NO20101587A1

NO20101587A1 - Aktuator med forutbestemt feilmodus

Info

Publication number: NO20101587A1
Application number: NO20101587A
Authority: NO
Inventors: Anthony William Mann
Original assignee: Aker Subsea Ltd
Priority date: 2009-11-19
Filing date: 2010-11-10
Publication date: 2011-05-20
Also published as: MY155790A; BRPI1004873A2; GB2475588B; BRPI1004873B1; GB0920239D0; US8523142B2; NO339440B1; US20110114861A1; GB2475588A; GB201016516D0

Description

Aktuator med forutbestemt feilmodus

Denne oppfinnelsen vedrører aktuatorer, og særlig elektrisk eller hydraulisk drevne aktuatorer for betjening av anordninger så som hydrauliske styringsventiler. Oppfinnelsen er særlig, men ikke eksklusivt, tilsiktet til bruk i havbunns-moduler.

Styringsventiler og andre anordninger som blir drevet av slike aktuatorer styrer strømningen av styringsfluider, ved høye trykk, eller produksjonsfluider så som hydrokarboner i gass- eller væskefase. Det er spesielt viktig at ved svikt ved aktuatorens drivanordning, så som foreksempel dens kraftforsyning, skal aktuatoren forbli i eller gå tilbake til en forutbestemt modus hvorved (vanligvis) den styrte anordningen, så som en styringsventil, blir lukket. Oppfinnelsen vedrører således en pålitelig og sammenligningsvis enkel aktuator av denne typen.

Oppfinnelsen tilveiebringer spesielt en aktuator omfattende en første bærer og

en andre bærer som hver er bevegelige i en felles retning. En sperre kan enga-sjeres for å koble bærerne slik at de beveger seg samtidig. En kneleddskobling er utstrekkbar for å aktuere sperren og sammenfoldbar for å frigjøre sperren, for å tillate bevegelse av den andre bæreren forhold til den første bæreren. En elektrisk drevet aktueringsanordning fører til uttrekking av kneleddet når den blir aktivert og fører til kollaps av kneleddet når den deaktiveres. Aktuatoren omfatter et betjeningsorgan som bæres av den andre bæreren; en drivanordning for den første bæreren; og en returanordning for å føre til returbevegelse av den andre bæreren ved frigjøring av sperren.

Sperren omfatter fortrinnsvis en hengslet arm på anordnet på den første bæreren og posisjonert for inngrep med en del av den andre bæreren. Kneleddet kan omfatte et par i forhold til hverandre dreibare koblinger som er koblet mellom en hengsel på den første bæreren og en hengsel på nevnte arm.

Den elektrisk drevne aktueringsanordningen kan omfatte en sylinderspoleaktuator som er koblet til en hengsel mellom koblingene og har en gjennopprettings-forspenning.

Ett eksempel på oppfinnelsen vil nå bli beskrevet under henvisning til de medfølgende tegningene, i hvilke: Figur 1 viser i lengdetverrsnitt en aktuator i samsvar med én utførelsesform av

oppfinnelsen, vist i en aktiv tilstand; og

Figur 2 viser i lengdetverrsnitt eksempelaktuatoren i en forutbestemt svikt-modus.

De prinsipielle delene av eksempelaktuatoren er en første bærer 1, innrettet til å bli beveget av en drivanordning, og en andre bærer 2 som er innrettet til å aktuere en anordning så som en styringsventil. I dette eksemplet rager en stamme 3 fra bæreren 2 og bærer ved sin fjerne ende en ventilport (valve gate) 4 som har en tversgående åpning som kan beveges inn i og ut av innretting med en

hovedpassasje i ventillegemet, av hvilket resten er utelatt for enkelhets skyld.

I dette eksemplet er drivanordningen for bæreren 1 en elektrisk motor 5.

Drivanordningen 5 og bærerne 1 og 2 er i dette eksemplet anordnet i et stivt hus 6, gjennom hvilkets toppvegg 7 stammen 3 strekker seg til styringsventilen. I praksis er aktueringsretningen til bevegelse av bærerne 1 og 2 vertikalt oppover og vil bli beskrevet slik, idet dette er foretrukket når aktuatoren er anordnet i en havbunnsmodul tilknyttet en havbunnsbrønn, men oppfinnelsen er ikke begrenset til en slik retning.

