海底致動(dòng)系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】一種海底鉆井、生產(chǎn)或者處理致動(dòng)系統(tǒng)，其包括適于被供以電流的可變速的電動(dòng)馬達(dá)（10），由馬達(dá)驅(qū)動(dòng)的可逆式液壓泵（8，28），與泵連接且包括第一腔室（2）、第二腔室（3）和將第一及第二腔室分開且被構(gòu)造成致動(dòng)海底系統(tǒng)中的閥（91）的活塞（4）的液壓活塞組件（92，101，111，121，131），連接泵和液壓活塞組件的流體貯存器（14），泵、液壓活塞組件和貯存器連接在基本封閉的液壓系統(tǒng)中，以及壓力補(bǔ)償器（13，65），該補(bǔ)償器被構(gòu)造成使液壓系統(tǒng)外部與液壓系統(tǒng)內(nèi)部之間的壓力差正?；?。
【專利說明】海底致動(dòng)系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明總體上涉及海底鉆井、處理和生產(chǎn)設(shè)備領(lǐng)域，更具體地涉及用于這種設(shè)備的改進(jìn)的海底致動(dòng)系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]在海底油氣勘探中，鉆井系統(tǒng)或者井口可能位于海平面下數(shù)千英尺。因此要使用特殊設(shè)備在海床上鉆井、生產(chǎn)和處理油氣，諸如海底采油樹、處理系統(tǒng)、分離器、高完整性管線保護(hù)系統(tǒng)、鉆頭、集管、連接系統(tǒng)以及生產(chǎn)和分配系統(tǒng)。這種設(shè)備一般通過多種閥進(jìn)行控制，其中包括防噴閥，以阻止碳化氫意外排放到海洋中。
[0003]就已有系統(tǒng)而言，通常通過從海面船只向下給井口提供加壓的液壓流體對這些閥進(jìn)行液壓操作。來自海面船只或者鉆架的大型液壓功率管線供給海床鉆井、生產(chǎn)和處理設(shè)備，以及很多具有閥和致動(dòng)器的子系統(tǒng)。然而，這種管線在安裝和維護(hù)方面較為昂貴，且在某些場合下可能不適用，諸如在超過10，000英尺的深度上或者在北極圈冰蓋下。
[0004]因此，希望提供一種致動(dòng)器，其不需要這種來自水面的臍帶連接，且仍然能夠在期望的作用力和功能性下工作。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]括號內(nèi)是供參考的公開實(shí)施例的相應(yīng)部件、部分或表面，僅用于說明性而非限制性目的，本發(fā)明提供了一種海底鉆井、生產(chǎn)或者處理致動(dòng)系統(tǒng)，其包括適于被供以電流的可變速的電動(dòng)馬達(dá)(10)，由馬達(dá)驅(qū)動(dòng)的可逆式液壓泵(8，28)，與泵連接且包括第一腔室(2)、第二腔室(3)和將第一及第二腔室分開且被構(gòu)造成致動(dòng)海底系統(tǒng)中的閥(91)的活塞(4)的液壓活塞組件(92，101，111，121，131)，連接泵和液壓活塞組件的流體貯存器(14)，泵、液壓活塞組件和貯存器連接在基本封閉的液壓系統(tǒng)中，以及壓力補(bǔ)償器(13，65)，該補(bǔ)償器被構(gòu)造成使液壓系統(tǒng)外部與液壓系統(tǒng)內(nèi)部之間的壓力差正?；?。
[0006]該海底系統(tǒng)可以進(jìn)一步包括故障安全機(jī)構(gòu)(98)。該故障安全機(jī)構(gòu)可以包括彈簧元件(36),其沿第一方向偏壓活塞。該故障安全機(jī)構(gòu)可以包括故障安全閥(35),其位于第一腔室和第二腔室之間或者位于第二腔室和貯存器之間，且該故障安全閥可以被設(shè)置成在出現(xiàn)電力故障時(shí)打開，從而允許活塞兩側(cè)的第一和第二腔室中的流體壓力均衡。故障安全機(jī)構(gòu)可以包括兩級致動(dòng)器。
