NO20130129A1 - Anordning ved elektromekanisk aktuator og framgangsmate for aktuering av et ringstempel - Google Patents

Abstract

Anordning og fremgangsmåte ved elektromekanisk aktuator (17) for anvendelse under vann innen petroleumsvirksomhet hvor en elektrisk motor (20), som omfatter en stator (22) og en rotor (24), via transmisjonselement (30, 34, 36) er innrettet til å kunne bevege et aktueringselement (36) mellom i det minste en første posisjon og en andre posisjon, og hvor den elektriske motors (22) rotor (24) omkranser og er koplet til en aktuatormutter (30) som er i gjenget inngrep med aktueringselementet (36).

Description

ANORDNING VED ELEKTROMEKANISK AKTUATOR OG FRAMGANGSMÅTE FOR AKTUE-RING AV ET RINGSTEMPEL

Denne oppfinnelse vedrører en elektromekanisk aktuator. Nærmere bestemt dreier det seg om en elektromekanisk aktuator for anvendelse under vann innen petroleumsvirksomhet hvor en elektrisk motor, som omfatter en stator og en rotor, via transmisjonselement er innrettet til å kunne bevege et aktueringselement mellom i det minste en første posisjon og en andre posisjon. Oppfinnelsen omfatter også en fremgangsmåte for oppbygging av aktuatoren.

Under petroleumsutvinning til havs er det nødvendig å kunne manøvrere for eksempel brønnverktøy, ventiler, koplingsanordninger eller tetningsanordninger. Utstyr av denne art kan være forsynt med et senterløp for å i det minste muliggjøre gjennomstrømning av fluid eller passasje av utstyr i forbindelse med ulike arbeidsoperasjoner.

Tradisjonelt har utstyr av denne art vært hydraulisk betjent. Hydraulisk betjening be-tinger oftest at det fremføres hydraulikledninger fra overflaten. For å oppnå nøyaktig manøvrering og nødvendig systemredundans er det nødvendig å anordne ventiler nær aktuatoren. Foruten at slike hydrauliske anlegg er relativt store og kostbare, kan det også oppstå lekkasjer av hydraulikkvæske til omgivelsene.

Grunnet de nevnte og andre ulemper tilknyttet hydrauliske system, er det utviklet elektromekaniske aktuatorer for anvendelse under vann. Slike aktuatorer kjennetegnes typisk ved at de er forsynt med to drivsystemer og at de dessuten er innrettet til å kunne manøvreres ved hjelp av en ekstern motor, for eksempel av en ROV (Remote Operated Vehicle).

US 2004/0056229 beskriver således en elektromekanisk aktuator for en undervanns strupeventil hvor aktuatoren er forsynt med to uavhengige elektromotorer som via en snekke driver en dreibar spindel. Spindelen er utformet med en selvlåsende funksjon.

WO 2005 068774 viser også en elektromekanisk aktuator som er forsynt med to

elektromotorer og hvor motorene er koplet til en dreibar utgående aksling.

Generelt er kjente elektromekaniske aktuatorer for anvendelse under vann relativt store, kompliserte og kostbare.

Oppfinnelsen har til formål å avhjelpe eller å redusere i det minste én av ulempene ved kjent teknikk, eller i det minste å skaffe til veie et nyttig alternativ til kjent teknikk.

Formålet oppnås ved trekk som er angitt i nedenstående beskrivelse og i etterfølgende patentkrav.

Ifølge et første aspekt ved oppfinnelsen er det tilveiebrakt en elektromekanisk aktuator for anvendelse under vann innen petroleumsvirksomhet hvor en elektrisk motor, som omfatter en stator og en rotor, via transmisjonselement er innrettet til å kunne bevege et aktueringselement mellom i det minste en første posisjon og en andre posisjon. Aktuatoren kjennetegnes ved at den elektriske motors rotor omkranser og er koplet til en aktuatormutter som befinner seg i gjenget inngrep med aktueringselementet.

Konstruksjonen muliggjør en kompakt byggeform og hvor det kan oppnås relativt store aktueringskrefter.

