Key information

Title
et undervannsbasert akkumulatorsystem som er innrettet til å generere hydraulisk kraft
Application number
20190053
Case type
National
Status
31.01.2026 Ikke betalt årsavgift
Filed
15.01.2019
Priority
12.11.2018 NO PT 20181372
Effective date
15.01.2019
Publicly available
13.05.2020
Applicant
OBS TECHNOLOGY AS (NO)
Owner
OBS TECHNOLOGY AS (NO)
Inventor
Nils Terje Ottestad (NO)
Granted
26.04.2021
Patent number
345576

Abstract and drawing

Disclaimer: This text has been machine-scanned and may contain errors – please refer to "Publications" for legally binding content.
Oppfinnelsen vedrører et undervannsbasert akkumulatorsystem som er innrettet til å generere hydraulisk kraft ved å oppta og overføre energi fra en væske som fortrinnsvis tilføres med et trykk som er tilnærmet likt eller lavere enn det omgivende vanntrykket. Akkumulatorsystemet består av en eller flere akkumulatorenheter, og er innrettet til å opprettholde et stabilt, forinnstilt hydraulikktrykk selv om omgivelsestrykket endres vesentlig. Akkumulatorsystemet har høy ytelse i forhold til vekt og størrelse, og er meget brukervennlig.

Publications

Latest published versionA1

Documents

 Expand Download files (71)
Date
 Date Doc. No. Process Case number In/Out Journal description To/from
 15.08.2026 24-01 Saksbehandling 20190053(345576) UT PT Opphørt Patent - for ikke betalt årsavgift (3311) OBS TECHNOLOGY AS
 02.06.2026 23-01 Saksbehandling 20190053(345576) UT PT Påminnelse om ikke betalt årsavgift (3329) (PT20190053) OBS TECHNOLOGY AS
 02.12.2025 22-01 Saksbehandling 20190053(345576) UT PT Varsel om betaling av årsavgift for år 4 + (3352) (PT20190053) OBS TECHNOLOGY AS
 02.12.2024 21-01 Saksbehandling 20190053(345576) UT PT Varsel om betaling av årsavgift for år 4 + (3352) (PT20190053) OBS TECHNOLOGY AS
 11.06.2024 20-01 Saksbehandling 20190053(345576) UT PT Påminnelse om ikke betalt årsavgift (3329) (PT20190053) OBS TECHNOLOGY AS
 05.12.2023 19-01 Saksbehandling 20190053(345576) UT PT Varsel om betaling av årsavgift for år 4 + (3352) (PT20190053) OBS TECHNOLOGY AS
 06.06.2023 18-01 Saksbehandling 20190053(345576) UT PT Påminnelse om ikke betalt årsavgift (3329) (PT20190053) OBS TECHNOLOGY AS
 06.12.2022 17-01 Saksbehandling 20190053(345576) UT PT Varsel om betaling av årsavgift for år 4 + (3352) (PT20190053)
06.12.2021 16-01 Saksbehandling 20190053(345576) UT PT Varsel om betaling av årsavgift for år 4 + (3352) (PT20190053)
29.04.2021 15-01 Saksbehandling 20190053(345576) UT PT Registreringsbrev Nasjonal Patent (15) (PT20190053)
29.03.2021 14-01 Saksbehandling 20190053 UT PT Henlagt manglede svar OBS TECHNOLOGY AS
 22.01.2021 13-01 Saksbehandling 20190053 UT PT Meddelelse om patent OBS TECHNOLOGY AS
 01.12.2020 12-01 Saksbehandling 20190053 UT PT Varsel om betaling av første årsavgift (3317) (PT20190053)
06.10.2020 11-12 Saksbehandling 20190053 INN Sammendrag OBS TECHNOLOGY AS
 06.10.2020 11-11 Saksbehandling 20190053 INN Krav OBS TECHNOLOGY AS
 06.10.2020 11-10 Saksbehandling 20190053 INN Fig8 OBS TECHNOLOGY AS
 06.10.2020 11-09 Saksbehandling 20190053 INN Fig7 OBS TECHNOLOGY AS
 06.10.2020 11-08 Saksbehandling 20190053 INN Fig6 OBS TECHNOLOGY AS
 06.10.2020 11-07 Saksbehandling 20190053 INN Fig5 OBS TECHNOLOGY AS
 06.10.2020 11-06 Saksbehandling 20190053 INN Fig4 OBS TECHNOLOGY AS
 06.10.2020 11-05 Saksbehandling 20190053 INN Fig3 OBS TECHNOLOGY AS
 06.10.2020 11-04 Saksbehandling 20190053 INN Fig2 OBS TECHNOLOGY AS
 06.10.2020 11-03 Saksbehandling 20190053 INN Fig1 OBS TECHNOLOGY AS
 06.10.2020 11-02 Saksbehandling 20190053 INN Beskrivelse OBS TECHNOLOGY AS