[0007]海底系統(tǒng)可以進(jìn)一步包括位于泵和液壓活塞組件之間的過濾器。
[0008]電動(dòng)馬達(dá)可以包括無電刷式DC馬達(dá)，或者可以選自由步進(jìn)馬達(dá)、換向器馬達(dá)和感應(yīng)式馬達(dá)構(gòu)成的組。液壓泵可以選自由固定排量泵、可變排量泵、雙端口泵和三端口泵構(gòu)成的組。泵可以包括雙端口泵(8)或者三端口泵(28)?；钊梢园ū┞队诘谝磺皇业牡谝槐砻娣e和暴露于第二腔室的第二表面積。第一表面積(4c)可以與第二表面積(4b)基本相同。第一表面積(4a)可以明顯不同于第二表面積(4b)。
[0009]液壓活塞組件可以包括具有第一端壁(Ib)的圓筒體(I)和第一致動(dòng)桿(5)，其中活塞設(shè)在圓筒體中以沿圓筒體作密封式滑動(dòng)，桿(5)連接活塞以隨活塞運(yùn)動(dòng)且具有密封地穿過第一端壁的部分。圓筒體可以具有第二端壁(la)，液壓活塞組件可以包括第二致動(dòng)桿(5a)，其與活塞連接以隨活塞運(yùn)動(dòng)且具有密封地穿過第二端壁的部分。
[0010]閥可以包括海底防噴器中的截止閥，且該截止閥可以包括剪切閘板。該閥可以包括海底生產(chǎn)或者處理系統(tǒng)中的控制閥。
[0011]壓力補(bǔ)償器可以包括流體貯存器(13)中的隔膜(15)。壓力補(bǔ)償器可以包括圓筒體殼體(66)中的活塞(67)。
[0012]該閥可以位于選自由海底防噴器、海底生產(chǎn)樹或者井口系統(tǒng)、海底處理或分離系統(tǒng)、海底連接系統(tǒng)、海底阻流器、海底流動(dòng)模塊或者海底分配系統(tǒng)構(gòu)成的組中的組件中。海底系統(tǒng)可以進(jìn)一步包括阻塞閥，其可操作地設(shè)置成選擇性地將泵與第一和第二腔室隔離。海底系統(tǒng)可以進(jìn)一步包括位置傳感器(40)，其被構(gòu)造成檢測活塞位置。海底系統(tǒng)可以進(jìn)一步包括壓力傳感器(41，42)，其被構(gòu)造成檢測第一或第二腔室中的壓力。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1是操作海底油處理管線中的閥的海底致動(dòng)系統(tǒng)的故障安全實(shí)施例的組件圖；
[0014]圖2是圖1中示出的海底致動(dòng)系統(tǒng)的第一實(shí)施例的詳細(xì)示意圖，該視圖示出具有防氣泡形式的不等活塞面積；
[0015]圖3是圖1中示出的海底致動(dòng)系統(tǒng)的第二實(shí)施例的詳細(xì)示意圖，該視圖示出彈簧故障安全形式；
[0016]圖4是圖1中示出的海底致動(dòng)系統(tǒng)的第三實(shí)施例的詳細(xì)示意圖，該視圖示出相等活塞面積和雙桿形式；
[0017]圖5是圖1中示出的海底致動(dòng)系統(tǒng)的第四實(shí)施例的詳細(xì)示意圖，該視圖示出三端口泵形式；
[0018]圖6是圖2中所示活塞組件的橫截面圖；
[0019]圖7是圖2中所示雙向泵的橫截面圖；
[0020]圖8是圖2中所示可變速的伺服電動(dòng)馬達(dá)的橫截面圖；
[0021]圖9是圖2中所示貯存器和補(bǔ)償器的橫截面圖；
[0022]圖10是圖9中所示貯存器和補(bǔ)償器的替換實(shí)施例的橫截面圖。
【具體實(shí)施方式】
[0023]首先，應(yīng)當(dāng)清楚地認(rèn)識到，當(dāng)借助整個(gè)書面說明書對元件、部分或者表面作進(jìn)一步描述或解釋時(shí)，類似的附圖標(biāo)記旨在標(biāo)識所有附圖中相同的結(jié)構(gòu)元件、部分或表面，其中該【具體實(shí)施方式】部分為整個(gè)書面說明書的一體部分。除非特別指出，這些附圖期望與說明書一同進(jìn)行閱讀(例如截面線、部件結(jié)構(gòu)、比例、角度等)，且應(yīng)被視為本發(fā)明的整個(gè)書面說明書的一部分。當(dāng)在下列描述中出現(xiàn)時(shí)，術(shù)語“水平”、“豎直”、“左”、“右”、“上”和“下”及其形容和副詞衍生詞(例如“水平地”、“向右地”、“向上地”等)只是指示當(dāng)該特定附圖面向讀者時(shí)所示結(jié)構(gòu)的方位。類似地，術(shù)語“向內(nèi)地”和“向外地”通常指表面相對其延伸軸或旋轉(zhuǎn)軸(視情況而定)的方位。
