupeventilen og ventilaktuatoren hvor ventilhuset for oversiktens skyld er fjernet; og Fig. 2C viser en perspektivskisse av strupeventilen og ventilaktuatoren rotert 90°

i forhold til fig. 2B.

I det etterfølgende er det tatt utgangspunkt i at en ventilaktuator er anvendt for å manøvrere en strupeventil. Dette innebærer ingen begrensning i oppfinnelsens virke-område, men tjener som et eksempel for å forklare de i oppfinnelsen inngående trekk som er anskueliggjort på de medfølgende tegningene.

Pa tegningene angir henvisningstallet 1 en strupeventil med et ventilhus 2A med i og for seg kjente flenstilkoplinger for henholdsvis en tilførselsport 2B og en utløpsport 2C. En ventilaktuator IA er trykktett anordnet i et aktuatorhus 4 som er avgrenset av en montasjeflens 4A (se særlig figur 1C), en aktuatorkappe 4H og et endedeksel 4J. Figur IA viser en lengdesnittstegning av strupeventilen 1 sammenstilt med ventilaktuatoren IA. Figur IB viser en lengdesnittegning av ventilhuset 2A og tilhørende deler.

Når væske fra tilførselsporten 2B strømmer inn i et ringrom 2D i ventilhuset 2A, deles væskestrømmen opp i væskedelstrømmer som passerer gjennom strømningshull i en ytre og en indre hylse 2F, 2H i ventilhuset 2A. De to hylsene 2F, 2H er forsynt med flere sett av hull med forskjellig diameter. Væskedelstrømmene samles innvendig i den indre hylsen 2H og strømmer videre gjennom strupeventilens 1 utløpsport 2C. Ved strupeventilens 1 utløpsside er den ytre hylsen 2F forsynt med en ytre hylsepakning 2G som tetter mot innsiden av ventilhuset 2A. En indre hylsepakning 21 tetter mellom den indre hylsen 2H og den ytre hylsen 2F.

Et endelokk 2J er festet til ventilhuset 2A med festeskruer 2K. Utvendig på en nedre kant rundt endelokket 21 er det anordnet en første endedekselpakning 2L som tetter mot en innvendig kant på ventilhuset 2A. En ventilsleide 3A er fastgjort i enden av en aktuatorsleide 3B som er ført gjennom en senteråpning i endelokket 21. Ventilsleiden 3A kan forskyves aksielt i den indre hylsen 2H. En andre endedekselpakning 2M anordnet i senteråpningen i endelokket 21 tetter mot aktuatorsleiden 3B. Ventilsleiden 3A er trykkbalansert ved at rmgrommet mellom aktuatorsleiden 3B og den indre hylsen 2H er forbundet med ventilhusringrommet 2D i ventilhuset 2A via kanaler 2E i ventilhuset 2A, boringer i endelokket 21 og korresponderende hull i hylsene 2F, 2H.

Ventilen 1 er åpen når ventilsleiden 3A er forskjøvet mot undersiden av ventilhusets 2A endelokk 21. Når ventilsleiden 3A gjennom aksiell forskyvning av aktuatorsleiden 3B føres gjennom den indre hylsen 2H mot utløpsporten 2C av ventilen 1, sperrer den for væskestrøm fra ringrommet 2D gjennom strømningshullene i hylsene 2F, 2H. Mel-lomposisjoner av ventilsleiden 3A som helt eller delvis sperrer for væskestrøm gjennom strømningshullene, vil frembringe struping av væskestrømmen. Når ventilsleiden 3A føres til en endeposisjon i den indre hylsen 2H, tetter den mot et sete i den indre hylsen 2H, og ventilen 1 er stengt.

Figur 1C viser en lengdesnittegning av ventilaktuatoren IA med aktuatorhuset 4 og

innvendige aktuenngsanordninger. En dobbel montasjeflens 4A med et gjennomgående hull for aktuatorsleiden 3B er festet til ventilhusets 2A endelokk 21 med skruer 4B. En første montasjeflenspakning 4C tetter mellom boringen i senter av montasjeflensen 4A og den gjennomgående aktuatorsleiden 3B. En andre montasjeflenspakning 4D

tetter mellom montasjeflensen 4A og endelokket 21. Eventuell trykkoppbygging i området mellom pakningene 4C, 4D på grunn av lekkasje mellom aktuatorsleiden 3B og endelokket 21 blir detektert ved hjelp av en trykktransmitter 4E som står i forbindelse

med området mellom pakningene 4C, 4D gjennom en boring i montasjeflensen 4A. Trykktransmitteren 4E er forbundet med et kontrollsystem (ikke vist), og deteksjon av en lekkasje ledsages av utløsing av en alarm. Montasjeflensen 4A er også forsynt med en lekkasjeport fra området mellom pakningene 4C, 4D til en tilbakeslagsventil 4F som står i forbindelse med omgivelsene.

Det er anordnet en første kappepakning 4G mellom den sylindriske aktuatorkappen 4H som omslutter akueringsanordningene og ytterkanten av montasjeflensen 4A, og en andre kappepakning 41 mellom aktuatorkappen 4H og ytterkanten av endedekselet 4J. Den sylindriske aktuatorkappen 4H er festet med skruer 4K til henholdsvis ytterkanten av montasjeflensen 4A og ytterkanten av endedekselet 4J.

Et aktuatorfeste 5A er fastgjort i montasjeflensen 4A med skruer 5B. Aktuatorfestet

5A er utformet med en gjennomgående senterboring for aktuatorsleiden 3B og med en innvendig utsparing som kan romme en sleidemutter 5C og et første sleidemutterlager 5D. Et andre sleidemutterlager 5E for den andre enden av sleidemutteren 5C er innfelt i aktuatorfestet 4A. Sleidemutteren 5C kan for eksempel være en såkalt rullemutter

eller kulemutter.

