NO339327B1

NO339327B1 - Anordning for regulering av trykk

Info

Publication number: NO339327B1
Application number: NO20090184A
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: 2016-11-28
Also published as: GB201108618D0; NO340992B1; GB2477677B; WO2008008308A3; NO20161358A1; NO20090184L; GB2477677A; US7757703B2; BRPI0712916A2; NO20161357A1; GB201108619D0; GB2477676B; GB0900609D0; US20080011360A1; NO340994B1; GB2452680A; GB2452680B; GB2477676A; WO2008008308A2

Description

OPPFINNELSENS OMRÅDE

[0001] Den foreliggende oppfinnelse vedrører generelt trykkregulering innenfor et system. Mer bestemt vedrører den foreliggende oppfinnelse en ny trykkregule-ringsanordning for slike systemer.

BAKGRUNN

[0002] Denne seksjon er ment for å introduserer leseren for forskjellige aspekter ved teknikk som kan relateres til forskjellige aspekter av den foreliggende oppfinnelse, som er beskrevet og/eller som det kreves beskyttelse for nedenfor. Denne drøftelse antas å være nyttig for å forsyne leseren med bakgrunnsinformasjon for å fremme en bedre forståelse av de forskjellige aspekter av den foreliggende oppfinnelse. Det skal følgelig forstås at disse angivelser skal leses i dette lys, og ikke som innrømmelser av kjent teknikk.

[0003] Som det vil forstås, tilførsler av olje og naturgass har en dyp virkning på moderne økonomi og sivilisasjoner. Anordninger og systemer som avhenger av olje og naturgass er allment utbredt. For eksempel brukes olje og naturgass som drivstoff i et bredt mangfold av farkoster, så som biler, fly, båter og lignende. Olje og naturgass blir videre ofte brukt til å varme opp hjem og vinteren, for å generere elektrisitet for å fremstille et forbausende oppbud av dagligdagse produkter.

[0004] For å oppfylle etterspørselen etter disse ressurser bruker selskaper ofte en betydelig mengde tid og penger i søking etter å utvinning av olje, naturgass og andre underjordiske ressurser fra jorden. Særlig, så snart en ønsket ressurs er oppdaget under jordens overflate, blir et boresystem ofte anvendt for å få adgang til og utvinne ressursen. Disse boresystemer kan være lokalisert på land eller til havs avhengig av lokaliseringen av en ønsket ressurs. Videre inkluderer slike systemer et bredt oppbud av komponenter, så som ventiler, som styrer bore- eller utvinningsoperasjoner. Ofte blir enkelte av disse komponenter styrt gjennom trykk-variasjon, så som den som tilveiebringes av et hydraulikkstyringssystem.

[0005] I enkelte slike systemer brukes en hydraulikktrykkregulator til å tilveiebringe et fluid ved et regulert trykk til nedstrøms komponenter, som solenoidventiler. En vanlig type av hydraulikktrykkregulator har et styringsstempel som beveges frem og tilbake for å åpne og stenge både tilførselsporter og ventileringsporter for regulatoren som respons på størrelsen av trykk inne i regulatoren. Etter som funksjonaliteten til et helt boresystem kan avhenge av korrekt operasjon av hydraulikktrykkregulatoren, er det generelt ønskelig å anvende en trykkregulator som både er holdbar og følsom for forandringer i trykk. Videre, når en slik regulator anvendes i en undersjøisk applikasjon, kan stansing av produksjon av systemet for å bytte ut en undervannstrykkregulator være særlig uønsket.

[0006] Det er derfor et behov for en trykkregulator som tilveiebringer økt følsom-het for forandringer i trykk inne i regulatoren og økt pålitelighet.

SAMMENFATNING

[0007] Den foreliggende oppfinnelsen vedrører en trykkregulator. Trykkregulatoren omfatter et legeme som har et indre hulrom for mottak av et trykksatt medium, idet legemet inkluderer en innløpsport som setter det indre hulrom i stand til å motta det trykksatte medium ved et første trykk og en utløpsport som setter det trykksatte medium i stand til å forlate legemet ved et annet trykk. Et styringsstempel er anordnet inne i det indre hulrom, idet styringsstempelet er konfigurert til å bevege seg inne i det indre hulrom som respons på en forandring i trykk i det indre hulrom. Styringsstempelet omfatter et første parti med en utvidet diameter. Minst en skjærtetningsring er plassert inne i en utsparing i det første partiet slik at den minst ene tetningsring selektivt hindrer strøm av trykksatt medium gjennom det innvendige hulrommet som reaksjon på bevegelse av styringsstempelet. Et dempende trekk er anordnet inne i det indre hulrom og er konfigurert til å motvirke bevegelse av styringsstempelet i minst én retning på tvers av innløpsporten. Det dempende trekket omfatter et andre parti av styringsstempelet i en aksial avstand fra det første partiet, hvori det andre partiet inkluderer en forstørret diameter konfigurert til å øke bevegelsesmotstanden på styringsstempelet når det beveger seg i den minst ene retning.

