NO338687B1

NO338687B1 - Trykkregulatoranording for et system

Info

Publication number: NO338687B1
Application number: NO20090192A
Authority: NO
Inventors: Thomas M Bell; Scott D Ward
Original assignee: Onesubsea Ip Uk Ltd
Priority date: 2006-07-12
Filing date: 2009-01-13
Publication date: 2016-09-26
Also published as: US20080011355A1; GB0900293D0; WO2008008307A3; WO2008008307A2; GB2452463A; US7520297B2; NO20090192L; GB2452463B; BRPI0712917A2

Description

OPPFINNELSENS OMRÅDE

[0001] Foreliggende oppfinnelse vedrører generelt trykkregulering innenfor et system. Mer spesifikt vedrører foreliggende oppfinnelse en hittil ukjent trykkregulatoranordning for slike systemer.

BAKGRUNN

[0002] Denne seksjonen er ment for å introdusere leseren for forskjellige aspekter ved teknikken som kan være beslektet med forskjellige aspekter ved foreliggende oppfinnelse, som er beskrevet og/eller krevet beskyttelse for nedenfor. Denne redegjørelsen antas å være nyttig for å gi leseren bakgrunnsinformasjon for å bidra til en bedre forståelse av de forskjellige aspekter ved foreliggende oppfinnelse. Følgelig må det forstås at denne redegjørelsen skal leses i lys av dette, og ikke som innlemmelse av kjent teknikk.

[0003] Som en vil forstå har forsyningen av olje og naturgass en sterk innvirkning på moderne økonomier og sivilisasjoner. Anordninger og systemer som avhenger av olje og naturgass finnes over alt. For eksempel anvendes olje og naturgass som drivstoff av en rekke forskjellige kjøretøyer, så som biler, fly, båter og liknende. Videre anvendes olje og naturgass ofte for å varme opp hus om vinteren, for å produsere elektrisitet og for å tilvirke en lang rekke hverdagsartikler.

[0004] For å møte etterspørselen etter disse ressursene bruker bedrifter ofte en betydelig mengde tid og penger på å lete etter og utvinne olje, naturgass og andre undergrunnsressurser fra jorden. Spesielt, når en ønsket ressurs er oppdaget under jordoverflaten, anvendes ofte et boresystem for å komme til og utvinne ressursen. Disse boresystemene kan være anordnet på land eller til sjøs avhengig av hvor en ønsket ressurs befinner seg. Videre omfatter slike systemer en lang rekke komponenter, så som ventiler, som styrer bore- eller utvinningsoperasjoner. Ofte blir noen av disse komponentene styrt gjennom trykkvariasjon, for eksempel den som besørges av et hydraulisk styringssystem.

[0005] I noen slike systemer anvendes en hydraulisk trykkregulator for å forsyne et fluid under et regulert trykk til komponenter nedstrøms, så som magnetventiler. Én vanlig type hydraulisk trykkregulator har et styrestempel som beveger seg frem og tilbake for å åpne og lukke både inntaksporter og utslippsporter i regulatoren som reaksjon på trykknivået inne i regulatoren. Ettersom funksjonaliteten til et boresystem som helhet kan avhenge av at den hydrauliske trykkregulatoren fungerer korrekt, er det i alminnelighet ønskelig å anvende en trykkregulator som er både bestandig mot og følsom for trykkendringer. Når en slik regulator brukes under vann, kan videre det å avbryte produksjonen fra systemet for å bytte ut en undervanns trykkregulator være spesielt uønsket.

[0006] Det er derfor et behov for en trykkregulator som utviser økt følsomhet for endringer i trykket inne i regulatoren samt økt pålitelighet.

OPPSUMMERING

[0007] Enkelte aspekter har en ramme som sammenfaller med den til den opprinnelig krevde oppfinnelsen som angitt nedenfor. Det må forstås at disse aspektene kun er presentert for å gi leseren en kort oppsummering av noen former oppfinnelsen vil kunne ta, og at disse aspektene ikke er ment for å begrense oppfinnelsens ramme. Oppfinnelsen kan også omfatte en rekke forskjellige aspekter som ikke er vist nedenfor.

[0008] Utførelsesformer av foreliggende oppfinnelse vedrører generelt en hittil ukjent trykkregulator. I noen utførelsesformer er trykkregulatoren en hydraulisk trykkregulator innrettet for bruk til å styre komponenter i et boresystem. I én utførelsesform har den illustrerende trykkregulatoren flere interne stempler, omfattende to stempler som aktiveres uavhengig av hverandre for å åpne og lukke respektive porter i regulatoren. I en annen utførelsesform omfatter trykkregulatoren et internt dempetrekk for å øke trykkregulatorens stabilitet. I en ytterligere utførelsesform omfatter trykkregulatoren en tetningsplate med en åpning som er delvis utformet i overensstemmelse med geometrien til en respektiv andel av en samvirkende pakningsring. I nok en annen utførelsesform kan trykkregulatoren omfatte en momentreduserende justeringsmekanisme som muliggjør justering av hvor mye spennkraft som påføres på et stempel inne i trykkregulatoren av en belastningsfjær uten å påføre en vesentlig rotasjonskraft på belastingsfjæren. I en ytterligere utførelsesform omfatter trykkregulatoren en anordning for å slippe ut styrefluid fra trykkregulatorens hovedlegeme, gjennom en kanal og inn i et separat kammer inne i trykkregulatoren for å skylle ut kontaminanter, væske eller annet uønsket materiale fra det separate kammeret. Ytterligere utførelsesformer av foreliggende oppfinnelse kan også omfatte forskjellige kombinasjoner av trekkene angitt over.