Aktuatoren kan enkelt forsynes med for eksempel en posisjonsgiver som tilkoplet et styresystem til enhver tid kan vise aktueringselementets relative posisjon i aktuatoren. Det er også enkelt å styre aktueringskraften som motoren utøver mot aktueringselementet ved hjelp av tilført effekt. En operatør kan således fra en posisjon på overflaten styre både kraft og den relative posisjon av aktueringselementet i aktuatoren.

Aktuatormutterens utvendige diameter kan tilsvare rotorens innvendige diameter. Derved oppnås en ytterligere reduksjon av byggemålene fordi aktuatormutteren prak-tisk talt utgjør en enhet med rotoren.

Aktueringselementets bevegelsesretning kan være parallell med motorens dreieakse. Den viste løsning viser at aksialforskyvning av aktueringselementet kan tilveiebringes med relativt små byggemål.

Aktueringselementet kan også omkranse en sentralt gjennomgående åpning som kan utgjøre et fluidløp og som også kan være tilrettelagt for verktøygjennomføring. Oppfinnelsen muliggjør at en forholdsvis stor gjennomgående åpning gjennom aktuatoren kan tilveiebringes uten større endringer i de utvendige dimensjoner.

Aktuatoren befinner seg i et trykkompensert aktuatorhus hvor trykket på i og for seg kjent måte kompenseres i forhold til omgivelsene ved hjelp av en elastisk kompensa-tor som kommuniserer med omgivelsestrykket.

Aktuatormutteren kan omfatte en gjengerull som befinner seg i gjenget inngrep med aktueringselementet. I en annen utførelse kan aktuatormutteren utgjøre en del av en kuleskrue. Begge løsninger, kjent fra for eksempel SKF's kataloger, kan tilpasses aktuatoren og utgjør maskinelement hvor relativt store krefter kan overføres ved forholdsvis lite friksjon mellom maskinelementene.

Motoren kan omfatte minst to individuelle sett viklinger for å gi den nødvendige re-dundans.

Ifølge et andre aspekt er det tilveiebrakt en fremgangsmåte ved en elektromekanisk aktuator for anvendelse under vann innen petroleumsvirksomhet hvor en elektrisk motor, som omfatter en stator og en rotor, via transmisjonselement er innrettet til å kunne bevege et aktueringselement mellom i det minste en første posisjon og en andre posisjon, og hvor fremgangsmåten omfatter: å la den elektriske motors rotor omkranse og være tilkoplet til en aktuatormutter; og å la aktuatormutteren være i gjenget inngrep med aktueringselementet.

Fremgangsmåten kan omfatte å bygge inn minst to innbyrdes uavhengige sett viklinger i motoren.

En anordning og fremgangsmåte ifølge oppfinnelsen muliggjør at en aktuator for aksial forskyvning kan utformes med et relativt stort gjennomgående løp samtidig som de ytre dimensjoner er relativt små. Aktuatoren kan som nevnt overfor styres både med hensyn til kraft og posisjon. Det har vist seg at aktueringselementet kan posisjoneres med stor nøyaktighet i forhold til aktuatoren.

I det etterfølgende beskrives et eksempel på en foretrukket utførelsesform og fremgangsmåte som er anskueliggjort på medfølgende tegninger, hvor: Fig. 1 viser perspektivisk en koplingsanordning for et brønnhode hvor koplingsanordningen er forsynt med en aktuator i henhold til oppfinnelsen; Fig. 2 viser et snitt la-la i fig. 1; Fig. 3 viser et snitt lb-lb i fig. 1; Fig. 4 viser perspektivisk en tetningsanordning i en utblåsingssikring hvor tetningsanordningen er utformet med en aktuator i henhold til oppfinnelsen;

Fig. 5 vier et snitt IV-IV i fig. 4; og

Fig. 6 viser i større målestokk et utsnitt fra fig. 5.

Pa tegningene betegner henvisningstallet 1 en koplingsanordning foret brønnhode hvor koplingsanordningen 1 omfatter et sylinderformet aktuatorhus 2, en rørflens 4 for tilkopling til et ikke vist rørsystem, og en koplingsflens 6. En gjennomgående åpning 8 forløper aksialt gjennom koplingsanordningen 1.

