NO341457B1 - Lavkraftaktuator og ventilaktuator-kombinasjon. - Google Patents

Description

Teknisk område

Foreliggende oppfinnelse vedrører aktuatorer og ventilaktuator-kombinasjoner som krever lav kraft for aktivering. Mer spesielt, angår den anordninger av disse typene som kan anvendes f.eks. til å regulere åpningen og lukkin-gen av en ventil i et rør for å regulere strømmingen av fluider i røret, for å dekke eller avdekke en åpning i rørveggen eller for å tillate, for å regulere hastigheten av, eller å hindre strømming langs et rør.

Bakgrunn for oppfinnelsen

US 6488259 B1 omtaler en ventilanordning som omfatter en stator med et forhåndsbestemt antall av spoler anordnet med vesentlig like intervaller i perife-riske retninger av en statorkjerne, en rotor med et flertall av permanente magnet-magnetiske poler med posisjoner svarende til spolene på en ytre periferisk overflate av statoren, en strømbærende innretning som kommuniserer en likestrøm som tilføres fra en kraftkilde gjennom rotoren og som påfører strømmen til spolene av statoren, et akselelement lokalisert i et senter av rotoren og som er bevegelig i retning av akselen i samsvar med rotasjon av rotoren, og et ventilelement som åpner og lukker ved bevegelse av akselelementet for å tilveiebringe utmerket respons ved ventilåpnings- og lukkingsoperasjoner.

Oljeutvinning fra havbunnen er nå betydelig vanskeligere enn hittil, og operatører er nå tvunget til å følge en "brunfeltstrategi" og utvinne olje fra felt som gir dårlig ytelse. Følgelig trengs det nå billige innstrømmingsreguleringsventiler for å regulere strømminger i eksisterende så vel som fremtidige multilaterale installa-sjoner. Ytterligere miljømessige og økonomiske betraktninger både undersjøisk og på overflaten, gjør det stadig mer viktig å ha evne til hurtig å stenge av strømmin-gen i tilfelle av rørledningslekkasje eller brudd.

Rør kan variere i diameter fra noen få tommer til mer enn tre fot. Typiske rørledninger som bringer olje til overflaten, har en indre diameter på 5 tommer, og innstrømmings-reguleringsventiler kan føres glidende inn i posisjon langs et slikt rør og festes på plass ved en åpning i rørveggen som den skal regulere. I andre anvendelser hvor ventilen skal regulere strømming langs et rør, kan ventilen være installert ved tidspunktet for konstruksjon av rørledningen, eller kan være innsatt i etterkant.

Tidligere foreslåtte løsninger har involvert å stole på en hydraulisk ledning til å operere en ventil tilknyttet en rørledning. En slik ledning kan imidlertid bare funk-sjonere effektivt over en begrenset avstand.

Foreliggende oppfinnelse forsøker å tilveiebringe en aktuator som er i stand til å holde sin posisjon ved å bruke minimal energi.

Oppfinnelsen forsøker også å tilveiebringe en kombinasjon av en ventil og en aktuator som vil operere i et ugunstig miljø på fjerntliggende steder hvor det bare er begrenset tilgjengelighet av elektrisk eller hydraulisk kraft.

Foreliggende oppfinnelse forsøker videre å tilveiebringe en aktuator, og en ventil og aktuatorkombinasjon som kan passes inn i og beveges langs et rør for posisjonering etter behov, hvor energi er lagret lokalt for å bidra til operasjon av aktuatoren, og dermed åpning og lukking av ventilen.

Oppsummering av oppfinnelsen

Målene med foreliggende oppfinnelse oppnås ved en aktuator som omfatter et skyveorgan bevegelig mellom to endeforplantningsposisjoner, en ringformet rotor med magnetpoler, en ringformet magnetiserbar stator med minst én vikling og poler med hvilke rotorpolene er innrettet i hver av et antall rotasjonsmessige posisjoner av rotoren i forhold til statoren,

kjennetegnet ved at rotorpolene forblir tiltrukket til et sett med statorpoler inntil en strøm blir brakt til å flyte i den minst ene viklingen, som endrer det magnetfeltet som virker mellom rotor- og statorpolene tilstrekkelig til å få førstnevnte til å bli avstøtt fra statorpolene som de for tiden er innrettet med, og for å bli tiltrukket og innrettet med et annet sett statorpoler, og en drivforbindelse mellom rotoren og skyveorganet som er innrettet for å omdanne rotasjonsmessig bevegelse av rotoren til lineær bevegelse av skyveorganet, hvori aktuatoren er anordnet for å danne en strømningsbane gjennom seg, som strekker seg gjennom rotoren og statoren.

Aktuatoren er videre utdypet i kravene 2 til og med 7 samt krav 22 til og med 25.

Videre oppnås målene med foreliggende oppfinnelse ved en kombinasjon av aktuatoren og en ventil ifølge krav 8.

Foretrukne kombinasjoner er videre utdypet i kravene 9 til og med 21.

Målene med foreliggende oppfinnelse oppnås også ved en aktuator eller en ventil-aktuator-kombinasjon ifølge krav 26.

Aktuator eller ventil-aktuator-kombinasjonen er videre utdypet i kravene 27 til og med 33.

Det er omtalt en aktuator som omfatter et skyveorgan bevegelig mellom to endeforflytningsposisjoner, en ringformet rotor med magnetiske poler, en ringformet magnetiserbar stator med minst én vikling og poler med hvilke rotorpolene blir innrettet i hver av et antall rotasjonsmessige posisjoner av rotoren i forhold til statoren, hvor rotorpolene forblir tiltrukket til et sett med statorpoler inntil en strøm blir brakt til å flyte i den minst ene viklingen, som endrer det magnetfeltet som virker mellom rotor- og statorpolene tilstrekkelig til å forårsake at førstnevnte blir frastøtt fra statorpolene med hvilke de for tiden er innrettet, og for å bli tiltrukket til og innrettet med et annet sett med statorpoler, og en drivforbindelse mellom rotoren og skyveorganet som er innrettet for å omforme rotasjonsbevegelse av rotoren til lineær bevegelse av skyveorganet.

Aktuatoren kan innbefatte første fjæranordninger som virker på skyveorganet og blir komprimert eller strukket fra sin avslappede lengde når rotoren roterer slik at mens fjæranordningen er i det minste delvis komprimert eller strukket, kombineres den fjærkraften som virker på skyveorganet med den skyvkraften som ut-øves på dette på grunn av rotasjonen av rotoren gjennom drivforbindelsen for å forsterke den drivkraften som utøves av skyveorganet.

Videre er det omtalt en aktuator som omfatter et skyveorgan bevegelig mellom to endeforflytningsposisjoner, en rotor med magnetiske poler, en magnetiserbar stator som har i det minste én vikling og poler med hvilke rotorpolene er innrettet i hver av et antall rotasjonsmessige posisjoner av rotoren i forhold til statoren, hvor rotorpolene forblir tiltrukket til et sett med statorpoler inntil en strøm blir brakt til å flyte i den minst ene viklingen som endrer det magnetfeltet som virker mellom rotor- og statorpolene tilstrekkelig til å forårsake at førstnevnte blir frastøtt fra statorpolene som de for tiden er innrettet med, og til å bli tiltrukket til og innrettet med et annet sett med rotorpoler, første fjæranordninger som virker på skyveorganet og blir komprimert eller strukket fra den avslappede lengden når rotoren roterer, en drivforbindelse mellom rotoren og skyveorganet som hindrer lineær bevegelse av sistnevnte under virkningen av fjæranordningene, bortsett fra når rotoren roterer, og er innrettet for å omforme rotasjonsbevegelse av rotoren til lineær bevegelse av skyveorganet slik at når fjæranordningene er i det minste delvis komprimert eller strukket, kombineres den fjærkraften som virker på skyveorganet med den skyvkraften som utøves på dette på grunn av rotasjonen av rotoren, gjennom drivforbindelsen for å forsterke drivkraften som utøves av skyveorganet.

Denne utførelsesformen av den magnetiske skyvkraften vil fortsette inntil fjæren når sin avslappede tilstand.