[0008] Visse aspekter som i omfang er i samsvar med den oppfinnelse det opp-rinnelig ble krevet beskyttelse for er fremsatt nedenfor. Det skal forstås at disse aspekter kun presenteres for å forsyne leseren med en kort sammenfatning av visse former oppfinnelsen kan anta og at disse aspekter ikke er ment å begrense omfanget av oppfinnelsen. Oppfinnelsen kan faktisk omfatte et mangfold av aspekter som kanskje ikke blir fremsatt nedenfor.

[0009] Utførelser av den foreliggende oppfinnelse vedrører generelt en ny trykkregulator. I visse utførelser kan trykkregulatoren være en hydraulikktrykkregulator som er konfigurert til bruk for styring av komponenter i et boresystem. I en utfør-else kan den eksemplifiserende trykkregulator ha en flerhet av indre stempler, inkludert to stempler som opererer uavhengig av hverandre for å åpne og stenge respektive porter i regulatoren. I en annen utførelse kan trykkregulatoren inkludere et indre dempende trekk for forbedring av stabiliteten til trykkregulatoren. I en ytterligere utførelse kan trykkregulatoren inkludere en tetningsplate som har en apertur som delvis er utformet i samsvar med geometrien av et respektivt parti av en sammenpassende tetningsring. I enda en annen utførelse kan trykkregulatoren inkluderer en dreiemomentreduserende justeringsmekanisme som tillater justering i størrelsen av forbelastende kraft som påføres på et stempel inne i trykkregulatoren ved hjelp av en lastfjær uten å påvirke en betydelig rotasjonskraft på lastfjæren. I en ytterligere utførelse kan trykkregulatoren inkludere en innretning for ventilering av styringsfluid ut av et hovedlegeme av trykkregulatoren, gjennom et ledningsrør og inn i et separat kammer inne i trykkregulatoren, for å skylle konta-minanter, væsker eller andre uønskede materialer ut fra det separate kammer. Ytterligere utførelser av den foreliggende oppfinnelse kan også inkludere forskjellige kombinasjoner av de trekk som ovenfor er påpekt.

[0010] Forskjellige forbedringer av de trekk som ovenfor er påpekt kan eksistere i relasjon til forskjellige aspekter av den foreliggende oppfinnelse. Ytterligere trekk kan også i tillegg inkorporeres i disse forskjellige aspekter. Disse forbedringer og ytterligere trekk kan eksistere individuelt eller i en hvilken som helst kombinasjon. For eksempel kan forskjellige trekk som er omtalt nedenfor i relasjon til en eller flere av de illustrerte utførelser være inkorporert i hvilke som helst av de ovenfor beskrevne aspekter av den foreliggende oppfinnelse, alene eller i en hvilken som helst kombinasjon. Igjen, den korte sammenfatning som er presentert ovenfor er kun ment å gjøre leseren kjent med visse aspekter og kontekster for den foreliggende oppfinnelse uten begrensning av den gjenstand det kreves beskyttelse for.

KORT BESKRIVELSE AV TEGNINGENE

[0011] Disse og andre trekk, aspekter og fordeler ved den foreliggende oppfinnelse vil bli bedre forstått når den følgende detaljerte beskrivelse leses med henvis ning til de ledsagende tegninger, hvor like tegn representerer like deler gjennom-gående på tegningene, hvor;

[0012] FIG. 1 er et blokkdiagram over et eksemplifiserende ressursutvinnings-system som har en trykkregulator i samsvar med en utførelse av den foreliggende oppfinnelse;

[0013] FIG. 2 er perspektivriss av en eksemplifiserende trykkregulator i samsvar med en utførelse av den foreliggende oppfinnelse;

[0014] FIG. 3 er et tverrsnittriss av trykkregulatoren på FIG. 2, og illustrerer eksemplifiserende indre komponenter i trykkregulatoren i samsvar med en utførelse av den foreliggende oppfinnelse;

[0015] FIG. 4 er et aksialt tverrsnittriss av trykkregulatoren på FIG. 3;

[0016] FIG. 5 er et detaljert snittriss av trykkregulatoren på FIG. 3, som inkluderer to indre stempler i samsvar med en utførelse av den foreliggende oppfinnelse;

[0017] FIG. 6 er et annet detaljert snittriss av trykkregulatoren på FIG. 3, og illustrerer stengingen tilførselsporter i trykkregulatoren i samsvar med en utførelse av den foreliggende oppfinnelse;

[0018] FIG. 7 er et ytterligere detaljer snittriss av trykkregulatoren på FIG. 3, og illustrerer åpningen av ventileringsporter i trykkregulatoren i samsvar med en utførelse av den foreliggende oppfinnelse;

[0019] FIG. 8 er et perspektivriss av en eksemplifiserende tetningsplate i trykkregulatoren på FIG. 3 i samsvar med en utførelse av den foreliggende oppfinnelse;

[0020] FIG. 9 er et snittriss av den eksemplifiserende tetningsplate på FIG. 8;

[0021] FIG. 10 er et detaljert snittriss av trykkregulatoren på FIG. 3, og illustrerer et dempende trekk som er anordnet inne i trykkregulatoren i samsvar med en ut-førelse av den foreliggende oppfinnelse;

[0022] FIG. 11 er et detaljert snittriss av trykkregulatoren på FIG. 3, og illustrerer en lastfjærjusteringsmekanisme i samsvar med en utførelse av den foreliggende oppfinnelse;

[0023] FIG. 12 er et tverrsnittriss av en eksemplifiserende trykkregulator som har en innretning for skylling av et fjærkammer inne i trykkregulatoren i samsvar med en utførelse av den foreliggende oppfinnelse.