 06.10.2020 11-01 Saksbehandling 20190053 INN Korrespondanse (Hovedbrev inn) OBS TECHNOLOGY AS
 07.07.2020 10-01 Saksbehandling 20190053 UT Realitet patent OBS TECHNOLOGY AS
 08.04.2020 09-12 Saksbehandling 20190053 INN Patenttegninger 4 OBS TECHNOLOGY AS
 08.04.2020 09-11 Saksbehandling 20190053 INN Patenttegninger 5 OBS TECHNOLOGY AS
 08.04.2020 09-10 Saksbehandling 20190053 INN Patenttegninger 3 OBS TECHNOLOGY AS
 08.04.2020 09-09 Saksbehandling 20190053 INN Patenttegninger 1 OBS TECHNOLOGY AS
 08.04.2020 09-08 Saksbehandling 20190053 INN Patenttegninger 2 OBS TECHNOLOGY AS
 08.04.2020 09-07 Saksbehandling 20190053 INN Patenttegninger 6 OBS TECHNOLOGY AS
 08.04.2020 09-06 Saksbehandling 20190053 INN Sammendrag OBS TECHNOLOGY AS
 08.04.2020 09-05 Saksbehandling 20190053 INN Beskrivelse OBS TECHNOLOGY AS
 08.04.2020 09-04 Saksbehandling 20190053 INN Krav OBS TECHNOLOGY AS
 08.04.2020 09-03 Saksbehandling 20190053 INN Patenttegninger 7 OBS TECHNOLOGY AS
 08.04.2020 09-02 Saksbehandling 20190053 INN Patenttegninger 8 OBS TECHNOLOGY AS
 08.04.2020 09-01 Saksbehandling 20190053 INN Korrespondanse (Hovedbrev inn) OBS TECHNOLOGY AS
 03.04.2020 07-02 Saksbehandling 20190053 UT PT20190053_Priority
03.04.2020 07-01 Saksbehandling 20190053 UT Brev prioritetsdokument OBS TECHNOLOGY AS
 30.03.2020 08-02 Saksbehandling 20190053 INN Skjema bestilling av pri.dok. OBS TECHNOLOGY AS
 30.03.2020 08-01 Saksbehandling 20190053 INN Korrespondanse (Hovedbrev inn) OBS TECHNOLOGY AS
 05.03.2020 06-01 Saksbehandling 20190053 UT Generelt Brev Patent OBS TECHNOLOGY AS
 27.02.2020 05-01 Saksbehandling 20190053 INN Korrespondanse (Hovedbrev inn) OBS TECHNOLOGY AS
 29.11.2019 04-01 Saksbehandling 20190053 UT Realitet patent OBS TECHNOLOGY AS
 29.08.2019 03-12 Saksbehandling 20190053 INN Fig 4 OBS TECHNOLOGY AS
 29.08.2019 03-11 Saksbehandling 20190053 INN Fig 5 OBS TECHNOLOGY AS
 29.08.2019 03-10 Saksbehandling 20190053 INN Fig 3 OBS TECHNOLOGY AS
 29.08.2019 03-09 Saksbehandling 20190053 INN Fig 1 OBS TECHNOLOGY AS
 29.08.2019 03-08 Saksbehandling 20190053 INN Fig 2 OBS TECHNOLOGY AS
 29.08.2019 03-07 Saksbehandling 20190053 INN Fig 6 OBS TECHNOLOGY AS
 29.08.2019 03-06 Saksbehandling 20190053 INN Sammendrag OBS TECHNOLOGY AS
 29.08.2019 03-05 Saksbehandling 20190053 INN Beskrivelse OBS TECHNOLOGY AS
 29.08.2019 03-04 Saksbehandling 20190053 INN Krav OBS TECHNOLOGY AS
 29.08.2019 03-03 Saksbehandling 20190053 INN Fig 7 OBS TECHNOLOGY AS
 29.08.2019 03-02 Saksbehandling 20190053 INN Fig 8 OBS TECHNOLOGY AS
 29.08.2019 03-01 Saksbehandling 20190053 INN Korrespondanse (Hovedbrev inn) OBS TECHNOLOGY AS
 08.08.2019 02-02 Saksbehandling 20190053 UT PT_report 09:45:43
08.08.2019 02-01 Saksbehandling 20190053 UT Realitet patent OBS TECHNOLOGY AS
 15.01.2019 01-12 Saksbehandling 20190053 INN Fig3 OBS TECHNOLOGY AS
 15.01.2019 01-11 Saksbehandling 20190053 INN Fig6 OBS TECHNOLOGY AS
 15.01.2019 01-10 Saksbehandling 20190053 INN Fig4 OBS TECHNOLOGY AS
 15.01.2019 01-09 Saksbehandling 20190053 INN Fig2 OBS TECHNOLOGY AS
 15.01.2019 01-08 Saksbehandling 20190053 INN Fig5 OBS TECHNOLOGY AS
 15.01.2019 01-07 Saksbehandling 20190053 INN Fig8 OBS TECHNOLOGY AS
 15.01.2019 01-06 Saksbehandling 20190053 INN Krav OBS TECHNOLOGY AS
 15.01.2019 01-05 Saksbehandling 20190053 INN Fig1 OBS TECHNOLOGY AS
 15.01.2019 01-04 Saksbehandling 20190053 INN Sammendrag OBS TECHNOLOGY AS
 15.01.2019 01-03 Saksbehandling 20190053 INN Fig7 OBS TECHNOLOGY AS
 15.01.2019 01-02 Saksbehandling 20190053 INN Beskrivelse OBS TECHNOLOGY AS
 15.01.2019 01-01 Saksbehandling 20190053 INN Søknadsskjema Patent OBS TECHNOLOGY AS