I en foretrukket utførelsesform av en aktuator er aktuatoren anordnet for å definere et hult rom gjennom den, som strekker seg gjennom en sentral åpning avgrenset av rotoren og/eller statoren. Under bruk kan den være lokalisert inne i et rør. Alternativt kan den være anordnet rundt et tilhørende rør med rotoren og statoren omkring (og fortrinnsvis koaksialt med) røret for å redusere den radiale ut-strekningen av omrisset av aktuatoren. Dette letter dens innsetting i et borehull. Den kan være montert på den ytre omkretsoverflaten til en rørseksjon som så kan inkluderes på et passende sted i en rørledning. Rotoren kan være aksialt atskilt fra statoren med hensyn til sin rotasjonsakse.

Drivforbindelsen omformer fortrinnsvis rotasjonsbevegelse av rotoren til lineær bevegelse av skyveorganet i en retning hovedsakelig perpendikulær til rotorens plan.

Aktuatoren innbefatter fortrinnsvis styringsanordningerforå levere strøm-pulser til den minst ene viklingen slik at rotoren kan roteres progressivt i én retning eller den andre.

Styringsanordningen kan være innrettet for å levere elektrisk strøm til sta-torvikling i regulerte utbrudd, som hver får rotoren til å spinne med høy hastighet, og tregheten til den roterende rotoren blir frigjort via en bistabil drivoverføringsan-ordning mellom rotoren og drivforbindelsen for å tilveiebringe høyere skyvekrefter enn hva som ville bli frembrakt bare av rotasjonen av rotoren under belastning.

Ved suksessiv fråkopling av rotoren fra drivforbindelsen etter at tregheten er brukt, og ved å tillate rotoren å akselerere igjen før gjenopprettelse av forbindelsen mellom rotoren og drivforbindelsen, kan en sekvens med støtdrivkrefter frem-bringes.

En rekkefølge av slike støtdrivkrefter når fjæranordningen er fullstendig komprimert (eller strukket) vil frembringe en sekvens med meget høye støtdriv-krefter ved begynnelsen av en full bevegelse av aktuatoren, som vil reduseres progressivt i støt etter hvert som fjæren forlenges (eller blir mindre strukket) og skyveorganet beveges under virkningen av rotorrotasjonen.

Det er fortrinnsvis en annen fjæranordning som også virker på skyveorganet, men i motsatt retning av den første fjæranordningen, som vil bli komprimert eller strukket i motsatt retning av den første fjæranordningen når rotoren roterer.

Et batteri kan være innbefattet i eller lokalisert nær aktuatoren for å levere drivstrøm.

Når det er en annen fjæranordning som skal komprimeres (eller strekkes)

når skyveorganet beveger seg mot den motsatte enden av sin bane, kan styringsanordningen være tilpasset til å sette inn en lignende sekvens med høye støtdriv-krefter som hver utøver tilstrekkelig kraft på den andre fjæranordningen til å komprimere (eller strekke den) når skyveorganet blir beveget mot og inn i sin annen baneposisjon.

Aktuatoren kan utgjøre en del av eller virke på en strømmingsregulerings-ventil, og oppfinnelsen tilveiebringer også en kombinasjon av en aktuator som nevnt og en ventil, som kan åpnes og lukkes som reaksjon på styresignaler for å regulere strømmingen av fluid gjennom ventilen.

Når en ventil- og aktuator-kombinasjon som utgjør oppfinnelsen, skal installeres i et rør for undergrunnsbruk, som på oljefelter, f.eks., for å regulere strøm-mingen av olje og andre fluider fra feltet inn i røret, må den være i stand til å operere ved eller under havbunnen og under det høye omgivelsestrykket som finnes ved disse dybdene.

Oppfinnelsen er ikke begrenset til steder på havbunnen, og en ventil- og aktuator-kombinasjon kan være plassert på land eller på overflaten av havet for å regulere strømmingen av fluid gjennom en rørledning.

Aktuatoren tilbakeholder eller kan nyttiggjøre og lagre energi i form av potensiell mekanisk energi i de komprimerte eller strukkede fjæranordningene, som potensiell magnetisk energi i permanentmagnetanordningene og som elektrisk energi i et oppladbart batteri eller en annen elektrisk energilagringsanordning. All den lagrede energien kan brukes til å drive ventilen.

Et hovedtrekk ved en aktuatorutførelse ifølge oppfinnelsen er at den bare krever elektrisk kraft når den blir kommandert til å bevege seg. Dens kraftforbruk, mens den er i hviletilstand, er lik null. Under aktivering blir energi brukt til å overvinne friksjon, uansett forbrukt, men avhengig av det arbeid som er nødvendig å bli utført av aktivatoren under aktivering, kan meget av den energien som blir om-formet til bevegelse av en lukkeanordning, gjenvinnes, og lagres hvis en annen fjæranordning blir anvendt for å bidra til etterfølgende operasjon av aktuatoren. På denne måten kan behovet for elektrisk kraft fra et batteri eller en annen kilde reduseres betydelig.

Når lite energi er nødvendig for virkelig å bevege en ventillukkeanordning når den er frigjort fra en åpen eller lukket tilstand, er effektivt mesteparten av den energien som er nødvendig for hver operasjon av aktuatoren, den som er nødven-dig for å overvinne friksjon og for å akselerere et eller annet objekt (slik som et ventil-lukkeorgan) som skal beveges.

Aktuatoren er spesielt egnet for å operere hylseventiler.

En slik ventil kan være innbefattet inne i en sylindrisk hylse som i ett eller flere ringformede kamre inneholder ett eller flere batterier, aktuatoren og fjæranordningen.

Kamrene er fortrinnsvis forseglet mot innsiving av væske og kan være fylt med et ukomprimerbart fluid slik som en olje, for å gjøre det mulig for kamrene å motstå det store knusetrykket som kan finnes i undergrunnen og på eller under havbunnen.

Vanligvis er fjærer anordnet ved begge ender av seksjonen av hylsen inne i hvilken skyveorganet beveger seg.

Det skal bemerkes at oppfinnelsen ikke er begrenset til aktivering av hylseventiler og en aktuator som foreslått kan anvendes for ventiler hvor ventillukkingen f.eks. er en kule eller et spjeld.

For å sikre at ventilen vil åpne eller lukke på kommando, er det viktig at aktuatoren er i stand til å overvinne statiske friksjonskrefter mellom relativt be-vegelige deler av ventilen, slik som relativt glidbare organer. For dette formål er en koplings- eller tapt bevegelsesforbindelse fortrinnsvis anordnet mellom en rotor og skyveorganet (eller mellom sistnevnte og et ventillukkeorgan) for å muliggjøre at moment blir utviklet av for eksempel rotasjon av armaturen før denne bevegelsen blir tilført for å bevege en ventillukkeanordning.

Utformingen av ventilen tillater også mekanisk operasjon ved å bruke et inngrepsverktøy slik at det vil forbli funksjonelt og kan opereres eller lukkes mekanisk etter at batteriets levetid er ute, eller i tilfelle av en kommunikasjonssvikt eller batterisvikt, eller skade.

Aktuatoren eller ventilen er fortrinnsvis innrettet for å bli operert ved å bruke et kabelverktøy med bare induktiv kopling mellom verktøyet og aktuatoren eller ventilen. Dette muliggjør langsiktig regulering av ventilen selv i en permanent installert situasjon hvor batteriet og/eller elektronikken kanskje har sviktet.

Litium-ionebatterier kan anvendes som batterier. Oppfinnelsen er imidlertid ikke begrenset til bruk av noe spesielt batteri og fornybare energikilder kan også anvendes.

Avhengig av anvendelsen kan strømkilden bare være nødt til å levere elektrisk energi for et forholdsvis lite antall aktiveringer (åpne eller lukke) over en periode på så lang tid som fem år. I noen anvendelser kan antallet aktiveringer være så lite som tjue aktiveringer på fem år.

