NO328603B1 - Undervanns hybrid ventilaktuatorsystem og fremgangsmate. - Google Patents

Abstract

Et undersjøisk ventilaktuatorsystem er beskrevet, som omfatter en sammenstilling av et stempel (25) og en sylinder (11) og en returfjær (29), innrettet i en aktuatorkapsling (21, 22), en sammenstilling av en hydraulikkpumpe (3)og en elektromotor (1) tilknyttet sammenstillingen av stempelet (25) og sylinderen (11), hydrauliske rørforbindelser (42, 43) for hydraulisk medium som driver stempelet og sylinderen i relativ forflytning mot kraften fra returfjæren (29). Ventilaktuarorsystemet er karakterisert ved detekteringsmidler innrettet for detektering av en endeposisjon av slaget for sammenstillingen av stempel (25) og sylinder (11), nevnte detekteringsmidler er minst én av av følgende: en overvåkingskretsenhet for motorstrøm (94), en trykksensorenhet for hydraulisk medium (98), en posisjonssensorenhet (99) og en lineær variabel differensialtransformatorenhet (100), idet en elektromekanisk sperremekanisme er innrettet til å bli aktivert for på frigjørbar måte å sperre returfjæren i en komprimert tilstand som resultat av den detekterte endeposisjonen av slaget. En fremgangsmåte for drift av et undersjøisk ventilaktuatorsystem er likedan beskrevet, som tjener til å bestemme en endeposisjon av slaget for en sammenstilling av stempel (25) og sylinder (11) i et undersjøisk ventilaktuatorsystem.

Description

Undersjøisk hybrid ventilaktuatorsystem og fremgangsmåte

Oppfinnelsens område

Foreliggende oppfinnelse vedrører generelt et aktuatorreguleringssystem som kan brukes i undersjøisk produksjon av hydro-karboner. Den vedrører spesifikt et undersjøisk ventilaktuatorsystem og en fremgangsmåte for å oppnå et enkelt og robust reguleringssystem til lav kostnad og lav kvalifiseringsinnsats. Aktuatorsystemet er kompatibelt med konseptet av undersjøisk elektrisk produksjonsreguleringsarkitektur.

Bakgrunn for oppfinnelsen og kjent teknikk

I den følgende bakgrunnsbeskrivelsen samt i beskrivelsen av foreliggende oppfinnelse er følgende forkortelser ofte brukt:

BL børsteløs

DC likestrøm

DCV retningsbestemt reguleringsventil

EH MUX elektrohydraulisk multiplekser

ESD nødstopp

I/O input/output

LVDT lineær variabel differensialtransformator

PM permanentmagnet

PSD produksjonsnedstenging

SIL sikkerhetsintegritetsnivå (safety integrity

level)

SHPU undersjøisk hydraulisk kraftenhet

SMA hukommelseslegering

XMT, Xmas tree ventiltre

Kjent teknikk når det gjelder reguleringssystemer for hydrokarbonproduksjon omfatter både hydraulisk og elektrisk regulering.

De fleste konseptene for elektrisk aktivering av store sluse-ventiler (gate valves) inkluderer bruk av en elektrisk motor og en rulleskrue eller annen form av roterende-til-lineær mekanisk omformingsinnretning, slik som beskrevet i f.eks. US 7,172,169 og i US 6,572,076. Andre konsepter, slik som beskrevet i NO 322680, er basert på bruk av en liten SHPU til å kombinere virkningen av en elektrisk motor og en hydraulisk stempel/ sylinder-innretning. Begge løsninger har sine fordeler, og begge har også visse begrensninger. Første løsning tenderer til å involvere mekanisk kompleksitet og utstrakt instrumentering i ikke-utskiftbare komponenter dvs. for eksempel integrert med en XMT-modul og store dimensjoner. Andre løsning tenderer til å involvere en rekke hydrauliske komponenter som over mange år har vist seg å ha mindre pålitelighet enn ønskelig i en undersjøisk kontekst, f.eks. DCV pilotventiler som krever høy fluidrenslig-het for pålitelig drift, trykkavlastningsventiler og hydrauliske akkumulatorer. Sistnevnte, dersom de er i form av nitrogenladet (N2) belgekonstruksjon, er over tid utsatt for lekkasje, hvilket er årsaken til at de normalt blir montert på moduler som er lett utskiftbare. På dypt vann er N2~fylte akkumulatorer også in-effektive. Akkumulatorer konstruert i form av en spent mekanisk fjær er omfangsrike og passer ikke inn som en del av en aktuator plassert på f.eks. en XMT.

Foreliggende oppfinnelse er basert på en kombinasjon av prinsipper fulgt i begge leire (rulleskruer og hydraulikk) i samsvar med ovenstående, og spesielt på bruk bare av de beste komponenter fra hver leir i en kombinasjon som oppviser robusthet og pålitelighet uten sidestykke, kombinert med kostnadseffektivitet .

Den kritiske egenskapen ved en undersjøisk ventilaktuator brukt f.eks. i en XMT ligger i feil-til-sikker låseinnretningen. Dette er en mekanisme konstruert for å virke i samband med en retur-fjær, idet sistnevnte lagrer energi som kreves for å dreie ventilen fra produksjonsstilling til den sikrere stillingen, vanligvis fra åpen til stengt stilling.

I tilfellet med elektromekanisk drift er låsen vanligvis også elektromekanisk. Mange versjoner er blitt uttenkt, men få realisert og tatt i bruk innen den undersjøiske industrien.

For den lokale (for aktuatoren) SHPU-fremgangsmåten er feil-til-sikker funksjonen nesten alltid ordnet ved hjelp av en DCV. Slike ventiler har flere uheldige men nødvendige konstruksjons-egenskaper. Tradisjonelt har DCV ikke vært kritisk overfor ESD-funksjonalitet, bortsett fra enkelte installasjoner karakterisert ved svært lang avstand mellom den undersjøiske produksjons-anlegget og vertsplattformen. Den universelt godtatte formen av ESD for et tradisjonelt EH MUX-produksjonsreguleringssystem er i form av hydraulisk trykkavlastning fra vertsplattformen, slik at de DCV-ene som er kritiske for sikkerheten er plassert på vertsplattformen og derved er tilgjengelige for reparasjon eller utskifting.

Bruk av trykkavlastningsventiler undersjøisk har meget liten, hvis noen historie i produksjonsreguleringssystemer. Industrien har skydd trykkreguleringsventiler og trykkavlastningsventiler brukt undersjøisk. Hele serien av ventiler som normalt blir brukt i en mini-SHPU dedikert til å regulere en enkelt aktuator er i utgangspunktet ansett for å være følsom for partikkelforurensning og derfor uønsket.

Elektrisk aktivering bør bli definert i en systemkontekst, dvs. en aktuator med bare elektriske (og muligvis optiske) grensesnitt, og ingen hydrauliske grensesnitt mot de oppstrøms delene av produksjonsreguleringssystemet. Figur 1 illustrerer en typisk SHPU-krets i kjent teknikk, brukt av flere konstruktører for å oppnå en aktuator med hydrauliske komponenter. Konseptet omfatter en pumpe drevet av en elektromotor, en akkumulator for lagring av hydraulisk kraft, vanligvis et filter for å rense fluidet, og en solenoid-betjent DCV for retningsbestemt regulering, samt en sylinder/stempel-enhet. Sistnevnte har grensesnitt mot ventilstangen og leverer kraft for å bringe ventilen til produksjonsstilling. En stor returfjær er vanligvis montert for lagring av energien som kreves for å stille ventilen tilbake til sikkerstilling når hydraulisk trykk blir ventilert av DCV-en når solenoiden er strømløs.

