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DE20115467U1 - Absperrvorrichtung - Google Patents

Absperrvorrichtung

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Publication number
DE20115467U1
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DE
Germany
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shut
housing
section
piston
release
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Expired - Lifetime
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DE20115467U
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English (en)
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Biester Klaus De
Original Assignee
Cameron GmbH
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Publication date
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Priority to GB0408176A priority patent/GB2397085B/en
Priority to US10/489,572 priority patent/US7231934B2/en
Priority to PCT/EP2002/010470 priority patent/WO2003025338A1/en
Priority to BR0212672-9A priority patent/BR0212672A/pt
Priority to DE10297236T priority patent/DE10297236T5/de
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Description

GKS & S MAXIMILIANSTRASSE 58 D-80538 MÜNCHEN GERMANY
Deutsches Patent- und Markenamt
Zweibrückenstr. 12
80297 München
RECHTSANWÄLTE LAWYERS
MÜNCHEN
DR. HELMUT EICHMANN
GERHARD BARTH
DR. ULRICH BLUMENRÖDER, LLM.
CHRISTA NIKLAS-FALTER
DR. MAXIMILIAN KINKELDEY, LL.M.
SONJA SCHÄFFLER
DR. KARSTEN BRANDT
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UTE STEPHANI
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PATENTANWÄLTE EUROPEAN PATENT ATTORNEYS
MÜNCHEN
DR. HERMANN KINKELDEY PETER H. JAKOB WOLFHARD MEISTER HANS HILGERS DR. HENNING MEYER-PLATH ANNEUE EHNOLD THOMAS SCHUSTER DR. KLARA GOLDBACH MARTIN AUFENANGER GOTTFRIED KLITZSCH DR. HEIKE VOGELSANG-WENKE REINHARD KNAUER DIETMAR KUHL DR. FRANZ-JOSEF ZIMMER BETTINA K. REICHELT DR. ANTON K. PFAU DR. UDO WEIGELT RAINER BERTRAM JENS KOCH, M.S. (U of PA) M.S.
BERND ROTHAEMEL DR. DANIELA KINKELDEY DR. MARIA ROSARIO VEGA LASO THOMAS W. LAUBENTHAL
PATENTANWÄLTE EUROPEAN PATENT ATTORNEYS
BERLIN
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DR. PATRICKERK, M.S. (MIT)*
•PATENTANWALT
KÖLN
DR. MARTIN DROPMANN
CHEMNITZ MANFRED SCHNEIDER
OF COUNSEL PATENTANWÄLTE
AUGUST GRÜNECKER DR. GUNTER BEZOLD DR. WALTER LANGHOFF
DR. WILFRIED STOCKMAIR (-1996)
IHR ZEICHEN/YOUR REF.
UNSER ZEICHEN / OUR REF.
DATUM / DATE
G 4485 -829/il
20.09.01
Anmelder:
CAMERON GmbH Lückenweg 1 29227 CeIIe
Absperrvorrichtung
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STOCKMAIR & SCh II!..
MAXIMILIANSTR. 51 &iacgr; I !		 e-mail: postmaster@grunecker.de
GERMANY _ ULUl L/C IVlM
Absperrvorrichtung
Die Erfindung betrifft eine Absperrvorrichtung, insbesondere zum Einsatz bei der Erdgas- und Erdölgewinnung, mit einem einen Durchlasskanal aufweisenden Absperrgehäuse, in dem ein Absperrorgan relativ zum Durchlasskanal zwischen einer Öffnungsund einer Schließstellung verstellbar gelagert ist, und mit einer Betätigungseinrichtung zumindest zur Verstellung des Absperrorgans aus der Öffnungs- in die Schließstellung.
Solche Absperrvorrichtungen werden in der Praxis insbesondere bei der Erdgas- und Erdölgewinnung eingesetzt. Eine entsprechende Absperrvorrichtung kann sowohl auf der Erdoberfläche bzw. oberhalb des Meeresspiegels sowie auch unterirdisch bzw. unterhalb des Meeresspiegels im Bereich einer Förderleitung für insbesondere Gas oder Erdöl eingesetzt werden, wobei in diesem Fall Erdöl oder Erdgas durch den Durchlasskanal der Absperrvorrichtung fließen. Zur Absperrung des Durchlasskanals ist ein Absperrorgan innerhalb der Absperrvorrichtung zwischen einer Öffnungs- und einer Schließstellung relativ zum Durchlasskanal verstellbar gelagert. Die Verstellung des Absperrorgans erfolgt durch eine elektrisch, hydraulisch, pneumatisch oder gegebenenfalls auch manuell zu betätigende Betätigungseinrichtung. Eine solche Betätigungseinrichtung weist in der Regel einen drehspindelähnlichen Teil auf, durch dessen Drehung relativ zum Absperrgehäuse das Absperrorgan verstellbar ist.