Styringsanordningen omfatter vanligvis en elektronisk styrekrets som er kompatibel med å bli styrt via elektromagnetisk signalering eller andre typer signalering, eller ved kommando fra et lokalt overvåkningssystem.

Det er selvsagt viktig at en slik styrekrets vil reagere på en kommando om å operere selv etter lange perioder med inaktivitet.

En kraftforsterkningsanordning kan være anordnet for å forstørre den kraften som utøves av rotoren, men minske dens bevegelse. Mer spesielt er det tilveiebrakt en kraftforsterkningsanordning mellom rotoren og skyveorganet. Alternativt eller i tillegg kan en kraftforsterkningsanordning være anordnet mellom skyveorganet og et legeme som skal beveges av aktuatoren, slik som et ventillukkeorgan.

Kraftforsterknings/bevegelsesforminsknings-anordningen kan være mekanisk, slik som en flaskeskrue, et kam- og kamfølgerarrangement eller en hydraulisk pumpe som bruker det prinsipp som anvendes i bremsesystemet eller clutch- systemet til en bil, hvor stor pedal bevegelse med forholdsvis liten kraft blir omfor-met til en meget større kraft ved bremse- eller koplingssylinderen selv med meget mindre forskyvning.

I konfigurasjoner som bruker en hydraulisk kraftforstørrelsesanordning kan aktuatoren brukes til å holde et ventillukkeorgan ved dets fullstendig åpne eller lukkede stillinger, eller i mellomliggende posisjoner mellom disse.

I en foretrukket utførelsesform er kraftforsterkningsanordningen mellom skyveorganet og et ventillukkeorgan en hydraulisk pumpe, og utgangen fra pumpen er forbundet med to reguleringsventiler, idet reguleringsventilene kan forbin-des med respektive åpninger i en ytterligere hovedventil for å mate fluid selektivt til én eller begge åpningene for å regulere hovedventilen.

Trykkavfølingsanordninger kan være anordnet i kombinasjon med en kraftforsterkningsanordning hvor kraftforsterkningsanordningen er i form av en hydraulisk pumpe, for å mate ut et signal som reaksjon på trykket ved pumpeutgangen til reguleringsanordningen, hvor reguleringsanordningen er i stand til å bestemme informasjon vedrørende ventillukkestatusen og/eller posisjonen for denne.

Når ventilen er slik at den normalt vil forbli lukket eller åpen over lange tids-perioder i forurenset sjøvann og/eller råoljemiljø, kan faste partikler slik som sedimenter, og vegetasjon trenge inn i den ytre hylsen. Korrosjon kan også inntreffe. Faste partikler og korrosjon kan motvirke enhver glidebevegelse av den indre hylsen i den ytre hylsen. Av denne grunn kan den innledende bevegelse av den indre hylsen kreve ganske betydelig lineær kraft som virker mellom hylsene for å frigjøre den.

Etter at den indre hylsen er blitt frigjort og aksial bevegelse er mulig, vil sedimentene og korrosjonen bli knust eller flyttet for å tillate pågående bevegelse av den indre hylsen, og generelt trengs mye mindre kraft for å fortsette forskyvningen av den indre hylsen når den beveger seg mot den andre stabile posisjonen. Dette skjer fordi majoriteten av anvendelsene for denne type ventil er trykkdifferan-sen over ventilen forholdsvis liten, og selve ventilen er balansert, noe som betyr at hovedstrømning eller lekkasjestrømming blir spredt jevnt omkring den indre hylsen.

Inkorporering av en aktuator i henhold til en utførelsesform på et fjerntliggende sted, som kan være utilgjengelig, for å betjene en fluidstrømmingsregule-ringsventil, bør resultere i: Reduksjon i inngrep;

Reduksjon i vedlikehold;

Reduksjon av risiko og eksponering av personell og tilhørende helse- og sikkerhetsoppgaver;

Ombyggingssonestyring vil optimalisere produksjonen med lave kapitalutlegg;

Økonomisk bruk av horisontale og unilaterale avslutninger med den resul-terende trinnendringen i produksjonseffektivitet og beskjedne kapitalutlegg;

Redusert miljørisiko.

En hovedanvendelse for aktuatoren er i operasjonen av en fjerntliggende ventil i en oljebrønnrørledning. I en eksisterende rørledning kan dette redusere risikoen for skade på verdier i alvorlige tilfeller.

Ved å dimensjonere aktuatoren eller ventil- og aktuatorkombinasjonen slik at anordningen er en glidepasning inne i eller omkring en slik rørledning, eller inne i et borehull, kan anordningen installeres på stedet, eller f.eks. ettermonteres til en eksisterende rørledning.

Utførelsesformer av oppfinnelsen vil nå bli beskrevet ved hjelp av et eksempel, under henvisning til de vedføyde skjematiske tegningene, hvor: Fig. 1A og 1B viser sideriss i tverrsnitt gjennom en ventil- og aktuatorkombinasjon i henhold til en første utførelsesform av oppfinnelsen; Fig. 2 viser et sideriss i tverrsnitt gjennom en ventil- og aktuatorkombinasjon i samsvar med en annen utførelsesform av oppfinnelsen; Fig. 3 viser en delvis skjematisk skisse av rotoren og statoren i aktuatoren på fig. 2; Fig. 4 viser en skjematisk skisse av en alternativ rotor- og stator-konfigurasjon i forhold til den på fig. 3;

Fig. 4A og 4B er tabeller som indikerer hvordan spolene som er vist på

fig. 4, blir energisert under bruk; Fig. 5 er et sideriss i perspektiv av en aktuator i henhold til en annen utførel-sesform av oppfinnelsen;

Fig. 6 er et sideriss i tverrsnitt av aktuatoren på fig. 5; og

Fig. 7 er et blokkskjema som representerer en hydraulisk kraftforsterker for bruk i kombinasjon med aktuatoren på fig. 5 og 6.

I den utførelsesformen som er vist på fig. 1A og 1B består ventilen av en ytre fast hylse 10 og en indre glidehylse 12. Et forseglet kammer 14 er tilveiebrakt ved begge ender av den ytre hylsen. Bare én er vist på tegningen. Den ved den andre enden er maken og kan tilveiebringes bare for symmetri eller kan også romme et aktuatorarrangement som innpasset i 14, som vil bli beskrevet senere. Når det rommer en aktuator, vil det operere i motsatt retning på den indre hylsen 12 slik at hvis én virker til å drive hylsen 12 oppover, virker den andre til å drive den nedover.

Etter installasjon i en rørledning, blir den ytre hylsen 10 forseglet mot inn-siden av røret ved å bruke kontakt/ekspansjons-tetningerf.eks.

Hull 16, 18 typisk med diameter 22 mm er anordnet omkring omkretsen av både de indre og de ytre hylsene. Fluid kan strømme gjennom når settene med hull 16, 18 er innrettet. Strømming kan hindres ved å bevege den indre hylsen slik at hullene 18 ikke lenger er innrettet med hullene 16. Hvis hullene er anordnet i sirkulære linjer omkring hylsene, kan bevegelsen være radial slik at hullene 18 i 12 blir rotert ut av eller inn innretting med hullene 16 eller kan være lineær (aksial) slik at linjen med hull 18 blir aksialt innrettet eller blir beveget aksialt ut av innretting med linjen av hull 16.

Den indre hylsen 12 blir beveget i forhold til den ytre hylsen 10 for å åpne eller lukke ventilen. Som vist driver aktuatoren hylsen 12 aksialt, men andre aktuatorer kan anvendes som bare vil rotere den indre hylsen 12 i forhold til den ytre hylsen 10, for å rotasjonsmessig innrette eller feilinnrette de to settene med hull. I dette tilfelle forblir den indre hylsen 12 aksialt i den posisjonen som er vist på

fig. 1A.