Med henvisning til figur 1 er det vanlig å organisere en motor 1 forbundet med en pumpe 3 via en fleksibel kobling 2 for å generere et trykk og en strøm gjennom tilbakeslagsventil 13 for å lade en akkumulator 8. En trykkavlastningsventil 5 er innrettet som vist på figur 1 for å beskytte pumpe og motor. Ved aktivering driver pilotventil 10 DCV 9 til driftsstilling for å slippe fluid gjennom konnektor 19 til aktuatorsylinder 11 og til å drive et stempel i sylinder 11 til åpen stilling for ventilen 12, og å presse fluid ut fra fjærsiden av sylinder 11 gjennom konnektor 20 og tilbakeslagsventil 17 og filter 15. Når ventilen skal stilles tilbake til sikker stilling, blir solenoiden i pilotventilen 10 gjort strømløs, DCV 9 blir drevet av kraften fra fjæren til å ventilere trykket i sylinderen 11, og fjærsiden av stempelet suger fluid fra reservoar 7 gjennom hydraulisk konnektor 20 og tilbakeslagsventil 18. Det absolutte trykket i kretsen er høyt for dypt vann, og et mindre trykkfall over filtrene har ingen betydning.

Denne kretsen passer for en overflateinstallasjon der de komponentene som er mest følsomme for forurensning, spesielt DCV-pilotventil 10 og trykkavlastningsventil 5 kan være tilgjengelig for reparasjon eller utskifting, og der omgivelses-trykket på 1 bar er passende for bruk av en nitrogenfylt akkumulator 8, men kretsen er mindre passende for en undersjøisk installasjon.

Foreliggende oppfinnelse sikter på eliminering av disse tre uønskede komponentene mens den fortsatt sørger for et virksomt aktiveringssystem med stor robusthet og pålitelighet.

I det følgende vil flere egenskaper med radikal forbedring av dette konseptet når det gjelder driftspålitelighet bli beskrevet som en del av foreliggende oppfinnelse.

Sammenfatning av oppfinnelsen

Hensikten med foreliggende oppfinnelse blir oppnådd og manglene ved kjent teknikk i hovedsak eliminert ved ventilaktuatorsystemet og fremgangsmåten som definert i uavhengige patentkrav. Videre fordelaktige egenskaper og utførelser som oppfinnelsen innebærer, er definert i underordnede krav.

I likhet med en konvensjonell hydraulisk aktuator for en ventil, omfatter den aktuelle aktuatoren en sylinder/stempel-sammenstilling og en returfjær innrettet i en aktuatorkapsling som hovedelementene. Også i likhet med en konvensjonell hydraulisk aktuator blir overgangen fra produksjonsmodus til sikker tilstand ved aktivering av returfjæren, og overgangen fra sikkermodus til produksjonsmodus ivaretatt ved hjelp av hydraulisk kraft generert i hjelpekretsene som utgjør en integrert del av aktuatorkonseptet, men fortrinnsvis plassert i en enhet som kan utskiftes separat.

Den foreslåtte kretsen har ingen akkumulator for lagring av hydraulisk kraft og ingen DCV-pilotventil (eller DCV). Den har heller ikke trykkavlastningsventil. Dermed er de tre minst ønskelige komponentene i det konvensjonelle konseptet blitt eliminert. Bevegelsen av stempel/sylinder følger ganske enkelt som en funksjon av fluid som blir pumpet inn i sylinderen direkte fra utløpsåpningen fra pumpen.

Feil-til-sikker låsen er en elektromekanisk innretning (ref: elektromekanisk sperremekanisme). Innretningen omfatter mekaniske deler som er i stand til å håndtere reaksjonskrefter fra returfjæren og fra brønnens boretrykk, og blir holdt i låst stilling ved hjelp bare av en liten elektrisk strøm og med svært lite effektforbruk. Det er innføringen av denne elektromekaniske feil-til-sikker innretningen som gjør det mulig å fjerne komponenter som ellers er nødvendige: akkumulator (som kompenserer for DCV-lekkasje), DCV (viktig funksjon for å håndtere ESD-tilstanden) og trykkavlastningsventil (vern av pumpe og motor). Feil-til-sikker låsinnretningen krever bare elektrisk kraft, ingen hydraulisk kraft.

Foreliggende oppfinnelse muliggjør også vern av motor og pumpe ved å detektere endeposisjonen av slaget.

Foreliggende oppfinnelse har en karakteristisk ytelse som er svært ulik tilsvarende med enten en elektromekanisk aktuator eller en SHPU-basert aktuator som beskrevet i henvisningene til kjent teknikk. Det er en ekte elektrisk aktuator, idet den har kun elektriske (og i fremtiden muligens optiske) grensesnitt mot de andre delene av produksjonsreguleringssystemet.

I motsetning til en typisk rulleskruebasert aktuator med en børsteløs, permanentmagnets likestrømsmotor (BL PM DC-motor) med høyt dreiemoment og gearinnretninger, kan den foreslåtte konstruksjonen bygges for større diameter og kortere lengde av fremspring f.eks. ventilblokken av et XMT, og er derved mer kompatibel med undersjøiske XMT-arkitekturer.

En fordelaktig egenskap ved ventilaktuatorsystemet i henhold til foreliggende oppfinnelse er at det lett kan utvides til å utføre aktivering av feil-til-siste-posisjon, typisk for en manifold eller strupeventilapplikasjon, ved ganske enkelt å reversere rotasjonsretning av den elektriske motoren, fjerne feilsikker-fjæren og konstruere stempel/sylinder for toveis-virkning. Dette forutsetter full reverserbarhet av pumpen, vanligvis slik tilfellet er for en tannhjulspumpe, ikke alltid tilfelle for en stempelpumpe. I tilfellet med en stempelmaskin ville det være gunstig å bruke en motor som pumpe, siden disse vanligvis er konstruert for sann toveisdrift både i pumpemodus og i motormodus.

Kort sagt fremskaffer foreliggende oppfinnelse et undersjøisk ventilaktuatorsystem som omfatter: - en sammenstilling av stempel og sylinder innrettet i en aktuatorkapsling, som kan kobles til en ventil, idet stempel/ sylinder-sammenstillingen virker til å forflytte en ventilstang mot kraften fra en retur-fjær plassert i aktuatorkapslingen, - en undersjøisk hydraulisk kraftenhet som kan kobles til aktuatorkapslingen, idet kraftenheten omfatter en pumpe drevet av en elektromotor, slik at pumpen leverer hydraulisk trykk via rørforbindelser for å utføre en relativ forflytning mellom stempel og sylinder, idet detekteringsmidler er innrettet for å detektere endeposisjon av slaget til sammenstillingen av stempel og sylinder, der nevnte detekteringsmidler er minst ett av følgende:

- en overvåkingskretsenhet for motorstrøm,

- en trykksensorenhet for hydraulisk medium,

- en posisjonssensorenhet, og

- en lineær variabel differensialtransformatorenhet. Aktuatorsystemet er karakterisert ved at stangen står i forbindelse hele veien gjennom stempel/sylinder-sammenstillingen med en ROV-overstyringsinnretning ved hjelp av en låsebolt, og ved at en elektromagnetisk sperremekanisme er innrettet til å gå i inngrep med låsebolten for på frigjøringsbar måte å sperre stempel/sylinder-sammenstillingen med returfjæren i sammentrykt tilstand, som resultat av detektert endeposisjon av slaget.

I henhold til en foretrukket utførelse er enten overvåkingskretsenheten for motorstrøm eller/og trykksensorenheten montert i en elektronisk beholder som er utskiftbart koblet til aktuatorkapslingen.