Nachteilig bei den aus der Praxis bekannten Absperrvorrichtungen ist, dass diese konstruktiv recht aufwendig ausgebildet ist. Bei einer hydraulischen Betätigung sind beispielsweise entsprechende Anschlüsse für die Hydraulikflüssigkeit und entsprechende Zu- und Ableitungen notwendig. Dies erfordert einen recht hohen Aufwand bei der Abdichtung und kann im Falle von Undichtigkeiten zu unerwünschten Verschmutzungen der Umwelt führen. Bei elektrisch betätigten Absperrvorrichtungen müssen entsprechende elektrische Antriebe innerhalb des Absperrgehäuses angeordnet werden, wodurch die Konstruktion ebenfalls recht aufwändig und teuer wird. Bei einer manuellen Betätigung der Absperrvorrichtung kommt als weiterer Nachteil hinzu, dass eine solche Betätigung in einem Notfall, bei dem eine schnelle Verstellung des Absperrorgans in die Schließstellung erforderlich ist, nicht möglich ist.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Absperrvorrichtung der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, dass in konstruktiv einfacher und preiswer-
ter Weise, insbesondere bei einem Notfall, eine schnelle Verstellung des Absperrorgans in die Schließstellung möglich ist.
Die Aufgabe wird im Zusammenhang mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 dadurch gelöst, dass die Betätigungseinrichtung eine Gasgeneriereinrichtung zur Erzeugung eines Verstelldrucks zur Verstellung des Absperrorgans in Richtung Schließstellung aufweist. Die Gasgeneriereinrichtung kann explosionsartig den Verstelldruck erzeugen, so dass die Schließstellung durch das Absperrorgan in sehr kurzer Zeit eingenommen wird. Eine solche Gasgeneriereinrichtung ist einfach am oder im Absperrgehäuse anbringbar.
Es sei an dieser Stelle angemerkt, dass eine solche Gasgeneriereinrichtung zur Notbetätigung einer jeden Absperrvorrichtung zugeordnet sein kann, auch wenn diese an sich manuell, elektrisch, hydraulisch oder pneumatisch betätigt wird. Die Gasgeneriereinrichtung kann die schnelle Verstellung in Richtung Schließstellung realisieren. Im Falle einer elektrischen, pneumatischen oder hydraulischen Betätigung kann die Gasgeneriereinrichtung außerdem als Notbetätigungseinrichtung, insbesondere bei Ausfall der sonstigen Betätigung des Absperrorgans, zum Einsatz kommen.
Das Absperrorgan kann beispielsweise als Ventil, Hahn, Klappe oder dergleichen ausgebildet sein. Die Gasgeneriereinrichtung ist jeweils so angeordnet, dass das Absperrorgan aus der Öffnungs- in die Schließstellung verstellbar ist. Bei einer bei der Erdgas- und Erdölgewinnung oft eingesetzten Absperrvorrichtung, kann das Absperrorgan ein Schieber mit wenigstens einer Durchlassöffnung sein. In Öffnungsstellung ist die Durchlassöffnung zumindest teilweise überlappend zum Durchlasskanal angeordnet, so dass Fluid durch den Durchlasskanal des Absperrgehäuses hindurchtreten kann.
Bei einem konstruktiv einfachen und preiswert zu realisierenden Ausführungsbeispiel kann das Absperrorgan quer zum Durchlasskanal verstellbar, insbesondere verschiebbar, sein.
Um eine möglichst direkte Einwirkung der Gasgeneriereinrichtung auf das Absperrorgan in konstruktiv einfacher Weise zu erhalten, kann einem Druckende des Absperrorgans ein in einem Raum des Absperrgehäuses verschiebbarer Kolben zugeordnet sein, der
von dem von der Gasgeneriereinrichtung erzeugbaren Verstelldruck beaufschlagbar ist. Der entsprechende Verstelldruck wird über den Kolben auf das Absperrorgan übertragen.
Der Kolben kann beispielsweise dem Absperrorgan so zugeordnet sein, dass dieses durch ihn hindurchgeführt ist. Der Kolben kann dabei am Absperrorgan durch Aufschrauben oder Anlage an einem entsprechenden Vorsprung des Absperrorgans relativ zu diesem festgelegt sein. Bei einer einfachen, zusammensetzbaren Absperrvorrichtung kann das Absperrorgan sich mit seinem Druckende auf eine Innenseite des Kolbens abstützen, und die Gasgeneriereinrichtung kann der Außenseite des Kolbens zugeordnet sein. Die Abstützung kann im einfachsten Fall dadurch erfolgen, dass das Druckende auf der Innenseite des Kolbens aufsteht. Es ist ebenfalls möglich, dass das Druckende an der Innenseite des Kolbens lösbar befestigt ist oder auch der Kolben einteilig mit dem Absperrorgan ausgebildet ist. Die Gasgeneriereinrichtung ist dabei der gegenüberliegenden Außenseite des Kolbens zugeordnet, die bei der explosionsartigen Erzeugung des Gases druckbeaufschlagt wird.
