NO334377B1 - Et utløsersystem - Google Patents

Abstract

Et utløsersystem omfattende en aksel (25), en anordning innrettet for å energisere akselen (25) og minst ett aktivert organ (33) drevet av anordningen for å energisere akselen (25), er beskrevet. Anordningen som er innrettet for å energisere akselen (25), omfatter et antall transversale fluksmotorer (23).

Description

TEKNISK OMRADE

Foreliggende oppfinnelse vedrører en olje- og gassinstallasjon omfattende et utløsersystem og en ventil aktivert ved hjelp av systemet, hvor systemet omfatter en aksel, og en anordning innrettet for å energisere akselen, hvor ventilen blir aktivert ved hjelp av anordningen for å energisere akselen (25).

Oppfinnelsen vedrører også en fremgangsmåte for utløsning av en ventil i en olje- og gassinstallasjon ved hjelp av en aksel og en anordning for å energisere akselen.

Utløsningssystemer i henhold til oppfinnelsen er generelt for anvendelse til å utløse elementer slik som ventiler i en rekke forbindelser. En spesiell forbindelse er i undersjøiske og overvannsdeler av olje- og gassinstallasjoner. I disse forbindelsene kan utløsningsanordninger benyttes til å operere ventiler lineært, roterende eller på annen måte. Foreliggende oppfinnelse kan brukes i en hvilken som helst forbindelse hvor et elektrisk drivsystem blir benyttet. Andre eksempler kan innbefatte den kjemiske industrien, pulp- og papirindustrien og anlegg for kloakkbehandting.

Uttrykket fjæranordning, slik det brukes her, skal tolkes i vid forstand. Det kan innbefatte mekaniske, pneumatiske så vel som hydrauliske fjærer. I de fleste tilfeller er det imidlertid tenkt på en mekanisk fjær.

BAKGRUNN FOR OPPFINNELSEN OG KJENT TEKNIKK

Spesielt i forbindelse med installasjoner som håndterer olje og gass er det vanligvis behov for hurtig utløsning av ventiler. Dette skyldes i det minste delvis beskaffenheten av det materiale som håndteres i installasjonene. Langs disse ledningene er det behov for å opprettholde styring over strømningen av olje, gass eller andre materialer som potensielt kan unnslippe fra installasjonene, for derved å forhindre mulige miljøødeleggelser. Ønske om å regulere strømningen i slike installasjoner kan også uttrykkes i et ønske om redundans med hensyn til reguleringsmekanismer så vel som sviktsikre mekanismer.

Kjente elektriske drivanordninger som brukes for å aktivere ventiler i undersjøiske olje- og gass-utvinningssystemer er langsomme med et forsinkel-sestidsintervall på omkring tretti sekunder. Derved blir konvensjonelle elektriske motorer brukt for det formål å drive en aksel som igjen utløser en ventil eller lignende. I visse situasjoner, f.eks. nødsituasjoner, vit det være ønskelig med en hurtigere aktivering

FORMÅL MED OPPFINNELSEN

Det er et formål med foreliggende oppfinnelse å tilveiebringe et utløser-system som er velegnet for formålet med å utløse ventiler, både hurtig og med en viss grad av redundans.

OPPSUMMERING AV OPPFINNELSEN

Formålet med oppfinnelsen blir oppnådd ved hjelp av utløsersystemet som er definert innledningsvis,karakterisert vedat anordningen som er innrettet for å energisere akselen, omfatter et antall transversale fluksmotorer, og at systemet videre omfatter et antall returfjærer, hvor fjærene er anordnet på vekslende måte i et innfellende arrangement med hensyn til motorene, og er operative for å tilbakeføre systemet til en forutbestemt stilling ved kraftsvikt. Innbefatning av et antall motorer kan forsyne oppfinnelsen med en grad av redundans. Den transversale fluksmotoren er "pannekakeformet" og krever derved mindre plass i den langsgående retningen til akselen. Transversale fluksmotorer roterer vanligvis langsomt, har stort dreiemoment og tav "rotasjonstreghet". I henhold til foretrukne utførelsesformer kan en slik motor ha en rotasjonshastighet under omkring 5 rpm, med et dreiemoment i størrelsesorden omkring 20 Nm Akselerasjonstiden fra stillestående til full hastighet kan være i størrelsesorden omkring 0,1 sekunder. Dette kan gjøre det mulig for motoren å akselerere fra stillstand til full hastighet meget hurtig. Hvis motoren treffer et endeanslag ved full hastighet, blir også støtet også meget mindre enn for en motor med høy hastighet. Bruken av transversale fluksmotorer vil derfor garantere en hurtig aktivering av utløsersystemet.