I henhold til en annen foretrukket utførelse er komponenter for enten posisjonssensorenheten eller/og og den lineært variable transformatorenheten plassert i aktuatorkapslingen (dvs. den ikke-utskiftbare delen av aktuatorsystemet).

Overvåkingskretsenheten for motorstrøm er fortrinnsvis innrettet til å avgi et slagendesignal til en logikkenhet som styrer den elektromekaniske sperremekanismen for å holde ventilen i produksjonsmodus mot kraften fra returfjæren.

Trykksensorenheten er fortrinnsvis innrettet til å generere et trykksignal i en logikkenhet som styrer den elektromekaniske sperremekanismen for å holde ventilen i produksjonsmodus mot kraften fra returfjæren.

Posisjonssensorenheten eller/og den lineært variable transformatorenheten er fortrinnsvis innrettet til å avgi et slagendesignal til en logikkenhet som styrer den elektromekaniske sperremekanismen for å holde ventilen i produksjonsmodus mot kraften fra returfjæren.

Fortrinnsvis er sammenstillingen hydraulikkpumpe og elektromotor montert i en hydraulisk kraftenhet som er utskiftbart koblet til aktuatorkapslingen.

Det hydrauliske mediet blir fortrinnsvis tilført til sammenstillingen stempel/sylinder fra en reversibel hydraulikkpumpe med fast slagvolum.

Det hydrauliske medium blir også fortrinnsvis tilført via en rørforbindelseåpning i enden av stempelet som fortrinnsvis er stasjonært i aktuatorkapslingen.

Sylinderen er fortrinnsvis innrettet forflytningsbart på stempelet i aktuatorkapslingen fylt med hydraulisk medium som kommuniserer med hydraulikkpumpen via en returrørforbindelse.

I en annen foretrukket utførelse omfatter aktuatorkapslingen en stang som rager ut fra sylinderen i en foroverretning, og en låsebolt som rager ut fra sylinderen i bakoverretning, der låsebolten rekker gjennom stempelet for å gå i frigjørbart inngrep, i slagendeposisjonen til sylinderen, med låsearmer innrettet dreibart i aktuatorkapslingen.

Låsearmene er fortrinnsvis styrbare inn i låsende inngrep med bolten ved aktivering av en elektromagnet/solenoid eller ved hjelp av en hukommelseslegeringsinnretning.

I korthet tilbyr foreliggende oppfinnelse også en fremgangsmåte for drift av et undersjøisk ventilaktuatorsystem som omfatter en sammenstilling av stempel og sylinder, samt en returfjær innrettet i en aktuatorkapsling, en sammenstilling av hydraulikkpumpe og elektromotor tilknyttet sammenstillingen stempel og sylinder, hydrauliske rørforbindelser for hydraulisk medium som driver stempel og sylinder i relative forflytning mot kraften fra returfjæren. Fremgangsmåten omfatter følgende trinn: - innretning av en elektromekanisk sperremekanisme som tjener til frigjøringsbar sperring av returfjæren i komprimert tilstand, - bestemmelse av en endeposisjon av slaget for sammenstillingen stempel og sylinder ved hjelp av minst én av følgende:

- detektering av strøm tilført/forbrukt av elektromotoren,

- detektering av trykket i det hydrauliske mediet,

- detektering av posisjonen til for stempelet relativt til sylinderen, samt - detektering av den absolutte posisjonen for stempelet eller sylinderen.

Fremgangsmåten er karakterisert ved trinnet å aktivere den elektromekaniske sperremekanismen som resultat av den detekterte endeposisjonen av slaget til sammenstillingen av stempel og sylinder etter en viss tidsforsinkelse mens motoren er stoppet med fullt dreiemoment.

Ytterligere underordnede fremgangsmåtetrinn inkluderer følgende: - tilføring av kraft til motoren i stillstand i endeposisjonen av slaget mens en detekterer en eller flere av følgende: motorens strømforbruk, trykk i det hydrauliske mediet, posisjonen for stempelet relativt til sylinderen samt den absolutte posisjonen for stempel eller sylinder, og avbryting av krafttilførsel til motoren (statorviklinger) ved detektering av endeposisjonen av slaget for sammenstillingen stempel/sylinder, - akselerering av motoren med minimum dreiemoment levert fra en fjærforspent akkumulator innrettet i strømmen av hydraulisk medium fra pumpen til sylinderen, - innretning av overvåkingskretsenheten for motorstrøm eller/og en trykksensorenheten for hydraulisk medium i en separat utskiftbar elektronikkbeholder som kan kobles til aktuatorkapslingen, - innretning av komponenter i en posisjonssensorenhet eller/og en lineær variabel differensialtransformatorenhet i aktuatorkapslingen, - montering av hydraulikkpumpe og elektrisk motor i en hydraulisk kraftenhet som er utskiftbart koblet til aktuatorkapslingen.

Ytterligere egenskaper og fordeler som fremkommer ved foreliggende oppfinnelse vil bli forstått ut fra følgende detaljerte beskrivelse av foretrukne utførelser.

Kort beskrivelse av tegningsfigurene

Foreliggende oppfinnelse vil bli nærmere forklart med henvisning til de skjematiske tegningsfigurene. Tegningsfigurene viser som følger: Figur 1 illustrerer skjematisk en tradisjonell SHPU-krets som en ofte finner i konstruksjoner i kjent teknikk, der en SHPU er dedikert til å drive en enkelt aktuator. Figur 2 er et lengdesnitt gjennom en utførelse av aktuatorsystemet i henhold til foreliggende oppfinnelse. Figur 3 er et snitt langs linjen III-III på figur 2, som viser aktuatoren i produksjonsmodus. Figur 4 er et snitt langs linjen IV-IV på figur 2, som viser aktuatoren i stengt modus. Figur 5 er et lengdesnitt gjennom en annen utførelse av aktuatorsystemet i henhold til foreliggende oppfinnelse. Figur 6 illustrerer skjematisk en hydraulisk krets av aktuatorsystemet i henhold til en foretrukket utførelse av foreliggende oppfinnelse. Figur 7 er en representasjon av det hydrauliske trykket i aktuatorsylinderen som funksjon av tiden for en aktuator-slagsekvens fra sikkerposisjon til produksjonsposisjon av ventilen. Figur 8 viser motorens statorstrøm som funksjon av tiden i løpet av et aktuatorslag. Figur 9 er et prinsippskjerna av de elektriske kretsene i et aktuatorreguleringssystem i henhold til en foretrukket utførelse av foreliggende oppfinnelse. Figur 10 er reguleringssystemet på figur 9 utvidet til å inkludere alternativ eller forsterket sensorinstrumentering.

Detaljert beskrivelse av foretrukne utførelser av oppfinnelsen

I det følgende vil foretrukne utførelser av oppfinnelsen bli beskrevet. En fullstendig liste over referanser er vedlagt på slutten av den detaljerte beskrivelsen.

Med henvisning til figur 1 vil den hydrauliske kretsen i kjent teknikk som er beskrevet i bakgrunnen typisk omfatte følgende komponenter: en elektromotor 1, fleksibel kobling 2, hydraulikkpumpe 3, pumpeinntakssil eller -filter 4, trykkavlastningsventil 5, volumkompensator 6, oljereservoar 7, hydraulisk akkumulator 8, reguleringsventil 9, pilotventil 10, hydraulisk sylinder 11 med fjærforspent stempel, sluseventil 12, returfilter 15, tilbakeslagsventiler 13, 17, 18 og hydrauliske koblinger 19 og 20.