Den andre bæreren 2 og således betjeningsorganet som utgjøres av stammen 3 er utsatt for en gjenopprettingskraft tilveiebrakt av en returanordning 8.1 dette eksemplet utgjøres returanordningen 8 av en kompresjonsfjær anordnet for å virke på den andre bæreren og således stammen og er anordnet mellom toppendeveggen 9 til den andre bæreren 2 og toppendeveggen 7 til huset 2.

Drivanordningen 5 kan imidlertid i prinsippet utgjøres av en hvilken som helst egnet hydraulisk, elektrisk eller mekanisk anordning. Returanordningen 8 kan utgjøres av en hvilken som helst egnet anordning hvis operasjon er uavhengig av drivanordningen og eventuell kraftforsyning til denne.

Bærerne 1 og 2 kan kobles forfelles bevegelse av en sperre som vil bli beskrevet. Når de er koblet slik fører operasjon av drivanordningen 5 til frem-skridende bevegelse av stammen 3. Ved frigjøring av sperren kan returanordningen 8 bevege den andre bæreren 2 i revers for å forårsake tilbake-trekkende bevegelse av stammen 3. Det kan bemerkes at det er et tapt bevegelsesforhold mellom bærerne, hvorved den første bæreren 1 kan drives oppover til sin maksimale utstrekning, og ikke desto mindre nedoverrettet bevegelse av den andre bæreren 2 krever ikke operasjon av drivanordningen 5, forutsatt at sperren har blitt frigjort.

Særlig den første bæreren 1 har form som en sylinder som er lukket ved sin toppende av en endevegg 10 med en sidevegg 11. Den andre bæreren 2 er også i form av en sylinder, definert av toppendeveggen 9 og en sidevegg 12. Den første bæreren 1 er delvis anordnet i den andre bæreren og de respektive sideveggene 11 og 12 overlapper i bevegelsesretningen til bærerne. Den andre bæreren beveger seg inne i og blir ført av det sylindriske huset 6.

I dette eksemplet driver drivanordningen 5, dvs. den elektriske motoren, et skruedrev 13 som går i inngrep med en skruegjenge 14 på innsiden av den sylindriske sideveggen 11 til den første bæreren 1. Rotasjon av motoren 5 beveger den første bæreren 1 opp, potensielt til fremskridning av stammen 3, og ned, klar for enda et aktueringsslag.

Inne i den første bæreren 1 er det en sperremekanisme og en sylinderspolestyrt kneleddsmekanisme.

Sperremekanismen omfatter en arm 18 som ved sin toppende er montert på en dreiearm 19 inne i den første bæreren 1 og nære toppveggen 10 til denne. Armen strekker seg ut av den første bæreren gjennom en port 20 i sideveggen II og den nedre enden 21 til armen kan gå i inngrep med et spor 22 i den indre flaten til sideveggen 12 til den andre bæreren 2.

Kneleddsmekanismen omfatter to koblinger 23, 24 av hvilke de indre og tilstøt-ende ender er koblet sammen ved et hengsel 25. Én av koblingene, det vil si kobling 23, er roterbart festet om et hengsel 26 i den første bæreren 1 og er spesielt anordnet på en transversplate 15 som er festet i bæreren 1 og skiller kammeret som rommer en sylinderspoleaktuator 28 og kneleddskoblingen fra kammeret som rommer skruegjengingen 14. Den andre koblingen 24 er roter-bar om et hengsel 27 såfremt ved albuen til den bøyde armen 18. Sylinderspoleaktuatoren 28 er festet i bæreren 1, og er dreibart montert på og avhengig av toppendeveggen 10. Armaturen 29 til sylinderspoleaktuatoren 28 er koblet til hengselet 25 som kobler den indre enden av koblingene 23 og 24. Armaturen til sylinderspoleaktuatoren har, slik det er vanlig, en gjenopprettende forspenning (ikke vist) så som en mekanisk fjær, for å føre til mekanisk tilbaketrekking av armaturen 29 ved avmagnetiseringen av sylinderspolen.