Eine einfach aufgebaute und leicht erhältliche Gasgeneriereinrichtung ist beispielsweise ein Gasgenerator, wie er bei Airbags oder dergleichen eingesetzt wird. Dieser kann elektronisch zur Gaserzeugung gezündet werden. Der durch einen solchen Gasgenerator erzeugte Druck und insbesondere die explosionsartige Erzeugung dieses Drucks ist sehr gut zur schnellen und sicheren Verstellung des Absperrorgans in Richtung Schließstellung verwendbar.
Die Gasgeneriereinrichtung kann bei einem einfachen Ausführungsbeispiel innerhalb des Absperrgehäuses, insbesondere innerhalb des Druckraums, angeordnet sein. Bei einem Gasgenerator als Gasgeneriereinrichtung ist diese in etwa scheibenförmige Einrichtung in einfacher Weise an einer der Außenfläche des Kolbens zuweisenden Innenfläche des Absperrgehäuses anbringbar.
Um die Gasgeneriereinrichtung warten oder gegebenenfalls nach Verwendung austauschen zu können, kann ein der Gasgeneriereinrichtung zugeordnetes Ende des Druckraums durch einen Verschlussdeckel verschließbar sein. In diesem Zusammenhang besteht außerdem die Möglichkeit, dass die Gasgeneriereinrichtung an einer Innenseite
des Verschlussdeckels angeordnet ist. Dadurch ist sie zusammen mit dem Verschlussdecke entnehmbar. Eine verbrauchte Gasgeneriereinrichtung ist durch Anbringen einer neuen Einrichtung am Verschlussdeckel oder Austausch des Verschlussdeckels mit neuer Gasenergieeinrichtung ersetzbar. Es besteht ebenfalls die Möglichkeit, dass die Gasgeneriereinrichtung direkt an der Außenseite des Kolbens lösbar befestigt ist. Schließlich besteht noch die Möglichkeit, dass die Gasgeneriereinrichtung in den Druckraum zwischen Kolben und Verschlussdecke gehalten ist.
Um den Kolben und das an diesem gegebenenfalls befestigte Absperrorgan in Richtung Öffnungsstellung zu drücken, kann ein Federelement zwischen Kolben und einem Anschlagelement innerhalb des Absperrgehäuses angeordnet sein.
Um das Federelement in einfacherweise ohne zusätzliche Einrichtungen beispielsweise neben dem Absperrorgan zu halten und zu führen, kann es auf das Absperrorgan aufgesteckt sein.
Zur Abdichtung des Druckraums gegenüber dem Durchlasskanal kann das Anschlagelement eine erste Stopfbuchse sein, durch die das Absperrorgan abgedichtet hindurchgeführt ist.
Um die Abdichtung im Bereich der Stopfbuchse zu verbessern, kann zwischen erster Stopfbuchse und einem im Wesentlichen ringförmigen, das Absperrorgan umgebenden Anlagerand ein Dichtungssatz angeordnet sein. Der Dichtungssatz kann in an sich bekannter Weise durch eine Reihe von Metall- und Polymerdichtungen gebildet sein.
Wird der Kolben durch den von der Gasgeneriereinrichtung aufgebauten Druck verschoben, so wird zwischen dem Kolben und dem Anschlagelement im Druckraum enthaltendes Gas komprimiert. Um dem komprimierten Gas eine Ausweichmöglichkeit zu geben, kann dem Druckraum zwischen Kolben und Anschlagelement eine Druckausgleichseinrichtung zugeordnet sein. Eine solche Druckausgleichseinrichtung kann beispielsweise ein Komparator sein.
Um gegebenenfalls in den Druckraum eine elektrische Leitung, ein Hydraulikfluid oder dergleichen einführen zu können, kann das Absperrgehäuse im Bereich des Druck-
raums eine verschließbare Wandbohrung aufweisen. Das Verschließen kann durch einen einschraubbaren oder in anderer Weise in der Wandbohrung festlegbaren Stopfen erfolgen.
Um zu verhindern, dass aus dem Durchlasskanal Fluid, wie insbesondere Erdöl oder Erdgas, entlang des Absperrorgans in das übrige Absperrgehäuse eindringt, können zwischen Absperrorgan und Durchlasskanal beidseitig Dichtringe, insbesondere aus Metall, angeordnet sein. Die Dichtringe sind mit ihren Durchlassöffnungen im Wesentlichen fluchtend zur freien Öffnung des Durchlasskanals und vorzugsweise ebenfalls fluchtend zur Durchlassöffnung im Absperrorgan in dessen Öffnungsstellung angeordnet.