Det forenklede systemet av foreliggende oppfinnelse er tilsvarende illustrert på figur 6. Med henvisning til figurene 6 og 7 driver motoren 1 pumpen 3 via fleksibel kobling 2 for å skape et trykk nedstrøms for pumpe 3 så snart strømmen ut av pumpen møter en begrensning av strømningen. Den minste begrensningen av strømmen er representert av den lille fjærforspente akkumulat-oren 14, organisert til å tilby motoren en mykstart med minimum dreiemoment og dermed tillate en rask akselerasjon av motorens rotor. Dette svarer til en type start med hydraulisk forbi-kobling, men uten komplisert reguleringsfunksjonalitet som kan innføre upålitelighet. Mykstartmekanismen er en enkel stempeltype-akkumulator med en liten fjær, som tillater at fluid fylles i sylinderen ved lavt trykk inntil sylinderen er full og stempelet er ved enden av slaget. På dette tidspunktet, angitt med 71 på figur 7, blir fluidet presset gjennom konnektor 19 inn i sylinder 11 for å skyve stempelet i sylinder 11 mot returfjæren for å skyve sluseventilen 12 til produksjonsposisjonen. Refer-anse nummer 72 indikerer løsrivningsposisjonen, og 73 indikerer start av jevn bevegelse når løsrivningskraften er overvunnet. Når produksjonsposisjonen er nådd ved 74, bygger trykket seg opp nedstrøms for pumpen, fordi det ikke finnes avløp for fluidet. Rotoren retarderer og blir stanset ved høyt trykk på tidspunktet 75 og holdt ved fullt dreiemoment ved (nær) stillstand for typisk 1-2 sekunder inntil tidspunkt 76. Under denne holde-perioden blir sperremekanismen i aktuatoren aktivert. Motoren blir så slått av, og aktuatoren blir holdt i posisjon ved hjelp av sperremekanismen som motvirker hele kraften fra returfjæren i sylinder 11. I løpet av typisk 1-2 sekunders stopp av rotoren med full krafttilførsel er varmen som blir generert både i rotor og stator signifikant men godt innenfor varmekapasiteten i de to komponentene.

Med henvisning nå til figur 2 vil struktur og komponenter i det undersjøiske ventilaktuatorsystemet bli beskrevet nærmere. Aktuatorkomponentene er plassert i en kapsling som består av en fremre kapslingsdel 21 forbundet med en bakre kapslingsdel 22. Referansenummer 23 viser til et utstyr for et ROV overstyringsanlegg, og referansenummer 24 viser til en aktuatorflens som forbinder sluseventilaktuatoren med sluseventilen og utgjør en endevegg i kåpslingsdelen 21.

Et stempel 25 og en sylinder 11 er innrettet for relativ forflytning i kapslingen 21. Nærmere bestemt er sylinderen 11 bevegelig i begge aksielle retninger på et stempel 25 som er stasjonært montert i kapslingen. Fra en fremre endevegg til sylinderen 11 stikker det ut en stang 26 gjennom endeveggen til kapslingen eller flensen 24. Stangen 26 utgjør et ventilgrense-snitt og er bevegelig lineært for å utføre flytting av ventilen til produksjonsmodus når sylinder og stang blir forlenget i foroverretning (dvs. mot venstre side av tegningen). Fra motsatt side av sylinderendeveggen rager en låsebolt 27 inn i et hull 28 som er innrettet sentralt gjennom stempelet 25. Låsebolten 27 samvirker med en elektromekanisk låse- eller sperremekanisme, hvilket vil bli nærmere forklart med henvisning til figurene 3 og 4.

En returfjær 29, slik som en spiralfjær av metall, er montert på utsiden av sylinderen og virker mellom kapslingsendeveggen/ flensen 24 og en radiell flens 30 som er utformet i bakre ende av sylinderen 11. I uttrukket tilstand vil sylinderen 11 være forspent i bakoverretning av kraften fra den komprimerte returfjæren 29. Returfjæren 29 er frigjøringsbart fastgjort i komprimert tilstand av en elektromekanisk sammenstilling som omfatter en elektrisk styrt utløsermekanisme. I komprimert tilstand av returfjæren 29, se figur 3, er låsebolten 27 fastgjort ved inngrep fra et antall låsearmer 31 i inngrep med en radiell skulder 32 som er utformet på låsebolten 27. Låsearmene 31 er fortrinnsvis plassert i lik avstand rundt omkretsen av låsebolten, og kan være montert i et antall av to eller flere. Den radielle skulderen 32 forbinder en bakre del av låsebolten med en fremre del 33 som har større diameter enn bakre del. Ved frigjøring, se figur 4, blir låsearmene 31 vippet ut av inngrep med den radielle skulderen 32, slik at låsebolten 27, sylinderen 11 og stangen 26 kan bli drevet bakover av den ekspanderende returfjæren 29. Låsearmene 31 er utformet i en fremre front med en sirkulær eller halvsirkulær utsparing, og er opplagret til å gli dreibart på en sirkulær eller halvsirkulær glideflate 34 som er utformet i den motsatte enden av stempelet. Låsearmene 31 er videre utformet i en bakre ende, med en kurvet glideoverflate som ligger an mot en stasjonær struktur i kapslingen, her kalt et låsearmsgrensesnitt 35, som har en glideoverflate som er en aksiell motstøtte for låsearmene 31.

Låsearmene 31 er utformet med seter 36 i ytterendene. Setene 36 er formet så de passer i fastholdt tilstand til en respektiv låsepinne eller låsekule 37 som illustrert på figur 3. Låsepinnene 37 blir skjøvet i radiell retning inn i setene 36 av aktiveringsstenger 38 med avrundede ender og blir drevet til å bevege seg aksielt i foroverretning ved hjelp av en elektro-magnet/solenoid eller alternativt ved bruk av en SMA-innretning (hukommelseslegering) 39. Derved vil aktiveringsstengene 38, så lenge solenoid/SMA-innretning 39 er aktivert, forbli fremskjøvet for å hindre låsepinnene 37 fra å forlate setene i ytterendene av låsearmene 31. I sittende posisjon er låsepinnene 37 fast-klemt mellom låsearmene 31 og radielle skuldere 40 (se figur 4) utformet på aktuatorkapslingen, slik at den positivt hindrer låsearmene fra å dreie seg rundt glideoverflåtene 34 som er utformet i enden av stempelet 25. Når solenoiden eller SMA-innretningen blir deaktivert, blir aktiveringsstengene 38 trukket tilbake i bakoverretning, i tilfellet med en solenoid ved hjelp av et fjærelement (ikke vist). Låsepinnene 37 blir så tillatt å bevege seg i radiell retning ut fra setene 36, og blir skjøvet av de dreiende låsearmene inn i utsparinger 41 (figur 4) som er gjort tilgjengelige i den tilbaketrukne stillingen av aktiveringsstengene 38.

Når aktuatoren er aktivert, er stangen 26, sylinderen 11 og låsebolten 27 fremskutt i foroverretning fra den posisjonen som er vist på figur 4. Fjærelementer (ikke illustrert) virker på låsearmene 31 for å dreie disse til låseposisjonen som er illustrert på figur 3. Når låsearmene 31 er i stilling med setene 36 på linje med låsepinnene 37 i utsparingene 41, blir solenoiden eller SMA-innretning 39 aktivert, og følgelig blir aktiveringsstengene 38 fremskutt forover og låsepinnene 37 blir skjøvet ut av utsparingene 41 og inn i setene 36 ved inngrep fra de avrundede endene av de fremskutte aktiveringsstengene 38.

Stempel/sylinder-sammenstillingen 25/11 er drevet av en hydraulikkpumpe og elektromotor-sammenstilling, se figurene 2 og 5. Av grunner som er forklart ovenfor er pumpen 3 av en reversibel konstruksjon med fast volum som kommuniserer hydraulisk medium til sylindervolumet via en rørforbindelse 42 med åpning i enden av stempelet 25 og til aktuatorhusets indre volum via rørforbindelse 43.