Description, claims and drawings

Disclaimer: This text has been machine-scanned and may contain errors – please refer to "Publications" for legally binding content. Description
Oppfinnelsen vedrører et undervannsbasert akkumulatorsystem som er innrettet til å generere hydraulisk kraft ved å oppta og overføre energi fra et drivmedium i form av en væske som s tilføres med et trykk som er tilnærmet likt eller lavere enn det omgivende vanntrykket.Akkumulatorsystemet består av en eller flere akkumulatorenheter som er påmontert en ventilanordning som bevirker at akkumulatorenhetene kan opprettholde et innstilt overtrykk i forhold til omgivelsestrykket selv om omgivelsestrykket endres vesentlig. Jevnført med tradisjonelle, gassbaserte akkumulatorsystemer vil et akkumulatorsystem ifølge oppfinnelsen ha vesentlige fortrinn ved at det er uavhengig av væskeforsyning via umbilical, har høy ytelse i forhold til vekt og størrelse, og er meget brukervennlig.Bakgrunn for oppfinnelsenDet er et økende behov for å få fram bedre teknologi for frembringelse av hydraulisk energi på store havdyp. Fremtidig oljeutvinning vil skje fra installasjoner på stadig større havdyp, og en forutsetning for trygg drift av slike installasjoner er at man til enhver tid har en tilnærmet umiddelbar tilgang på betydelig mengde hydraulisk kraft. I dagens situasjon anses det å være et stort behov for bedre og mer kompakte løsninger, særlig på større dyp enn 1500 msw. Gassfrie akkumulatorer som er innrettet for å utnytte trykkforskjellen mellom et omgivende vanntrykk og et tilnærmet trykkløst tomrom i en trykkbestandig tank har et stort potensial, spesielt fordi denne teknologien blir mer effektiv med økende dybde. Formålet med oppfinnelsen har således å frembringe en akkumulatorløsning som utnytter dette potensialet best mulig i form av god brukervennlighet og optimal hydraulisk kapasitet i forhold til vekt og størrelse.Kjent teknikkHydraulisk materiell som nyttes i undervannsbasert oljevirksomhet er i hovedsak basert på å driftes av hydraulikkvæske, idet materiellet er innrettet til å utnytte hydraulikkvæskens overtrykk relativt til omgivende trykk. Tradisjonelle hydrauliske aktuatorer er basert på at trykket i en komprimert gass overføres via et forskyvbart stempel som fungerer som en barriere mellom den komprimerte gassen og hydraulikkvæsken. Gass komprimert til meget høye trykk mister trykket raskt ved ekspansjon, og har følgelig begrenset evne til å overføre energi. Denne evnen forringes ytterligere ved termiske effekter som skaper et temperaturfall som gir reduksjon i overføringstrykket.For å få mer energi ut av gassakkumulatorer er det utviklet dybdekompenserte akkumulatorer hvor man har sørget for å etablere krefter som nuller ut effekten av et endret omgivelsestrykk. Dette oppnås ved hjelp av et stempelarrangement der to motsatt rettede flater avføler hhv. omgivende trykk resp. et tilnærmet nulltrykk i en gassflaske. Denne løsningen krever kostbar maskinering, og vil ikke forhindre at gasstrykket må opp til et trykknivå hvor dens kompressibilitet er vesentlig redusert i forhold til en ideell gass. Dette skyldes at en del verktøy krever et hydraulisk trykk på 345 bar og høyere.I de senere årene er det utviklet gassfrie konsepter for frembringelse av hydraulisk energi. NO 333477 B1 og NO 343020 B1 beskriver to ulike løsninger hvor man utnytter trykkforskjellen mellom omgivende vann og et tilnærmet trykkløst tomrom. Løsningene er basert på at dette tomrommet etableres i en trykkbestandig tank ved hjelp av spesialkonstruerte fortrengerpumper.NO 333477 B1 beskriver en løsning der det er lagt opp til at nevnte trykkforskjell benyttes til direktedrift av utstyr som benytter hydrauliske aktuatorer. Ettersom denne trykkforskjellen avhenger av havdypet vil denne løsningen kreve spesialtilpasset hydraulisk utstyr, og en slik utførelse er i hovedsak uegnet for drift av tradisjonelt hydraulikkutstyr.NO 343020 B1 antas pr i dag å representere den mest anvendbare løsningen når det gjelder gassfrie konsepter. Den baseres på en trykkforsterkende pumpe til å frigjøre og omforme den lagrede energien til hydraulisk kraft som kan drifte tradisjonelt hydraulisk verktøy. For begge disse løsninger er frigjøring av hydraulisk energi betinget at væske med tilnærmet omgivelsestrykk blir tilbakeført til de nevnte trykkbestandige tankene.Beskrivelse av oppfinnelsenVirkemåten for akkumulatorenhetene og et akkumulatorsystem ifølge oppfinnelsen beskrives i det følgende med henvisning til figurene 1 - 8, der- Fig.1 viser et prinsippriss for en første utførelse av en akkumulatorenhet ifølge oppfinnelsen.- Fig.2 viser et prinsippriss for en selvregulerende ventilanordning for styring avhydraulikktrykket - Fig. 3 viser hvordan hydraulikktrykket endres med dybden for en gitt konfigurering av en akkumulatorenhet- Fig.4 viser en utførelse av en ventilanordning for manuell justering av hydraulikktrykket - Fig. 5 viser en forenklet foretrukket utførelse av et akkumulatorsystem ifølge oppfinnelsen - Fig.6 viser en trykkomformer som inngår i en foretrukket utførelse av akkumulatorsystemet - Fig. 7 illustrerer hvordan man kan gjenvinne hydraulisk kapasitet av et akkumulatorsystem i operasjonell bruk- Fig. 8 viser en alternativ utførelse av en akkumulatorenhet ifølge oppfinnelsenFigur 1) viser et riss av en første utførelse av en akkumulatorenhet ifølge oppfinnelsen. Den omfatter et hus 4) med et innløp 13) for mottak av drivmediet, og et utløp 8) for avgivelse av trykksatt hydraulikkvæske. Drivmediets forsyningstrykk inn mot innløpet 13) forutsettes å være tilnærmet lik det omgivende vanntrykk PAMB. Huset er sammensatt av sylindriske føringer for en stempelanordning 3). Denne avdeler huset 4) i tre