DETALJERT BESKRIVELSE AV SPESIFIKKE UTFØRELSER

[0024] En eller flere spesifikke utførelser av den foreliggende oppfinnelse vil bli beskrevet nedenfor. I et forsøk på å tilveiebringe en konsis beskrivelse av disse utførelser, kan det være at alle trekk i en faktisk implementering ikke blir beskrevet i patentskriftet. Det skal forstås at i utviklingen av en hver slik faktisk implementering, som i alle engineering- eller designprosjekter, må det foretas tallrike imple-menteringsspesifikke beslutninger for å oppnå utviklernes spesifikke mål, så som overensstemmelse med systemrelaterte 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 ordinært fagkunnskap og som har fordel av å ha denne offentliggjøring.

[0025] Ved introdusering av elementer av forskjellige utførelser av den foreliggende oppfinnelse, er det meningen at artiklene "en", "et", "den" og "nevnte" skal bety at det er ett eller flere av elementene. Uttrykkene "omfattende", "inkluderer" og "har" er ment å være inkluderende og bety at det kan være ytterligere elementer andre enn opplistede elementer. Dessuten, bruk av "topp", "bunn", "ovenfor", "nedenfor" og variasjoner av disse uttrykk er gjort av praktiske årsaker, men krever ikke noen bestemt orientering av komponentene.

[0026] Det vises nå til de foreliggende figurer, hvor et eksemplifiserende boresystem 10 på FIG. 1 er illustrert i samsvar med en utførelse av den foreliggende oppfinnelse. Særlig muliggjør det eksemplifiserende system 10 utvinning av en ressurs, så som olje eller naturgass, fra en brønn 12. Det eksemplifiserende system 10 inkluderer et mangfold av utstyr, inkludert overflateutstyr 14, stigerørutstyr 16 og stakkutstyr 18, for utvinning av ressursen fra brønnen 12 via et brønnhode 20. Det eksemplifiserende system 10 kan anvendes i et mangfold av bore- eller utvinningsapplikasjoner, inkludert på land og til havs, det vil si undersjøiske, bore-applikasjoner. I en applikasjon med undersjøisk ressursutvinning, er overflateutstyret 14 montert på en borerigg over vannets overflate, stakkutstyret 18 er koplet til brønnhodet 20 nær havbunnen, og det forskjellige utstyr 14 og 18 er koplet til hverandre via stigerørutstyret 16.

[0027] Som det vil forstås kan overflateutstyret 14 inkludere et mangfold av anordninger og systemer, så som pumper, strømforsyninger, kabel- og slangspoler, styringsenheter, en avleder, et kardansk oppheng, en edderkopp og lignende. På lignende måte kan stigerørutstyret 16 også inkludere et mangfold av komponenter, så som stigerørskjøter, påfyllingsventiler, styringsenheter og en trykk-temperatur-transduser, for å nevne bare noen få. Stigerørutstyret 16 muliggjør overføring av den utvunne ressurs til overflateutstyr 14 fra stakkutstyret 18 og brønnen 12.

[0028] Stakkutstyret 18 inkluderer også et antall komponenter, så som utblåsings-sikringer og/eller produksjons- eller ventiltrær, for uvinning av den ønskede ressurs fra brønnhodet 20 og for å overføre den til overflateutstyr 14 og stigerørutsty-ret 16. I den foreliggende illustrerte utførelse blir operasjon av stakkutstyret 18 styrt av et eksemplifiserende styringssystem 22. Det eksemplifiserende styringssystem 22 inkluderer en trykkregulator 24 og en flerhet av ventiler 26 som styrer strømning gjennom systemet 10. I enkelte utførelser utgjør en eller flere i flerheten av ventiler en del av en utblåsingssikring eller et ventiltre.

[0029] Videre, i en eksemplifiserende utførelse, er trykkregulatoren 24 en hydraulikktrykkregulator og flerheten av ventiler 26 inkluderer solenoidventiler. Som det vil forstås kan ventilene 26 være konfigurert med en spesifikk trykklasse, så som 3,000 psi (20,684 MPa). I hydraulikksystemer blir ofte et initialt tilførselstrykk tilveiebrakt til styringssystemet 22, så som fra en rekke av akkumulatortanker, som er høyere enn trykklassen for forskjellige systemkomponenter, så som ventiler 26, for å muliggjøre opprettholdelse av tilstrekkelig trykk til systemkomponentene, selv under perioder med høy bruk. I det eksemplifiserende system 10 muliggjør trykkregulatoren 24 håndtering av tilførselstrykket for å levere et regulert trykk til ned-strømskomponenter, så som ventiler 26. Selv om trykkregulatoren 24 i den inneværende illustrerte utførelse er en komponent i stakkutstyret 18, vil det forstås at trykkregulatoren 24 i andre utførelser kan være anordnet i andre deler av systemet 10, så som en komponent i overflateutstyret 14, i full overensstemmelse med de foreliggende teknikker. I tillegg kan visse utførelser inkludere flere trykkregulatorer 24, som kan være konfigurert til å motta og overføre styringsfluid ved de samme respektive trykknivåer som hverandre, eller, alternativt, slik at to trykkregulatorer 24 hver mottar og/eller overfører fluider ved trykknivåer som er forskjellige mellom de to regulatorer 24.