Det presiseres at den foretrukne utførelsen viser en bevegelig sylinder 11 og et annulært stempel 25 fiksert i posisjon der stangen er i senter. Et mer generelt tilfelle (se figurene 1 og 6) har en fiksert sylinder og et bevegelig stempel. Et foretrukket arrangement er et arrangement der en stang forbindes hele veien til ROV overstyringsanlegg. Den praktiske tilpasning-en er ikke kritisk for oppfinnelsen, men er vist for at beskrivelsen skal være fullstendig.

Figur 5 illustrerer en noe modifisert modularisering av aktuatorsystemet vist på figur 2 i forhold til horisontal versus vertikal orientering av den hydrauliske kraftenheten. Formålet med denne utførelsen er å redusere diameteren av aktuator-konstruksjonen, fremspringende fra f.eks. en XMT-blokk, for å gjøre den mer kompatibel med XMT-topologi og plassbegrensninger. Denne utførelsen kan med fordel nytte individuelle hydrauliske hurtigkoblinger (stab connectors) fremfor flensforbindelsen som er vist på figur 2.

En undersjøisk hydraulisk kraftenhet SHPU er montert i en separat og utskiftbar SHPU-modul som omfatter motor/pumpe-sammenstillingen innesluttet i en kapsling 44. Referansenummer 45 viser til en beskyttelsesdeksel for en metallbelg volumkompensator 6, som kompenserer for volumendringer av fluidet i aktuatoren som følge av endringer i trykk og temperatur. Slike innretninger er vanlige komponenter i undersjøisk industri, og komponentene er vist for å gjøre beskrivelsen fullstendig. SHPU-enheten forbindes til aktuatorkapslingen 21 via en koblingsflens 47 og klammergrensesnitt 48. Referansenumre 49 og 50 viser til lagerinnretriinger som har opplagret en rotor 51 for rotasjon relativt til en stator 52. Elektrisk kraft og styring blir tilført fra en vertsanlegg via linjer forbundet med sluseventilaktuatoren ved våtkoblingskonnektor 53. En ekstra konnektor 54 kan med fordel bli innrettet for reserve i et tilfelle der konnektor 53 blir frakoblet ved fjerning av SHPU-enheten. Referansenummer 55 viser til en separat utskiftbar elektronikk-kapsling som inneholder de elektriske/elektroniske komponentene som kreves for å betjene aktuatoren.

Motor 1 kan være konstruert i mange former. I en foretrukket utførelse av foreliggende oppfinnelse blir det brukt en kortslutningsmotor med rotor 51 konstruert for meget høy motstand i rotorstavene. Stavene kan være lagd i et materiale med mindre ledeevne enn kobber i motsetning til den normale konstruksjonen med bruk av kobber, eller hele rotoren kan være et massivt sylindrisk stykke magnetisk jern (i sistnevnte tilfelle er det strengt tatt ikke lenger en kortslutningsmotor). Dette gjør det mulig å bruke en motor med lav virkningsgrad ved merkehastighet, men også en motor med svært lav startstrøm, høyt startdreiemoment og meget tolerant for oppvarming. I foreliggende oppfinnelse er virkningsgraden til motoren når den kjører med merkehastighet (typisk om lag 2900 o/m) ikke en hovedsak, men innkoblingsstrømstøt er viktig i betraktning av de lange overføringslinjene som brukes ved utvikling av undersjøiske felt. Direktestart av motoren ved hjelp av konvensjonelle elektromekaniske kontaktorer gjør det mulig å ha et robust system med bruk av enkelt utstyr, men for en standard industri-induksjonsmotor av kortslutningsmotorkonstruksjon har dette lett for å skape store spenningsfall på transmisjonslinjene som følge av stor startstrøm og lav lastvinkelverdier ved oppstart. Motoren kjører bare i 30-60 sekunder per aktivering, så det samlede krafttapet i form av varme er ubetydelig.

I den foretrukne utførelsen er motorens stator 52 viklet for svært lave spenninger, typisk 40-60 volt for en 5 kW-enhet (typisk merkeverdi for en 5" aktuator). Følgelig er krav til isolering moderate og gjør motoren funksjonsdyktig også ved dårlige isolasjonsverdier. Hele kapslingen som inneholder motor/pumpe og hjelpeventiler er fylt med en passende mineral-oljebasert eller syntetisk hydraulisk fluid. Alle slike fluider har utmerkede elektriske isolasjonsegenskaper ved lave spenninger, selv ved opptak av sjøvann. Det hydrauliske fluidet er altså optimalisert på smøring for motor- og pumpelagre og ytelse av pumpen, i tillegg til korrosjonsmotstand hos de våte komponentene.

Det presiseres at tannhjulspumper har innebygd en intern lekkasje, normalt ansett som en ulempe, men i denne sammenhengen ansett som en fordel, idet det er sikkert at aktuatoren går til sikkerposisjonen for ventilen selv dersom pumpe- eller motor-lagre skulle skjære seg. I dette usannsynlige tilfellet ville nedstengingstiden øke, men nedstenging ville til slutt bli utført.

Pumpen 3 er i den foretrukne utførelsen av tannhjulstype for robusthet og kostnadseffektivitet, men kunne også være av en aksiell stempeltype eller en annen form for maskin for fast slagvolum. Grunnkravet er at pumpevirkningen er reversibel slik at pumpen kjører som en motor under trykket som er generert av returfjæren 29 i sylinder 11 når motor 1 er deaktivert og låsearmene 31 blir frigjort for stenging. Hydraulikkretsen er følgelig med hensikt laget slik at den ikke kan holde stangen 26 i utvidet stilling når pumpen står stille. Så snart motoren er deaktivert og låsearmene 31 er frigjort, vil returfjæren 29 drive stangsammenstillingen til sikker stilling for ventilen. Bare den mekaniske feil-til-sikker-mekanismen (ref: elektromekanisk sperremekanisme) vist på figurene 3 og 4 er .tiltenkt å holde ventilen i produksjonsmodus. Elektromotoren og de hydrauliske kretsene utgjør bare den enkle funksjonen til en jekkinnretning.

Tilbakeslagsventilene 17 og 18 er av en ukritisk natur. De er inkludert for å sikre at fluidet som vekselvis renner inn i og ut av sylinderens fjærside passerer gjennom filteret 15 (typisk en 3-mikronenhet), idet det er kjent at fjærer forurenser fluidet. Den vanligste feilmodusen ved en tilbakeslagsventil er lekkasje når den er utsatt for trykk i sperreretningen. Tilbakeslagsventilene er ikke utsatt for trykk av betydning. Mindre lekkasjer har ingen betydning, da de bare fører til en marginal reduksjon i fluidfiltreringsprosessen. Selvsagt vil enda to ikke-kritiske tilbakeslagsventiler til denne kretsen (ikke vist) også føre til at fluid blir sugd inn på fjærsiden av stempelet som blir filtrert (likeretterkrets). Tilsvarende kan et lignende arrangement bli innrettet for sugesiden av pumpen (ikke vist). Hydraulikkretsen som er vist på figur 6 er meget robust i forhold til partikkelforurensning, som vanligvis regnes som hovedkilden til feil i hydrauliske systemer.