[0024]現(xiàn)在參見附圖，更具體地參見其圖1，本發(fā)明廣義上提供了 一種用于海底閥的海底致動(dòng)系統(tǒng)，其實(shí)施例用90標(biāo)示。如圖1中所示,組件90適于致動(dòng)海底處理閥91或者海底環(huán)境中其它類型的閥或者類似部件。圖1示出了控制閥結(jié)構(gòu)，其具有保護(hù)彈簧組件的壓力補(bǔ)償罐。在該實(shí)施例中，海底流體(諸如油或者氣)通過處理閥91進(jìn)行計(jì)量，且通過海底致動(dòng)器系統(tǒng)90生成計(jì)量閥91所需要的作用力，該系統(tǒng)90包括活塞致動(dòng)器組件92、集成的雙向泵8、可變速的雙向伺服電動(dòng)馬達(dá)10、電動(dòng)馬達(dá)控制器95、流體邏輯元件/止回閥96、貯存器/補(bǔ)償器13、以及彈簧故障安全組件98。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，彈簧故障安全組件98將在失去動(dòng)力時(shí)，在關(guān)閉故障或者打開故障情況下驅(qū)動(dòng)處理閥91。馬達(dá)控制器95包括用于聯(lián)通馬達(dá)10的驅(qū)動(dòng)電子器件，并且從系統(tǒng)中的傳感器處接收反饋及相應(yīng)地控制馬達(dá)10。
[0025]圖2示出了海底致動(dòng)系統(tǒng)的實(shí)施例100。如圖所示,系統(tǒng)100包括可變速的電動(dòng)馬達(dá)10、由馬達(dá)10驅(qū)動(dòng)的雙向或可逆式泵8、液壓活塞組件101、具有系統(tǒng)流體箱14的系統(tǒng)壓力補(bǔ)償?shù)馁A存器13、向馬達(dá)10的控制器95提供反饋的壓力傳感器41和42，以及向馬達(dá)控制器95提供反饋的位置傳感器40。泵8、活塞組件101和箱14通過多個(gè)液壓流管線6、7、12、17、19和20連接以形成封閉的流體系統(tǒng)。
[0026]如圖8中進(jìn)一步詳細(xì)示出的那樣，在該實(shí)施例中，馬達(dá)10為無電刷式直流變速伺服馬達(dá)，其被供以電流。馬達(dá)10具有帶永磁鐵的內(nèi)部轉(zhuǎn)子50和帶線圈繞組的固定不旋轉(zhuǎn)的定子51。當(dāng)電流被恰當(dāng)?shù)厥┘油ㄟ^定子51的線圈時(shí)，引發(fā)磁場。定子51和轉(zhuǎn)子50之間的磁場相互作用產(chǎn)生力矩，其可使輸出軸52旋轉(zhuǎn)。在馬達(dá)的這個(gè)實(shí)施例中，不存在轉(zhuǎn)換定子場的機(jī)械刷。根據(jù)分解器53的角位置反饋，驅(qū)動(dòng)電子器件生成和轉(zhuǎn)換定子場以改變馬達(dá)10的速度和方向。因此，馬達(dá)10將選擇性地以變化的速度關(guān)于軸線x-x沿一個(gè)方向?qū)⒘厥┘釉谳S52上，并且將以變化的速度關(guān)于軸線x-x沿相反方向?qū)⒘厥┘釉谳S52上。作為替換可以使用其它馬達(dá)。例如可以使用可變速的步進(jìn)馬達(dá)、換向器馬達(dá)或感應(yīng)式馬達(dá)。