separate kamre I-III, og er sammensatt av en stempelstang med tverrsnitt A2 og et stempel med trykkflate A1. Stempelanordningen samvirker med to glidetetninger 2,5) som hindrer lekkasje mellom kamrene.Akkumulatorenheten omfatter en ventilanordning (12) som i denne beskrivelsen vil bli betegnet som dybdekompensasjonsventil. Denne er anordnet i et hus 11) som danner et endelokk i akkumulatorenheten. Dens virkemåte vil bli forklart senere med henvisning til fig.2. Den stiplede linjen mellom en port 10) i dybdekompensasjonsventilen og en port 9) i huset 4) indikerer en trykkforbindelse som må etableres for at den foretrukne utførelsen av dybdekompensasjonsventilen skal kunne fungere.Drivmediet blir tilført kammer III med et trykk PS, og vil følgelig skape en oppad rettet kraft FS = PS*A1 mot stempelanordningen via trykkflaten A1. Denne kraften presser stempelarrangementet oppover, og generer motkrefter i kamrene I og II som i sum er like store. Motkraften fra kammer II er imidlertid ubetydelig fordi dette kammeret fremstår som et tilnærmet trykkløst tomrom. Dette er oppnådd ved porten 9) er blindet av etter at stempelanordningen er blitt presset opp mot øvre endeposisjon. Friksjonen i glidetetningene 2,5) anses i denne sammenheng som ubetydelige, slik at den oppad rettede kraften FS tilnærmet fullt ut benyttes til å trykksette hydraulikkvæsken i kammer I. Kraftbalansen mellom oppad og nedad rettede krefter mot stempelarrangementet er således gitt ved; 1. FS = PS*A1 = (PH + PAMB)*A2,der PH er hydraulikkvæskens overtrykk i forhold til det omgivende trykk PAMB.Herav finnes;2. PH = PS*A1/A2 - PAMBVi har i den foregående beskrivelse er det valgt å ha hydraulikkvæsken lagret i kammer I, la kammer II være trykkløst. Prinsipielt sett kan man gjerne bytte om bruken av disse kamrene.Formel 2 viser at PH kan holdes på et definert, fast nivå dersom PS økes eller reduseres lineært med det omgivende trykk. Dette oppnås i følge oppfinnelsen ved hjelp av nevnte dybdekompensasjonsventil, som er innrettet for å styre relasjonen mellom PS og PAMB slik at PH holder et konstant nivå. Dette innebærer at dybdekompensasjonsventilen styrer trykkfallet på tilført drivmedium i relasjon til omgivelsestrykket. Ved å sette inn DP= (PAMB - PS ) inn i formel 2 finner vi;3. DP = PAMB (A1-A2)/A1 – PH*A2/A1En akkumulatorenhet vil først være i stand til å generere et ønsket hydraulikktrykk når den er anordnet på en viss minstedybde som er bestemt av relasjonen A1/A2. Minstedybden er definert ved at ønsket hydraulikktrykk oppnås med PS = PAMB, dvs. ved DP=0. Det er verken ønskelig eller nødvendig at dybdekompensasjonsventilen trer i funksjon før denne dybden overskrides. Ved hjelp av formel 3 finner vi at en akkumulatorenhet ifølge oppfinnelsen vil kunne levere et konstant hydraulikktrykk etter at minstedybden er overskredet dersom DP reguleres som følger;4. DP = PAMB (A1-A2)/A1 – PH*A2/A1= (PAMB – Pamb) * (A1-A2)/A1der Pamb er omgivende trykk på minstedybden Dybdekompensasjonsventilen 12) er således innrettet for å styre DP i samsvar med formel 4.Virkemåten for en foretrukket utførelse av denne ventilen forklares med henvisning til fig.2.Ventilen er bygget inn i huset 11) og omfatter et aksialt forskyvbart ventillegeme 14). Dette har en sylinderformet utvekst 16) med en glidetetning 15) som danner en lekkasjefri barriere mellom et første kammer IV som er åpen mot forsyningslinjen 13), og et andre kammer V som er forbundet med det trykkløse kammer II i akkumulatorenheten via porten 10). Ventillegemet 14) styrer, i samvirke med et fast sete 18), åpningen mellom det første kammer IV og kammer III i akkumulatorenheten.Fig.2 illustrerer en situasjon der setet 18) blir presset mot en myk tetningsskive 19) på ventillegemet 14). Setets 18) tverrsnitt er definert ved et areal A3, og ventillegemets sylindriske utvekst 16) er definert ved et tverrsnitt A4. Det innebærer væsken som er i kontakt med kammer IV har trykk lik PAMB, og vil påvirke ventillegemet 14) med en nedad rettet kraft av størrelse FIV= PAMB*(A3-A4). Ettersom kammer V er koplet til kammer II i akkumulatorenheten er kammer V tilnærmet trykkløst, og kraftpåvirkningen mot ventillegemet 14) fra kammer V er derved begrenset til den nedad rettede kraften FV fra en innmontert fjær 17). Trykket i kammer III er PS = (PAMB–DP), og dette vil utøve en oppad rettet kraft av størrelse FIII = (PAMB–DP)*A3 mot ventillegemet 14).Oppad rettede og nedad rettede krefter mot ventillegemet vil være i likevekt.Dvs. (PAMB- DP)*A3 = PAMB*(A3-A4) FVHerav; 5. DP =PAMB*A4/A3 FV/A3Vi krever at formel 4 og formel 5 skal være identiske.Det betinger; DP = PAMB*A4/A3 FV/A3 = PAMB (A1-A2)/A1 – PH*A2/A1Vi ser at dette vil være oppnådd dersom geometrien for akkumulatorenheten og dybdekompensasjonsventilen er tilpasset hverandre slik atA4/A3 = (A1-A2)/A1 og FV/A3= PH*A2/A1Vi ser at FV = 0 vil resultere i PH = 0, noe som innebærer at hydraulikktrykket innstilles på å være i likevekt med det omgivende vanntrykk. Følgelig kreves det en positiv kraftpåvirkning fra fjæren 17) for at det skal genereres et positivt hydraulikktrykk, dvs. at hydraulikkvæsken har et overtrykk i forhold til omgivelsestrykket. Vi ser at hydraulikktrykket vil være proporsjonalt økende med fjærspennet FV.Eksempel 1;Vi ønsker at en akkumulatorenhet skal kunne generere 345 bar på havdyp ≥ 1000msw – dvs. 1000 msw settes som minstedybde. Påfølgende beregninger forenkles ved at atmosfæretrykket settes lik 1 bar, og ved at vanntrykkets økning pr 10 meter dybdeøkning settes til 1 bar. Ved å sette PS = 101 bar inn i formel 2, finnes;345 bar = 101bar *A1/A2 – 101 bar - herav A1/A2 = 4,42Ved å sette denne verdien inn i formel 4 finnes videre;DP = PAMB*(1-A2/A1)- Pamb*(1-A2/A1) = 