Referansenumrene 11, 23, 24, 26, 56, 57 som er referert i listen, regnes å være selvforklarende for offshoreteknikere, og er ikke beskrevet nærmere. De i hovedsak nye elementene på figurene 2-5 er slike som er relatert til feil-til-sikker-mekanismen og til SHPU-delen. Disse elementene er nye i en undersjøisk aktuatorkontekst og er viktige egenskaper ved oppfinnelsen. Den mekaniske forbindelsen 47 mellom ROV utskiftbar SHPU og den ikke-utskiftbare sylinderdelen 21, 22 er en vanlig funksjon ved undersjøiske systemer og er vist bare for fullstendighets skyld. Den vil normalt inneholde tilbakeslagsventiler i 47 for å hindre vannforurensning av oljen under tilkoblings/frakoblings-operasjoner.

Når aktiveringsslaget starter, vil fluid strømme fra pumpen 3 gjennom grensesnittet 47-48, 19, 20 inn i og gjennom stempelet for å skyve sylinderen 11 til utvidet posisjon og dermed komprimere returfjæren 29. Når enden av slaget for stempel/ sylinder er nådd tippes låsearmene 31 inn i låsestilling og låsepinnene 37 er brakt i inngrep med låsearmene ved aktivering av elektromagneten eller SMA-innretningen som virker på aktiveringsarmene eller stengene 38 og skyver pinnene/kulene 37 i posisjon. Så lenge elektromagneten/SMA-innretningen er aktivert, vil kulene/pinnene 37 hindre låsearmene fra å bevege seg bakover og frigjøre sylinderen, uavhengig av enhver praktisk kraft fra returfjæren 29.

For beskrivelsens fullstendigheten: tetninger 63 (stempel-tetningspakker) er også innrettet i grensesnittet mellom sylinder 11 og stempel 25 for å skille sylinderens indre fra det oljefylte indre 64 i aktuatorkapslingen 21.

Figur 7 viser utvikling av hydraulisk trykk i aktuatorsylinderen, og figur 8 viser de respektive tilsvarende strømmer i motorens stator som funksjon av tiden for en typisk sekvens av aktiveringsslag. Når motoren blir startet, driver den pumpen mot et lavt trykk 71, skjematisk representert ved fjærkraften i mykstartstempelet 14 (hydraulisk akkumulator 14 av stempeltype) (se figur 6). Når mykstartstempelet når enden av slaget (motor med full hastighet), vil hele løsrivningskraften fra ventilen 12 virke, og trykket øker fra 71 til 72. Trykket blir så øyeblikkelig redusert ved at stempelet 25 i sylinder 11 begynner å bevege seg mot kraften av returfjæren 29 ved 73. Trykket øker stadig etter hvert som returfjæren blir komprimert, og til slutt, når stempelet i sylinder 11 når enden av slaget ved 74, øker trykket kraftig ved 75 idet det ikke finnes utløp for hydraulisk fluid i det lukkede hydrauliske systemet. Trykket blir opprettholdt med motorrotor 51 nesten stanset og med varmeutvikling i rotoren, inntil den elektromekaniske sperremekanismen er blitt aktivert, om lag 2 sekunder, målt av en enkelt tidmåler. På signal fra tidmåleren blir motoren 44 slått av, og kretsen gjort trykkløs mens pumpen nå driver motoren i revers.

På figur 8 viser referansenummer 80 til startpunktet der kraft blir påtrykt motoren, og 81 er det punktet der startstrømmen til motoren når sin maksimumsverdi. Referansenummer 82 viser strøm-forbruket ved ubelastet motor ved full motorhastighet, og 83 er det punktet der mykstartakkumulatoren 14 når enden av slaget. Referansenummer 84 viser punktet der løsrivningskraften av ventilen 12 blir overvunnet, og 85 viser starten av slaget i jevn bevegelse. Referansenummer 86 viser til endepunktet av slaget der pumpe/rotor er retardert til stopp (eller svært nær stopp), og 87 er det punktet der strøm tilført til stator-viklingene til den stoppede motoren oppnår maksimumsverdien. Endelig viser referansenummer 88 til det punktet der låsearmene 31 er blitt aktivert og strømmen til motoren er slått av etter en viss tidsforsinkelse mens motoren 1 er stoppet med fullt dreiemoment.

Figur 9 viser skjematisk de elektriske kretsene i et aktuatorreguleringssystem i henhold til en foretrukket utførelse av foreliggende oppfinnelse. Kraft blir tilført fra vertsfasilit-eten via transformatorenhet 91. En motorstrømtransformator 94 virker med grensesnittkretser (ikke vist) for å lese tilbake til en programmerbar logikkenhet (PLC-enhet) 95 verdien av en eller flere elektriske fasestrømmer i den elektriske motoren. PLC 95 er utstyrt med en normal seriekommunikasjonslinje 96 og digital I/O styrelinje 93 som driver releer 92, 92'. Ved start av en aktiveringssekvens mottar PLC-enheten en kommando fra overflate-installasjonen via de ulike grenene av det undersjøiske kommunikasjonssystemet (linje 96) og trekker primærreleet 92 for å starte motoren 1. Det sekundære releet 92' er installert for å korrigere fasesekvensen og er i prinsippet overflødig for en installasjon der all ledningsføring er korrekt og sikret. Enkelte operatører kan ikke godta avhengighet av slik kritisk ledningsføring. Dersom pumpen ikke danner et trykk når den går, er dette en indikasjon på en feilaktig faseforbindelse. Sekundærreleet 92' kan da bli aktivert.

Når enden av slaget er nådd for hovedstempelet 25 i aktuatorsylinderen 11, blir elektrisk strøm som er detektert av motor-strømtransf ormatorenheten 94 og konvertert til et format som kan leses av PLC-enheten, øket betydelig (også i tilfellet med en ren jernrotor), fordi rotoren stopper. Dette er signalet for aktivering av låsesolenoidenheten 97 (39) eller eventuelt av varmeelementkretsen i SMA-enheten. En tidmålerkrets i PLC blir aktivert og gir låsen tid til å aktivere, og deretter blir releet 92 deaktivert av PLC-enheten slik at motoren blir utkoblet.

Figur 10 foreslår alternativ sensorinstrumentering i andre foretrukne utførelser av foreliggende oppfinnelse. Denne instrumenteringen kan også komme som tillegg for å forbedre detektering av slagendeposisjon med den primære avledede fremgangsmåten som er beskrevet ovenfor, dvs. Statorstrøm-detektering via motorstrømtransformatorenhet 94.

I en foretrukket utførelse er en trykksensor/transduser-enhet 98 plassert på et sted der det hydrauliske trykket i aktuatoren skal måles, f.eks. røret ved pumpens utløpsport 42 (figur 2)

(rørledning for hydraulisk medium) for til enhver tid å detektere trykket i det hydrauliske fluidet som driver stempel/ sylinder-bevegelsen. Denne trykksensorenheten vil detektere et trykk over tid under et aktuatorslag, som vist på figur 7. Denne sensorenheten vil åpenbart indikere ende-posisjonen av slaget for stempel/sylindersammenstillingen og i tillegg gi avledede avlesninger for ventilposisjon.

Figur 10 antyder også en posisjonssensorenhet 99, tiltenkt for detektering av endeposisjon av slaget av stempel/sylinder. Denne posisjonssensorenheten kunne brukes som et alternativ til de andre typene av sensorinstrumentering, eller bli kombinert med hvilken som helst del av sensorinstrumenteringen for ytterligere å forbedre tilliten til detektering. En posisjonssensorenhet 99 av induktiv type er et svært enkelt instrument som omfatter en trådspole, en eksiteringskrets og en detektor. Den elektroniske kretsen i den induktive posisjonssensorenheten 99 er innebygd i elektronikkbeholderen 55 (se figur 2), og trådspolen er fortrinnsvis innebygd i den ikke-bevegelige delen av stempel/ sylinder-sammenstillingen, selv om dette ikke er illustrert på figurene. En andre posisjonssensorenhet av en annen type, typisk magnetisk eller optisk, kunne bli installert for å bekrefte endeposisjon av slaget eller kunne bli installert i stedet for en posisjonssensorenhet 99 av induktiv type. Erfaring har vist at posisjonssensorer passer til bruk i et undersjøisk miljø.