Den i og for seg kjente koplingsflens 6, se fig. 2, omfatter et antall låsesegment 10 som er fordelt om åpningen 8, idet låsesegmentene 10 ved å forskyves radialt relativt åpningen 8, er innrettet til å kunne gripe om et ikke vist objekt som befinner seg i åpningen 8. Den radielle forskyvning av låseseg mentene 10 er tilveiebrakt ved å for-skyve en innvendig konisk låsering 12 som omkranser låseseg mentene 10, aksialt relativt låsesegmentene 10.

Aktuatorhuset 2 er anordnet mellom et endelokk 14 som omfatter rørflensen 4, og koplingsflensen 6 og er festet til disse ved hjelp av bolter 16.

En aktuator 17 omfatter en elektrisk motor 18 med en utvendig stator 20 og en innvendig rotor 22. Statoren 20 passer i aktuatorhuset 2 og er festet til dette på en slik måte at den er forhindret fra å kunne bevege seg relativt aktuatorhuset 2.

Motoren 18 er forsynt med to uavhengige sett viklinger 24 som forsynes med energi via hver sin kabel 26. Hver kabel 26 forløper tettende gjennom hver sin kabelgjen-nomføring 28 i endelokket 14.

En aktuatormutter 30 er anordnet innvendig i rotoren 22 og er festet til denne. Rotoren 22 sammen med aktuatormutteren 30 er opplagret i radial og aksial retning ved hjelp av lager 32 som er anordnet ved rotorens 22 og aktuatormutterens 30 endepar-tier. Aktuatormutteren 30 samroterer således med rotoren 22.

I dette foretrukne utførelseseksempel er aktuatormutteren 30 forsynt med et antall aksialt anordnede, opplagrede gjengeruller 34 som er fordelt om et sylindrisk aktueringselement 36. Gjengerullene 34 som er innrettet til å kunne dreie fritt om sin egen lengdeakse i aktuatormutteren 30, er i inngrep med utvendige gjenger 38 på aktue ringselementet 36. Aktuatormutteren 30, gjengerullene 34 og aktueringselementet 36 utgjør derved transmisjonselement for overføring av kraft fra motoren 18 og til aktueringselementet 36.

Et antall styrebolter 40 er festet til aktueringselementet 36 ved sitt ene endeparti og forløper gjennom respektive boringer 42 i aktuatorhuset 2, idet styreboltene 40 ved sitt motstående endeparti er koplet til låseringen 12. Styreboltene 40 er fordelt og er også innrettet til å kunne forhindre at aktueringselementet 36 kan dreie sammen med aktuatormutteren 30.

Et innvendig parti 44 av aktuatorhuset 2 utgjør en føring for aktueringselementet 36 og danner en del av åpningen 8.

Aktuatorhuset 2 er fylt med et fluid, typisk silikonolje, og trykkompenset ved hjelp av en elastisk trykkompensator 48 som kommuniserer med det omgivende fluid via en kanal 50 gjennom endelokket 14.

Nødvendige tetninger er ikke beskrevet, men er kjent for en fagmann.

I fig. 3 er det vist en dreibar tilkoplingsanordning 52 for tilkopling til en ikke vist utvendig motor. Tilkoplingsanordningen 52 er ved hjelp av transmisjonselementer 54 koplet til aktuatormutteren 30 og innrettet til å kunne dreie denne.

Nar koplingsflensens 6 låsesegment 10 skal aktiveres, startes motoren 18 ved at energi tilføres via kabelen 26 til en av viklingene 24. Aktuatormutteren 30 settes derved i rotasjon, hvorved rullene 34 bringes til å rulle mot gjengene 38 på aktueringselementet 36. Derved forskyves aktueringselementet 36 og bringer låseringen 12 aksialt inn over låsesegmentene 10 slik det er vist i fig. 3.

I et alternativt utførelseseksempel som er vist i fig. 4, 5 og 6, er aktuatoren 17 ifølge oppfinnelsen bygget inn i en tetningsanordning 60 for en utblåsingssikring.