Energtsering av akselen slik det kalles her, vil bety å rotere akselen ved hjelp av en motor.

Ifølge en foretrukket utførelsesform omfatter systemet tre suksessivt anordnede motorer.

Utløsersystemet bør også oppvise en sviktsikker funksjon, som garanterer retur av en utløst ventil, til en forutbestemt posisjon i tilfelle av kraftsvikt eller andre problemer. Et kabelkutt kan f.eks. avbryte en strøm av kraft til en elektrisk motor for et utløsersystem. I forbindelse med en ventil bør typisk ventilen da bli returnert til lukket stilling eller til en åpen stilling i en sviktsikker modus. Ifølge en foretrukket utførelsesform av oppfinnelsen omfatter derfor utløsersystemet minst én fjær som er operativ for å returnere systemet til en forutbestemt posisjon ved kraftsvikt.

Ifølge en utførelsesform omfatter den minst ene fjæren en spiralfjær. Slike fjærer er spesielt nyttige både for roterende utgang, slik som en kuleventil, og for lineær utgang, stik som for en seteventil.

Ifølge en alternativ løsning omfatter systemet et antall spiralfjærer innrettet for å returnere systemet til en forutbestemt posisjon ved kraftsvikt.

I henhold til en annen utførelsesform omfatter den minst ene fjæren en lineær fjær. Lineære fjærer, slik som "Bellevue-tetningsringer", som er beskrevet i den publiserte europeiske patentsøknaden 1 333 207, tilveiebringer en mengde kraft i et lite volum. En slik fjær blir typisk brukt i utløsere med en lineær utgang. Hvis utløsersystemet produserer en lineær utgangsutløser, så kan en fjær av "lineær" type brukes for den sviktsikre handlingen

Utløsersystemet omfatter fortrinnsvis et antall motorer og et antall fjærer, hvor fjærene er anordnet vekslende i et innfetlingsarrangement med hensyn til motorene. I slike tilfeller blir spiralfjærer ofte foretrukket siden de er velegnet for formålet med å bli innfelt mellom individuelle motorer langs en aksel. Antallet fjærer kan være mindre enn antallet motorer. I henhold til en foretrukket utførelsesform omfatter systemet tre motorer og to fjærer anordnet vekslende langs en felles aksel

Systemet kan videre omfatte en rotasjon/lineær-omformer som tjener til å omforme roterende bevegelse av akselen til en lineær utgang for å tilveiebringe en valgfri lineær utgang Den kan også omfatte et planetgir anordnet mellom motorene og rotasjon/lineær-omformeren for å kompensere for forskjeller i hastighet mellom motoren og kravene til rotasjon/lineær-omformeren. Avhengig av tilveiebringelsen av en rotasjon/lineær-omformer vil systemet derfor oppvise en roterende utgang eller en lineær utgang. I tilfelle av en lineær utgang, kan en lineær returfjær og vil mest sannsynlig, bli brukt.

En styrtngsenhet kan være innbefattet i utløsersystemet for å koordinere motorene. Styringsenheten kan f.eks. bidra til å sikre at motorene roterer i samme retning og med samme hastighet.

Motorene, fjærene og andre elementer i et utløsersystem i henhold til foreliggende oppfinnelse kan fortrinnsvis befinne seg i et vanntett hus, fortrinnsvis fylt med olje.

Formålet med oppfinnelsen blir også oppnådd ved hjelp av den innledningsvis angitte fremgangsmåten,karakterisert vedat den omfatter trinnet å operere et antall transversale fluksmotorer for å energisere akselen for å drive ventilen ifølge krav 16.

Fremgangsmåten omfatter også trinnet å aktivere ventilen til en forutbestemt posisjon med minst ett fjærorgan ved kraftsvikt.