Um die Abdichtung zwischen Absperrorgan und Absperrgehäuse weiter zu verbessern, kann eine zweite Stopfbuchse zwischen Durchlasskanal und dem dem Druckende des Absperrorgans gegenüberliegenden Arretierende auf dem Absperrorgan zur Halterung eines weiteren Dichtungssatzes aufgeschoben sein. In diesem Fall kann die Stopfbuchse ein Außengewinde zum Verschrauben mit einem entsprechenden Innengewinde im Absperrgehäuse aufweisen.
Um das Absperrorgan im Wesentlichen selbsttätig in der Schließstellung zu halten, kann das Arretierende einen im Wesentlichen zylindrischen freien Endabschnitt und einen an diesen anschließenden, in etwa konischen Verkeilabschnitt aufweisen, welcher Verkeilabschnitt einem konischen Bohrungsabschnitt einer Längsbohrung des Absperrgehäuses zumindest in Schließstellung des Absperrorgans zugeordnet ist, wobei ein Konuswinkel des Bohrungsabschnitts identisch zum Konuswinkel des Verkeilabschnittes ausgebildet ist. Der zylindrische freie Endabschnitt dient zur Längsführung des Absperrorgans in einem entsprechenden zylindrischen Abschnitt der Längsbohrung. Bei Verschieben des Absperrorgans in Schließstellung wird der konische Verkeilabschnitt in den konischen Bohrungsabschnitt eingeschoben oder zumindest weiter in diesen eingeschoben, bis die entsprechenden konischen Abschnitte miteinander in Anlage geraten und sich miteinander verkeilen. Die Verkeilung erfolgt in diesem Zusammenhang so, dass eine selbsttätige Rückstellung durch beispielsweise das komprimierte Federelement oder Abbau des Gasdruckes im Druckraum nicht erfolgt.
• ·
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Um in diesem Zusammenhang die Absperrvorrichtung nicht gegen eine neue Absperrvorrichtung ersetzen zu müssen, kann dem Absperrorgan eine Löseeinrichtung zur Rückstellung von der Schließstellung in die Öffnungsstellung zugeordnet sein.
Bei einem einfachen Ausführungsbeispiel der Löseeinrichtung kann diese ein in Richtung des freien Endabschnitts innerhalb der Längsbohrung verschiebbares Löseelement aufweisen. Dieses wird gegen den Endabschnitt gedrückt, wodurch die Verkeilung von Verkeilabschnitt und entsprechenden Bohrungsabschnitt gelöst und anschließend durch insbesondere die Rückstellkraft des Federelement das Absperrorgan in die Öffnungsstellung zurückbewegt wird.
Ein konstruktiv einfaches und einfach zu bewegendes Löseelement kann eine Lösekugel sein.
Um das Löseelement zu verschieben, kann eine entsprechende Druckbeaufschlagung des Löseelements in Richtung Absperrorgan erfolgen. Die Druckbeaufschlagung kann durch ein entsprechendes Druckfluid erfolgen. Eine einfache mechanische Lösung kann darin gesehen werden, dass das Löseelement durch ein insbesondere quer zur Längsbohrung beweglich gelagertes, im Wesentlichen stiftförmiges Auslöseelement bewegbar ist.
Um beispielsweise durch Drehen des Auslöseelement das Löseelement in Richtung Absperrorgan zu bewegen, kann das Auslöseelement als eine mit einem Konusabschnitt versehene Stellschraube ausgebildet sein.
Um sowohl die Gasgeneriereinrichtung von außen austauschen als auch die Stellschraube von außen betätigen zu können, können Stellschraube und Verschlussdecke von außerhalb des Absperrgehäuses zugänglich sein. Bei Verwendung der Absperrvorrichtung unterhalb des Meeresspiegels kann ein ferngesteuerter Tauchroboter oder ein ferngesteuertes Unterseeboot mit entsprechenden Betätigungsmitteln verwendet werden, um sowohl den Verschlussdeckel zu lösen, die Gasgeneriereinrichtung auszutauschen oder die Löseeinrichtung zur Rückstellung des Absperrorgans in Öffnungsstellung zu betätigen.
Um die Absperrvorrichtung in einfacher Weise an unterschiedliche Gegebenheiten anpassen zu können, kann das Absperrgehäuse aus einer Anzahl von miteinander lösbar befestigten Gehäusemodulen zusammengesetzt sein. Die Module sind beispielsweise zur Variation der
Größe des Freiraums, zur Realisierung unterschiedlicher Durchlasskanäle, zur Verwendung unterschiedlicher Absperrorgane oder dergleichen auswählbar und miteinander verbindbar.