[0027]如圖7中進(jìn)一步詳細(xì)示出的那樣，在該實(shí)施例中，泵8為固定排量的雙向內(nèi)部雙端口齒輪泵。泵送元件(即齒輪55和56)能夠沿任一方向旋轉(zhuǎn)，從而允許液壓流體沿任一方向47或48流動(dòng)。當(dāng)系統(tǒng)控制器關(guān)閉位置或壓力控制回路時(shí)，這允許使油加入和離開系統(tǒng)。齒輪55的軸連接馬達(dá)10的輸出軸52，另一泵齒輪56也是如此。流體被引導(dǎo)流向齒輪55和56的外部，位于齒輪55和56的外齒輪齒與殼體57之間。因此，齒輪55沿順時(shí)針方向46的旋轉(zhuǎn)導(dǎo)致流體沿一個(gè)方向48流動(dòng)，從端口 8a進(jìn)且從端口 8b出。齒輪55沿逆時(shí)針方向45的旋轉(zhuǎn)導(dǎo)致流體沿相反方向47流動(dòng)，從端口 8b進(jìn)且從端口 8a出。因此，泵8的流動(dòng)方向取決于轉(zhuǎn)子50和輸出軸52關(guān)于軸線x-x的旋轉(zhuǎn)方向。此外，泵8的速度和輸出可以隨著馬達(dá)10的速度的變化而變化。作為替換也可以使用其它雙向泵。例如可以使用可變排量泵。
[0028]如圖9中進(jìn)一步詳細(xì)示出的那樣，在該實(shí)施例中，貯存器13包括用于流體系統(tǒng)的囊式壓力補(bǔ)償器。如圖所示，貯存器13通過彈性囊或隔膜15被分成兩個(gè)體積可變的腔室14和16。腔室16通過端口 60與海水相通，腔室14通過端口 61用作系統(tǒng)流體的液壓貯存器，且通過囊15關(guān)于外部環(huán)境16實(shí)現(xiàn)密封和壓力平衡。當(dāng)系統(tǒng)流體被排出時(shí)，囊15將移動(dòng)并且在另一側(cè)將腔室16中的水排出。囊15容易移動(dòng)并且確保內(nèi)部流體與系統(tǒng)外部環(huán)境水壓基本相等。
[0029]圖10示出了一種用于貯存器14的替換的活塞式壓力補(bǔ)償器。如圖所示，其工作大體與囊式相同，除了腔室14中的系統(tǒng)流體與腔室16中的水之間的屏障為可滑動(dòng)地設(shè)在圓筒形殼體66內(nèi)的活塞67之外。當(dāng)系統(tǒng)流體被排出時(shí)，活塞67將移動(dòng)并且在另一側(cè)排出腔室16中的水?；钊?7在殼體66中移動(dòng)以確保內(nèi)部流體與系統(tǒng)外部環(huán)境水壓基本相等。
[0030]如圖2和圖6中所示，活塞組件101包括以可滑動(dòng)的方式設(shè)在圓筒形殼體I內(nèi)的活塞4。馬達(dá)10、泵8、閥及管線、以及補(bǔ)償器13典型地被集成在殼體I中。桿5被安裝在活塞4上以便隨著活塞4移動(dòng)，并且向右延伸和以密封的方式穿過殼體I的右端壁lb?；钊?以可滑動(dòng)的方式設(shè)在圓筒體I內(nèi)，并且以密封的方式將左腔室2與右腔室3分開。在該實(shí)施例中，幾乎所有的活塞4的朝向左側(cè)的圓形豎直端面4a均朝向左腔室2。然而，只有活塞4的環(huán)形的朝向右側(cè)的豎直端面4b向右面向右腔室3，其源于增加了穿過腔室3和外部殼體I的桿5。這形成了不等活塞面積構(gòu)造，其中面4a的表面積大于面4b的表面積。
[0031]如圖2中所示，泵8的一側(cè)或端口 8a通過流體管線6與左腔室2聯(lián)通，泵8的另一側(cè)或端口 8b通過流體管線7與右腔室3聯(lián)通。泵8的一側(cè)8a通過流體管線12與箱14聯(lián)通，泵8的另一側(cè)Sb通過流體管線17與箱14聯(lián)通。腔室3通過管線7和17與箱13聯(lián)通，腔室2通過管線6和12與箱13聯(lián)通。
[0032]當(dāng)雙向馬達(dá)10沿第一方向旋轉(zhuǎn)，從而使雙向泵8 (即驅(qū)動(dòng)的齒輪55)沿第一方向46旋轉(zhuǎn)和通過端口 8b從管線7和腔室3抽出流體時(shí)，活塞4將向右側(cè)延伸或移動(dòng)。駕駛員操作的止回閥11通過因泵8到管線6的輸出而在管線20中建立的壓力被打開，其允許額外從管線12和貯存器14中抽出流體。雙向泵8還通過端口 8a將流體輸出到管線6中，關(guān)閉止回閥9且因此將管線6與貯存器14隔離。管線6中的流體流入組件101的腔室2，從而在活塞4上建立壓力差且導(dǎo)致它使桿5向右側(cè)延伸。