Inne i kammeret 14 er det anordnet et batteri 6, en styringsenhet 8, en elektromagnetisk utløst magnetisk aktuator 20 og en bistabil koplingsanordning 22, slik som en bryter, som bare krever pulser med elektrisk energi for å endre den fra en stabil tilstand med platene i kontakt med dens ytre stabile tilstand med platene som er frigjort. En kraftforsterker 24, slik som en flaskeskrue eller lignende, eller en hydraulisk drivanordning, som forstørrer den kraften som skal overføres, inverst med forskyvningen, er også lokalisert inne i 14, og et ringformet skyveorgan 26 strekker seg mellom 24 og den indre hylsen 12, for overføring av kraft til sistnevnte for å bevege den aksialt etter behov. Kraftforsterkeren kan enten overføre kraft i en sirkulær retning for å bidra til sirkulær rotasjonsbevegelse av 12 i forhold til 10, eller kan overføre kraft aksialt for å bidra til aksial bevegelse av 12 i forhold til 10.

Permanentmagnetanordninger (ikke vist) inne i aktuatoren 20 låser magnetisk en armaturanordning (ikke vist i detalj) for å holde en fjær (ikke vist) i en komprimert tilstand mens en motsatt fjær (ikke vist) blir avslappet.

Ventiloperasjon blir oppnådd ved kombinasjonen av elektromagnetisk kraft (som ikke behøver å være stor) og den kraften som oppnås når den komprimerte fjæren blir frigjort for å få den indre hylsen 12 til å gli fra en første posisjon til en annen posisjon. Total operasjonstid kan være opp til 30 sekunder hvis et stort antall inkrementale trinn er nødvendig for å utvide fjæren fra dens avslappede tilstand, og lenger hvis det etterpå skal komprimeres en annen fjær (ikke vist).

Batteriet, den elektroniske styrekretsen, de mekaniske forbindelsene og fjæren eller fjærene for lagring av energi, befinner seg i det eller hvert forseglet kammer 14 ved én eller begge ender av hylsen 10.

Den energien som er lagret i fjæren eller fjærene kombineres med den elektromagnetiske aktuatorkraften for å overvinne eventuell innledende statisk friksjon eller "stiksjonskrefter", som kan være betydelige hvis ventilen ikke er blitt benyttet på lang tid, og er blitt forurenset med faststoffer eller korrosjon eller begge deler.

Det har vist seg at en kraft på 250 kg normalt vil være tilstrekkelig som en innledende impulskraft for å frigjøre en fastkilt ventil av den type som brukes i en rørledning ved eller under havbunnen. Siden driftsmessige forhold imidlertid er vanskelige å forutsi, blir ventilaktuatoren fortrinnsvis konstruert for å produsere opp til 5000 Newton (omkring 510 kg), som er tilnærmet to ganger den normalt forventede maksimumskraften som er nødvendig.

En kondensator kan drypplade fra ett eller flere batterier for å tilveiebringe strømpulser til en vikling av solenoidtypen som vil påvirke den magnetfluksen som forbinder den eller hver armatur for inkrementalt å bevege sistnevnte som reaksjon på hver kondensatorutladning i anvendelser hvor ventil/aktuator-kombinasjonene som tilveiebringes av oppfinnelsen, skal anvendes.

Inkremental armaturbevegelse translateres til en palvirkning hvor hvert trinn blir energisert av en utladning fra kondensatoren for progressivt å komprimere en av fjærene (mens den andre tillates å bli avslappet) slik at førstnevnte blir klar for neste ventilaktivering. Denne prosessen kan typisk ta opp til 15 minutter eller lenger. Aktuatoren forblir så i en stabil tilstand og trekker ingen elektrisk kraft før den mottar neste kommando om å operere ved frigjøring av den komprimerte fjæren.

Batterikapasiteten er valgt for å tilveiebringe tilstrekkelig strøm for i det minste det forventede antall fullstendige sykluser, fortrinnsvis med en sikkerhets-faktor på 50% eller mer.

Batterikraft er også nødvendig for de elektromagnetiske signaleringskrets-ene som fortrinnsvis er TTL-inngangskompatible. Med passende kretsutforming bør det imidlertid også være mulig å holde strømforbruket til kretsene på meget lave nivåer for å oppnå målet med en 5 års levetid for ventilen.

Når batterieffekten er utilstrekkelig for en slik lang periode, kan ett eller flere av batteriene være av en gjenoppladbar type, og aktuator/ventilen kan innbefatte anordninger for generering av en elektrisk ladestrøm, enten fra fluidstrømming i røret eller ved hjelp av elektromagnetisk induksjon fra en sonde som innføres ned gjennom røret når det er nødvendig.

Aktuatoren opererer derfor i tre modi. I én modus komprimerer den inkrementalt en fjær for å lagre energi som så blir tilgjengelig for å bidra i det minste ved starten av en etterfølgende aktivering. I en annen modus produserer den en konstant, men mindre kraft for å drive et skyveorgan for å bevirke den ønskede aktiveringen, og i en tredje modus blir den komprimerte fjærkraften addert til den konstante mindre drivkraften som produseres av rotoren som roterer når den er under belastning, for å bidra til å løsne et ventillukkeorgan fra en åpen eller lukket tilstand hvor forurensning eller korrosjon hindrer lukkeorganet fra å bevege seg.

Fortrinnsvis blir magnetisk låsing anvendt til å holde fjæren i dens komprimerte tilstand.

Strekking av en fjær vil også lagre energi, og oppfinnelsen er ikke begrenset til komprimering av én eller flere fjærer, men innbefatter arrangementer hvor én eller flere fjærer i stedet blir strukket av den inkrementale bevegelse av aktuatoren.

Viktige konstruksjonsparametere for en ventil/aktuator er:

I tilfelle av svikt av batteriet, kan et inngrepsverktøy i en kabel innsettes. Ved å bruke magnetisk kopling kan ventillukkeorganet eller aktuatoren beveges for å åpne eller lukke ventilen.

Selv om bare en hylseventil primært for lukking av et innløp fra et oljefelt inn i en rørledning er blitt beskrevet i detalj, er oppfinnelsen ikke begrenset til slike ventiler. Andre typer ventiler kan opereres ved å bruke det samme prinsippet med å lagre energi over en forholdsvis lang tidsperiode i to former, delvis som lagret mekanisk energi (typisk i en komprimert eller strukket fjær), og delvis som elektrisk energi. Begge typer lagret energi er da tilgjengelig for å operere en aktuator og åpne eller lukke en ventil som reaksjon på et signal som kan leveres fra en styr-ingssentral som et resultat av menneskelig intervensjon eller som kan genereres automatisk som reaksjon på en endring i en parameter slik som trykk eller tempe-ratur eller strømmingshastighet forbundet med rørledningen. Oppfinnelsen kan derfor anvendes til f.eks. å operere portventiler, kuleventiler eller spjeldventiler.

I den alternative utførelsesformen som er vist på figurene 2 og 3, er ventilen igjen bestående av to sylindriske hylser 100, 102, hvor den indre hylsen 102 er aksialt glidbar inne i den ytre hylsen 100.

Et forseglet, ringformet hus 104 er plassert ved den øvre ende av den ytre hylsen 100 som inneholder et spjeld i et første ringformet kammer 106 og en elektronisk styringsenhet i et aksialt atskilt, ringformet kammer 108.

Under kammeret 108 er det plassert en ringformet magnetiserbar stator 110 omkring hvilken det er anordnet et antall viklinger hvorav én er vist ved 112 og en annen ved 114. Viklingene og statoren er også vist på fig. 3 som er et skjematisk kantriss av statorpolen, som er vist meget nær de på den ringformede rotoren (eller armaturen) 116. På fig. 3 er kantskissen avflatet med det formål å illustrere, selv om statoren 110 og rotoren 116 er buet. Aksen som rotoren roterer omkring, er parallell med det papirplanet som inneholder fig. 3, som den også er på fig. 2.

Festet til undersiden av den ringformede rotoren 116 er en friksjonsring 118 slik at den roterer sammen med rotoren.

En ringformet kopling eller clutch som innbefatter en ringformet koplings-plate (ikke vist) er vist ved 120. Denne er roterbart festet omkring den indre hylsen 102. Hvis platen blir presset inn i kontakt med denne friksjonsringen 118, roterer koplingen sammen med rotoren.