Im Zusammenhang mit dem Federelement kann sich noch als Vorteil erweisen, wenn dieses zwischen Verschlussdeckel und Anschlagelement vorgespannt ist. Dadurch ist eine separate Befestigung der insbesondere als Anschlagelement ausgebildeten ersten Stopfbuchse innerhalb des Absperrgehäuses nicht notwendig. Stattdessen wird die Stopfbuchse durch das vorgespannte Federelement gegen den Dichtungssatz gedrückt und sorgt für eine ausreichende Abdichtung.
Im Folgenden wird ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der in der Zeichnung beigefügten Figuren näher erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 eine perspektivische Draufsicht von schräg oben auf ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Absperrvorrichtung,
Fig. 2 eine perspektivische Draufsicht auf eine im Längsschnitt dargestellte Absperrvorrichtung nach Fig. 1 und
Fig. 3 einen Längsschnitt durch die Absperrvorrichtung nach Fig. 1.
In Fig. 1 ist die perspektivische Draufsicht von schräg oben auf ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Absperrvorrichtung 1 dargestellt. Diese weist ein Absperrgehäuse 3 aus drei Gehäusemodulen 42, 43 und 44 auf. Die verschiedenen Gehäusemodule sind durch Schraubbolzen 45 lösbar einander befestigt. In dem Gehäusemodul 42 ist ein Durchlasskanal 2 ausgebildet, der sich quer zur Längsrichtung der Absperrvorrichtung 1 erstreckt. An den Enden des Durchlasskanals 2 sind Ringflansche 47 ausgebildet, mit denen die Absperrvorrichtung 1 in einer Förderleitung für Erdgas oder Erdöl so lösbar befestigbar ist, dass das entsprechende Fluid in Förderrichtung durch den Durchlasskanal 2 hindurchgeführt wird.
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Seitlich am Gehäusemodul 44 steht radial nach außen eine Druckausgleichseinrichtung 24 ab. Dieser gegenüberliegend im Gehäusemodul 44 ist ein Stopfen 48 angeordnet, der eine entsprechende Wandbohrung 25, siehe Fig. 2 und 3, lösbar verschließt.
Am freien Ende des Gehäusemodul 42 ist seitlich eine Stellschraube 41 als Auslöseelement 39 einer Löseeinrichtung 37 angeordnet, die zusammen mit den folgenden Figuren näher beschrieben wird.
In Fig. 2 ist ein Längsschnitt durch die Absperrvorrichtung 1 nach Fig. 1 in einer perspektivischen Draufsicht von schräg oben dargestellt. Innerhalb des Absperrgehäuses 3 ist ein Schieber 9 als Absperrorgan 4 in Längsrichtung 49, siehe Fig. 3, der Absperrvorrichtung 1 verschiebbar gelagert. Das Absperrorgan 4 ist in einer Längsbohrung 34 des Absperrgehäuses 3 angeordnet. Das Absperrorgan 4 weist einen mittleren Abschnitt mit einer Durchlassöffnung 10 auf, die in der in Fig. 2 dargestellten Öffnungsstellung 5 fluchtend zum Durchlasskanal 2 angeordnet ist. An diesen mittleren Abschnitt schließt sich eine zylindrische Schieberstange 46 in Richtung des Gehäusemoduls 44 und ein Arretierende 29 in Richtung des Gehäusemoduls 42 an. Auf die zylindrische Schieberstange 46 ist eine Spiralfeder als Federelement 19 aufgeschoben. Diese erstreckt sich zwischen einem Kolben 13, siehe auch Fig. 3, und einer Stopfbuchse als Anschlagelement 20.
Das Gehäusemodul 44 weist in seinem Inneren einen Freiraum 12 auf, in dem Kolben 13, Federelement 19, Schieberstange 46 und weiterhin ein Gasgenerator 16 als Gasgeneriereinrichtung 8 angeordnet sind.
Am freien Ende des Gehäusemoduls 42 ist die Löseeinrichtung 37 angeordnet. Diese weist eine Lösekugel 38 als Löseelement und eine Stellschraube 41 als Auslöseelement 39 auf. Durch Verdrehen der Stellschraube 41 ist die Lösekugel 38 in Längsrichtung 49 des Absperrgehäuses 3 und insbesondere der Längsbohrung 34 in Richtung Schieber 9 verschiebbar.
In Fig. 3 ist ein Längsschnitt durch die Absperrvorrichtung 1 dargestellt, der der perspektivischen Draufsicht nach Fig. 2 entspricht. In dieser Figur, wie in den vorangehenden Figuren, sind gleiche Teile mit jeweils gleichen Bezugszeichen versehen und werden teilweise nur im Zusammenhang mit einer Figur näher beschrieben.