[0009] Forskjellige videreutviklinger av trekkene angitt over kan forekomme i forbindelse med forskjellige aspekter ved foreliggende oppfinnelse. Ytterligere trekk kan også innlemmes i disse forskjellige aspektene. Disse videreutviklingene og ytterligere trekkene kan forekomme hver for seg eller i en hvilken som helst kombinasjon. For eksempel kan forskjellige trekk beskrevet nedenfor i forbindelse med én eller flere av de illustrerte utførelsesformene innlemmes i hvilke som helst av de ovenfor beskrevne aspektene ved foreliggende oppfinnelse, alene eller i en hvilken som helst kombinasjon. Som nevnt er den korte oppsummeringen gitt over kun ment for å gjøre leseren kjent med utvalgte aspekter ved og bakgrunnen for foreliggende oppfinnelse uten å begrense oppfinnelsen det kreves beskyttelse for, idet ytterligere aspekter ved den foreliggende oppfinnelse vil fremkomme ved de tilhørende patentkravene.

KORT BESKRIVELSE AV FIGURENE

[0010] De ovennevnte og andre trekk, aspekter og fordeler med foreliggende oppfinnelse vil forstås bedre når den følgende detaljerte beskrivelsen leses under henvisning til de vedlagte figurene, der like tegn representerer like elementer, og der:

[0011] Figur 1 er et blokkdiagram av et eksempel på ressursutvinningssystem med en trykkregulator ifølge én utførelsesform av foreliggende oppfinnelse;

[0012] Figur 2 er en perspektivskisse av et eksempel på trykkregulator ifølge én utførelsesform av foreliggende oppfinnelse;

[0013] Figur 3 er et tverrsnitt gjennom trykkregulatoren i figur 2, og illustrerer eksempler på interne komponenter i trykkregulatoren ifølge én utførelsesform av foreliggende oppfinnelse;

[0014] Figur 4 er et aksielt tverrsnitt gjennom trykkregulatoren i figur 3;

[0015] Figur 5 er et detaljert utsnitt av trykkregulatoren i figur 3 som innbefatter to interne stempler ifølge én utførelsesform av foreliggende oppfinnelse;

[0016] Figur 6 er et annet detaljert utsnitt av trykkregulatoren i figur 3, og illustrerer lukking av inntaksporter i trykkregulatoren ifølge én utførelsesform av foreliggende oppfinnelse;

[0017] Figur 7 er et ytterligere detaljert utsnitt av trykkregulatoren i figur 3, og illustrerer åpning av utslippsporter i trykkregulatoren ifølge én utførelsesform av foreliggende oppfinnelse;

[0018] Figur 8 er en perspektivskisse av et eksempel på tetningsplate i trykkregulatoren i figur 3 ifølge én utførelsesform av foreliggende oppfinnelse;

[0019] Figur 9 er et utsnitt av tetningsplaten i figur 8;

[0020] Figur 10 er et detaljert utsnitt av trykkregulatoren i figur 3, og illustrerer et dempetrekk anordnet inne i trykkregulatoren ifølge én utførelsesform av foreliggende oppfinnelse;

[0021] Figur 11 er et detaljert utsnitt av trykkregulatoren i figur 3, og illustrerer en belastningsfjær-justeringsmekanisme ifølge én utførelsesform av foreliggende oppfinnelse; og

[0022] Figur 12 er et tverrsnitt gjennom et eksempel på trykkregulator med en anordning for å skylle et fjærkammer inne i trykkregulatoren ifølge én utførelsesform av foreliggende oppfinnelse.

DETALJERT BESKRIVELSE AV KONKRETE UTFØRELSESFORMER

[0023] Én eller flere konkrete utførelsesformer av foreliggende oppfinnelse vil bli beskrevet nedenfor. I et forsøk på å gi en kortfattet beskrivelse av disse utførelsesformene er ikke alle trekk ved en faktisk utførelse nødvendigvis beskrevet i beskrivelsen. Det må forstås at i utviklingen av enhver slik faktisk utførelse, som i ethvert teknisk prosjekt eller utviklingsprosjekt, en rekke utførelsesspesifikke bestemmelser må tas for å oppnå utviklerens spesifikke mål, så som overholdelse av system relaterte og forretningsrelaterte føringer, som kan variere fra én utførelse til en annen. Videre må det forstås at en slik utviklingsjobb kan være komplisert og tidkrevende, men vil likevel være et rutinemessig utformings-, tilvirknings- og produksjonsforetagende for fagmannen gitt denne beskrivelsen.