[0033]當(dāng)雙向馬達(dá)10沿另一方向旋轉(zhuǎn)，從而使雙向泵8沿方向45旋轉(zhuǎn)和通過端口 8a從管線6和腔室2抽出流體時(shí)，活塞4將收回桿5或者向左移動(dòng)。駕駛員操作的止回閥9通過因泵8到管線7的輸出而在管線19中建立的壓力被打開，其允許額外的流體從管線6流入系統(tǒng)壓力補(bǔ)償?shù)馁A存器14。雙向泵8還從端口 Sb將流體輸出到管線7中，關(guān)閉止回閥11且因此將管線7與貯存器14隔離。管線7中的流體流入組件101的腔室3，從而在活塞4上建立壓力差且導(dǎo)致它將桿5收回。
[0034]這種去氣泡構(gòu)造的作用是解決相對腔室2和3之間的體積差。例如，當(dāng)活塞4在圓筒體I內(nèi)向左移動(dòng)時(shí)，從塌縮的左腔室2中移除的流體體積將大于提供給膨脹的右腔室3的流體體積。
[0035]控制器95按照恰當(dāng)?shù)姆群头较蚩刂岂R達(dá)10上的電流。桿5的位置通過位置傳感器40進(jìn)行監(jiān)視，且該位置信號隨后被反饋給馬達(dá)控制器95。作為補(bǔ)充或者替換，通向腔室2和3的管線6和7中的壓力分別借助壓力傳感器41和42進(jìn)行監(jiān)視，且該壓力信號被反饋給馬達(dá)控制器95。通過改變作用于活塞4上的流和壓力，可變速的雙向馬達(dá)10和泵8控制活塞4、繼而桿5的速度和作用力。這通過查看位置傳感器40和/或壓力傳感器41和42的反饋且隨后通過相應(yīng)調(diào)節(jié)馬達(dá)10的速度和方向關(guān)閉控制回路來實(shí)現(xiàn)。盡管位置傳感器40被示出為磁致伸縮線性位置傳感器，但是也可以使用其它位置傳感器。例如，作為替換可以使用LVDT位置傳感器。
[0036]圖3中示出了另一實(shí)施例110。該實(shí)施例包括故障安全機(jī)構(gòu)98，如圖1所示，用于必須關(guān)閉閥91 (諸如在緊急狀況下)的時(shí)候。在該實(shí)施例中，彈簧36被提供用于將桿5偏壓向延伸位置。泵8的一側(cè)或端口 8a通過流體管線6聯(lián)通左腔室2，泵8的另一側(cè)或端口8b通過流體管線7聯(lián)通右腔室3。泵8的一側(cè)8a通過流體管線22聯(lián)通箱14，泵8的另一側(cè)Sb不包括通向箱14的流體管線。分流流體管線21連接管線6和7，且因此連接腔室I和3，并且在管線21中設(shè)有電磁操作的閥35。泵8、活塞組件111和箱14通過多個(gè)液壓流管線6、7、21和22連接以形成封閉的流體系統(tǒng)。當(dāng)處于正常操作中時(shí)，激勵(lì)閥35，因此閥35的狀態(tài)為堵塞端口，從而阻斷借助管線21的腔室2和3之間的流動(dòng)。然而，電磁閥可以受到彈簧的偏壓以將閥35移至打開位置。
[0037]當(dāng)雙向馬達(dá)10沿第一方向旋轉(zhuǎn),從而使雙向泵8沿第一方向45旋轉(zhuǎn)和通過端口8b從管線7和腔室3抽出流體時(shí)，活塞4將移動(dòng)以使桿5延伸。雙向泵8還將流體輸出到管線6和箱14中。由于腔室2始終連接箱14，因此彈簧36朝向右側(cè)推動(dòng)活塞4以使桿5延伸。
[0038]當(dāng)雙向馬達(dá)10沿另一方向旋轉(zhuǎn)，從而使雙向泵8沿另一方向46旋轉(zhuǎn)和通過端口8a從管線6抽出流體時(shí)，活塞4將左移以將桿5收回。雙向泵8也將流體輸出到管線7和腔室3中。由于腔室2始終連接貯存器14，因此來自腔室3的壓力與彈簧36之間的活塞作用力差使活塞4左移且將桿5收回。
[0039]同樣地，可變速的雙向馬達(dá)10和泵8通過利用來自位置傳感器40和/或壓力傳感器41和42的反饋改變作用于活塞4上的流和壓力且隨后通過相應(yīng)調(diào)節(jié)馬達(dá)10的速度和方向關(guān)閉控制回路來控制活塞4的速度和作用力。