[0030] En eksemplifiserende trykkregulator 24 er illustrert på FIG. 2. Trykkregulatoren 24 inkluderer et langstrakt hus eller legeme 30 som har 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 fastholdt til det nedre hus 34, og et endelokk 40 er fastholdt til det øvre hus 32, for å innelukke de ovennevnte indre komponenter inne i legemet 30. I den foreliggende illustrerte utførelse blir endelokkene 36 og 38 fastholdt til det nedre hus 34 via en flerhet av festeanordninger42. Selv om festeanordninger 42 i den foreliggende illustrerte utførelse er bolter som passerer gjennom endelokkene 36 og 38 og inn i det nedre hus 34, bør det legges merke til at endelokkene 36 og 38 kan være fastholdt til det nedre hus 34 på et mangfold av andre måter, inkludert bruken av sperrehaker, andre mekaniske festeanordninger, magneter, klebemidler, sveising eller en hvilken som helst egnet teknikk.

[0031] Trykkregulatoren 24 inkluderer også et par av tilførselssammenstillinger 44 anordnet på motsatte sider av det nedre hus 34, og et par av ventileringssammenstillinger 46, som også er anordnet på motsatte side av det nedre hus i forhold til hverandre. Tilførsel- og ventileringssammenstillingene 44 og 46 kan være fastholdt til det nedre hus 34 på en hvilken som helst egnet måte, så som ved hjelp av festeanordninger 42. Selv om den eksemplifiserende trykkregulator 24 inkluderer et par av både tilførselstrykksammenstillinger 44 og ventileringssammenstillinger 46, bør det tas ad notam at et forskjellig antall av slike sammenstillinger isteden kan anvendes i full overensstemmelse med de foreliggende teknikker.

[0032] Under operasjon kan et styringsmedium ved et første trykk, så som 34,474 MPa, komme inn i trykkregulatoren 24 gjennom tilførselsportene 48 i til-førselssammenstillingene 44, og styringsmediet kan mates ut ved et annet, regulert trykk, så som 20,684 MPa, via en utløpsport 50 for regulert trykk som er anordnet i en side av det nedre hus 34.1 tillegg, hvis trykket inne i regulatoren 24 overstiger en viss terskel, kan styringsmediet ventileres fra regulatoren 24 gjennom ventileringsportene 52 i ventileringssammenstillingene 46. I den foreliggende illustrert utførelse er trykkregulatoren 24 en hydraulikktrykkregulator og styringsmediet inkluderer hydraulikkfluid. I andre utførelser kan styringsmediet imidlertid være et annet materiale, så som en trykksatt gass. Følgelig, selv om den foreliggende beskrivelse av de illustrerte utførelser kan vise til et styringsfluid, vil det forstås at en slik beskrivelse kan gjelde for et styringsfluid i en hydraulikktrykkregula tor i samsvar med en utførelse av den foreliggende oppfinnelse, og ikke nødven-digvis utelukker bruken av et gassformet styringsmedium i en alternativ utførelse.

[0033] Den indre operasjon av den eksemplifiserende regulator 24 kan bedre forstås med en henvisning til figurene 3 og 4, som er snittriss av den eksemplifiserende regulator 24 som er illustrert på FIG. 2. Særlig, som illustrert på FIG. 3, av-grenser det nedre hus 34 generelt to indre kamre: et tilførselskammer 60 og et ventileringskammer 62. Et tilførselsstempel 64 er anordnet inne i tilførselskamme-ret 60, og strekker seg gjennom det øvre endelokk 36, og er forbelastet av en til-førselslastfjær 66 som er anordnet inne i det øvre hus 32. På lignende måte er et ventileringsstempel 68 anordnet inne i ventileringskammeret 62, og strekker seg gjennom tilførselsstempelet 64 og det øvre endelokk 36, og er forbelastet av en ventileringslastfjær 70. I den foreliggende illustrerte utførelse, strekker ventileringsstempelet 68 seg gjennom tilførselsstempelet 64 og lastfjærene 66 og 70 er anordnet konsentrisk i forhold til hverandre i det samme partiet av det øvre hus 32. I andre utførelser kan imidlertid fjærene 66 og 70 være lokalisert adskilt fra hverandre, og ventileringsstempelet 68 kan ha en konfigurasjon hvor det ikke strekker seg gjennom tilførselsstempelet 64 eller det øvre endelokk 36 i full overensstemmelse med de foreliggende teknikker.

[0034] Som omtalt i nærmere detalj nedenfor kan trykk inne i tilførsels- og ventileringskamrene 60 og 62 påføre en skyvekraft på tilførselsstempelet 64 og/eller ventileringsstempelet 68 som virker mot den forbelastende kraft som tilveiebringes av fjærer 66 henholdsvis 70, slik at tilførselsporter 48 og ventileringsporter 52 kan åpnes og stenges. Den forbelastende kraft som tilveiebringes avfjærer 66 og 70 kan modifiseres via en fjærlastjusteringsmekanisme 72 som er anordnet ved en ende av det øvre hus 32, og som omtales i nærmere detalj nedenfor. Som det kan forstås inkluderer den eksemplifiserende regulator 24 forskjellige tetninger eller o-ringer 74, anordnet mellom komponentene for å opprettholde trykk inne i regulatoren 24 og redusere eller hindre lekkasje av materialer, så som et styringsfluid, fra eller inn i det indre av regulatoren 24.