[0024] Ved angivelse av elementer i forskjellige utførelsesformer av foreliggende oppfinnelse er bruken av bestemte og ubestemte entallsformer og "nevnte" ment å bety at det finnes ett eller flere av elementene. Ordene "omfatter", "omfattende", "med" og "har" og tilsvarende ord er ment inkluderende og å bety at det kan finnes ytterligere elementer i tilegg til de angitte elementene. Videre er bruken av "øvre", "nedre", "over", "under" og varianter av disse ordene gjort av hensiktsmessige årsaker, men impliserer ikke noen som helst bestemt orientering av komponentene.

[0025] Et eksempel på boresystem 10 ifølge én utførelsesform av foreliggende oppfinnelse er illustrert i figur 1. Systemet 10 letter spesielt utvinning av en ressurs, for eksempel olje eller naturgass, fra en brønn 12. Systemet 10 omfatter en rekke forskjellig utstyr, omfattende overflateutstyr 14, stigerørsutstyr 16 og stakk-utstyr 18, for å utvinne ressursen fra brønnen 12 gjennom et brønnhode 20. Systemet 10 kan benyttes i en rekke forskjellige bore- eller utvinningsscenarier, omfattende boring på land og til sjøs, dvs. under vann. I ett scenario med undervanns utvinning av ressurser er overflateutstyret 14 anordnet på en borerigg på vannoverflaten, stakk-utstyret 18 er koblet til brønnhodet 20 nær ved havbunnen, og utstyret 14 og 18 er koblet til hverandre via stigerørsutstyret 16.

[0026] Som en vil forstå kan overflateutstyret 14 omfatte en rekke forskjellige anordninger og systemer, så som pumper, kraftforsyninger, kabel- og slangetromler, styreenheter, en avleder, en slingrebøyle, et inspeksjonsdekk og liknende. Tilsvarende kan også stigerørsutstyret 16 omfatte en rekke forskjellige komponenter, så som stigerørdeler, påfyllingsventiler, styreenheter og en trykk/temperatur-signalomformer, for å nevne noe. Stigerørsutstyret 16 letter transport av den utvunnede ressursen til overflateutstyret 14 fra stakk-utstyret 18 og brønnen 12.

[0027] Stakk-utstyret 18 omfatter også en rekke komponenter, så som utblåsnings-sikringer og/eller produksjonstrær, eller "juletrær", for å utvinne den ønskede ressursen fra brønnhodet 20 og transportere den til overflateutstyret 14 og stigerørsutstyret 16. I den her illustrerte utførelsesform en styres driften av stakk-utstyret 18 av et eksempel på styresystem 22. Styresystemet 22 omfatter en trykkregulator 24 og flere ventiler 26 som styrer strømning gjennom systemet 10. I noen utførelsesformer er én eller flere av de flere ventilene en del av en utblåsningssikring eller et juletre.

[0028] I et utførelseseksempel er videre trykkregulatoren 24 en hydraulisk trykkregulator, og de flere ventilene 26 omfatter magnetventiler. Som en vil forstå kan ventilene 26 ha en spesifikk trykkgrense, for eksempel 207 bar (3000 psi). I hydraulikksystemer blir gjerne et innledende forsyningstrykk forsynt til styresystemet 22, for eksempel fra en bank av akkumulatortanker, som er høyere enn trykkgrensen til forskjellige system komponenter, så som ventilene 26, for å lette opprettholdelse av tilstrekkelig trykk på systemets komponenter også under perioder med høy bruksbelastning. I systemet 10 muliggjør trykkregulatoren 24 regulering av forsyningstrykket for å levere et regulert trykk til komponenter nedstrøms, så som ventilene 26. Selv om trykkregulatoren 24 i den her illustrerte utførelsesformen er en komponent i stakk-utstyret 18, vil det forstås at i andre utførelsesformer, trykkregulatoren 24 kan være anordnet i andre deler av systemet 10, for eksempel være en komponent i overflateutstyret 14, innenfor rammen av foreliggende oppfinnelse. Videre kan noen utførelsesformer omfatte flere trykkregulatorer 24, som kan være innrettet for å motta og sende ut styrefluid med de samme respektive trykknivåer, eller alternativt slik at to trykkregulatorer 24 mottar og/eller sender ut fluider med trykknivåer som avviker mellom de to regulatorene 24.