[0040]當(dāng)閥35被去激勵(lì)(諸如處于緊急無電力情況下)時(shí)，電磁閥35的彈簧將使它返回打開位置。在這種狀態(tài)下，腔室3通過管線21連接腔室2和貯存器14，從而使腔室2和3中的壓力均等。由于現(xiàn)在活塞4兩側(cè)上的流體壓力均等，彈簧36將使桿5延伸，閥91將在流體從腔室3被轉(zhuǎn)移時(shí)關(guān)閉。因此，不管泵8的輸出，彈簧36將使桿5延伸和關(guān)閉閥91。必要時(shí)，系統(tǒng)可以進(jìn)行類似地設(shè)置以在活塞收回位置上提供故障安全。
[0041]圖4中示出了另一實(shí)施例120。該實(shí)施例與圖2中示出的實(shí)施例類似，但是具有雙桿和相同面積的活塞組件121。如圖所示，活塞4包括安裝在活塞4上的彼此相對的桿5a和5b,用于與活塞4 一同移動(dòng)。桿5b向右伸出且穿過殼體I的右端壁lb。桿5a向左伸出且穿過殼體I的左端壁la。在該實(shí)施例中，由于添加了通過腔室2的桿5a，活塞4的朝左的環(huán)形豎直端面4c朝向左腔室2，由于延伸通過腔室3和外部殼體I的桿5b，活塞4的朝右的環(huán)形豎直端面4b朝向右腔室3。由于桿5a和5b具有相同直徑，這形成相同活塞面積的構(gòu)造，其中面4c的表面積與面4b的表面積基本相同。泵8、活塞組件121和箱14通過多個(gè)液壓流管線6、7、12和17連接以形成封閉的流體系統(tǒng)。
[0042]當(dāng)馬達(dá)10沿第一方向旋轉(zhuǎn),從而使雙向泵8沿第一方向45旋轉(zhuǎn)和通過端口 8b從管線7和腔室3抽出流體時(shí)，活塞4將向右移動(dòng)以使桿5b伸出和將桿5a收回。泵8還將流體輸出到管線6和腔室2中，從而在活塞4上建立壓力差且導(dǎo)致它使桿5b延伸和將桿5a收回。
[0043]當(dāng)雙向馬達(dá)10沿另一方向旋轉(zhuǎn)，從而使雙向泵8沿方向46旋轉(zhuǎn)和通過端口 8a從管線6和腔室2抽出流體時(shí)，活塞4將向左移動(dòng)以收回桿5b和使桿5a延伸。雙向泵8還將流體輸出到管線7和腔室3中，從而在活塞4上建立壓力差且導(dǎo)致它將桿5b收回和使桿5a延伸。
[0044]同樣地，可變速的雙向馬達(dá)10和泵8通過利用來自位置傳感器40和/或壓力傳感器41和42的反饋改變作用于活塞4上的流和壓力且隨后通過相應(yīng)調(diào)節(jié)馬達(dá)10的速度和方向關(guān)閉控制回路來控制活塞4的速度和作用力。
[0045]圖5中示出了另一實(shí)施例130。該實(shí)施例與圖2中示出的實(shí)施例類似，但是具有三端口泵28。在該實(shí)施例中，使用三端口泵28而非雙端口泵8，且該3端口輸入與輸出構(gòu)造比與活塞面積4a/4b比相匹配。泵28的第三端口 28c通過管線18與箱14連接。泵8、活塞組件131和箱14通過多個(gè)液壓流管線6、7、12、17和18連接以形成封閉的流體系統(tǒng)。
[0046]當(dāng)雙向馬達(dá)10沿第一方向旋轉(zhuǎn),從而使雙向泵8沿第一方向45旋轉(zhuǎn)并且通過端口 28b從管線7和腔室3以及通過端口 28c從管線18和貯存器14抽出流體時(shí)，活塞4將向右移動(dòng)以使桿5伸出。雙向泵8還從端口 28a將流體輸出到管線6中，關(guān)閉止回閥9且因此將管線6與貯存器14隔離。管線6中的流體流入腔室2，從而在活塞4上建立壓力差且導(dǎo)致它使桿5延伸。
[0047]當(dāng)雙向馬達(dá)10沿另一方向旋轉(zhuǎn)，從而使雙向泵28沿另一方向46旋轉(zhuǎn)并且通過端口 28a從管線6和腔室2抽出流體時(shí)，活塞4將向左移動(dòng)以將桿5收回。雙向泵28從端口28c將流體輸出到管線18和12及貯存器14中并且還從端口 28b將流體輸出到管線7中，關(guān)閉止回閥11且因此將管線7與貯存器14隔離。管線7中的流體流入腔室3，從而在活塞4上建立壓力差且導(dǎo)致它將桿5收回。
[0048]同樣地，可變速的雙向馬達(dá)10和泵8通過利用來自位置傳感器40和/或壓力傳感器41和42的反饋改變作用于活塞4上的流47和48以及壓力且隨后通過相應(yīng)調(diào)節(jié)馬達(dá)10的速度和方向關(guān)閉控制回路來控制活塞4的速度和作用力。