Koplingen har en operasjonsmekanisme som er bistabil ved at energi bare er nødvendig for å bevege den fra en kontakttilstand (med friksjonsringen 118 og koplingsplaten 120 i koplingen) til en frigjort tilstand (hvor 118 og 120 er ute av kontakt) og vil forbli i den tilstanden hvor den sist ble utløst.

Rotoren 116 er montert inne i sylindriske lagre hvorav ett er vist 122 innsatt in den ytre hylsen 100.

Mutteren 124 er, i likhet med rotoren, montert inne i sylindriske lagre 128, 130 inne iden ytre hylsen 100, og dens innvendige gjenge er i inngrep på en ytre komplementær skruegjenget profil 132 dannet omkring en ringformet utvidelse 134 på den ytre flaten av den indre hylsen 102.

Mutteren 124 strekker seg aksialt over en større lengde enn den ringformede utvidelsen 134 slik at når den roterer, vil den krysse aksialt den gjengede utvidelsen 134.

De indre og ytre hylsene 100, 102 erfastkilt slik at mens den indre hylsen kan gli aksialt i forholdt til den ytre, er ingen relativ rotasjon mulig mellom 100

og 102.

Ringformede skyveanordninger 136 og 138 er festet inne i den ytre hylsen 100, og to spiralfjærer 140, 142 er vist innfanget i serie mellom dem. Fjærene er i virkeligheten separert ved hjelp av en drivring 144 festet til og som strekker seg radialt fra den indre hylsen 102 slik at når sistnevnte glir aksialt i forhold til den ytre hylsen 100, vil en fjær bli komprimert og den andre vil bli avslappet. Som vist er hylsen 102 ved den nedre enden av sin bevegelsesavstand og fjæren 140 blir de-komprimert og fjæren 142 blir fullstendig komprimert.

Rotasjon av mutteren 124 for å heve den indre hylsen 102 i forhold til den ytre hylsen 100 vil gradvis forårsake at fjæren 140 blir komprimert og tillater fjæren 142 å ekspandere. Den indre hylsen 102 blir boret i et lineært lager 146 som sikrer glatt glidebevegelse av hylsen 102 i forhold til den ytre hylsen 100, og gjør det mulig for hylsen 102 å ha en klaringspasning inne i kammeret 104 ved den øvre ende av hylsen 100 og innenfor ytterflaten til den nedre enden av hylsen 100.

Ringformede pakninger ved 148, 158 og 152, 154 muliggjør glidebevegelse av 102, men hindrer ikke bare innsiving av væsker, men spesielt partikler/faststoffer slik som sand.

Som tidligere nevnt er den ventilen som er vist på fig. 2, innrettet for å bli skjøvet langs en sylindrisk rørledning inne i hvilken det er en løs glidepasning, inntil ringen med åpninger 156 i den ytre hylsen er innrettet med én eller flere lignende åpninger i veggen til rørledningen (ikke vist). Ved dette punkt blir den ytre hylsen 100 sikret i stilling inne i rørledningen ved å bruke en kompakt ekspan-sjonstetning eller lignende (ikke vist).

Den indre hylsen har en lignende ring med åpninger 158 som er omkretsmessig innrettet med de i den ytre hylsen, men som kan forskyves aksialt ut av innretting med åpningene 156 ved aksial glidning av den indre hylsen 102 i forhold til den ytre hylsen 100, som tidligere beskrevet.

I skissen på fig. 3 er permanentmagneter 160, 162, 164 vist montert omkring rotoren 116 mellom poler 166, 168, osv. I dette arrangementet er rotoren selv konstruert av et ikke-magnetisk materiale.

Polene 166, 168, osv., er atskilt omkring rotoren 116 på lignende måte som avstanden av polene 170, 172, 174, 176, osv. som rager aksialt utfra undersiden av den magnetiserbare ringen 110. Viklinger, slik som 114, er lokalisert mellom polene 170, 172, osv., og er forbundet med kabler til styrekretsen 108 slik at strøm kan leveres på denne når det er nødvendig, for å endre den magnetiske polariteten til statorpolene og forårsake at rotoren roterer inntil den faste magnetiske polariteten til rotorpolene er innrettet med motstående magnetisk polariserte statorpoler.

Siden magnetene 160, 162, osv., er permanente og frembringer et kraftig magnetfelt mellom de tilstøtende statorpolene og rotorpolene, vil, når rotoren har rotert inn i innretting med et annet sett med statorpoler, kan strømmen til viklingene bli fjernet. Det kraftige magnetfeltet i luftgapene mellom stator- og rotorpolene tjener til å låse rotoren stasjonært i forhold til statoren. Denne låsingen blir noen ganger referert til som blokkering, og er ikke en positiv mekanisk lås, men med passende valg av luftgap, magnetiske materialer og styrke av magnetene 160, 162, osv., vil en meget høy torsjonskraft være nødvendig for å rotere rotoren fra en blokkert posisjon i forhold til statoren. Sagt på en annen måte, den magnetiske blokkeringskraften virker som en friksjonsbrems på rotoren.

Som nevnt tidligere muliggjør en aktuatorutførelsesform i henhold til oppfinnelsen en hovedsakelig lineær kraft som kan genereres ved å kombinere tre energikilder slik at alle virker sammen over en del av tiden. De tre omfatter fjærenergi, tregheten til en roterende rotor og elektrisk energi fra batteriet.

I skissen på fig. 4 er permanentmagnetene 178, 180, 182, 184 vist montert omkring rotoren 116 med vekslende polaritet. Hver rotorpol er fortrinnsvis tilknyttet to statorpoler. I dette eksempelet er det tilveiebrakt fire rotorpoler. Rotoren 116 er konstruert av magnetiserbart materiale, fortrinnsvis et ferromagnetisk materiale, i motsetning til det ikke-magnetiske materiale som rotoren 116 på fig. 3 kan være konstruert av.

Vist på fig. 4 er også statorringen 110, som også er laget av et magnetiserbart materiale.

Åtte poler 186, 188, ... 198, 200) rager aksialt ut fra undersiden av statorringen 110. Viklinger A-H er lokalisert omkring statorpolene og er forbundet med kabler til styringsenheten 108 slik at strøm kan leveres selektivt til disse, etter behov, for å polarisere statorpolene magnetisk for å få rotoren til å gli til venstre eller høyre inntil hver rotor-permanentmagnetpol igjen er innrettet med et par statorpoler.

Siden rotorpolene 178, 180, osv. er permanentmagneter og luftgapet mellom rotor- og statorpoler er lite, finnes det et kraftig magnetfelt mellom de tilstøt-ende stator- og rotorpolene, og når rotoren har rotert inn i innretting med et annet sett statorpoler, kan strømmen til viklingene (A, B, C, osv.) fjernes. I likhet med arrangementet på fig. 3, tjener det kraftige magnetfeltet i luftgapene mellom stator-og rotorpolene til å låse rotoren rotasjonsmessig i forhold til statoren (noen ganger kalt blokkering), og i likhet med fig. 3, er dette ikke en positiv låsemekanisme, men med passende valg av luftgap, magnetiske materialer og magnetiske styrker for magnetene 178, 180, osv., vil en meget høy torsjonskraft igjen være nødvendig for å rotere rotoren fra en blokkert posisjon.

Kablene på fig. 4A og 4B indikerer hvordan spolene på fig. 4 må energise-res og rotasjonsretningen blir oppnådd.

Den komprimerte fjæren 142 virker direkte på en ring 144, som er festet til den indre hylsen 102. Treghetsenergien i den hurtig roterende rotoren 116 og friksjonsskiven 118 blir addert til fjærkraften så snart de roterende komponentene blir forbundet via den bistabile koplingen 120 til den roterbare mutteren 124.

Sistnevnte er montert inne i den ytre hylsen i lageret 128,130, som er aksialt atskilt med en avstandsholder 131, og mutteren 124 er aksialt lokalisert ved hjelp av lagrene slik at relativ lineær bevegelse (aksial bevegelse) mellom den og den ytre hylsen 100 blir forhindret. På denne måten tilveiebringer den roterbare mutteren 124, som er koplet til den indre hylsen 102 ved hjelp av innbyrdes gjenger 126,132, hovedsakelig lineær kraft som skyver den indre hylsen 102 aksialt langs den ytre hylsen 100. Dette vekselvirkningsarrangementet skaperen kraftforsterkningseffekt.