[0029] Et eksempel på trykkregulator 24 er illustrert i figur 2. Trykkregulatoren 24 omfatter et langstrakt hus eller legeme 30 med et øvre hus 32 og et nedre hus 34 for å inneholde forskjellige interne komponenter, som beskrevet nærmere nedenfor. Øvre og nedre endedeksler 36 og 38 er festet til det nedre huset 34, og et endedeksel 40 er festet til det øvre huset 32 for å lukke inn de ovennevnte interne komponentene i legemet 30. I utførelsesformen illustrert her er endedekslene 36 og 38 festet til det nedre huset 34 gjennom et antall festeanordninger 42. Selv om festeanordningene 42 i utførelsesformen illustrert her er bolter som står gjennom endedekslene 36 og 38 og inn i det nedre huset 34, skal det bemerkes at endedekslene 36 og 38 kan være festet til det nedre huset 34 på en rekke forskjellige andre måter, omfattende gjennom trykklåser, andre mekaniske festeanordninger, magneter, vedheftingsmidler, sveising, eller med en hvilken som helst annen passende metode.

[0030] Trykkregulatoren 24 omfatter også et par av inntaksenheter 44 anordnet på motsatte sider av det nedre huset 34, og et par av utslippsenheter 46 som også er anordnet på motsatte sider av det nedre huset 34 for hverandre. Innløps- og utslippsenhetene 44 og 46 kan være festet til det nedre huset 34 på en hvilken som helst passende måte, for eksempel av festeanordninger 42. Selv om den illustrerende trykkregulatoren 24 omfatter et par av både innløpstrykkenheter 44 og utløpstrykkenheter 46, skal det bemerkes at et annet antall slike enheter i stedet kan anvendes innenfor rammen av foreliggende oppfinnelse.

[0031] I drift kan et styremedium under et første trykk, for eksempel 345 bar (5000 psi), komme inn i trykkregulatoren 24 gjennom inntaksportene 48 i

inntaksenhetene 44, og styremediet kan bli matet ut under et andre, regulert trykk, for eksempel 207 bar (3000 psi), gjennom en trykkregulert utløpsport 50 anordnet på siden av det nedre huset 34. Dersom trykket inne i regulatoren 24 overstiger en gitt terskel, kan styremediet videre bli sluppet ut fra regulatoren 24 gjennom utslippsportene 52 i utslippsenhetene 46. I utførelsesformen illustrert her er trykkregulatoren 24 en hydraulisk trykkregulator, og styremediet omfatter hydraulikkfluid. I andre utførelsesformer kan imidlertid styremediet være et annet materiale, for eksempel en trykksatt gass. Selv om beskrivelsen her av de illustrerte utførelsesformene refererer til et styrefluid, vil det således forstås at denne beskrivelsen kan gjelde for en styrevæske i en hydraulisk trykkregulator ifølge én utførelsesform av foreliggende oppfinnelse, og ikke nødvendigvis utelukker bruk av et gassformig styremedium i en alternativ utførelsesform.

[0032] Den interne virkemåten til regulatoren 24 vil forstås bedre ved å henvise til figurene 3 og 4, som er utsnitt av regulatoren 24 illustrert i figur 2. Merk at, som kan sees i figur 3, det nedre huset 34 generelt definerer to interne kamre: et inntakskammer 60 og et utslippskammer 62. Et inntaksstempel 64 er anordnet inne i inntakskammeret 60, står gjennom det øvre endedekselet 36, og forspennes av en innløps-belastningsfjær 66 anordnet inne i det øvre huset 32. Tilsvarende er et utslippsstempel 68 anordnet inne i utslippskammeret 62, står gjennom inntaksstempelet 64 og det øvre endedekselet 36, og forspennes av en utslipps-belastningsfjær 70. I utførelsesformen illustrert her står utslippsstempelet 68 gjennom inntaksstempelet 64, og belastningsfjærene 66 og 70 er anordnet innbyrdes konsentrisk i den samme delen av det øvre huset 32. I andre utførelsesformer kan imidlertid fjærene 66 og 70 være anordnet atskilt fra hverandre, og utslippsstempelet 68 kan være av en utførelse der det ikke står gjennom inntaksstempelet 64 eller det øvre endedekselet 36 innenfor rammen av foreliggende oppfinnelse.

[0033] Som beskrevet nærmere nedenfor kan trykk inne i innløps- og utslippskamrene 60 og 62 påføre en skyvekraft på inntaksstempelet 64 og/eller utslippsstempelet 68 som virker mot spennkraften fra de respektive fjærene 66 og 70, slik at inntaksportene 48 og utslippsportene 52 kan åpnes og lukkes. Forspenningskraften fra fjærene 66 og 70 kan bli modifisert gjennom en fjærbelastning-justeringsmekanisme 72, som er anordnet ved den ene enden av det øvre huset 32 og beskrevet nærmere nedenfor. Som en forstår omfatter den illustrerende regulatoren 24 forskjellige pakninger eller o-ringer 74, anordnet mellom komponentene for å opprettholde trykket inne i regulatoren 24 og redusere eller hindre lekkasje av materialer, så som styrefluid, ut av eller inn i det indre av regulatoren 24.

[0034] Et aksielt snitt gjennom regulatoren 24 er vist i figur 4. I drift, når inntaksportene 48 er åpne, kommer styremediet eller -fluidet inn inntaksportene 48, som angitt generelt av pilene 76. Dette styrefluidet blir ført inn i inntakskammeret 60 og rundt inntaksstempelet 64, som angitt generelt av pilene 78. Styrefluidet kan så bli matet ut under et regulert trykk til komponenter nedstrøms gjennom utløpsporten 50, som angitt generelt av pilen 80.