[0049]止回閥9和11將打開以補(bǔ)償因有關(guān)外部環(huán)境的致動(dòng)器泄漏導(dǎo)致的系統(tǒng)流體改變或者因明顯的熱量變化引起的系統(tǒng)流體體積改變。盡管未示出，但是可以在泵8與腔室2和3之間的流體管線中安裝過濾器單元。
[0050]致動(dòng)系統(tǒng)100提供很多好處。意外地，系統(tǒng)100提供足以滿足海底環(huán)境和海底系統(tǒng)的苛刻要求的致動(dòng)力，其中所述海底系統(tǒng)由于油氣發(fā)生不可控釋放的危險(xiǎn)而需要嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)和功能性水平。系統(tǒng)100允許速度可變的控制，以及在致動(dòng)器運(yùn)動(dòng)范圍內(nèi)對致動(dòng)器位置的完全控制。系統(tǒng)100的運(yùn)作獨(dú)立于與海平面相關(guān)聯(lián)的液壓系統(tǒng)，且為封閉系統(tǒng)，其具有自包含的液壓供應(yīng)和返回進(jìn)入端口以及有效的流體污染和泄漏問題。當(dāng)系統(tǒng)未處于使用狀態(tài)下時(shí)不需要電力，這使得效率得到改善。系統(tǒng)100還提供了對成本、重量或者可靠性沖擊最小的故障安全特征。
[0051]本發(fā)明設(shè)想可以進(jìn)行很多改變和修改。因此，盡管改進(jìn)的海底致動(dòng)系統(tǒng)的實(shí)施例已被示出和描述，且討論了多種替換方式，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員將容易認(rèn)識到，可以進(jìn)行各種另外的改變和修改，同時(shí)不背離由下列權(quán)利要求限定和區(qū)分的本發(fā)明的精神。
【權(quán)利要求】
1.一種海底鉆井、生產(chǎn)或者處理致動(dòng)系統(tǒng)，包括: 適于被供應(yīng)電流的變速電動(dòng)馬達(dá)； 由所述馬達(dá)驅(qū)動(dòng)的可逆式液壓泵； 液壓活塞組件，其與所述液壓泵連接且包括第一腔室、第二腔室和將所述第一和第二腔室分開且被構(gòu)造成致動(dòng)海底系統(tǒng)中的閥的活塞； 連接到所述液壓泵和所述液壓活塞組件的流體貯存器； 所述液壓泵、所述液壓活塞組件和所述貯存器連接在基本封閉的液壓系統(tǒng)中；以及 壓力補(bǔ)償器，其被構(gòu)造成使所述液壓系統(tǒng)外部與所述液壓系統(tǒng)內(nèi)部之間的壓力差正?；?br> 2.如權(quán)利要求1所述的海底鉆井、生產(chǎn)或者處理致動(dòng)系統(tǒng)，其還包括故障安全機(jī)構(gòu)。
3.如權(quán)利要求2所述的海底鉆井、生產(chǎn)或者處理致動(dòng)系統(tǒng)，其中所述故障安全機(jī)構(gòu)包括沿第一方向偏壓所述活塞的彈簧元件。
4.如權(quán)利要求3所述的海底鉆井、生產(chǎn)或者處理致動(dòng)系統(tǒng)，其中所述故障安全機(jī)構(gòu)包括位于所述第一腔室和所述第二腔室之間或者位于所述第二腔室和所述貯存器之間的故障安全閥，其中所述故障安全閥被布置成在出現(xiàn)動(dòng)力故障時(shí)打開以允許所述活塞兩側(cè)的所述第一和第二腔室中的流體壓力均衡。
5.如權(quán)利要求2所述的海底鉆井、生產(chǎn)或者處理致動(dòng)系統(tǒng)，其中所述故障安全機(jī)構(gòu)包括兩級致動(dòng)器。
6.如權(quán)利要求1所 述的海底鉆井、生產(chǎn)或者處理致動(dòng)系統(tǒng)，還包括位于所述液壓泵和所述液壓活塞組件之間的過濾器。
7.如權(quán)利要求1所述的海底鉆井、生產(chǎn)或者處理致動(dòng)系統(tǒng)，其中所述電動(dòng)馬達(dá)包括無電刷式DC伺服馬達(dá)。