Summen av de tre energikildene når koplingen er i inngrep, gir en plutselig aksial kraft eller impuls som normalt vil innlede en bevegelse av den indre hylsen i forhold til den ytre for å påbegynne ventillukking eller -åpning.

I tilfeller med alvorlig forurensning hvor den indre hylsen er så fastkilt i den ytre hylsen at ved innledende kontakt med koplingen 120, er det betydelig motstand mot aksial bevegelse av hylsen, kan koplingen frakoples for å tillate rotoren å løpe opp til en viss hastighet før koplingen igjen koples inn, og prosessen kan gjentas inntil den bindingen som er frembrakt av forurensningen eller korrosjonen er brutt når støtkreftene knuser og fjerner eventuelle bevegelsesblokkerende sedimenter.

Frigjøring av husene vil bli referert til som en første fase av aktuator-bevegelsen.

Deretter tilveiebringer rotasjon av den batteridrevne rotoren som virker gjennom de samvirkende gjengene, sammen med den gjenværende energien som er lagret i fjæren 142, nok aksial kraft til å fortsette å bevege den indre hylsen 102 aksialt inne i den ytre hylsen.

Dette vil bli referert til som den andre fasen av aktuatorbevegelse. Den inn-treffer når den indre hylsen fortsetter å bevege seg i forhold til den ytre hylsen, nå hovedsakelig fri fra friksjon, ved å bruke den elektriske energien fra batteriet til å rotere rotoren og opprettholde aksial bevegelse av skyveorganet selv etter at fjærkraften som bidrar i den aksiale bevegelsen, er redusert til null.

I løpet av en tredje og endelig fase av bevegelsen blir den andre fjæren 140 komprimert for å lagre energi som kan være tilgjengelig for å bidra til reversert bevegelse av den indre hylsen på et fremtidig tidspunkt.

Det er usannsynlig at batteriet vil ha kapasitet til å tilveiebringe nok energi til å utføre denne kompresjonen ved å rotere rotoren under øket belastning som skapes når fjæren blir komprimert, og denne sluttfasen vil sannsynligvis bli utført over en forlenget tidsperiode ved å gjøre bruk av tregheten til den roterende rotoren og friksjonsskiven på nytt.

For å gjøre dette, blir koplingen frigjort for å frigjøre rotoren og tillate den å øke hastigheten, hvoretter koplingen blir brakt i kontakt og kombinasjonen av treg-hetsenergi og fortsatt dreiemoment skapt av den elektriske strømmen fra batteriet som strømmer i statorviklingene, virker via det høye omsettingsforholdet mellom de vekselvirkende gjengene for å begynne å komprimere fjæren. Så snart treghetsenergien er forbrukt og rotoren sakker sin hastighet under belastning, blir koplingen frikoplet, rotoren kan fritt spinne opp i hastighet, og prosessen med å til-kople og så frakople clutchen eller koplingen blir gjentatt.

Teoretisk er det ingen grense for hvor mange ganger prosessen med inn-kopling og fråkopling av clutchen eller koplingen kan utføres, men vanligvis er den mest effektive drivstrategien bestemt av styringsanordningen 108 og er innrettet og utført på en fleksibel måte som passer.

Når den indre hylsen når sin endelige posisjon, hvor fjæren 140 nå er fullstendig komprimert, er det ingen ytterligere behov for elektrisk strøm fra batteriet.

Ventilposisjonen blir sikret ved låseeffekten til permanentmagnetene mellom rotoren og statoren frembrakt av permanentmagneten og antallet vekselvirkende rotor- og statorpoler. Som tidligere beskrevet, skaper magnetpolene en blok-keringseffekt slik at rotoren har et stort antall posisjoner i hver av hvilke den vil bli holdt stasjonær av den magetiske blokkeringseffekten. Siden magnetene er permanente, vil rotoren forbli i en hvilken som helst av disse stabile posisjonene uten behov for at elektrisk energi skal leveres, på samme måte som rotoren i en skritt-motor blir holdt stasjonær.

For ytterligere å spare batterienergi, er styringsenheten 108 innrettet for å vende tilbake til en hvilemodus som krever praktisk talt null energi, etter at den indre hylsen har nådd en siste endeposisjon. Siden det imidlertid er nødvendig å kunne utløse styringsanordningen til aktivitet når aktuatoren blir operert, forblir et kommunikasjons-overvåkningssystem i styringsenheten 108 aktivt, selv om det bare krever en liten mengde strøm for å holde det operativt, men med elektrisk strøm aktiv inntil anordningen deretter må operere.

Når et anmodningssignal blir mottatt for å endre ventilposisjonen, kan styringsenheten 108 derved aktiveres.

Når ventilen og aktuatoren skal lokaliseres og opereres i et miljø med høyt trykk, blir den interne aktuatormekanismen skalert med dobbelt skala 148, 150 og 152, 154 og et eventuelt rom mellom skivene blir fylt med en ren, luftfri usammen-trykkbar væske eller gass slik som en olje. På denne måten kan aktuatoren og tetningene hovedsakelig beskyttes mot mekanisk skade på grunn av høyt omgivel-sestrykk, som ellers kunne inntreffe.

Oppfinnelsen kan derfor tilveiebringe en ventil-aktuatorkombinasjon som vil operere i et ugunstig miljø på fjerntliggende steder hvor det bare er begrenset tilgjengelighet til elektrisk eller hydraulisk kraft.

En annen aktuatorkonfigurasjon 298, som er en utførelsesform av foreliggende oppfinnelse, er vist på fig. 5. Den er anordnet slik at den kan monteres omkring et rør 300 og passe inn i et ringformet volum som omgir røret, slik at den kan passere langs og installeres i et borehull med røret. Rørarbeid og trådføring i forbindelse med aktuatoren selv er blitt utelatt fra fig. 5 med det formål å klargjøre figuren.

Aktuatoren har en ringformet stator 302 som innbefatter et antall poler atskilt omkring omkretsen og som strekker seg aksialt fra denne, som har respektive spoler 304 tilknyttet disse. Statorpolene vender mot polstykker og magneter på en rotor 306 på tilsvarende måte som i de foregående utførelsesformene. En hylse 308 er utformet med et omkretsmessig spor i sin ytre overflate som definerer en ringformet kam 309. Hylsen er montert på eller integrert med en del av rotoren 306, og blir rotert sammen understøttet på røret 300 ved hjelp av lageret 307.

Inne i et hus 310 på hver side av aktuatoren er en stempelskyveanordning

312 montert for å være aksialt glidbart. En kamfølgertapp 304 strekker seg radialt innover fra stempelskyvingsanordningen for å komme i kontakt med kammen 308. Stempelskyveanordningen 312 er forbundet med et stempel 314 som strekker seg aksialt ut av huset 310 og inn i en pumpeenhet 316. Stempelskyveren 312 og stempelet 314 danner sammen et skyveorgan.

De to kamfølgertappene og stempelenhetene er anordnet på motsatte sider av aktuatoren for å utøve balanserte, symmetriske krefter på rotoren for glatt drift.

En pakke 318 som inneholder elektroniske styringsanordninger og en bat-teripakke for aktuatoren er anordnet ved siden av statoren 302.

Som vist på fig. 5, langs pumpeenhetene 316, er to dobbeltventiler 320 og 322, en dobbeltventil 324 og et hydraulisk fluidreservoar 326, omkretsmessig atskilt omkring røret. Deres funksjon vil bli beskrevet under henvisning til figur 7.

I bruk, blir pumpeenhetene 316 koplet til hovedventilen (ikke vist) som er anordnet for å regulere strømming i forbindelse med røret 300. Rotasjon av rotoren 306 ved energisering av polene på statoren 302 som beskrevet ovenfor, roterer kammen 308, som i sin tur forskyver kamtappenheten 314, stempelskyveren 312 og stempelet 314 aksialt. Dette øker trykket i pumpeenheten 316. Hver rotasjon av rotoren 306 skaper en høytrykkspuls i pumpeenheten som blir anvendt til å operere hovedventilen.