[0035] Åpningen og lukkingen av inntaksportene 48 og utslippsportene 52 vil forstås bedre ved å betrakte de detaljerte utsnittene i figurene 5-7. I utførelsesformen illustrert her blir strømningen av styrefluid eller -medium inn i regulatoren 24 gjennom inntaksportene 48 i hovedsak styrt gjennom bevegelse av inntaksstempelet 64. Mer spesifikt er i én utførelsesform inntaks-skjærpakningsringer 84 anordnet inne i fordypninger 86 i inntaksstempelet 64. Fjærer 88 er også anordnet inne i fordypningene 86 for å spenne inntaks-skjærpakningsringene 84 mot inntaks-tetningsplater 90 i inntaksenheten 44. De illustrerende inntaks-tetningsplatene 90 omfatter en første fluidpassasje 92 og en andre fluidpassasje 94 som letter strømning av et styrefluid gjennom inntaksportene 48 til inntakskammeret 60.

[0036] Et styrefluid som kommer inn i inntakskammeret 60 kan komme til utslippskammeret 62 gjennom en skilleskulder 104 via et antall trykkoverføringsporter 106. I utførelsesformen her er utslipps-skjærpakningsringer 108 anordnet inne i en fordypning 110 i utslippsstempelet 68. Utslipps-skjærpakningsringene 108 blir på tilsvarende måte spent av en fjær 112 mot et par av utslipps-tetningsplater 114. Utslipps-tetningsplatene 114 omfatter også respektive første og andre fluidpassasjer 116 og 118, som gjør det mulig å slippe ut fluid fra utslippskammeret 62 gjennom utslippsportene 52. I utførelsesformen illustrert her har utslipps-pakningsringene 108 en annen størrelse enn inntaks-pakningsringene 84. Videre har også de andre passasjene 94 og 118 henholdsvis i tetningsplatene 90 og 114 innbyrdes forskjellig størrelse, og er basert på størrelsen og geometrien til pakningsringene 84 og 108, som beskrevet nærmere nedenfor.

[0037] En innledende driftstilstand er vist i figur 5, der inntaksportene 48 er åpne og utslippsportene 52 er lukket med hensyn til innsiden av trykkregulatoren 24. Denne stillingen lar styremediet komme inn i trykkregulatoren 24 gjennom inntaksportene 48 og gå ut gjennom den trykkregulerte utløpsporten 50, som beskrevet over. Som en vil forstå skaper hydraulisk eller pneumatisk trykk inne i inntakskammeret 60 en skyvekraft som virker på inntaksstempelet 64 i retningen angitt generelt av pilen 96. Imidlertid vil spennkraften fra inntaks-belastningsfjæren 66, friksjonen mellom skjærpakningsringene 84 og tetningsplatene 90 og friksjonen som følge av tetningen 74 mellom inntaksstempelet 64 og det øvre endedekselet 36, alle virke mot bevegelse av stempelet i retningen angitt av pilen 96. Dersom skyvekraften som skapes av trykket inne i inntakskammeret 60 er lavere enn en første trykkterskel (som i hovedsak bestemmes av friksjons- og fjærkreftene angitt over), forblir inntaksportene 48 åpne og lar mer styrefluid komme inn i trykkregulatoren 24 og gå ut gjennom utløpsporten 50. I ett utførelseseksempel kan den første trykkterskelen være tilnærmet lik et ønsket driftstrykk for komponenter nedstrøms, for eksempel 207 bar (3000 psi).

[0038] Etter hvert som trykket nedstrøms og inne i regulatoren 24 øker og nærmer seg den første trykkterskelen, blir den hydrauliske kraften på inntaksstempelet 64 stor nok til å bevege inntaksstempelet 64 i retningen angitt av pilen 96 og mot den lukkede posisjonen illustrert generelt i figur 6. Spesielt, i utførelsesformen illustrert her, er inntaks-belastningsfjæren 66, pakningsringene 84 og inntaksstempelet 64 innrettet slik at pakningsringene 84 blir beveget til en helt lukket posisjon, der pakningsringene 84 ligger helt over den andre fluidpassasjen 94, når trykket inne i inntakskammeret 60 når og/eller overstiger den første trykkterskelen. På dette tidspunktet under operasjonen kan trykkregulatoren anses å være i en likevektstilstand, der både inntaks- og utslippsportene 48 og 52 er lukket og ikke noe styremedium strømmer gjennom regulatoren 24. Med andre ord er på dette tidspunktet trykket inne i inntaks- og utslippskamrene 60 og 62 høyere enn den første trykkterskelen, slik at inntaksstempelet 64 beveger seg til en lukket posisjon, men er ikke høyt nok til å overføre en skyvekraft til utslippsstempelet 68 som resulterer i at utslippsportene 52 åpnes.