Noen operatørselskaper ønsker å oppnå direkte posisjonsdetektering av ventilen til enhver tid, fremfor indirekte posisjonsdetektering ved de avledede fremgangsmåtene beskrevet ovenfor. Dette kan oppnås ved hjelp av en lineær variabel differensialtransformatorenhet (LVDT-enhet) 100 som omfatter trådspoler, eksiteringskrets og en detektor på konvensjonell måte ved å montere giveren på LVDT-enheten i direkte mekanisk kontakt med stangen på ventilaktuatoren. Den elektroniske kretsen i LVDT-enheten er innebygd i elektronikkbeholderen 55 (se figur 2), og trådspolene er fortrinnsvis innebygd i den ikke-bevegelige delen av stempel/sylinder-sammenstillingen 11, selv om dette ikke er illustrert på figurene.

Slike arrangementer er vanlige og er spesifikt blitt implement-ert på undersjøiske sluseventilaktuatorer. Denne utførelsen krever imidlertid betydelig omkonstruksjon sammenlignet med den foretrukne utførelsen av LVDT-utførelsen som vist skjematisk på figur 10. Spørsmålet er ikke hvorvidt arrangementet er gjennom-førbart og praktisk, men hvorvidt enda en elektrisk komponent, selv om den er robust, skal bygges inn i en maskindel som i de fleste tilfeller er vanskelig tilgjengelig for vedlikehold eller utskifting.

Både trykksensorenheten 98 og motorstrømovervåkingskretsen eller motorstrømtransformatorenheten 94 som er beskrevet ovenfor, er plassert i en modul eller elektronikkbeholder 55 som er lett å ta ut for vedlikehold eller utskifting ved hjelp av f.eks. enkle og utprøvde ROV-operasjoner. Komponenter relatert til posisjons-sensoren 99 og LVDT-enheten 100 må bygges inn i den ikke-utskiftbare delen 21 av ventilaktuatorsystemet.

De foretrukne utførelsene som er basert på en avledet detektering av endeposisjon av slaget, dvs. motorstrømovervåking ved hjelp av en strømtransformatorenhet 94 eller trykkmåling ved hjelp av en trykksensorenhet 98, krever bare én ROV-betjent elektrisk konnektor 53 mellom elektronikkbeholderen 55 og den oppstrøms kraftforsyningen og kommunikasjonssenteret (ikke vist). Hvis enten en LVDT-enhet eller en induktiv posisjons-sensor i henhold til andre foretrukne utførelser er implement-ert, vil en ekstra ROV-betjent elektrisk konnektor 54 som forbinder elektriske komponenter i sylinderdelen av aktuatoren med de elektroniske kretsene i elektronikkbeholderen 55 bli påkrevd. Dette representerer ekstra kostnader og mekanisk kompleksitet, men betyr velprøvde komponenter og operasjoner.

Oppfinnelsen er selvsagt ikke på noen måte begrenset til de utførelsene som er beskrevet ovenfor. Tvert imot vil mange muligheter for modifikasjoner av oppfinnelsen være åpenbare for en fagperson, uten å fravike grunnideen ved oppfinnelsen slik den er definert i de vedlagte patentkravene.

Referanseliste

1 elektromotor, i foretrukne utførelser en kortslutningsmotor eller motor med massiv rotor

2 fleksibel kobling

3 hydraulikkpumpe, i foretrukne utførelser en tannhjulstype

4 filter, typisk en inntakssil for avvisning av 50 mikron partikkelstørrelse

5 trykkavlastningsventil (kjent teknikk)

6 volumkompensator, i foretrukne utførelser en belgkonstruksjon 7 oljereservoar, typisk definert av den eksterne kapslingen av

SHPU

8 hydraulisk akkumulator (kjent teknikk)

9 reguleringsventil (kjent teknikk)

10 solenoidbetjent pilotventil (kjent teknikk)

11 hydraulisk sylinder

12 ventil, slik som en sluseventil

13 tilbakeslagsventil, i den viste posisjonen viser den bare til kjent teknikk 14 hydraulisk akkumulator for mykstart, stempeltype i foretrukne utførelser

15 returlinjefilter

16 (ikke brukt)

17 tilbakeslagsventil

18 tilbakeslagsventil

19 hydraulisk kobling

20 hydraulisk kobling

21 fremre del av aktuatorkapslingen

22 bakre del av aktuatorkapslingen

23 ROV-overstyringsfasilitet

24 aktuatorgrensesnittflens

25 stempel

26 ventilgrensesnitt/stang

27 låsebolt

28 bakre del av låsebolt

29 returfjær

30 bakre endeflens på sylinderen

31 låsearmer

32 radiell skulder på låsebolten

33 snitt av låsebolten med forstørret radius

34 glideflate på låsearmer

35 grensesnittstruktur på låsearmer

36 sete utformet i den perifere enden av låsearmer

37 låsepinne/kule

38 aktiveringsstang for 37

39 solenoid eller SMA-aktiveringsinnretning

40 skulder på aktuatorkapslingen

41 utsparing

42 rørforbindelse for hydraulisk medium

43 rørforbindelse for hydraulisk medium

44 motor/pumpekapsling

45 vernedeksel for metallbelger

4 6 (ikke brukt)

47 HPU-flens

48 klammergrensesnitt

49 lagre

50 lagre

51 rotor i elektromotoren

52 stator i elektromotoren

53 våtkoblingskonnektor

54 våtkoblingskonnektor

55 elektronikkbeholder

56 port for ventilering av lekkasjefluider fra produksjonshullet 57 stangens hovedtetningspakningssett 58-62 (ikke brukt)

63 stempeltetningspakkningssett

64 oljefylt volum

65-70 (ikke brukt)

71 punkt på trykk/tid-kurven da mykstartakkumulatoren når enden av slaget 72 punkt på trykk/tid-kurven da løsrivningskraften i ventilaktuatoren blir overvunnet 73 punkt på trykk/tid-kurven da stempelet i sylinderen 11 har overvunnet løsrivningskraften og begynt å bevege seg 74 punkt på trykk/tid-kurven da aktuatorslaget er fullført og stempelet i sylinder 11 har nådd enden av slaget 75 punkt på trykk/tid-kurven da pumpe/motorens rotor er stoppet eller nesten stoppet 76 punkt på trykk/tid-kurven da låsaktivering har fullført slaget

77-79 (ikke brukt)

80 startpunkt der motoren får tilført strøm

81 maksimumverdi av startstrømmen til motoren

82 jevn tilstand med full motorhastighet, strømverdi ved ubelastet motor

83 punkt der mykstartakkumulatoren når slagenden

84 punkt der løsrivningskraften av ventilen blir overvunnet

85 begynnelsen av slaget med jevn bevegelse

86 ende av slaget der pumpe/motorens rotor er retardert til stillstand (eller nesten stillstand)

87 punkt der stillstandsstrømmen i statoren gjelder

88 punkt der låsearmene er blitt aktivert og motorstrømmen er slått av

89-90 (ikke brukt)

91 transformator

92 primært relé

92' sekundært relé

93 styrelinje fra PLC-enhetens inn/utsignal som driver relespoler

94 motorstrømtransformatorenhet

95 programmerbar logisk kontrollerenhet (PLC-enhet)

96 kommunikasjonslinje

97 låsesolenoid

98 trykksensorenhet

99 posisjonssensorenhet

100 lineær variabel differensialtransformatorenhet (LVDT-enhet)