Aktuatorsleiden 3B er utformet med et utvendig gjengeparti som er i inngrep med sleidemutteren 5C. Aktuatorsleiden 3B ende har en ikke-sirkulær profil som korre-sponderer med en senteråpning i en endekapsel 5F og hindrer aktuatorsleiden 3B i å rotere når sleidemutteren 5C settes i rotasjonsbevegelse for å forskyve aktuatorsleiden 3B. Sleidemutteren 5C roteres via en tannhjulstransmisjon anordnet i en utsparing mellom montasjeflensen 4A og aktuatorfestet 5A. Sleidemutteren 5C er forsynt med et utvendig tannhjul 5H som står i inngrep med to tannhjul 51 som er montert på enden av hvert sitt sleidegir 5J som hver er anordnet på en første drivmotor, typisk en elektrisk motor 5K. Sleidegirene 5J er forsynt med hvert sitt støttelager 5L nedfelt i montasjeflensen 4A.

Som det framgår av lengdesnittegnmgen ID, kan sleidemutteren 5C i en utførelse roteres ved hjelp av et momentverktøy 10 (se figur IA) på en undervannsfarkost (ikke vist). Momentverktøyet 10 koples til en tilkoplingsanordning 6A som er montert på endedekselet 4J via en flens 6B. Dreiemomentet fra momentverktøyet 10 overføres til en momentaksel 6C som er forbundet med en friksjonskopling 6D som begrenser det påførte dreiemomentet. Fra friksjonskoplmgen 6D går det en aksling med et tannhjul 6E som står i inngrep med sleidemutterens 5C utvendige tannhjul 5H. Tannhjuls-transmisjonen er plassert i utsparingen mellom montasjeflensen 4A og aktuatorfestet

5A. Tannhjulets 6E aksling er opplagret i et støttelager 6F nedfelt i montasjeflensen 4A.

Fra utsiden av endedekselet 4J går det en kabelforbindelse (ikke vist) gjennom en kabelgjennomføring 7 for signaloverføring og elektrisk strømforsyning. Eventuelt kan det være aktuelt med flere kabelgjennomføringer. Pa innsiden av aktuatorkappen 4H, mellom kabelgjennomføringen 7 og en elektronikkbeholder (ikke vist), går det flere kabelforbindelser (ikke vist). Aktuatorhuset 4 er fylt med et elektrisk isolerende me-dium, eksempelvis silikonolje, og er trykkompensert mot det omgivende sjøvannstryk-ket via en i og for seg kjent trykkompensator 8 (se figurene 2B og 2C).

Aktuatoren 1 kan eventuelt være forsynt med en posisjonssensor 9 (se figur lc) for registrering av sleidemutterens 5C omdreininger.

Claims (9)

1. Anordning ved en ventilaktuator (1),karakterisert vedat ventilaktuatoren (1) er forsynt med en sleidemutter (5C) som omslutter et parti av en aktuatorsleide (3B) og står i inngrep med et utvendig gjengeparti anordnet på aktuatorsleiden (3B), idet sleidemutteren (5C) er aksielt fiksert relativt aktuatorsleiden (3B); aktuatorsleiden (3B) står i rotasjonshindrende inngrep med et parti (5F) av et aktuatorfeste (5A) eller et ventilhus (2A); og sleidemutteren (5C) er via transmisjonsmidler (5H, 51, 51; 5H, 6C, 6D, 6E) forbundet med en drivmotor (5K, 10).

2. Anordning ifølge krav 1, hvor den minst ene drivmotoren er en elektromotor (5K) anordnet i et trykktett aktuatorhus (4).

3. Anordning ifølge krav 1, hvor ventilaktuatoren (IA) er forsynt med en tilkoplingsanordning (6A) for en andre, flyttbar drivmotor (10), og tilkoplingsanordningen (6A) står i inngrep med sleidemutteren (5C) via transmisjonselemen-ter (5H, 6C, 6D, 6E).

4. Anordning ifølge krav 1, hvor transmisjonselementene (5H, 6C, 6D, 6E) omfatter en friksjonskopling (6D).

5. Anordning ifølge krav 3, hvor den andre, flyttbare drivmotoren (10) er et undervanns momentverktøy.

6. Anordning ifølge krav 1, hvor det til sleidemutteren (5C) eller transmisjonsmidlene (5H, 51, 5J; 5H, 6C, 6D, 6E) er tilknyttet en posisjonssensor (9) innrettet til å kunne registrere sleidemutterens (5C) rotasjon.

7. Framgangsmåte for betjening av en ventil (1),karakterisertved at framgangsmåten omfatter trinnet: ved rotasjon av en sleidemutter (5C) som omslutter et parti av en aktuatorsleide (3B), står i inngrep med et utvendig gjengeparti anordnet på aktuatorsleiden (3B) og er aksielt fiksert relativt aktuatorsleiden (3B), å tilveiebringe en aksiell forskyvning av aktuatorsleiden (3B), idet rotasjonen tilveiebringes med hjelp av minst én drivmotor (5K, 10).

8. Framgangsmåte ifølge krav 7, hvor den minst ene drivmotoren er en elektromotor (5K) anordnet i et trykktett aktuatorhus (4), og elektromotoren (5K) er tilknyttet et programmerbart styresystem.

9. Framgangsmåte ifølge krav 7, hvor den minst ene drivmotoren er et moment-verktøy (10) anordnet på en undervannsfarkost og midlertidig tilknyttet transmisjonselementene (6C, 6D, 6E, 5H) via en utvendig tilkoplingsanord-nmg (6A) for undervanns momentverktøy.