[0039] Som en forstår, etter hvert som trykket inne i trykkregulatoren 24 fortsetter å øke over den første trykkterskelen, vil skyvekraften som påføres utslippsstempelet 68 av det interne trykket også øke og gjøre at utslippsstempelet 68 beveger seg i retningen angitt av pilen 96. Når det interne trykket når en andre trykkterskel, blir utslippsstempelet 68 og utslipps-pakningsringene 108 beveget til en åpen posisjon, som illustrert generelt i figur 7, som lar styrefluid inne i utslippskammeret 62 slippe ut av trykkregulatoren 24 gjennom utslippsportene 52.

[0040] Det skal bemerkes at i utførelsesformen illustrert her, inntaksstempelet 64 og utslippsstempelet 68 kan aktiveres uavhengig av hverandre. Nærmere bestemt er bevegelsen av inntaksstempelet 64 og inntaks-pakningsringene 84 for å regulere strømning gjennom inntaksportene 48 uavhengig av bevegelsen av utslippsstempelet 68 og utslipps-pakningsringene 108 som regulerer strømning gjennom utslippsportene 52. Den uavhengige aktiveringen av inntaks- og utslippsstemplene 64 og 68 muliggjør bruk av to separate belastningsfjærer 66 og 70, som henholdsvis kan være spesialtilpasset for et ønsket intervall av regulerte trykk og avlastningstrykk. Videre vil den mekaniske uavhengigheten mellom inntaksstempelet 64 og utslippsstempelet 68 redusere friksjonskraften som virker mot trykkraften som påføres hvert stempel av det interne trykket i trykkregulatoren 24, og øker med det følsomheten til trykkregulatoren 24.

[0041] Med andre ord ville ett enkelt stempel med både pakningsringene 84 og pakningsringene 108 bli utsatt for friksjonskrefter fra begge settene av pakningsringer 84 og 108, mens inntaks- og utslippsstemplene 64 og 68 i utførelsesformen illustrert her kun utsettes for friksjonskraften som skapes av deres egne respektive pakningsringer 84 og 108 (i tillegg til eventuell friksjon forårsaket av andre komponenter, så som tetningene 74). Følgelig vil både inntaksstempelet 64 og utslippsstempelet 68 reagere bedre på en brå økning eller reduksjon av trykket inne i inntakskammeret 60 og utslippskammeret 62. I den generelle likevektstilstanden illustrert i figur 6 vil for eksempel en brå økning av trykket inne i regulatorlegemet 30, for eksempel forårsaket av en brå lukking av en nedstrøms ventil, bare gjøre at utslippsstempelet 68 og dets tilhørende pakningsringer 108 blir beveget til den åpne posisjonen illustrert generelt i figur 7, for å avlaste trykkoppbyggingen inne i trykkregulatoren 24. Likeledes kan trykkregulatoren 24 åpne inntaksportene 48 raskere, for eksempel ved å bevege kun inntaksstempelet 64 og pakningsringene 84, for å slippe inn mer styrefluid i inntakskammeret 60 for å kompensere for et brått fall i det interne trykket.

[0042] I noen utførelsesformer kan inntaks-tetningsplatene 90 være spesifikt utformet basert på geometrien til sine respektive pakningsringer 84. For eksempel omfatter i utførelsesformen illustrert i figurene 8 og 9 et eksempel på inntaks-tetningsplate 90 en bueformet åpning eller inngang 128 definert av utgangen fra den andre passasjen 94 på en overflate 130 av inntaks-pakningsringen 90. Som en vil forstå kan en inntaks-skjærpakningsring 84 (figur 5) tjene til selektivt å dekke og avdekke den bueformede åpningen 128 for å regulere strømning gjennom fluidpassasjene 92 og 94, som beskrevet over. Spesielt omfatter eksempelet på bueformet åpning 128 buede indre og ytre sidekanter, henholdsvis 132 og 134. I noen utførelsesformer henger formen til åpningen 128 sammen med formen til en respektiv pakningsring 84. For eksempel kan i én utførelsesform den buede ytterkanten 134 av åpningen 128 ha en krumning som er tilnærmet identisk med den til den innvendige omkretsen eller periferien til en leppe på pakningsringen 84, slik at en del av innerkanten eller periferien til pakningsringen 84 er hovedsaklig sammenfallende med den buede ytterkanten 134 når trykket inne i trykkregulatoren 24 er tilnærmet lik den første trykkterskelen. I noen utførelsesformer kan den buede innerkanten 132 ha en krumning som er tilnærmet identisk med den utvendige omkretsen til pakningsringen 84. Andre utførelser der de buede inner- og ytterkantene 132 eller 134 er utformet basert på andre overflater av pakningsringen 84 er også mulige.