Som nevnt ovenfor, er foreliggende oppfinnelse spesielt nyttig i under-sjøiske omgivelser. Noen spesielle anvendelser som foreliggende oppfinnelse kan benyttes i forbindelse med, kan innbefatte hurtige reguleringsvenner for, f.eks., gass/væske-separatorstyrtng, antistøtkompressorstyring og minimumsstrømnings-regulering for pumper. Hurtige reguleringsvenner kan også anvendes i f.eks. trykkregulering, nivåregulering, hastighetsreguiering, antistøtregulering, minimumsstrømningsregulering og strømningsregulering. Disse representerer noen få eksempler hvor foreliggende oppfinnelse fortrinnsvis kan benyttes.

Ytterligere trekk og fordeler ved foreliggende oppfinnelse vil bli beskrevet i den følgende detaljerte beskrivelse så vel som i de vedføyde patentkravene.

KORT BESKRIVELSE AV TEGNINGENE

Formål og fordeler ved foreliggende oppfinnelse vil bli tydeligere forstått fra den følgende beskrivelse betraktet i forbindelse med de vedføyde tegningene, hvor. Fig. 1 viser en utførelsesform av en utløser i henhold til foreliggende oppfinnelse; Fig. 2 viser en annen utførelsesform av en utløser i henhold til foreliggende oppfinnelse; Fig. 3 viser en tredje utførelsesform av en utløser i henhold til foreliggende oppfinnelse; Fig. 4 viser en fjerde utførelsesform av en utløser i henhold til foreliggende oppfinnelse; og Fig. 5 viser en utførelsesform av en styringsenhet i henhold til foreliggende oppfinnelse.

DETALJERT BESKRIVELSE AV OPPFINNELSEN

Fig. 1 illustrerer en utførelsesform av et utløsersystem i henhold til foreliggende oppfinnelse. Utførelsesformen som er vist på fig. 1, innbefatter et oljefylt, trykk-kompensert motorhus 1 som rommer motorene og fjærene blant andre elementer. Motorhuset innbefatter et grensesnitt 3 for et fjernstyrt fartøy (ROV). Denne utførelsesformen av en utløser i henhold til foreliggende oppfinnelse driver en kule- eller sete-ventil 5 anordnet i en ledning 6. En elektronisk modul 7 er forbundet med motorhuset gjennom et 220 volt kraftgrensesnitt 9.1 henhold til denne utførelsesformen innbefatter den elektroniske modulen også et PROFIBUS DP-grensesnitt 11 innrettet for å motta posisjonskommandoer fra et overvåkningsstyresystem og for å rapportere statusinformasjon tilbake til overvåkningsstyresystemet. PROFIBUS DP er en kjent instrumenteringsfeltbuss. Andre tilsvarende grensesnitt kan alternativt benyttes. Fig. 2 illustrerer en utførelsesform av en roterende utforming av utløser-systemet i henhold til foreliggende oppfinnelse. Denne utførelsesformen innbefatter et oljefylt motorhus eller en innkapsling 15. Motorinnkapslingen innbefatter et grensesnitt 17 for et fjernstyrt fartøy (ROV) og en konnektor 19 for et fjernstyrt fartøy (ROV). En trykk-kompensator 21 kan være anordnet i en åpning i en vegg i motorinnkapslingen for å ta seg av trykkdifferanser mellom innsiden av motorinnkapslingen og det ytre miljøet. Tre uavhengige motorer 23 er anordnet på en felles aksel 25. To uavhengige klokkefjærer 27 er vekslende arrangert med motorene 23. En posisjonssensor 29 er innbefattet for å avføle rotasjons-posisjonen til akselen. Et planetgir 31 er koplet til akselen. Denne utførelses-formen innbefatter et grensesnitt til Va dreieventil 33. Fig. 3 illustrerer en utførelsesform av en lineær utforming av et utløsersystem i henhold til foreliggende oppfinnelse. Denne utførelsesformen innbefatter en oljefylt motonnnkapsling 35. Motorinnkapslingen innbefatter et fjernstyrt fartøy-grensesnitt 37 og en fjernstyrt fartøy-konnektor 39. En trykk-kompensator 41 er anordnet i en åpning i en vegg i motorinnkapslingen for å håndtere trykkdifferanser mellom det indre av motorinnkapslingen og det ytre miljø. Tre uavhengige motorer 43 er anordnet på en felles aksel 45. To uavhengige klokkefjærer 47 er vekslende anordnet mellom motorene. En posisjonssensor 49 er innbefattet for å avføle rotasjonsstillingen til akselen. Et planetgir 51 er forbundet med akselen. En rotasjon/lineær-omformer 53 er operativt forbundet med akselen for å omforme roterende bevegelse frembrakt av motorene til lineær bevegelse. Denne utførelsesformen innbefatter et grensesnitt til en lineært virkende ventil 55.