0,774*PAMB – 78,2 barSom nevnt ovenfor betinger samsvar mellom akkumulatorenheten og dybdekompensasjonsventilen at ; FV/A3= PH*A2/A1= 78,2 bar. Hvis vi velger A3 = 12 cm2, vil akkumulatorenheten generere et hydraulikktrykk på 345 bar dersom innstilt fjærspenn er av størrelse FV= 78,2 bar*12cm2 – tilsvarende ca 930 kp. Dersom fjærspennet settes lavere enn dette reduseres hydraulikktrykket tilsvarende.Når trykket i kammer IV er lavere enn Pamb blir ventillegemet 14) presset til sin nederste posisjon av fjærspennet, og sørger for en maksimal åpning mellom kammer IV og kammer III. Når trykket overstiger Pamb vil ventillegemet søke mot posisjonen hvor tilførselen av drivmedium til kammer III akkurat er stor nok til å opprettholde den ønskede kraftbalansen. I en normal driftssituasjon er trykkstyringen basert på en likevekt mellom aksialt virkende krefter på ventillegemet 14). Avvik i denne likevekten vil frembringe store korrigerende krefter som frembringer momentane, men allikevel myke korreksjoner av ventillegemets posisjon. Det kan være behov for oscillasjonsdempende tiltak dersom akkumulatorenheten må innrettes for å kunne takle store og hurtige variasjoner i forbruksmønsteret. Slik tiltak kan gjennomføres med kjent teknikk, og vil ikke bli nærmere berørt i denne beskrivelsen.Dybdekompensansasjonsventilen12) fungerer som en enveisventil i den forstand at den ikke tillater væske å hentes ut fra kammer III via utløpet 13). Det er derfor anordnet en enveisventil 20) i huset 11) slik at dette er mulig.Det bør nevnes at kraften FV mot ventillegemet 14)ikke nødvendigvis må etableres ved hjelp av en fjær. Det vesentlige er at det må etableres en nedad rettet kraft som er avpasset slik PH opprettholdes på ønsket nivå.Fig. 3A og 3B viser sammenhengen mellom dybde og hydraulisk trykk for en akkumulatorenhet iht. spesifikasjonene i eksempel 1. Den stiplede linjen i fig.3A viser hvordan PH øker som funksjon av dybden før dybdekompensasjonsventilen trer i funksjon. Eksemplet er basert på at akkumulatorenheten skal kunne frembringe et hydraulikktrykk PH= 345 bar ved en minstedybde på 1000 msw. Dersom justeringen av fjærspennet er samsvar med dette vil dybdekompensasjonsventilen tre i funksjon på 1000 msw, og forhindre en ytterligere økning av PH. Dersom fjærspennet økes til det dobbelte vil hydraulikktrykket stige til PH=690 bar før det flater ut. Dette vil da først skje på 2000 meters dyp – som under disse forutsetningene da vil representere minstedybden for en akkumulatorenhet som med A1/A2 = 4,42 skal levere PH= 690 bar.Fig. 3 B viser tilsvarende hvordan absoluttrykket på trykket nedstrøms dybdekompensasjonsventilen, dvs. PS, endres med dybden for de tre innstillingene. Dersom det ikke var montert noen dybdekompensasjonsventil på akkumulatorenheten ville PS og omgivende trykk være identiske – gitt ved den stiplede linjen.Fig. 4 viser en alternativ utførelse der dybdekompensasjonsventilen virker som en tradisjonell fjærbelastet enveisventil. I denne utførelsen har dybdekompensasjonsventilen ingen selvregulerende, funksjon idet et innstilt fjærspenn definerer et fast trykkfall som dybdekompensasjonsventilen søker å opprettholde. Det betyr at dybdekompensasjonsventilen gjør det mulig å oppnå samme hydraulikktrykk på en annen dybde ved å justere fjærkraften – noe som vil være mulig i sjø ved bruk av en ROV. Komponenter som prinsipielt sett har samme funksjon som i en selvregulerende utførelse er gitt samme posisjonsnummer.En vesentlig ulempe med bruk av dybdekompensasjonsventil som ikke er selvregulerende, er at relativt beskjeden feilinnstilling av trykkfall versus dybde kan resultere i store avvik på PH i forhold til ønsket verdi. Avviket fra en ønsket PH-verdi faktor A1/A2 ganger så stor som feilinnstillingen på trykkfallet (jfr. formel 2 på side 3). En selvregulerende dybdekompensasjonsventil iht. fig.2 er basert på at ventilens geometri skal samsvare med akkumulatorenhetens geometri, og et eventuelt avvik fra ønsket PH verdi forblir det samme selv om dybden endres.Et prioritert bruksområde for et akkumulatorsystem ifølge oppfinnelsen vil være å frembringe hydraulisk kraft til operasjoner av begrenset varighet som for eksempelvis vedlikeholdsoperasjoner (work-over) av brønner på et oljefelt. Overhaling av en enkelt brønn kan typisk foregå over et par ukers tid og krever tilgang på hydraulisk kraft til å operere et ”Workover/completion system” som omfatter diverse typer hydraulisk verktøy. De ulike verktøyer vil normalt være designet for ulike operasjonstrykk, og de enkelte akkumulatorer som skal benyttes vil måtte konfigureres i samsvar med dette. Mellom hver enkelt overhaling er det vanlig å trekke vedlikeholdsmateriellet opp til overflaten og klargjøre dette for neste brønn. For feltet som helhet skal operasjonen kunne gjennomføres uten at det må foretas dyptgripende inngrep på noen del av utstyret. Angjeldende oppfinnelse kan i vesentlige operasjonelle fortrinn ved det er mulig å gjenvinne forbrukt hydraulisk kapasitet nede på havbunnen, ved at akkumulatorsystemet kan forflyttes til andre havdyp uten at det kreves omjusteringer, samt ved at vedlikeholdsmateriellet får så vidt stor hydraulisk kapasitet at relativt omfattende operasjoner kan gjennomføres uten at man har behov for å gjenvinne hydraulisk kapasitet underveis. Allerede på 400 meters havdyp vil akkumulatorenheter ifølge oppfinnelsen kunne gi et vesentlig gunstigere forhold mellom hydraulisk kapasitet og vekt/dimensjonering enn tradisjonelle gassbaserte akkumulatorer.Tabell 1 og 2 viser beregnet sammenheng mellom minstedybde og hydrauliske kapasitet for akkumulatorenheter med følgende spesifikasjoner;• Totallengde på ca 2300 mm.