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Der Kolben 13 ist im Wesentlichen schalenförmig ausgebildet, wobei auf seiner dem Durchlasskanal zuweisenden Innenseite 14 ein Druckende 11 der Schieberstange 46 befestigt ist. Entlang des Umfangs des Kolbens 13 sind zwei Dichtringe 50 angeordnet, die den Druckraum 12 in einen dem Gasgenerator 16 zuweisenden Teil und einen der Druckausgleichseinrichtung 24 zuweisenden Teil abgedichtet unterteilen. Der Gasgenerator 16 ist einer Außenseite 15 des Kolbens 13 zugeordnet und an einem Ende 17 des Druckraums 12 angeordnet. An diesem Ende 17 weist das Gehäusemodul 44 eine Öffnung auf, die durch einen lösbar eingesetzten Verschlussdeckel 18 verschlossen ist. Der Gasgenerator 16 kann am Verschlussdeckel 18 lösbar befestigt sein.
Gasgenerator 16 und Kolben 13 bilden eine Betätigungseinrichtung 7 zur Verstellung des Absperrorgans 4 aus der Öffnungsstellung 5 in die teilweise und gestrichelt dargestellte Schließstellung 6 des Absperrorgans 3.
Die Schieberstange 46 erstreckt sich vom Druckende 11 bis zu dem mittleren Abschnitt des Schiebers 9, in dem die Durchlassöffnung 10 ausgebildet ist. An diesen mittleren Abschnitt schließt sich das Arretierende 29 an. Dieses umfasst einen zylindrischen Endabschnitt 31 und einen Verkeilabschnitt 32 mit Außenkonus. Dem konusförmigen Verkeilabschnitt 32 ist ein Konuswinkel 36 zugeordnet. In der Öffnungsstellung 5 ist der Verkeilabschnitt 32 im Wesentlichen in einem zylindrischen Abschnitt der Längsbohrung 34 angeordnet, und der Endabschnitt 31 ist entsprechend in einem Bohrungsabschnitt 33 mit Innenkonus angeordnet, wobei er mit seinem freien Ende bereits teilweise in einen zylindrischen Abschnitt 51 der Längsbohrung 34 eingreift. Dieser zylindrische Abschnitt 51 erstreckt sich bis zur Löseeinrichtung 37. Dem Bohrungsabschnitt 33 mit Innenkonus ist ein entsprechender Konuswinkel zugeordnet, der dem Konuswinkel 36 des Verkeilabschnitts 33 gleich ist.
Das Federelement 19 erstreckt sich von der Innenseite 14 des Kolben 13 bis zu einem Anschlagelement 20. Dieses ist bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel als separates Teil durch eine erste Stopfbuchse 21 gebildet. Es besteht ebenfalls die Möglichkeit, dass das Anschlagelement direkt durch einen Anlagerand innerhalb der Längsbohrung 34 gebildet ist.
Die erste Stopfbuchse 21 ist mit ihrer dem Federelement 19 abweisenden Seite mit einem Anlagerand in Anlage, wobei zwischen der ersten Stopfbuchse 21 und einem weiteren Anlagerand 22 ein erster Dichtungssatz 23 aus vorzugsweise Metall- und Polymerdichtungen
angeordnet ist. Der erste Dichtungssatz 23 ist durch die Druckbeaufschlagung der ersten Stopfbuchse 21 durch Federelement 19 komprimiert.
Ein zweites Dichtungselement 52 ist innerhalb der ersten Stopfbuchse 21 zur Abdichtung der durch die Stopfbuchse hindurchgeführten Schieberstange 46 angeordnet.
Seitlich zum Druckraum 12 sind am Gehäusemodul 44 auf dessen einer Seite ein Komparator als Druckausgleichseinrichtung 24 und diesem gegenüberliegend eine Wandbohrung 25 angeordnet bzw. ausgebildet, wobei die Wandbohrung 25 durch den Stopfen 48, siehe Fig. 1, lösbar verschlossen ist.
Im Bereich der Durchlassöffnung 10 des Schiebers 9 sind beidseitig zu diesem Dichtringe 26 und 27 angeordnet, die den Durchlasskanal 2 gegenüber der Längsbohrung 34 im Wesentlichen abdichten. Die Dichtringe 26, 27 sind in der Öffnungsstellung 5 sowohl fluchtend zum Durchlasskanal 2 als auch zur Durchlassöffnung 10 angeordnet, um keine Wirbel erzeugenden Vorsprünge bei einem durchfließenden Fluid zu bilden.