[0035] Et aksialt snittriss av den eksemplifiserende regulator 24 er tilveiebrakt på

FIG. 4. Under operasjonen, når tilførselsportene 48 er åpne, kommer styringsmediet eller fluidet inn i tilførselsportene 48, som generelt angitt med piler 76. Dette styringsfluid rutes inn i tilførselskammeret 60 og omkring tilførselsstempelet

64, som generelt vist med piler 78. Styringsfluidet kan da mates ut ved et regulert trykk til nedstrømskomponenter gjennom utløpsporten 50, som generelt angitt med pil 80.

[0036] Åpningen og stengingen av tilførselsportene 48 og ventileringsportene 52 kan bedre forstås med henvisning til de detaljerte snittriss på figurene 5-7. I den inneværende illustrerte utførelse blir strømmen av styringsfluid eller -medium inn i regulatoren 24 gjennom tilførselsportene 48 generelt styrt ved bevegelse av til-førselsstempelet 64. Mer bestemt, i en utførelse er tilførselsskjærtetningsringer 84 anordnet inne i utsparinger 86 i tilførselsstempelet 64. Fjærer 88 er også anordnet inne i utsparingene 86 for å forbelaste tilførselsskjærtetningsringene 84 mot tilførs-elstetningsplater 90 i tilførselssammenstillingen 44. De eksemplifiserende tilførs-elstetningsplater 90 inkluderer en første fluidpassasje 92 og en annen fluidpassasje 94 som muliggjør strøm av styringsfluid gjennom tilførselsporter 48 til tilførselskammeret 60.

[0037] Et styringsfluid som kommer inn i tilførselskammeret 60 kan passere til ventileringskammeret 62 gjennom en separerende skulder 104 via en flerhet av trykkoverføringsporter 106.1 den foreliggende utførelse er ventileringsskjær-tetningsringer 108 anordnet inne i en utsparing 110 i ventileringsstempelet 68. Ventileringsskjærtetningsringene 108 er på lignende måte forbelastet av en fjær 112 mot et par av ventileringstetningsplater 114. Ventileringstetningsplatene 114 inkluderer også første og andre fluidpassasjer 116 henholdsvis 118, som muliggjør at fluid ventileres fra ventileringskammeret 62 gjennom ventileringsportene 52. I den foreliggende illustrerte utførelse har ventileringstetningsringene 108 en forskjellig størrelse i forhold til tilførselstetningsringene 84. Videre har de eksemplifiserende andre passasjer 94 og 118 i tetningsplatene 90 henholdsvis 114 også forskjellige størrelser sammenlignet med hverandre, og er basert på de bestemte størrelser og geometrier til tetningsringene 84 og 108, som omtalt nærmere i detalj nedenfor.

[0038] En initial driftstilstand er vist på FIG. 5, hvor tilførselsportene 48 er åpne og ventileringsportene 52 er stengt i forhold til det indre av trykkregulatoren 24. Denne konfigurasjon tillater styringsmedium å komme inn i trykkregulatoren 24 gjennom tilførselsportene 48 og gå ut gjennom utløpsporten 50 for regulert trykk, som omtalt ovenfor. Som det vil forstås, hydraulisk eller pneumatisk trykk inne i tilførselskammeret 60 resulterer i en skyvekraft som påføres på tilførselsstempelet 64 i retningen generelt angitt med pilen 96. Den forbelastende kraft fra tilførsels-lastfjæren 66, friksjonen mellom skjærtetningsringene 84 og tetningsplatene 90, og friksjonen som skyldes tetningen 74 mellom tilførselsstempelet 64 og det øvre endelokk 36, motvirker imidlertid hver for seg bevegelse av stempelet i den retning som er angitt med pilen 96. Hvis skyvekraften som genereres av trykket inne i tilførselskammeret 60 er under en første trykkterskel (som generelt dikteres av friksjonskreftene og de forbelastende krefter som er påpekt ovenfor), forblir tilførs-elsportene 48 åpne for å tillate ytterligere styringsfluid å komme inn i trykkregulatoren 24 og gå ut gjennom utløpsporten 50.1 en eksemplifiserende utførelse kan den første trykkterskel i hovedsak være lik et ønsket driftstrykk i nedstrømskompo-nenter, så som 20,684 MPa.