• Stempelanordningen 4) skal ha slaglengde på 1000 mm, og stempeldiameter =300 mm. • Hydraulikktrykk PH= 345 bar• Estimert vekt er basert på aksepterte standarder for styrkeberegninger, og tar hensyn til at stempelstangens vekt varierer med forholdet A1/A2.Disse tabellene viser at 28 akkumulatorenheter med en samlet vekt på 5,8 tonn, dimensjonert ut fra de gitte spesifikasjonene, vil ha kapasitet til å kunne avgi 200 liter væske med 345 bar hydraulikktrykk på 400 meters dyp før ny opplading. På 3000 meters dyp vil tilsvarende hydraulisk kapasitet kunne oppnås med 7 akkumulatorenheter med en samlet vekt på 3,2 tonn.Tabell 1Akkumulator for 300 – 1000 msw (maks dybde 1000 msw) / hydraulikktrykk 345 barTabell 2Akkumulator for 1000 – 3000 msw (maks dybde 3000 msw) / hydraulikktrykk 345 barIht. tabell 2 vil en akkumulatorenhet som er konfigurert for en minstedybde på 1000 msw kunne levere 15,9 liter væske med PH=345 bar. Forutsatt at dybden ikke overskrider det akkumulatorenheten er trykklasset kan den levere 345 bar på enhver dybde > 1000 msw, men den hydrauliske kapasiteten vil være begrenset til 15,9 liter. Dersom den operasjonelle dybden blir økt til 3000 msw er man tjent med å benytte akkumulatorenheter som er konfigurert for en minstedybde på eksempelvis 3000 meter. Tabellen viser at den hydrauliske kapasiteten dderved økes til 32,9 liter, altså til drøyt det dobbelte. Man må følgelig gjøre en avveining av bruksmessige fordeler ved å benytte akkumulatorenheten over et bredt dybdeintervall versus vektbesparelser. Man vil uansett kunne oppnå store vektbesparelser jevnført med bruk av tradisjonelle gassbaserte akkumulatorer.Foretrukne utførelser av et akkumulatorsystem ifølge oppfinnelsen.I den følgende beskrivelse vil vi først ta for oss hovedelementene i en foretrukket oppbygging av et akkumulatorsystem ifølge oppfinnelsen. Vi vil senere, med henvisning til fig.7, gi et eksempel på hvordan et slikt akkumulatorsystem kan konfigureres for å ha mulighet til å vedlikeholde/gjenvinne hydraulisk kapasitet mens det er i operasjonell bruk.Fig. 5 viser et riss av et forenklet oppsett for en utførelse der akkumulatorsystemet er tiltenkt at den hydrauliske kapasiteten blir gjenvunnet på overflaten. Akkumulatorsystemet omfatter 5 akkumulatorenheter som er anordnet innenfor den stiplede rammen merket a) samt to trykkomformere om er anordnet innenfor den stiplede rammen b). Alle akkumulatorenhetene er konfigurert for å levere samme hydraulikktrykk, som her er valgt til å være 50000 psi. Generelt sett er det gunstig å basere seg på et trykknivå som skal betjene mange forbrukere, og dette trykknivået bør være relativt høyt ettersom en akkumulatorenhet med stor forsterkningsfaktor vil hente mer energi ut av drivmediet. I dette forenklede oppsettet er antall leveringstrykk utover 5000 psi begrenset til hhv.10000 psi og 3000 psi. Drivmediet blir fortrinnsvis sirkulert i et lukket kretsløp via en elastisk belg 21) som indikert i figuren.Trykkomformere ifølge oppfinnelsen er innrettet for å ha omgivelsestrykket PAMB som referanse, og omdanne trykket iht. en faktor som er entydig bestemt ut fra valgt konfigurering. En trykkomformer som er konfigurert for en forsterkningsfaktor på 2, vil frembringe et hydraulikktrykk som i relasjon til PAMB er dobbelt så høyt uansett dybde.Trykkomformerens funksjonsmåte forklares med henvisning til fig.6. I likhet med en akkumulatorenhet består denne av et hus 4) som er sammensatt av to sylindriske foringer og har et stempelarrangement som er aksialt forskyvbart i disse føringene. Stempelarrangementet adskiller huset i et tre separate kamre I-III), og består av en stempelstang med tverrsnitt A2 som er sammenkoplet med et stempel som sin trykkflate A1 vendt ut mot det største kammeret I. Følgelig har kamrene II,III effektive trykkarealer mot stempelarrangementet på hhv A2 og (A1-A2).Stempelanordningen samvirker med to glidetetninger 2,5) som hindrer lekkasje mellom kamrene. Kammer II har åpen forbindelse med væske som holder omgivelsestrykk (PAMB) via porten 9), idet kamrene I og III forutsettes å inneholde væske trykksatt til hhv. PI og PIII. Trykkbalansen mellom disse tre kamrene vil være gitt av formelen;PAMB*(A1-A2)+ PI*A2= PIII*A1 ,som kan omformes til (PI-PAMB)/ (PIII-PAMB) = A2/A1Dersom man for eksempel velger A2 = A1/2 så vil man ved å tilføre væske med trykk PH= 345 bar til kammer III få ut væske med trykk PH= 690 bar fra kammer I. Tilsvarende vil tilførsel av væske med trykk PH= 345 bar til kammer I resultere i et leveringstrykk på trykk PH= 172,5 bar fra kammer III.Tabell 1 og 2 (side 8 og 9) illustrerer hvor stor hydraulisk kapasitet som kan oppnås ved bruk av akkumulatorenheter som har totallengde på ca 230 cm, og som har et stempelarrangement med en slaglengde på 100 cm og en stempeldiameter på 300 mm. Trykkomformerne vil ha til oppgave å omdanne trykket på væske som i utgangspunktet har høyt trykk, og denne omdanningen skjer med lite energitap. En trykkomformer vil følgelig ha en vesentlig større hydraulisk kapasitet enn en akkumulatorenhet med tilsvarende dimensjoner. Eksempelvis vil en trykkomformer med A2 = A1/2 kunne omdanne 70 liter væske som tilføres fra akkumulatorenhetene med PH=345 bar kunne omdannes til 35 liter væske med PH= 690 bar. Alternativt kan 35 liter væske med PH=345 bar omdannes til 70 liter væske med PH=172,5 bar.Fig 7 skisserer hvordan et akkumulatorsystem sammensatt av akkumulatorenheter og trykkomformere kan sammenkoples slik at det blir mulig å vedlikeholde/ gjenvinne hydraulisk kapasitet mens systemet befinner seg i på havbunnen. Denne prosessen vil i det følgende bli betegnet som lading av komponentene.Hovedkomponentene i dette forenklede opplegget er to akkumulatorenheter som er anordnet innenfor den stiplede rammen som er