Inngrep med sperrearmen 18 krever følgelig at kneleddskoblingene 23 og 24 tilveiebringer et maksimalt spenn mellom den faste hengselen 26 på bæreren 1 og hengselen 27 på armen 18. Bibeholdelsen av det maksimale spennet krever kontinuerlig magnetisering av sylinderspolen 28.

Aktuatoren er vist i sin driftsstatus i Fig. 1. Sylinderspolen 28 er magnetisert; motoren 5 driver den første bæreren 1 i retningen som kreves for å forårsake at stammen 3 beveger ventilskyveren 4 og den andre bæreren 2 beveger seg, ved hjelp av inngrep med sperren, sammen med den første bæreren 1 for å drive stammen 3 fremover.

Fig. 2 viser aktuatoren i sin forutbestemte feilmodus (som hverdagsspråklig, dog ikke nødvendigvis, kan passende betegnes som en "sikkerhetstilstand), under forutsetning av at det har forekommet en elektrisk kraftsvikt. Sylinderspolen 28 er deaktivert og på grunn av den pressete tilbaketrekningen av dens armatur har kneleddskoblingene 23, 24 kollapset, noe som fører til frigjøring av sperrearmen 18 fra sporet 22. Følgelig kan den andre bæreren 2 bevege seg nedover under kraft fra returanordningen (fjæren 8) slik at styringsventilen blir deaktuert (dvs. stengt).

I dette eksemplet må bæreren 1 bli beveget nedover av drivanordningen 5 før normal drift kan gjenopptas.

Konstruksjonen er meget kompakt. Den første bæreren 1 er delvis omsluttet inne i den andre bæreren 2 og inneholder selv hovedsakelig alle delene til sperremekanismen og kneleddsmekanismen.

Claims

1. En aktuator omfattende en første bærer (1) og en andre bærer (2) som hver er bevegelige i en felles retning; en sperre (18, 22) som kan bringes til å koble bærerne slik at de beveger seg sammen; en kneleddskobling (23, 24) som er utvidbar til å betjene sperren og sammenfoldbar for å frigjøre sperren, for å tillate bevegelse av den andre bæreren i forhold til den første bæreren; en elektrisk drevet aktueringsanordning (28) for å føre til utvidelse av kneleddskoblingen når aktuert og å føre til sammenfolding av kneleddskoblingen ved deaktuering; et betjeningsorgan (4) båret av den andre bæreren; en drivanordning (5) for den første bæreren; og en returanordning (8) for å tilveiebringe returbevegelse av den andre bæreren ved frigjøring av sperren.

2. En aktuator i samsvar med patentkrav 1, hvorved sperren omfatter en dreibar arm (18) anordnet på den første bæreren og posisjonert for å gå i inngrep med en del (22) av den andre bæreren.

3. En aktuator i samsvar med patentkrav 2, hvorved kneleddskoblingen omfatter et par i forhold til hverandre hengslete koblinger (23, 24) som er koblet mellom et hengsel (26) på den første bæreren og et hengsel (27) på nevnte arm.

4. En aktuator i samsvar med patentkrav 3, hvorved den elektrisk drevne aktueringsanordningen (28) omfatter en sylinderspole som har en armatur som er koblet til et hengsel (25) mellom koblingene og har en gjenopprettingsforspenning.

5. En aktuator i samsvar med et av patentkravene 1-3, hvorved returanordningen omfatter en mekanisk fjær.

6. En aktuator i samsvar med et av patentkravene 1-4, hvorved den andre bæreren (2) er hovedsakelig sylindrisk og delvis inneholder den første bæreren (1).

7. En aktuator i samsvar med patentkrav 5 og 6, hvorved fjæren (8) er innrettet til å gå i inngrep med en endevegg til den andre bæreren.

8. En aktuator i samsvar med et av patentkravene 1-7, hvorved den første bæreren (1) er generelt sylindrisk i formen.

9. En aktuator i samsvar med et av patentkravene 1-8, hvorved drivanordningen (5) omfatter en elektrisk motor.

10. En aktuator i samsvar med patentkravene 8 og 9, hvorved motoren er koblet til å drive den første bæreren ved hjelp av gjenger (14) på en sylindrisk sidevegg (11) til den første bæreren.