[0043] Tilsvarende kan en utslipps-tetningsplate 114 (figur 5) også omfatte en åpning med en sidekant som sammenfaller med en sidekant på en utslipps-pakningsring 108 når trykket inne i regulatoren 24 er tilnærmet lik den andre trykkterskelen. Mens tetningsplatene 90 og 114 i noen utførelsesformer kan være tilnærmet identiske, kan åpningene i tetningsplatene 90 og 114 i stedet ha en innbyrdes forskjellig størrelse eller geometri for å muliggjøre forskjellige strømningsmengder gjennom deres respektive passasjer og for å kompensere for forskjeller i geometrien til pakningsringene 84 og 108.

[0044] Noen utførelsesformer av foreliggende oppfinnelse kan også omfatte et dempetrekk, så som det illustrert i figur 10, som kan øke stabiliteten til trykkregulatoren 24. Som en vil forstå kan brå økninger eller reduksjoner av trykket innenfor et system som innbefatter trykkregulatoren 24 i noen tilfeller resultere i et uønskelig nivå av fluid/struktur-vekselvirkning som reduserer stabiliteten i systemet. Eksempelet på dempetrekk illustrert i figur 10 kan redusere omfanget av slik vekselvirkning. I én utførelsesform omfatter dempetrekket en fordypning eller et dempekammer 140 dannet i endedekselet 36 og innrettet for å motta et samvirkningstrekk 142 på inntaksstempelet 64. Som en vil forstå kan samvirkningstrekket 142 være festet på eller integrert i inntaksstempelet 64. Spesielt er samvirkningstrekket 142 innrettet for å passe inne i dempekammeret 140 og gi et økt tverrsnittsareal som øker motstanden på inntaksstempelet 64 når det beveger seg inne i inntakskammeret 60. I én utførelsesform omfatter samvirkningstrekket 142 også en overflate som står tilnærmet vinkelrett på lengdeaksen til inntaksstempelet 64.

[0045] Når for eksempel trykket inne i inntakskammeret øker, beveger inntaksstempelet 64 seg i retningen angitt av pilen 96 og reduserer det tilgjengelige volumet inne i dempekammeret 140 for styremediet eller -fluidet. Følgelig tvinger vekselvirkningen mellom bevegelsen av inntaksstempelet 64 og dempekammeret 140 styrefluid inne i kammeret 140 til enten å passere gjennom samvirkningstrekket 142 via én eller flere tappeporter 144 eller rundt den utvendige omkretsen til samvirkningstrekket 142. Videre kan i én utførelsesform en føringsring 146 være anordnet rundt den utvendige periferien til samvirkningstrekket 142 for ytterligere å undertrykke strømning av styrefluidet rundt den utvendige periferien. I én utførelsesform vil vekselvirkningen mellom dempekammeret 140 og samvirkningstrekket 142 i betydelig grad redusere eller hindre de uønskede innvirkningene av fluid/struktur-vekselvirkning inne i trykkregulatoren 24.

[0046] I tillegg kan én eller flere utførelsesformer av foreliggende oppfinnelse også omfatte en fjærbelastnings-justeringsmekanisme 72, som illustrert generelt i figur 11.1 utførelsesformen illustrert her omfatter justeringsmekanismen 72 omfatter en justeringsskrue eller -innretning 154 som er koblet til endedekselet 40 og står inn i det øvre huset 32. Videre omfatter justeringsskruen 154 gjenger som griper inn i en plunger 156. Den illustrerende plungeren 156 omfatter tapper eller pinner 158, anordnet inne i fordypninger 160, som strekker seg fra plungeren 156 og inn i tilhørende slisser 162 dannet i det øvre huset 32. Pinnene 158 samvirker med slissene 162 for å hindre rotasjon av plungeren 156 inne i det øvre huset 32. Inngrepet mellom justeringsskruen 154 og plungeren 156 gjør det lettere å øke og redusere spennkreftene som virker på inntaks- og utslippsstemplene 64 og 68 (figur 3). Spesielt forårsaker i én utførelsesform rotasjon av justeringsskruen 154 i den ene retningen aksiell bevegelse av plungeren 156 i retningen angitt generelt av pilen 164, og øker med det spennkreftene som påføres på stemplene av deres respektive belastningsfjærer 66 og 70. Tilsvarende resulterer rotasjon av justeringsskruen 154 i motsatt retning i aksiell bevegelse av plungeren 156 i retningen angitt generelt av pilen 166. Siden plungeren 156 omfatter et rotasjonshindrende trekk vil rotasjon av justeringsskruen 154 i alminnelighet ikke overføre et moment til belastningsfjærene 66 og 70 eller stemplene 64 og 68. En alternativ utførelsesform kan omfatte en justeringsmekanisme som muliggjør uavhengig justering av hver av belastningsfjærene 66 og 70.