[0039] Ettersom trykket nedstrøms og inne i regulatoren 24 øker og nærmer seg den første trykkterskel, blir den hydrauliske kraft på tilførselsstempelet 64 tilstrekkelig til å bevege tilførselsstempelet 64 i den retning som er angitt med pilen 96 og mot den stengte posisjon som generelt er illustrert på FIG. 6. Særlig, i den foreliggende illustrerte utførelse, er tilførselslastfjæren 66, tetningsringene 84 og til-førselsstempelet 64 konfigurert slik at tetningsringene 84 beveges til en fullt stengt posisjon, hvor tetningsringene 84 er anordnet over det hele av den annen fluidpassasje 94, når trykket inne i tilførselskammeret 60 når og/eller overstiger den første trykkterskel. På dette punkt under operasjon kan trykkregulatoren anses 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 driftspunkt, er trykket inne i tilførsels- og ventileringskamrene 60 og 62 over den første trykkterskel, hvilket forårsaker at tilførselsstempelet 64 beveger seg inn i en stengt posisjon, men ikke er tilstrekkelig til å overføre en skyvekraft til ventileringsstempelet 68 som resulterer i åpning av ventileringsportene 52.

[0040] Som det kan forstås, ettersom trykket inne i trykkregulatoren 24 fortsetter å øke ut over den første trykkterskel, øker også den skyvekraft som påføres på ventileringsstempelet 68 av det indre trykk, hvilket forårsaker at ventileringsstempelet 68 av det indre trykk, hvilket forårsaker at ventileringsstempelet 68 beveger seg i den retning som er angitt med pilen 96. Når det indre trykk når en annen trykkterskel, blir ventileringsstempelet 68 og ventileringstetningsringene 104 beveget til en åpen posisjon, som generelt illustrert på FIG. 7, hvilket tillater at styringsfluid inne i ventileringskammeret 62 ventileres ut av trykkregulatoren 24 via ventileringsporter 52.

[0041] Det vil tas ad notam at, i den foreliggende illustrerte utførelse, tilførsels-stempelet 64 og ventileringsstempelet 68 kan operere uavhengig av hverandre. Det vil si at bevegelse av tilførselsstempelet 64 og tilførselstetningsringene 84 for å styre strømmen gjennom tilførselsportene 48 er uavhengig av bevegelsen av ventileringsstempelet 68 og ventileringstetningsringene 108 som generelt styrer strømmen gjennom ventileringsportene 52. Den uavhengige operasjon av tilførsels- og ventileringsstempelet 64 og 68 muliggjør bruk av to separate lastfjærer 66 og 70 som spesifikt kan være konfigurert for et ønsket område av regu-lerte trykk henholdsvis ventileringstrykk. Videre, den mekaniske uavhengighet av tilførselsstempelet 64 og ventileringsstempelet 68 reduserer de friksjonskrefter som virker mot skyvekraften som påføres på hvert stempel av det indre trykk i trykkregulatoren 24, og øker dermed følsomheten til trykkregulatoren 24.

[0042] Med andre ord, selv om et enkelt stempel som bærer både tetningsringer 84 og tetningsringer 108 ville oppleve friksjonskrefter som skyldes begge sett av tetningsringer 84 og 108, blir tilførsels- og ventileringsstemplene 64 og 68 i den foreliggende illustrerte utførelse kun utsatt for den friksjonskraft som skyldes deres egne respektive tetningsringer 84 og 108 (i tillegg til eventuell friksjon som dannes av andre komponenter, så som tetninger 74). Hvert av tilførselsstempelet 64 og ventileringsstempelet 68 er følgelig mer responsivt på en brå økning eller reduk-sjon i trykk inne i tilførselskammeret 60 og ventileringskammeret 62. For eksempel, i den generelle tilstand med likevekt som er illustrert på FIG. 6, forårsaker en brå økning i trykk inne i regulatorlegemet 30, så som det som forårsakes av en brå stenging av en nedstrømsventil, kun at ventileringsstempelet 68 og dets tilknyttede tetningsringer 108 beveges inn i den åpne posisjon som generelt er illustrert på FIG. 7, for å avlaste trykkoppbyggingen inne i trykkregulatoren 24. På lignende måte kan trykkregulatoren 24 hurtigere åpne tilførselsportene 48, så som ved kun å bevege tilførselsstempelet 64 og tetningsringene 84 for å tillate ytterligere styringsfluid å komme inn i tilførselskammeret 60 for å kompensere for et brått fall indre trykk.

[0043] I visse utførelser kan tilførselstetningsplatene 90 spesifikt være konfigurert basert på geometriene til deres respektive tetningsringer 84. For eksempel, i den utførelse som er illustrert på figurene 8 og 9, inkluderer en eksemplifiserende til-førselsstetningsplate 90 en bueformet åpning eller apertur 128 som er avgrenset av utløpet av den annen passasje 94 ved en overflate 130 av tilførselstetnings-ringen 90. Som det vil forstås, en tilførselsskjærtetningsring 84 (FIG. 5) kan operere til selektivt å dekke og avdekke den bueformede åpning 128 for å styre strøm gjennom fluidpassasjene 92 og 94 som omtalt ovenfor. Det er verdt å legge merke til at den eksemplifiserende bueformede åpning 128 inkluderer krumme indre og ytre kanter 132 henholdsvis 134.1 visse utførelser er formen av aperturen 128 relatert til formen av en respektiv tetningsring 84. For eksempel, i en utførelse, har den krumme ytre kant 134 av aperturen 128 en krumningsgrad som i hovedsak er identisk til krumningsgraden for en indre omkrets eller perimeter av en leppe av tetningsringen 84, slik at et parti av den indre kant eller perimeter av tetningsringen 84 i hovedsak er sammenfallende med den krumme ytre kant 134 når trykk inne i trykkregulatoren 24 er lik den første trykkterskel. I enkelte utførelser kan den krumme indre kant 132 ha en krumningsgrad som i hovedsak er identisk med den ytre omkrets av tetningsringen 84. Andre konfigurasjoner hvor de krumme indre og ytre kanter 132 eller 134 er konfigurert basert på andre overflater av tetningsringen 84 er også tenkelige.