merket med a), og to omformere er anordnet innenfor den stiplede rammen som er merket med b).Lading av akkumulatorenheter og omformere foretas fortrinnsvis ved bruk av en elektrisk drevet pumpe. Opplegget er innrettet for at så vel akkumulatorenhetene som trykkomformerne skal kunne lades av en og samme pumpe, og at denne ladeoperasjonen skal kunne gjennomføres uten at det kreves høye pumpetrykk. Oppsettet i fig.7 er basert på at drivmediet og hydraulikkvæsken er den samme type væske og følgelig kan benytte samme lagringsbelg 21). Det er enkelt å endre på dette ved å kople opp separate lagringsbelger.For å kunne holde et moderat pumpetrykk under ladingsprosessen blir angjeldende enheter isolert fra linjer med høyt trykk, og kamrene som skal få tilbakeført væske koples opp linjer som kan forsyne væske med trykk PAMB fra lagringsbelgen. Kamrene som skal tømmes for væske blir samtidig tilkoplet pumpens sugeside og det frembringes trykkgradienter som gjør ladeoperasjonen kan gjennomføres. Den ønskede oppkopling oppnås ved bruk enveisventiler og retningsventiler som vist i figur 7A. Fig.7B viser hvordan væsken strømmer gjennom hhv. en akkumulatorenhet og en trykkomformer under ladeprosessen.Eksempel 1. Vi ser på omformeren som er anordnet til høyre i fig.7B), og som er innrettet for å redusere hydraulikktrykket PH fra 5000 psi til 3000 psi. Det innebærer at forholdet mellom stempelstangens tverrsnitt A2 og stemplets areal A1 er gitt ved A2/A1 = 0,6. Det betyr at likevekt mellom oppad rettede og nedad rettede trykkrefter mot stempelanordningen er gitt ved PAMB*A1 = PAMB*(A1 -A2) P2*A2 Herav; PAMB*A2 = P2*A2 som gir P2 = PAMB Følgelig kreves det minimalt med energi for å gjenvinne hydraulisk kapasitet på en omformer.Eksempel 2. Vi ser på akkumulatorenheten som er anordnet til venstre i fig.6B), og tar som utgangspunkt at denne er konfigurert for å kunne levere et hydraulikktrykk PH= 5000 psi (345 bar) ved en minstedybde på 1000 msw. Det innebærer at forholdet mellom stempelstangens tverrsnitt A2 og stemplets areal A1 er gitt ved A2/A1 = 0,226. Likevekt mellom oppad rettede og nedad rettede trykkrefter mot stempelanordningen er nå gitt ved;P1*A1 = PAMB*A2 som gir P1= 0,226* PAMBFølgelig må sugesiden på pumpen være lavere enn 0,226* PAMB for at ladeprosessen skal kunne gjennomføres. Det betyr at pumpen må operere med et reelt pumpetrykk > 0,774* PAMB for å gjennomføre ladeoperasjonen.En alternativ utførelse av akkumulatorenheten er skissert i fig.8. Den vesentlige forskjellen mellom denne utførelsen og den tidligere beskrevne akkumulatorenheten er stempelanordningen 3) består av en stempelstang er sammenkoplet med et stempel i hver ende. I likhet med den tidligere beskrevne akkumulatorenhet omfatter denne et hus 4) med et innløp 13) for tilførsel av drivmediet, og et utløp 8) for avgivelse av trykksatt hydraulikkvæske. Stempelanordningen er aksialt forskyvbar i to sylindriske føringer i huset, og fire trykkflater på stempelanordningen danner derved en forskyvbar barriere mellom fire adskilte kamre i huset, hvorav;- Et første kammer I er fylt med hydraulikkvæske som er i kontakt med en første oppad rettede trykkflate på stempelarrangementet, og ved forskyvning av stempelanordningen vil dette kammeret kunne oppta og avgi hydraulikkvæske via utløpet 8)- Et andre kammer II er gjort tilnærmet trykkløst, er i kontakt med en andre oppad rettede trykkflate og er uten annen ekstern forbindelse enn en eventuell lukket forbindelse til en dybdekompensasjonsventil. - Et tredje og fjerde kammer (III,IV) vender mot hver sin nedad rettede flate på stempelanordningen, og forbundet med hverandre og med innløpet 13)Forbindelsen mellom kammer II og kammer IV er besørget ved en kanal 22) gjennom nevnte stempelstang. Stempelanordningen samvirker med tre glidbare tetninger 2,2a,3) som hindrer uønsket lekkasje mellom kamrene.Ved sammenstilling av akkumulatoren forutsettes at kammer II er åpen mot atmosfære via porten 9) når stempelanordningen skyves inn på plass. Videre prosedyre er den samme som for en første utførelse av akkumulatoren, slik at kammer II isoleres i komprimert stilling, og derved blir tilnærmet trykkløst når det ekspanderes. Denne utførelsen omfatter også en dybdekompensasjonsventil (12) som fortrinnsvis er anordnet i endelokket 11) i akkumulatorenheten. Dybdekompensasjonen kan i likhet med tidligere beskrevne utførelser være selvregulerende eller manuelt justerbar. Den stiplede linjen mellom porten 10) i dybdekompensasjonsventilen og porten 9) indikerer trykkforbindelsen som må etableres mellom kammer II og for at den selvregulerende utførelsen av dybdekompensasjonsventilen skal kunne fungere.Drivmediet har trykket PS etter at det har passert gjennom dybdekompensasjonsventilen. Dette er gjeldende trykk både i kammer III og i kammer IV, og vil utøve en oppad rettet kraft FU mot stempelarrangementet gitt ved;FU = PS*A3+ PS*(A1-A2) = PS*(A1+A3-A2).Kammer II vender mot en motsatt rettet trykkflate, men ettersom dette kammeret er tilnærmet trykkløst er motkraften fra dette kammeret ubetydelig. Dette innebærer at kraften FU i sin helhet overføres til hydraulikkvæsken i kammer I, som genererer en motkraft FD av størrelseFD= PI*(A3-A2) , der PI er absoluttrykket som frembringes i kammer I. Kraft og motkraft vil være i likevekt, og følgelig gjelder; PS*(A1+A3-A2) = PI*(A3-A2)Hydraulikktrykket PH defineres som hydraulikkvæskens overtrykk i forhold til omgivelsestrykket. Dvs. PH= PI-PAMB. Herav PH = PS*(1+A1/(A3-A2))-PAMBFor å gjøre en sammenlikning mellom hydraulisk kapasitet i denne utførelsen av akkumulatorenheten i forhold til den tidligere beskrevne utførelsen velges A3=2*A2.Herav finnes PH = PS*((A1+A2)/A2)-PAMB. Effektivt tverrsnitt i kammer I er A3-A2 = A2. Vi setter stempelanordningens slaglengde L, og derved er den hydraulisk kapasiteten for denne akkumulatorenheten er gitt ved ;6. E = PH*A2*L = PS*(A1+A2)/A2)-PAMB)*A2*LFor den først beskrevne akkumulatorutførelsen gjelder formel 2 (side3);PH = PS*A1/A2 - PAMBOgså i denne utførelsen har kammer I et tverrsnitt på A2. Følgelig erden hydrauliske kapasiteten for denne utførelsen gitt ved; 7.7. E = PH*A2*L = (PS*A1/A2 -PAMB)*A2*LVi ser av formel 6 og formel 7 at den sist beskrevne utførelse har større kapasitet enn den første når utførelsene er basert på samme stempeltverrsnitt A1. Begge utførelser er relevante, men fordelen med økt kapasitet må veies opp mot kompleksiteten.