Fig. 4 illustrerer en utførelsesform av en annen lineær utforming av et utløsersystem i henhold til foreliggende oppfinnelse. Denne utførelsesformen innbefatter en oljefylt motorinnkapsling 57. Motorinnkapslingen innbefatter et fjernstyrt fartøy-grensesnitt 59 og en fjernstyrt fartøy-konnektor 61. En trykk-kompensator 63 er anordnet i en åpning i en vegg i motorinnkapslingen for å håndtere trykkdifferanser mellom det indre av motorkapselen og det omgivende miljø. Tre uavhengige motorer 65 er anordnet på en felles aksel 67. En posisjonssensor 69 er innbefattet for å avføle den rotasjonsmessige stillingen til akselen. Et planetgir 71 er forbundet med akselen. En rotasjon/lineær-omformer 73 er operativt forbundet med akselen for å omforme roterende bevegelse som frembringes av motorene, til lineær bevegelse En slik omformer kan innbefatte et gjenget aksel- og mutter-arrangement (se EP 1 333 207). En lineær fjær og lås 75 er anordnet på akselen. Denne utførelsesformen innbefatter et grensesnitt til en lineært virkende ventil 77.

Når det gjelder virkemåten til den lineære fjæren og låsen 77, blir den foretrukket å være i samsvar med europeisk patentsøknad EP 1 333 207 hvis innhofd herved innbefattes ved referanse. Mer nøyaktig innbefatter rotasjon/ lineær-omformeren 73 som frembringer en lineær bevegelse, dreiemoment-reaksjonsanordninger (ikke vist) som ved normal drift er i en aktivert tilstand og tilveiebringer en dreiemomentreaksjonsbane for å gjøre det mulig for det drevne organet å bli beveget reversert mellom første og annen stilling, idet det drevne organet blir hindret fra å rotere, men som i tilfelle av en svikt, er i en deaktivert tilstand slik at det ikke lenger tilveiebringer dreiemomentreaksjonsbanen, og fjæren 75 kan bevege det drivende organet til nevnte første posisjon uten fråkopling av rotasjonsbevegelsesanordningen, dvs akselen. Den sviktsikre mekanismen må derfor ikke drive utløseren i reversert retning gjennom dens forholdsvis kompliserte mekanisme, som innbefatter motoren eller motorene, girboksen og rotasjon/lineær-omformeren. Eventuell fastkiling i slike deler vil følgelig ikke hindre virkemåten av den sviktsikre mekanismen.

Fig. 5 illustrerer en utførelsesform av en styringsenhet i henhold til foreliggende oppfinnelse. Denne utførelsesformen av en styringsenhet innbefatter styringselektronikk 79, tre kraftforsyninger 81 og tre kraftelektronikkenheter 83.

Et utløsersystem i henhold til foreliggende oppfinnelse innbefatter typisk et antall transversale fluksmotorer. To, tre etler flere motorer kan benyttes. En utførelsesform innbefatter seks slike motorer. Motorene kan være anordnet stablet langs en felles aksel. Et hvitket som helst arrangement, spesielt de som tillater ytterligere motorer for å tilveiebringe redundant kraft, kan være benyttet.

Foreliggende oppfinnelse kan også innbefatte kraftelektronikk og kraftforsyninger som er operativt forbundet med motorene. Utløsersystemet kan også innbefatte et antall elektronikkenheter og kraftforsyninger for å tilveiebringe en grad av redundans. Langs disse linjene kan noen utførelsesformer av oppfinnelsen innbefatte en kraftelektronikkenhet og en kraftforsyning pr. motor. Ifølge et eksempel, hvis fire motorer er nødvendig for å tilveiebringe kraft til systemet, så kan systemet innbefatte seks motorer slik at to kan svikte og likevel gjøre det mulig å drive systemet med full ytelse.