Eine zweite Stopfbuchse 28 ist auf den Schieber 9 aufgeschoben und innerhalb der Längsbohrung 34 zur Arretierung eines weiteren Dichtungssatzes 30 aufgeschoben.
Ist der Schieber 9 durch Zünden des Gasgenerators 16 und Druckausübung durch das erzeugte Gas auf die Außenseite 15 des Kolbens 13 in die Schließstellung 6 verschoben, so ist die Durchlassöffnung 10 relativ zum Durchlasskanal 2 ebenfalls soweit verstellt, dass dieser durch den mittleren Abschnitt des Schieber 9 verschlossen ist. Um gegebenenfalls den Schieber 9 wieder in die Öffnungsstellung 5 zu bewegen, ist die Löseeinrichtung 37 am freien Ende des Gehäusemoduls 42 einsetzbar. Durch Einschrauben der Stellschraube 41 als Auslöseelement 39 gerät deren Konusabschnitt 40 mit der Lösekugel 38 in Anlage und drückt durch den Außenkonus dieses Abschnitts 40 die Lösekugel 38 in Richtung des Durchlasskanals 2. Dadurch ist der Endabschnitt 31 an seinem freien Ende kraftbeaufschlagt und eine Verkeilung zwischen Verkeilabschnitt 32 und Bohrungsabschnitt 33 wird gelöst. Das Federelement 19 unterstützt eine Rückstellung des Schiebers 9 in Öffnungsstellung 5. Im Zusammenhang mit dem Federelement 19 ist noch zu beachten, dass dieses bereits in der Öffnungsstellung 5 unter Vorspannung steht, siehe Fig. 3, um die erste Stopfbuchse 21 in Richtung Anlagerand 22 und entsprechend in Richtung Dichtungssatz 23 zu drücken.
Im Folgenden wird kurz die Funktionsweise der erfindungsgemäßen Absperrvorrichtung, insbesondere im Zusammenhang mit Fig. 3, erläutert.
Soll der Durchlasskanal 2 beispielsweise in einem Notfall bei einem Leck oder dergleichen entlang der Förderleitung für Erdgas oder Erdöl verschlossen werden, so wird der Gasgenerator 16 als Gasgeneriereinrichtung 8 elektronisch gezündet. Dadurch erzeugt dieser explosionsartig Gas, das einen entsprechenden Druck auf die Außenseite 15 des Kolbens 13 ausübt. Der Kolben 13 wird dadurch im Freiraum 12 in Richtung Durchlasskanal 12 verschoben und verschiebt ebenfalls Schieberstange 46 und damit Schieber 9 in Richtung Löseeinrichtung 37. Die Verschiebung erfolgt soweit, bis sich Keilabschnitt 32 und konischer Bohrungsabschnitt 33 miteinander verkeilt haben und der Schieber 9 in der Schließstellung 6 gehalten ist. In dieser Stellung ist der Durchlasskanal 2 durch den Schieber 9 verschlossen.
Um die erfindungsgemäße Absperrvorrichtung 1 wieder in ihren Ausgangszustand zu versetzen und für weitere Einsätze vorzubereiten, wird der Gasgenerator 16 durch Lösen des Verschlussdeckels 18 durch einen neuen Gasgenerator ersetzt. Außerdem wird mittels der Löseeinrichtung 37 die Verkeilung zwischen konischem Bohrungsabschnitt 33 und konischem Verkeilerabschnitt 32 gelöst. Dies erfolgt durch Einschrauben der Stellschraube 41. Bei deren Einschrauben wird durch den Konusabschnitt 40 der Stellschraube die Lösekugel 38 in Richtung Durchlasskanal 2 gedrückt und bewirkt entsprechend eine Verschiebung des zylindrischen Endabschnitts 31 in diese Richtung. Das Federelement 19 unterstützt die Rückführung des Schiebers 9 in die Öffnungsstellung 5. Das Ersetzen des Gasgenerators 16 sowie die Verstellung der Stellschraube 41 erfolgt vorzugsweise durch einen ferngesteuerten Tauchroboter oder ein ferngesteuertes U-Boot.

Claims (25)

1. Sperrvorrichtung (1), insbesondere zum Einsatz bei der Erdgas- und Ölgewinnung,
- mit einem einen Durchlasskanal (2) aufweisenden Absperrgehäuse (3), in dem ein Absperrorgan (4) relativ zum Durchlasskanal (2) zwischen einer Öffnungs- (5) und einer Schließstellung (6) verstellbar gelagert ist, und
- mit einer Betätigungseinrichtung (7) zumindest zur Verstellung des Absperrorgans (4) aus der Öffnungs- (5) in die Schließstellung (6),
dadurch gekennzeichnet, dass
die Betätigungseinrichtung (7) eine Gasgeneriereinrichtung (8) zur Erzeugung eines Verstelldrucks zur Verstellung des Absperrorgans (4) in Richtung Schließstellung (6) aufweist.
2. Absperrvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Absperrorgan (4) ein Schieber (9) mit wenigstens einer Durchlassöffnung (10) ist.
3. Absperrvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Absperrorgan (4) quer zum Durchlasskanal (2) verstellbar, insbesondere verschiebbar ist.
4. Absperrvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass einem Druckende (11) des Absperrorgans (4) ein in einem Freiraum (12) des Absperrgehäuses (3) verschiebbarer Kolben (13) zugeordnet ist, der von dem von der Gasgeneriereinrichtung (8) erzeugbaren Verstelldruck beaufschlagbar ist.
5. Absperrvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Absperrorgan (4) sich mit seinem Druckende (11) auf einer Innenseite (14) des Kolbens (13) abstützt und die Gasgeneriereinrichtung (8) der Außenseite (15) des Kolbens (13) zugeordnet ist.
6. Absperrvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gasgeneriereinrichtung (8) ein Gasgenerator (16) ist.
7. Absperrvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gasgeneriereinrichtung (8) innerhalb des Absperrgehäuses (3), insbesondere innerhalb des Freiraums (12) angeordnet ist.
8. Absperrvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein der Gasgeneriereinrichtung (8) zugeordnetes Ende (17) des Freiraums (12) durch einen Verschlussdeckel (18) verschließbar ist.
9. Absperrvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Federelement (19) zwischen Kolben (13) und einem Anschlagelement (20) innerhalb des Absperrgehäuses (13) angeordnet ist.
10. Absperrvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (19) auf das Absperrorgan (4) aufgesteckt ist.
11. Absperrvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Anschlagelement (20) eine erste Stopfbuchse (21) ist, durch die das Absperrorgan (4) abgedichtet hindurchgeführt ist.
12. Absperrvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen erster Stopfbuchse (21) und einem im Wesentlichen ringförmigen, das Absperrorgan (4) umgebenden Anlagerand (22) ein Dichtungssatz (23) angeordnet ist.
13. Absperrvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dem Freiraum (12) zwischen Kolben (13) und Anschlagelement (20) eine Druckausgleichseinrichtung (24) zugeordnet ist.
14. Absperrvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Absperrgehäuse (3) im Bereich des Freiraums (12) eine verschließbare Wandbohrung (25) aufweist.
15. Absperrvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Absperrorgan (4) und Durchlasskanal (2) beidseitig Dichtringe (26, 27), insbesondere aus Metall, angeordnet sind.
16. Absperrvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine zweite Stopfbuchse (28) zwischen Durchlasskanal (2) und dem dem Druckende (11) des Absperrorgans (4) gegenüberliegenden Arretierende (29) auf dem Absperrorgan zur Halterung eines weiteren Dichtungssatzes (30) aufgeschoben ist.
17. Absperrvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Arretierende (29) einen im Wesentlichen zylindrischen freien Endabschnitt und einen an diesen anschließenden, in etwa konischen Verkeilabschnitt (32) aufweist, welchem Verkeilabschnitt ein konischer Bohrungsabschnitt (33) einer Längsbohrung (34) des Absperrgehäuses (3) zumindest in Schließstellung (6) des Absperrorgans (4) zugeordnet ist, wobei der Konuswinkel (35) des Bohrungsabschnitts (33) identisch dem Konuswinkel (36) des Verkeilabschnitts (32) entspricht.
18. Absperrvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dem Absperrorgan (4) eine Löseeinrichtung (37) zur Rückstellung von der Schließstellung (6) in die Öffnungsstellung (5) zugeordnet ist.
19. Absperrvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Löseeinrichtung (37) ein in Richtung des freien Endabschnitts (31) innerhalb der Längsbohrung (34) verschiebbares Löseelement (38) aufweist.
20. Absperrvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Löseelement eine Lösekugel (38) ist.
21. Absperrvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Löseelement (38) durch ein insbesondere quer zur Längsbohrung (34) beweglich gelagertes, im Wesentlichen stiftförmiges Auslöseelement (39) bewegbar ist.
22. Absperrvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Auslöseelement (39) als eine mit einem Konusabschnitt (40) versehene Stellschraube (41) ausgebildet ist.
23. Absperrvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Stellschraube (41) und Verschlussdeckel (18) von außerhalb des Absperrgehäuses (3) zugänglich sind.
24. Absperrvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Absperrgehäuse (3) aus einer Anzahl von miteinander lösbar befestigten Gehäusemodulen (42, 43, 44) zusammengesetzt ist.
25. Absperrvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (19) zwischen Verschlussdeckel (18) und Anschlagelement (20) vorgespannt ist.
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