Aktuatoren som er illustrert på figurene 5 og 6, anvender to kraftforsterkere for å utvikle en sterk aktiveringskraft som kan være nødvendig for å løsne en hovedventillukkeanordning som erfastkilt i posisjon etter en lang inaktivitetsperi-ode, f.eks. For å operere en stor hydraulisk hylseventil, er f.eks. betydelig kraft nødvendig, typisk i området fra 5000N til 50000N.

Den første kraftforsterkeren er av mekanisk type hvor vinkelen til rotasjons-kammen virker som en kile. I dette tilfelle blir den lineære, tangensiale trekkraften multiplisert med kileforholdet, som i dette tilfelle, hvor de to synkrone pumpene blir brukt, er lik en fjerdedel av den ringformede kamlengden dividert med stempelets lineære bevegelseslengde. Ved å ta en rotor med diameter 100 mm og et stempel på 9 mm med lineær bevegelseslengde, er forholdet omtrent lik 9.

Den andre kraftforsterkningsanordningen er hydraulisk. Stempelet 314 er forholdsvis lite, typisk fra 5 til 10 mm diameter eller 20 til 80 mm<2>stempelareal, og er hydraulisk forbundet med et stort stempel i hovedventilen, som typisk har et areal på fra 1500 til 2000 mm<2>. Kraftforsterkningsforholdet er lik stempelarealfor-holdet som i dette eksempelet er i området fra 25 til 75.

I dette eksempelet kan den totale kraftmultipliseringen være i området fra 225 til 675. På denne måten, ved å bruke en kraftmultipliseringsanordning på 500 ganger, kan krefter på 1 tonn eller 10000N oppnås, som 2 kg eller 20N roterende kraft. I en foretrukket utførelsesform blir rotasjonskraften generert ved hjelp av 16 spoler. Bare 0,12 kg eller 1,2N kraft pr. spole er derfor nødvendig for å oppnå en betydelig trekkraft for å operere hovedhylseventilen.

I visse situasjoner hvor hovedventilen er eksponert for sjøvann over en lang tid, kan fastsedimenter gjøre det vanskelig å innlede ventilbevegelsen. For å overvinne dette problemet kan kraftforsterkerne understøttes av effektiv bruk av rotorens treghet. Det vil være fordelaktig å starte å kjøre den ringformede rotoren med en høytrykksavlastningsventil åpen. Den ringformede motorkammen forsterker dermed visse rotasjonshastigheter på grunn av at pumpene løper fritt. På denne måten kan kinetisk energi fra rotoren stadig bygges opp. I et visst tidspunkt blir den frigjorte ventilen lukket og begge pumpene blir drevet med ytterligere styrke levert av treghetskreftene. Trykket blir bygd opp nesten øyeblikkelig til det nivå som er tilstrekkelig for å overvinne "stiksjon" av hylseventilen. I noen tilfeller er så meget som 5000 psi hydraulisk trykk nødvendig. Når hylseventilen begynner å bevege seg, er omtrent 10 ganger mindre hydraulisk trykk nødvendig for å opprettholde ventilbevegelsen, typisk 500 psi. Et slikt beskjedent trykk kan lett fremskaf-fes fra pumper drevet av den batteridrevne, ringformede aktuatoren.

Fig. 7 er et blokkskjema over den hydrauliske pumpekraftforsterkeren i aktuatoren 298 som er vist på figurene 5 og 6. En enkelt ventil 324 er en høy-trykkssikringsventil. Dobbelte ventiler 320 og 322 har høye og lave trykkfluidbaner. Høytrykksbanene er forbundet (via høytrykksforsyningsledninger som vist med heltrukne linjer på fig. 7) til pumpeenhetene 316 i aktuatoren 298. Lavtrykksretur-banene er forbundet (via lavtrykkslinjene som er vist som prikkede linjer) tilbake til reservoaret 326. Utgangene fra høytrykksbanene gjennom ventilene 320 og 322 er forbundet via respektive tilbakeslagsventiler 340 og 342 til respektive hydrauliske åpninger 344 og 346 i en hovedventil 348 som f.eks. er i form av en hylseventil i form av mottaktstypen. Batteripakken 318a og styringsenheten 318b i pak-ken 318 som er vist på figurene 5 og 6, er vist separat på fig. 7.

Ved selektiv tilførsel av høytrykkspulser via åpningene 344, 346, kan aktuatoren bevege ventillukkeorganet (ikke vist) i hovedventilen 348 den ene eller andre veien, låse det i en gitt posisjon eller etterlate det flytende og fritt bevegelig for vedlikeholdsformål, f.eks.

På fig. 7 er det vist to trykksensorer som er koplet til høytrykkslinjen, en DC-sensor 350 og en AC-sensor 352. Signaler generert av disse sensorene blir matet tilbake til styrekretsen 318b for å tilveiebringe informasjon vedrørende tilstandene og/eller posisjonen til ventillukkeorganet i hovedventilen 348.

Som nevnt ovenfor kan f.eks. hvis sensorene indikerer at det innledende høye trykket ikke minskes, antyder dette at lukkeorganene fremdeles kan være fastkilt. Det kan derfor være riktig å igjen å påføre en forholdsvis stor puls ved å bruke det momentum som er bygget opp igjen ved hjelp av rotoren, som diskutert ovenfor.

Når ventillukkeorganet blir beveget under styring av aktuatoren, vil hver rotasjon av aktuatorrotoren generere to trykkpulser, ettersom hver tapp 304 følger de to aksiale oscillasjonene av kamflaten 309 pr. omdreining. Styringsanordningen kan telle disse pulsene for å bestemme posisjonen til ventillukkeorganet i hovedventilen 348.

Claims (33)

1. Aktuator (20) som omfatter et skyveorgan (26) bevegelig mellom to endeforplantningsposisjoner, en ringformet rotor (116) med magnetpoler, en ringformet magnetiserbar stator (110) med minst én vikling (112, 114) og poler med hvilke rotorpolene er innrettet i hver av et antall rotasjonsmessige posisjoner av rotoren (116) i forhold til statoren (110), karakterisert vedat rotorpolene (178) forblir tiltrukket til et sett med statorpoler inntil en strøm blir brakt til å flyte i den minst ene viklingen (112, 114), som endrer det magnetfeltet som virker mellom rotor- og statorpolene tilstrekkelig til å få førstnevnte til å bli avstøtt fra statorpolene som de for tiden er innrettet med, og for å bli tiltrukket og innrettet med et annet sett statorpoler, og en drivforbindelse mellom rotoren (116) og skyveorganet (26) som er innrettet for å omdanne rotasjonsmessig bevegelse av rotoren (116) til lineær bevegelse av skyveorganet (26), hvori aktuatoren (20) er anordnet for å danne en strømningsbane gjennom seg, som strekker seg gjennom rotoren (116) og statoren (110).

2. Aktuator (20) ifølge krav 1, karakterisert vedat den innbefatter en første fjæranordning som virker på skyveorganet (26) og blir komprimert eller strukket fra sin avslappede lengde når rotoren (116) roterer slik at, mens fjæranordningen er i det minste delvis komprimert eller strukket, fjærkraften virker på skyveorganet (26) kombinert med den skyvkraft som utøves på dette på grunn av rotasjon av rotoren (116) gjennom drivforbindelsen for å forsterke aktiveringskraften som utøves av skyveorganet (26).

3. Aktuator (20) ifølge krav 2, karakterisert vedat en annen fjæranordning også virker på skyveorganet (26), men i motsatt retning av den første fjæranordningen, som vil bli komprimert når den første fjæranordningen blir strukket på grunn av bevegelse av skyveorganet (26) mot én av sine bevegelsesbaneender, og omvendt.

4. Aktuator (20) ifølge krav 3, karakterisert vedat den omfatter styringsanordninger for å tilføre strømpulser til den minst ene viklingen (112,114) slik at rotoren (116) kan roteres progressivt i den ene eller andre retningen.