Et aktuatorhus 62 er ved sitt ene endeparti forsynt med en flens 64 for tilkopling til et ikke vist rørsystem. I motstående endeparti er aktuatorhuset 62 ved hjelp av bolter 66 koplet til en tetningsholder 68 av i og for seg kjent utførelse. Tetningsholderen 68 omfatter tetningsholderhus 70 og et elastisk tetningselement 72 som holdes på plass av et deksel 74. Dekslet 74 er festet til tetningsholderhuset 70 ved hjelp av festeelemen-ter 76 som ikke beskrives nærmere her.

En gjennomgående, sentrisk åpning 78 forløper gjennom tetningsanordningen 60.

Motorens 18, aktuatormutterens 20 og aktueringselementets 36 oppbygging og vir-kemåte tilsvarer det som er beskrevet i det foregående utførelseseksempel.

Aktueringselementet 36 omkranser i dette utførelseseksempel et ringstempel 80 som aktueringselementet 36 er festet til. Ringstempelet 80 er aksialforskyvbart og forhindret fra å kunne dreie med aktuatormutteren 20 ved at et antall styrebolter 82 som er festet til aktuatorhuset 62 rager inn i aksielle boringer 84 i ringstempelet 80.

Når tetningselementet 72 skal bringes til å tette omkring et ikke vist element som befinner seg i åpningen 78, startes motoren 18 hvorved aktueringselementet 36 forsky-ver ringstempelet 80 mot tetningselementet 72. Tetningselementet 72 deformeres og tetter derved mot det ikke viste element.

I fig. 6 er det vist et utsnitt fra fig. 5 hvor en elektromagnetisk brems 86 er koplet til motoren 18. En bremsespole 88 tilføres energi når motoren 18 skal startes, hvorved en friksjonsring 90 som normalt ligger an mot rotoren 22, løses ut.

Claims (10)

1. Anordning ved elektromekanisk aktuator (17) for anvendelse under vann innen petroleumsvirksomhet hvor en elektrisk motor (20), som omfatter en stator (22) og en rotor (24), via transmisjonselement (30, 34, 36) er innrettet til å kunne bevege et aktueringselement (36) mellom i det minste en første posisjon og en andre posisjon,karakterisert vedat den elektriske motors (22) rotor (24) omkranser og er koplet til en aktuatormutter (30) som er i gjenget inngrep med aktueringselementet (36).

2. Anordning i henhold til krav 1,karakterisert vedat aktuatormutterens (30) utvendige diameter tilsvarer rotorens (24) innvendige diameter.

3. Anordning i henhold til krav 1,karakterisert vedat aktueringselementets (30) bevegelsesretning er parallell med motorens (20) dreieakse.

4. Anordning i henhold til krav 1,karakterisert vedat aktueringselementet (30) omkranser en gjennomgående åpning (8, 78).

5. Anordning i henhold til krav 1,karakterisert vedat aktuatoren (17) befinner seg i et trykkompensert aktuatorhus (2, 62).

6. Anordning i henhold til krav 1,karakterisert vedat aktuatormutteren (30) omfatter en gjengerull (34) som er i gjenget inngrep med aktueringselementet (36).

7. Anordning i henhold til krav 1,karakterisert vedat aktuatormutteren (30) utgjør en del av en kuleskrue.

8. Anordning i henhold til krav 1,karakterisert vedat motoren (18) omfatter minst to uavhengige sett viklinger (24).

9. Fremgangsmåte ved elektromekanisk aktuator (17) for anvendelse under vann innen petroleumsvirksomhet hvor en elektrisk motor (18), som omfatter en stator (20) og en rotor (22), via transmisjonselement (30, 34, 36) er innrettet til å kunne bevege et aktueringselement (36) mellom i det minste en første posisjon og en andre posisjon,karakterisert vedat fremgangsmåten omfatter: å la den elektriske motors (18) rotor (22) omkranse og være tilkoplet til en ak tuatormutter (30); og å la aktuatormutteren (30) være i gjenget inngrep med aktueringselementet (36).

10. Fremgangsmåte i henhold til krav 9,karakterisert vedat fremgangsmåten omfatter å bygge minst to individuelle sett viklinger (24) i motoren (18).