Claims
Krav1. Et undervannsbasert akkumulatorsystem som omfatter en eller flere akkumulatorenheter som er innrettet til å hente ut energi fra en væske som mottas i et innløp (13) med trykk tilnærmet likt det omgivende vanntrykk, og til å utnytte energien som hentes ut til å frembringe et ønsket overtrykk i en hydraulikkvæske som er lagret i akkumulatorenheten og blir avgitt via et utløp (8), k ar a k t e r i s e r t v e d at - innløpet (13) og utløpet (8) er anordnet i et hus (4) som omfatter to sylindriske føringer for en stempelanordning (3), idet energien hentes ut fra den tilførte væsken ved at stempelanordningen (3) forskyves i disse føringene av en aksialt virkende kraft som frembringes ved at de nedad rettede trykkflatene på stempelanordningen (3) påvirkes av et trykk PS som fremkommer ved at den mottatte væsken dirigeres gjennom en ventilanordning (12) som er arrangert nedstrøms innløpet (13), idet stempelarrangements forskyvning er rettet mot to kamre (I,II) som er i kontakt med oppad rettede trykkflater på stempelarrangementet, og ved at det ene av disse kamrene (II) er gjort tilnærmet trykkløst blir nevnte aksiale kraft tilnærmet fullt ut overført til det andre kammer (I) og frembringe en trykkøkning på hydraulikkvæsken som er lagret i dette kammeret- stempelarrangementet (3), som består av en stempelstang som er sammenkoplet med et eller to stempler, vil ved et gitt dimensjonsvalg bevirke en entydig sammenheng mellom trykket PS og trykket som frembringes i hydraulikkvæsken, idet ventilanordningen (12) kan innrettes for at trykkfallet over ventilanordningen reguleres slik at hydraulikkvæsken vil kunne opprettholde det ønskede overtrykk i forhold til omgivende vanntrykk på enhver dybde utover en definert minstedybde2 Et undervannsbasert akkumulatorsystem ifølge krav 1, k ar a k t e r i s e r t v e d at ventilanordningen (12) omfatter et ventillegeme (14) som samvirker med et ringformet sete (18) og er anordnet et hus (11) for å kunne motta væske fra innløpet (13) og avgi denne til kamre som er i kontakt med de oppad rettede trykkflatene på akkumulatorenhetens stempelanordning (3) via en åpning som fremkommer ved forskyvning av ventillegemets tetningsflate (19) i forhold til setet (18),idet,- ventillegemet (14) er forskyvbart langs en akse som løper gjennom setets senter og vinkelrett på seteplanet, og har en sylinderformet utvekst (16) med en glidetetning (15) som danner en lekkasjefri barriere mellom et første kammer IV som er åpen mot forsyningslinjen (13), og et andre kammer V som er forbundet med det trykkløse kammer II i akkumulatorenheten via en port (10),- en fjær (17) eller tilsvarende kraftfrembringende anordning utøver en justerbar nedad rettet kraft mot ventillegemet (14),- forholdet mellom tverrsnittet av setet (18) og tverrsnittet av den sylinderformede utveksten (16) er avpasset til stempelanordningens (3) dimensjoner slik at trykket (PS) nedstrøms setet(18) automatisk innstiller seg slik at en fjærkraft satt til null vil medføre at trykket i kammer I og innløpet (13) blir tilnærmet like3. Et undervannsbasert akkumulatorsystem ifølge krav 1, k ar a k t e r i s e r t v e d at- ventilanordningen (12) omfatter et ventillegeme (14) som samvirker med et ringformet sete (18) og er anordnet et hus (11) for å kunne motta væske fra innløpet (13) og avgi denne til kamre som er i kontakt med de oppad rettede trykkflatene på akkumulatorenhetens stempelanordning (3),- avgivelse av væske skjer via åpning som fremkommer ved forskyvning av ventillegemets tetningsflate (19) i forhold til setet (18),- det er anordnet en fjær (17) som er innrettet for å kunne utøve en justerbar kraft som søker å presse en tetningsflate (19) på ventillegemet mot setet (18)4 Et undervannsbasert akkumulatorsystem ifølge krav 1, k a r a k t e r i s e r t v e d at den hydrauliske kapasiteten for akkumulatorenheter og trykkomformere gjenvinnes ved at angjeldende enheter blir isolert fra trykksatte linjer, idet kamre som skal gjenoppfylles med væske blir tilkoplet en forsyningslinje for væske som har tilnærmet samme trykk som omgivende vann, og at kamre som skal tømmes for væske koples opp mot sugesiden av en pumpe som fortrinnsvis avgir væsken som opptas til et reservoar som er trykkutliknet med omgivende vann..
Drawings

Priority

12.11.2018 NO PT 20181372

Patent classes

IPC classesE21B 33/035F15B 1/02F15B 1/04E21B 41/00CPC classesE21B 33/035F15B 1/02F15B 1/04E21B 41/00

Citations

WO 2015/164314 A (A)

Applicants, owners and inventors

Owners
OBS TECHNOLOGY AS
Kalvetangveien 83 3132 HUSØYSUND NO (FÆRDER Municipality, Vestfold county)Org. number: 936058310Inventors
Nils Terje Ottestad
Kalvetangveien 83 3132 HUSØYSUND NO (FÆRDER Municipality, Vestfold county)

Agent

No agent

Status history

Payment history

Oppositions and appeals

No oppositions or appeals

Administrative limitation

No administrative limitation

Liens and licences

No liens or licenses registered

Gazette entries

No Gazette entries foundOnly events from 2024.03.04 and onwards are shown.