5. Aktuator (20) ifølge krav 4, karakterisert vedat styringsanordningen er innrettet for å fremme en sekvens av høye støtkrefter som hver utøver tilstrekkelig kraft på den andre fjæranordningen til å komprimere den mens skyveorganet (26) blir beveget til sin andre bevegelseslengdeposisjon.

6. Aktuator (20) ifølge krav 4, karakterisert vedat styringsanordningen er innrettet for å levere elektrisk strøm til statorviklingen (112, 114) i regulerte pulsskurer som hver får rotoren (116) til å spinne med høy hastighet, og hvor tregheten til den roterende rotoren (116) blir frigjort via en bistabil drivoverføringsanordning mellom rotoren (116) og drivforbindelsen for å tilveiebringe høyere skyvkrefter enn hva som blir frembrakt av rotasjonen av rotoren (116) under belastning alene.

7. Aktuator (20) ifølge krav 6, karakterisert vedat rotoren (116) suksessivt blir frakoplet drivforbindelsen etter at treghetskreftene er forbrukt, for derved å gjøre det mulig for rotoren (116) å akselerere på nytt før gjenetablering av forbindelsen mellom rotoren (116) og drivforbindelsen, slik at sekvensen med støtkrefter blir frembrakt.

8. Kombinasjon av en aktuator (20) ifølge krav 2, og en ventil,karakterisert vedat ventilen kan åpnes og lukkes ved hjelp av aktuatoren (20) for å regulere strømmingen av et fluid gjennom ventilen.

9. Kombinasjon ifølge krav 8, karakterisert vedat den er innrettet for å operere ved eller under havbunnen og under det tilhørende høye omgivelsestrykket.

10. Kombinasjon ifølge krav 8, karakterisert vedat den er innrettet for å regulere fluidstrømming inn i eller ut av en rørledning, hvor rørledningen er elektrisk ledende, og hvor operasjonen av aktuatoren (20) kan igangsettes av elektromagnetiske signaler eller ved å bruke rørledningen som en leder for elektrisitet.

11. Kombinasjon ifølge krav 8, karakterisert vedat aktuatoren (20) lagrer energi i form av potensiell mekanisk energi i de komprimerte (eller utstrukne) fjæranordningene, som potensiell magnetisk energi i permanentmagnetanordninger og/eller som elektrisk energi i en elektrisk energilagringsanordning, og hvor den lagrede energien er tilgjengelig for å aktivere ventilen.

12. Kombinasjon ifølge krav 11, karakterisert vedat kinetisk energi for aktuatorens skyveorgan (26) og ventillukkeorganer blir gjenvunnet under aktuering og lagret i den andre fjæranordningen for å bidra til etterfølgende drift av aktuatoren (20).

13. Kombinasjon ifølge krav 8, karakterisert vedat ventilen er en hylseventil.

14. Kombinasjon ifølge krav 8, karakterisert vedat ventilen er innbefattet i det sylindriske omrisset av en hylse (100) som inneholder minst ett ringformet kammer (106) som igjen inneholder aktuatoren (20).

15. Kombinasjon ifølge krav 14, karakterisert vedat minst ett kammer (108) på kjent måte er forseglet mot innsiving av væske.

16. Kombinasjon ifølge krav 15, karakterisert vedat det minst ene kammeret (108) er fylt med en ukomprimerbar væske, for å gjøre det mulig for kammeret (108) å motstå høye trykk som kan finnes i undergrunnen ved eller under havbunnen.

17. Kombinasjon ifølge krav 14, karakterisert vedat det er anordnet fjærer (140, 142) ved begge ender av seksjonen av hylsen (100) i hvilken skyveanordningen beveger seg.

18. Kombinasjon ifølge krav 8, karakterisert vedat aktuatoren (20) eller ventilen kan opereres ved å bruke et interveneringsverktøy, slik at det vil beholde funksjonalitet og kan åpnes eller lukkes mekanisk, etter at batterilevetiden er utløpt, i tilfelle av en kommunikasjonssvikt, batterisvikt eller skade.

19. Kombinasjon ifølge krav 18, karakterisert vedat aktuatoren (20) eller ventilen er innrettet for å bli operert ved å bruke en kabelsonde, med bare induktiv kopling mellom sonden og aktuatoren (20) eller ventilen, for å muliggjøre langsiktig styring av ventilen selv i en permanent installert situasjon hvor batteriet og/eller styringssystemet har sviktet.

20. Kombinasjon ifølge krav 8, karakterisert vedat ventilen og aktuatoren (20) utgjør en glidende til-pasning mellom eller omkring en rørledning i en oljebrønn.

21. Kombinasjon ifølge krav 20, karakterisert vedat kombinasjonen kan ettermonteres på en eksisterende rørledning.

22. Aktuator ifølge krav 1, karakterisert vedaten elektrisk energilagringsanordning er innbefattet i eller lokalisert i nærheten av aktuatoren (20) for å levere driftsstrømmen.

23. Aktuator ifølge krav 22, karakterisert vedat lagringsanordningen er en oppladbar anordning.

24. Aktuator ifølge krav 22, karakterisert vedat lagringsanordningen er et litiumbatteri.

25. Aktuator ifølge krav 1, karakterisert vedat den utgjør en del av eller virker på en strøm-mingsreguleringsventil.

26. Aktuator (20) eller en ventil-aktuator-kombinasjon ifølge krav 1,karakterisert vedat den innbefatter en koplingsanordning eller en forbindelse med tapt bevegelse mellom rotoren (116) og skyveorganet (26), eller mellom skyveorganet (26) og en ventil, for å gjøre det mulig å utvikle momentum ved å rotere rotoren (116) før dens bevegelse blir overført for å bevege et ventil-lukkeorgan.

27. Aktuator (20) eller en ventil-aktuator-kombinasjon ifølge krav 1,karakterisert vedaten kraftforsterkningsanordning (24) er anordnet for å forsterke den kraft som utøves av rotoren (116), men som minsker bevegelsen.

28. Aktuator (20) eller ventil- og aktuator-kombinasjon ifølge krav 27,karakterisert vedaten kraftforsterkningsanordning (24) er tilveiebrakt mellom rotoren (116) og skyvorganet (26).

29. Aktuator (20) eller ventil- og aktuator-kombinasjon ifølge krav 28,karakterisert vedat kraftforsterkningsanordningen (24) er tilveiebrakt ved hjelp av drivforbindelsen for aktuatoren (20).

30. Aktuator (20) eller ventil- og aktuator-kombinasjon ifølge krav 27,karakterisert vedaten kraftforsterkningsanordning (24) er tilveiebrakt for operasjon mellom skyveorganet (26) og et legeme som skal forflyttes av aktuatoren (20).

31. Aktuator (20) eller ventil- og aktuator-kombinasjon i henhold til krav 27,karakterisert vedat kraftforsterkningsanordningen (24) er i form av en flaskeskrue, en kam og kamfølgeranordning eller en hydraulisk pumpe.

32. Aktuator (20) eller ventil- og aktuator-kombinasjon ifølge krav 31,karakterisert vedat hvor kraftforsterkningsanordningen (24) mellom skyveorganet (26) og et ventillukkeorgan er en hydraulisk pumpe, og utgangen fra pumpen er forbundet med de to styreventilene, hvor styreventilene kan tilkoples respektive åpninger i en ytterligere ventil for å mate fluid selektivt til én eller begge åpningene for styring av ventilen.

33. Aktuator (20) eller ventil- og aktuator-kombinasjon ifølge krav 31,karakterisert vedat kraftforsterkningsanordningen (24) mellom skyveorganet (26) og et ventillukkeorgan er en hydraulisk pumpe, og hvor utgangen fra pumpen er koplet til trykkavfølingsanordninger for å mate ut et signal som reagerer på trykket ved pumpeutgangen til reguleringsanordningene, idet styringsanord-ningene er i stand til å bestemme informasjon vedrørende ventillukketilstanden og/eller posisjonen for denne.