[0044] Tilsvarende kan en ventileringstetningsplate 114 (FIG. 5) også inkludere en apertur som inkluderer en kant som er sammenfallende med en kant av en ventileringstetningsring 108 når trykk inne i regulatoren 24 i hovedsak er lik den annen trykkterskel. Selv om tetningsplatene 90 og 114 hovedsakelig kan være identiske til hverandre i enkelte utførelser, kan aperturene i tetningsplatene 90 og 114 isteden ha forskjellige størrelser eller geometrier i forhold til hverandre for å tilveiebringe forskjellige strømningsmengder gjennom sine respektive passasjer og for å passe sammen med forskjeller i geometriene til tetningsringene 84 og 108.

[0045] Visse utførelser av den foreliggende oppfinnelse kan også inkludere et dempende trekk, så som det som er illustrert på FIG. 10, som kan forbedre stabiliteten til trykkregulatoren 24. Som det kan forstås, brå økninger eller reduksjoner i trykk inne i et system som har den eksemplifiserende trykkregulator 24 kan, i enkelte tilfeller, resultere i et uønsket nivå av fluidstrukturvekslevirkning som reduserer stabilitet inne i systemet. Det eksemplifiserende dempende trekk som er illustrert på FIG. 10 kan redusere størrelsen av slik vekselvirkning. I en utførelse inkluderer det dempende trekk en utsparing eller et dempingskammer 140 som er tildannet i endelokket 36 og konfigurert til å motta et sammenpassende trekk 142 av tilførs-elsstempelet 64. Som det vil forstås, det sammenpassende trekk 142 kan være fastholdt til eller i ett med tilførselsstempelet 64. Det er verdt å legge merke til at det sammenpassende trekk 142 er konfigurert til å passe inn i dempingskammeret 140 og tilveiebringer et økt tverrsnittsareal som øker bevegelsesmotstand på til-førselsstempelet 64 når det beveger seg inne i tilførselskammeret 60. I tillegg, i en utførelse, inkluderer det sammenpassende trekk 142 en overflate som generelt er perpendikulær på lengdeaksen i tilførselsstempelet 64.

[0046] For eksempel, ettersom trykk inne i tilførselskammeret øker, beveger til-førselsstempelet 64 seg i den retning som er angitt med pilen 96 og reduserer den tilgjengelig plass inne dempingskammeret 140 for styringsmediet eller -fluidet. Vekselvirkningen mellom bevegelse av tilførselsstempelet 64 og dempingskammeret 140 tvinger således styringsfluid inn i kammeret 140 til enten å passere gjennom det sammenpassende trekk 142 via en eller flere avtappingsporter 144 eller rundt den ytre omkrets av det sammenpassende trekk 142. Videre, i en ut-førelse, kan en føringsring 146 være anordnet omkring den ytre perimeter av det sammenpassende trekk 142 for ytterligere å inhibere strøm av styringsfluidet rundt den ytre perimeter. I en utførelse reduserer eller hindrer vekselvirkningen mellom dempingskammeret 140 og det sammenpassende trekk 142 i hovedsak de uønskede effekter av fluidstrukturvekselvirkning inne i trykkregulatoren 24.

[0047] I tillegg kan en eller flere utførelser av den foreliggende oppfinnelse også inkludere en eksemplifiserende fjærlastjusteringsmekanisme 72, som generelt illustrert på FIG. 11.1 den foreliggende illustrerte utførelse inkluderer justerings-mekanismen 72 en justeringsskrue eller -organ 154 som er koplet til endelokket 40 og som strekker seg inn i det øvre hus 32. Justeringsskruen 154 inkluderer videre gjenger som er i inngrep med en plunger 156. Den eksemplifiserende plunger 156 inkluderer dybler eller pinner 158, anordnet inne i utsparinger 160, som strekker seg fra plungeren 156 og inn i korresponderende spor 162 som er dannet inne i det øvre hus 32. Pinnene 158 samvirker med sporene 162 for å hindre rotasjon av plungeren 156 inne i det øvre hus 32. Inngrepet mellom juste ringsskruen 154 og plungeren 156 muliggjør økingen og reduksjonen av de forbelastende krefter som påføres på tilførsels- og ventileringsstempelet 64 og 68 (FIG. 3). Særlig, i en utførelse, forårsaker rotasjon av justeringsskruen 154 i en retning aksial bevegelse av plungeren 156 i en retning som generelt er angitt med pilen 164, hvilket øker de forbelastende krefter som påføres på stemplene av deres respektive lastfjærer 66 og70. På lignende måte resulterer rotasjon av justeringsskruen 154 i den motsatte retning i en aksial bevegelse av plungeren 156 i den retning som generelt er angitt med pilen 166. Fordi plungeren 156 inkluderer et antirotasjonstrekk, overfører rotasjon av justeringsskruen 154 generelt ikke et dreiemoment til lastfjærene 66 og 70 eller stemplene 64 og 68. I en alternativ ut-førelse kan man se for seg en justeringsmekanisme som tillater uavhengig justering av hver av lastfjærene 66 og 70.