Foreliggende oppfinnelse kan også innbefatte et sviktsikkert system. Det sviktsikre systemet kan innbefatte ett eller flere fjærorganer innrettet for å returnere ventilen eller et annet organ som aktiveres, tii en forutbestemt eller trygg stilling. I tilfelle av en ventil er den sviktsikre eller forutbestemte posisjonen typisk den lukkede stillingen, men kan også være den åpne stillingen.

Det bør innses at oppfinnelsen er blitt vist ved hjelp av eksempel i de ovenfor beskrevne utførelsesformene. Et antall alternative utførelsesformer vil derfor være opplagte for en fagkyndig på området uten å gå ut over rammen for oppfinnelsen stik den er beskrevet her og i illustrert på de vedføyde tegningene.

Claims (16)

1. Olje- og gassinstallasjon omfattende et utløsersystem og en ventil aktivert ved hjelp av systemet, hvor systemet omfatter: en aksel (25); og en anordning innrettet for å energisere akselen (25); hvor ventilen blir aktivert ved hjelp av anordningen for å energisere akselen (25),karakterisert vedat anordningen som er innrettet for å energisere akselen (25) omfatter et antall transversale fluksmotorer (23), og at systemet videre omfatter et antall returfjærer (27), hvor fjærene (27) er anordnet på vekslende måte i et innfellende arrangement med hensyn tit motorene (23), og er operative for å tilbakeføre systemet til en forutbestemt stilling ved kraftsvikt.

2. Installasjon ifølge krav 1, karakterisert vedat systemet omfatter tre suksessivt arrangerte motorer (23).

3. Installasjon ifølge et av kravene 1-2, karakterisert vedat fjærene (27) omfatter spiralfjærer (27).

4 Installasjon ifølge et av kravene 1-3, karakterisert vedat fjærene omfatter lineære fjærer

5. Installasjon ifølge et av kravene 1-4, karakterisert vedat den videre omfatter: en rotasjon/lineær-omformer (53) innrettet for å omforme rotasjonsbevegelse av akselen (45) til lineær utgang.

6. Installasjon ifølge krav 5, karakterisert vedat den videre omfatter et planetgir (51) anordnet mellom motorene (43) og rotasjon/lineær-omformeren (53).

7 Installasjon ifølge et hvilket som helst av kravene 1-6, karakterisert vedat den videre omfatter en styringsenhet (79,81,83) innrettet for å styre driften av utløsersystemet.

8 Installasjon ifølge et av kravene 1-7, karakterisert vedat den videre omfatter. et kammer (15) som rommer motorene (23) og fjærene (27).

9 Installasjon ifølge krav 8, karakterisert vedat motorkammert (15) er oljefylt.

10 Installasjon ifølge krav 8 eller 9, karakterisert vedat motorkammeret (15) omfatter minst et fjernstyrt fartøy-grensesnitt (17) og minst én fjernstyrt fartøy-konnektor (19).

11. Installasjon ifølge et av kravene (8-10), karakterisert vedat motorkammeret (15) omfatter en trykk-kompensator (21).

12. Installasjon ifølge et av kravene 1-11, karakterisert vedat den videre omfatter: et grensesnitt (9) operativt forbundet med akselen (25) og ventilen.

13. Installasjon ifølge et av kravene 1-12, karakterisert vedat den videre omfatter: en posisjonssensor (11) innrettet for å bestemme en posisjon av akselen (25).

14. Installasjon ifølge krav 13, karakterisert vedat når utløseren er i den forutbestemte posisjonen, er ventilen (33) lukket.

15. Installasjon iføgle krav 13, karakterisert vedat når uløseren er i den forutbetemte posisjonen, er ventilen (33) åpen.

16. Fremgangsmåte for utløsing av en ventil (33) i en olje- og gassinstallasjon ved hjelp en akset (25) og en anordning (23) for å energisere akselsen (25),karakterisert vedat fremgangsmåten omfatter trinnet å operere anordningen som omfatter et antall transversale fluksmotorer (23), og et antall returfjærer (27), hvor fjærene (27) er anordnet på vekslende måte i et innfellende arrangement med hensyn til motorene (23) for å energisere akselen (25), og er operative for å tilbakeføre ventilen (33) til en forutbestemt stilling ved kraftsvikt.