8.如權(quán)利要求1所述的海底鉆井、生產(chǎn)或者處理致動(dòng)系統(tǒng)，其中所述電動(dòng)伺服馬達(dá)選自由步進(jìn)馬達(dá)、換向器馬達(dá)和感應(yīng)式馬達(dá)構(gòu)成的組。
9.如權(quán)利要求1所述的海底鉆井、生產(chǎn)或者處理致動(dòng)系統(tǒng)，其中所述液壓泵選自由固定排量泵、可變排量泵、雙端口泵和三端口泵構(gòu)成的組。
10.如權(quán)利要求1所述的海底鉆井、生產(chǎn)或者處理致動(dòng)系統(tǒng)，其中所述液壓泵包括雙端口或者三端口泵。
11.如權(quán)利要求1所述的海底鉆井、生產(chǎn)或者處理致動(dòng)系統(tǒng)，其中所述活塞包括暴露于所述第一腔室的第一表面積和暴露于所述第二腔室的第二表面積。
12.如權(quán)利要求11所述的海底鉆井、生產(chǎn)或者處理致動(dòng)系統(tǒng)，其中所述第一表面積與所述第二表面積基本相同。
13.如權(quán)利要求11所述的海底鉆井、生產(chǎn)或者處理致動(dòng)系統(tǒng)，其中所述第一表面積明顯不同于所述第二表面積。
14.如權(quán)利要求1所述的海底鉆井、生產(chǎn)或者處理致動(dòng)系統(tǒng)，其中所述液壓活塞組件包括: 具有第一端壁的圓筒體，其中所述活塞布置在所述圓筒體中以沿所述圓筒體密封地滑動(dòng)；以及 第一致動(dòng)桿，其連接至所述活塞以隨所述活塞運(yùn)動(dòng)且具有密封地穿過所述第一端壁的部分。
15.如權(quán)利要求14所述的海底鉆井、生產(chǎn)或者處理致動(dòng)系統(tǒng)，其中所述圓筒體具有第二端壁，所述液壓活塞組件包括第二致動(dòng)桿，所述第二致動(dòng)桿連接至所述活塞以隨所述活塞運(yùn)動(dòng)且具有密封地穿過所述第二端壁的部分。
16.如權(quán)利要求1所述的海底鉆井、生產(chǎn)或者處理致動(dòng)系統(tǒng)，其中所述閥包括海底防噴器中的截止閥。
17.如權(quán)利要求16所述的海底鉆井、生產(chǎn)或者處理致動(dòng)系統(tǒng)，其中所述截止閥包括剪切閘板。
18.如權(quán)利要求1所述的海底鉆井、生產(chǎn)或者處理致動(dòng)系統(tǒng)，其中所述閥包括海底生產(chǎn)或者處理系統(tǒng)中的控制閥。
19.如權(quán)利要求1所述的海底鉆井、生產(chǎn)或者處理致動(dòng)系統(tǒng)，其中所述壓力補(bǔ)償器包括所述流體貯存器中的隔膜。
20.如權(quán)利要 求1所述的海底鉆井、生產(chǎn)或者處理致動(dòng)系統(tǒng)，其中所述壓力補(bǔ)償器包括殼體中的活塞。
21.如權(quán)利要求1所述的海底鉆井、生產(chǎn)或者處理致動(dòng)系統(tǒng)，其中所述閥位于選自由海底防噴器、海底生產(chǎn)樹或者井口系統(tǒng)、海底處理或分離系統(tǒng)、海底連接系統(tǒng)、海底阻流器、海底流動(dòng)模塊或者海底分配系統(tǒng)構(gòu)成的組中的組件中。
22.如權(quán)利要求1所述的海底鉆井、生產(chǎn)或者處理致動(dòng)系統(tǒng)，其還包括可操作地布置成選擇性地將所述液壓泵與所述第一和第二腔室隔離的阻塞閥。
23.如權(quán)利要求1所述的海底鉆井、生產(chǎn)或者處理致動(dòng)系統(tǒng)，其還包括被構(gòu)造成感測所述活塞的位置的位置傳感器。
24.如權(quán)利要求1所述的海底鉆井、生產(chǎn)或者處理致動(dòng)系統(tǒng)，其還包括被構(gòu)造成感測所述第一和第二腔室中的壓力的壓力傳感器。
【文檔編號】E21B33/035GK103429911SQ201280011993
【公開日】2013年12月4日 申請日期:2012年3月6日 優(yōu)先權(quán)日:2011年3月7日
【發(fā)明者】D·蓋格, R·S·謝佛勒 申請人:莫戈公司