[0048] Videre, i en utførelse, inkluderer en eksemplifiserende trykkregulator 24 en innretning for skylling av det indre av det øvre hus 32. Særlig inkluderer den eksemplifiserende trykkregulator 24 etfluidledningsrør 172 som forbinder en ventileringsport52 med en innløpsport 174 som ertildannet i endelokket 40. Fluidled-ningsrøret 172 kan generelt være avgrenset av koplinger 176 og 178 som er fastholdt til ventileringsporten 52 henholdsvis innløpsporten 174, og en slange eller et rør 180 som strekker seg mellom koplingen 176 og 178. Når ventileringsportene 52 åpnes kan styringsfluidet som blir ventilert fra ventileringskammeret 62 rutes gjennom fluidledningsrøret 172 og inn i kammeret 182 hvor lastfjæren 68 og 70 er anordnet. Som det kan forstås kan det fluid som injiseres i fjærkammeret 182 passere gjennom eller rundt plungeren 156, så som gjennom strømningsporter som er tildannet i plungeren 156 eller sporene 162. Dette trykksatte fluid blir der-etter rutet gjennom kammeret 182 og forlater kammeret gjennom avtappingsportene 184 som er anordnet ved en ende av det øvre hus 32. I en utførelse som er relatert som undersjøisk operasjon av den eksemplifiserende trykkregulator 24, kan rutingen av styringsfluid gjennom fluidledningsrøret 172 og fjærkammeret 182 skylle sjøvann fra fjærkammeret 182, hvilket reduserer eller hindrer vekst av marint liv inne i fjærkammeret 182. I en utførelse kan tilbakeslagsventiler også være tilføyd til avtappingsportene 184 for å hindre sjøvann i å komme inn i fjærkammeret 182.

[0049] Selv om oppfinnelsen kan ha forskjellige modifikasjoner og alternative former, har spesifikke utførelser blitt vist som eksempel på tegningene og har her blitt beskrevet i detalj. Det skal imidlertid forstås at oppfinnelsen ikke er ment å være begrenset til de bestemte former som er offentliggjort. Snarere skal oppfinnelsen dekke alle modifikasjoner, ekvivalenter og alternativer som faller innenfor oppfinnelsens idé og omfang slik dette er bestemt av de følgende vedføyde krav.

Claims

1. Trykkregulator (24) omfattende: et legeme (30) som har et indre hulrom for mottak av et trykksatt medium, idet legemet (30) inkluderer en innløpsport (174) som setter det indre hulrom i stand til å motta det trykksatte medium ved et første trykk og en utløpsport (50) som setter det trykksatte medium i stand til å forlate legemet (30) ved et annet trykk; et styringsstempel anordnet inne i det indre hulrom, hvor styringsstempelet er konfigurert til å bevege seg inne i det indre hulrom som respons på en forandring i trykk i det indre hulrom, hvori styringsstempelet omfatter et første parti med en utvidet diameter og; minst en skjærtetningsring (84, 108) plassert inne i en utsparing (86, 110,160) i det første partiet slik at den minst ene tetningsring selektivt hindrer strøm av trykksatt medium gjennom det innvendige hulrommet som reaksjon på bevegelse av styringsstempelet; og et dempende trekk anordnet inne i det indre hulrom og konfigurert til å motvirke bevegelse av styringsstempelet i minst én retning på tvers av innløpsporten (174), idet det dempende trekket omfatter et andre parti av styringsstempelet i en aksial avstand fra det første partiet, hvori det andre partiet inkluderer en forstørret diameter konfigurert til å øke bevegelsesmotstanden på styringsstempelet når det beveger seg i den minst ene retning.

2. Trykkregulator (24) som angitt i krav 1, hvor det dempende trekk omfatter en føringsring (146) anordnet omkring en ytre omkretsoverflate av det andre partiet.

3. Trykkregulator (24) som angitt i krav 2, hvor det andre partiet omfatter minst én passasje gjennom det andre partiet som setter det trykksatte medium i stand til å bli forflyttet gjennom den minst ene passasje under bevegelse av styringsstempelet.

4. Trykkregulator (24) som angitt i krav 1, hvor det dempende trekk omfatter en utsparing (86, 110, 160) dannet i et endelokk av legemet (30), og utsparingen (86, 110, 160) i endelokket er konfigurert til å motta det andre partiet av styringsstempelet og samvirke med dette for å begrense strøm av det trykksatte medium til og fra utsparingen (86, 110, 160) i endelokket.

5. Trykkregulator (24) som angitt i krav 1, hvor legemet (30) inkluderer en ventileringsport (52) konfigurert til å ventilere det trykksatte medium fra det indre hulrom.

6. Trykkregulator (24) som angitt i krav 5, omfattende: et annet styringsstempel som er funksjonsdyktig til å styre strøm av det trykksatte medium gjennom ventileringsporten (52).

7. Trykkregulator (24) som angitt i krav 1, hvor det trykksatte medium omfatter en væske.