[0047] I én utførelsesform omfatter et eksempel på trykkregulator 24 videre en anordning for å skylle innsiden av det øvre huset 32. Spesielt omfatter trykkregulatoren 24 en fluidkanal 172 som kobler en utslippsport 52 med en innløpsport 174 dannet i endedekselet 40. Fluidkanalen 172 kan dannes av koblinger 176 og 178, som henholdsvis er festet til utslippsporten 52 og inntaksporten 174, og en slange eller et rør 180 som går mellom koblingene 176 og 178. Når utslippsportene 52 åpnes, kan styrefluidet som slippes utfra utslippskammeret 62 bli ført gjennom fluidkanalen 172 og inn i et kammer 182 der belastningsfjærene 66 og 70 er anordnet. Som en vil forstå kan fluidet som spyles inn i fjærkammeret 182 passere gjennom eller rundt plungeren 156, for eksempel gjennom strømningsporter dannet i plungeren 156 eller spaltene 162. Dette trykksatte fluidet blir så ført gjennom kammeret 182 og forlater kammeret gjennom tappeporter 184 ved den ene enden av det øvre huset 32. I én utførelsesform der den illustrerende trykkregulatoren 24 anvendes under vann, kan det å føre styrefluid gjennom fluidkanalen 172 og fjærkammeret 182 skylle ut sjøvann fra fjærkammeret 182 og med det redusere eller hindre vekst av marint liv inne i fjærkammeret 182. I én utførelsesform kan også tilbakeslagsventiler være tilveiebragt i tappeportene 184 for å hindre at sjøvann kommer inn i fjærkammeret 182.

[0048] Selv om oppfinnelsen kan realiseres med forskjellige modifikasjoner og i alternative former, er konkrete utførelsesformer vist som eksempler i figurene og beskrevet i detalj her. Imidlertid må det forstås at oppfinnelsen ikke er ment begrenset til de konkrete formene beskrevet. Tvert imot skal oppfinnelsen dekke alle modifikasjoner, ekvivalenter og alternativer som faller innenfor oppfinnelsens ramme og idé, som definert av de vedføyde kravene.

Claims

1. Trykkregulator, omfattende: et hus omfattende: en inntaksport som letter mottak av et trykksatt medium inne i huset, en utløpsport som letter utmating av det trykksatte mediet til en anordning nedstrøms, og en utslippsport som letter utslipp av det trykksatte mediet fra huset, et første stempel anordnet inne i huset, en inntaks-skjærpakningsring (84) anordnet innenfor en fordypning (86) i det første stempel, der det første stempelet og inntaks-skjærpakningsringen (84) er innrettet for selektivt å regulere strømning av det trykksatte mediet gjennom inntaksporten basert på trykk inne i huset, et andre stempel anordnet inne i huset, der en del av det første stempel er anordnet innefor en åpning av det andre stempel eller det andre stempel er anordnet innenfor en åpning av det første stempel, og en utslipps-skjærpakningsring (108) anordnet innenfor en fordypning i det andre stempel, der det andre stempelet og utslipps-skjærpakningsringen (108) er innrettet for selektivt å regulere strømning av det trykksatte mediet gjennom utslippsporten basert på trykket inne i huset.

2. Trykkregulator ifølge krav 1, omfattende: en første belastningfjær anordnet inne i huset og innrettet for å anvende en første spennkraft på det første stempelet, og en andre belastningsfjær anordnet inne i huset og innrettet for å anvende en andre spennkraft på det andre stempelet.

3. Trykkregulator ifølge krav 2, der den første og den andre belastningsfjæren er anordnet innbyrdes konsentrisk.

4. Trykkregulator ifølge krav 2, der det første stempelet er innrettet for å bevege seg i en første retning motsatt for den første spennkraften som reaksjon på en første trykkøkning inne i huset.

5. Trykkregulator ifølge krav 4, der det andre stempelet er innrettet for å bevege seg i en andre retning motsatt for den andre spennkraften som reaksjon på en andre trykkøkning inne i huset.

6. Trykkregulator ifølge krav 5, der den første og den andre retningen er tilnærmet identiske.

7. Trykkregulator ifølge krav 5, der minst ett av det første eller det andre stempelet omfatter et dempetrekk som motvirker bevegelse av det første eller andre stempelet i den respektive første eller andre retningen.

8. Trykkregulator ifølge krav 7, omfattende en fjærjusteringsmekanisme som muliggjør justering av den første og den andre spennkraften som blir påført av den respektive første og andre belastningsfjæren uten å påføre en torsjonskraft på noen av de første og andre belastningsfjærene.

9. Trykkregulator ifølge krav 7, omfattende en kanal innrettet for å muliggjøre fluidkommunikasjon mellom utslippsporten og et fjærkammer der den første og den andre belastningsfjæren er anordnet.

10. Trykkregulator ifølge krav 4, der det første stempelet er innrettet for å lukke inntaksporten dersom trykket inne i huset er høyere enn en første trykkterskel.

11. Trykkregulator ifølge krav 10, der det andre stempelet er innrettet for å åpne utslippsporten dersom trykket inne i huset er høyere enn en andre trykkterskel.

12. Trykkregulator ifølge krav 1, der det første og det andre stempelet er innrettet for å bli aktivert uavhengig av hverandre.

13. Trykkregulator ifølge krav 1, der trykkregulatoren er en hydraulisk trykkregulator.