Claims (18)

1. Undersjøisk ventilaktuatorsystem (12) som omfatter: - en sammenstilling av et stempel (25) og en sylinder (11) innrettet i en aktuatorkapsling (21, 22), som kan kobles til en ventil, idet stempel/sylinder-sammenstillingen (25, 11) virker til å forflytte en ventilstang (26) mot kraften fra en retur-fjær (29) plassert i aktuatorkapslingen (21, 22), - en undersjøisk hydraulisk kraftenhet som kan kobles til aktuatorkapslingen (21), idet kraftenheten omfatter en pumpe (3) drevet av en elektromotor (1), slik at pumpen leverer hydraulisk trykk via rørforbindelser (42, 43) for å utføre en relativ forflytning mellom stempel og sylinder, idet detekteringsmidler er innrettet for å detektere en endeposisjon av slaget for stempel/sylinder-sammenstillingen (25, 11), der nevnte detekteringsmidler er minst ett av følgende: - en overvåkingskretsenhet for overvåking av motorstrømmen (94) , - en trykksensorenhet for hydraulisk medium (98), - en posisjonssensorenhet (99), og - en lineær variabel differensialtransformatorenhet (100), karakterisert ved at stangen (26) står i forbindelse hele veien gjennom stempel/sylinder-sammenstillingen (25, 11) med en ROV-overstyringsinnretning (23) ved hjelp av en låsebolt (27), og ved at en elektromagnetisk sperremekanisme er innrettet til å gå i inngrep med låsebolten (27) for på frigjøringsbar måte å sperre stempel/sylinder-sammenstillingen (25, 11) med returfjæren i sammentrykt tilstand, som resultat av den detekterte endeposisjonen av slaget.

2. Aktuatorsystem i henhold til krav 1, karakterisert ved at overvåkingskretsenheten for motorstrøm (94) og/eller trykksensorenheten (98) er plassert i en elektronikkbeholder (55) •som er utskiftbart koblet til aktuatorkapslingen (21, 22).

3. Aktuatorsystem i henhold til krav 1, karakterisert ved at komponenter av posisjonssensorenheten (99) eller/og den lineært variable transformatorenheten (100) er plassert i aktuatorkapslingen (21, 22).

4. Aktuatorsystem i henhold til hvilket som helst av kravene 1 til 3, karakterisert ved at motorstrømovervåkingskretsenheten (94) er innrettet til å gi et slagendesignal til en logikkenhet (PLC) som styrer den elektromekaniske sperremekanismen for å holde ventilen i produksjonsmodus mot kraften fra returfjæren.

5. Aktuatorsystem i henhold til hvilket som helst av kravene 1 til 3, karakterisert ved at trykksensorenheten (98) er innrettet til å generere et trykksignal i en logikkenhet (PLC) som styrer den elektromekaniske sperremekanismen for å holde ventilen i produksjonsmodus mot kraften fra returfjæren.

6. Aktuatorsystem i henhold til hvilket som helst av kravene 1 til 3, karakterisert ved at posisjonssensorenheten (99) eller/ og den lineært variable transformatorenheten (100) er innrettet til å gi et slagendesignal til en logikkenhet (PLC) som styrer den elektromekaniske sperremekanismen for å holde ventilen i produksjonsmodus mot kraften fra returfjæren.

7. Aktuatorsystem i henhold til hvilket som helst av kravene 1 til 6, karakterisert ved at sammenstillingen av hydraulikkpumpen (3) og den elektriske motoren (1) er montert i en hydraulisk kraftenhet som er utskiftbart koblet til aktuatorkapslingen (21, 22).

8. Aktuatorsystem i henhold til krav 7, karakterisert ved at hydraulisk medium er tilført til sammenstillingen stempel/ sylinder fra en reversibel hydraulikkpumpe (3) med fast slagvolum.

9. Aktuatorsystem i henhold til krav 8, karakterisert ved at hydraulisk medium er tilført via en rørforbindelseåpning (42) i enden av stempelet (25) som er stasjonært i aktuatorkapslingen (21, 22).

10. Aktuatorsystem i henhold til krav 9, karakterisert ved at sylinderen (11) er innrettet flyttbar i forhold til stempelet (25) i aktuatorkapslingen (21) som er fylt med hydraulisk medium som kommuniserer med hydraulikkpumpen (3) via en returrørforbindelse (43).

11. Aktuatorsystem i henhold til hvilket som helst av kravene 9 eller 10, karakterisert ved at aktuatorkapslingen omfatter en stang (26) som rager ut fra sylinderen (11) i en foroverretning, og en låsebolt (27) som rager ut fra sylinderen (11) i bakoverretning, der låsebolten rekker gjennom stempelet (25) for å komme i frigjørbart inngrep, i endeposisjonen av slaget av sylinderen (11), med låsearmer (31) innrettet dreibart i aktuatorkapslingen (21, 22).

12. Aktuatorsystem i henhold til krav 11, karakterisert ved at låsearmene (31) kan styres inn i låst inngrep med bolten (27) ved aktivering av en elektromagnet/solenoid (97) eller ved hjelp av en hukommelseslegeringsinnretning (39).

13. Fremgangsmåte for drift av et undersjøisk ventilaktuatorsystem i henhold til hvilket som helst av kravene 1 til 12, som omfatter trinnet å fastslå en endeposisjon av slaget for stempel/sylinder-sammenstillingen av stempel (25, 11) og sylinder (11) ved hjelp av minst ett av følgende: - detektering av strøm tilført/forbrukt av elektromotoren, - detektering av trykket i det hydrauliske mediet, - detektering av posisjonen til stempelet relativt til sylinderen, samt - detektering av den absolutte posisjonen for stempelet eller sylinderen, karakterisert ved trinnet med aktivering av den elektromekaniske sperremekanismen som resultat av den detekterte endeposisjonen av slaget for stempel/sylinder-sammenstillingen (25, 11) etter en viss tidsforsinkelse mens motoren (1) er stoppet med fullt dreiemoment.

14. Fremgangsmåte i henhold til krav 13, karakterisert ved trinnet med krafttilførsel til motoren (1) i stillstand i endeposisjonen av slaget mens en detekterer minst én av følgende: motorens strømforbruk, trykket i det hydrauliske mediet, posisjonen for stempelet relativt til sylinderen, samt den absolutte posisjonen for stempelet eller sylinderen, og avbrudd av krafttilførselen til motoren ved detektering av endeposisjonen av slaget for sammenstillingen stempel/sylinder.

15. Fremgangsmåte i henhold til krav 14, karakterisert ved trinnet med å akselerere motoren med minimum dreiemoment levert fra en fjærforspent akkumulator (14) innrettet i strømmen av hydraulisk medium fra pumpen (3) til sylinderen (11).

16. Fremgangsmåte i henhold til hvilket som helst av kravene 13 til 15, karakterisert ved trinnet med å innrette minst én av følgende: en overvåkingskretsenhet for motorstrøm (94) og en trykksensorenhet (99) for hydraulisk medium i en separat, utskiftbar elektronikkbeholder (55) som kan forbindes med aktuatorkapslingen (21, 22).

17. Fremgangsmåte i henhold til hvilket som helst av kravene 13 til 16, karakterisert ved trinnet med innretning av komponenter for minst én av følgende: en posisjonssensorenhet (99) og en lineær variabel differensialtransformatorenhet (100) i aktuatorkapslingen (21, 22) .

18. Fremgangsmåte i henhold til hvilket som helst av kravene 13 til 17, karakterisert ved trinnet med montering av hydraulikkpumpen (3) og den elektriske motoren (1) i en hydraulisk kraftenhet som er utskiftbart koblet til aktuatorkapslingen (21, 22).