(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体管路用の高度圧力保護システム（ＨＩＰＰＳ１）であって、
ａ．流入口（１１）及び流出口（１２）及び前記流入口（１１）から前記流出口（１２）へ流体を通流させる導管（１３）を含むハウジング（１０）と、前記流入口（１１）から前記流出口（１２）へ向かう方向で開放位置から閉鎖位置へ軸方向に可動であって、前記開放位置で前記導管（１３）を開放して通流を許容し、かつ、前記閉鎖位置で前記導管（１３）を閉鎖して通流を抑止する閉鎖部材（１４，３０，３５）とを有する、オンオフ弁（２，２８，３３）と、
ｂ．前記閉鎖部材（１４，３０，３５）に運動学的に固定された制御エレメント（２３，４１）を有する、液圧式アクチュエータ（３，３２，３４）と、
ｃ．能動状態で前記制御エレメント（２３，４１）の制御面（２５）に制御圧を供給し、受動状態で前記制御圧を前記制御面（２５）から解放する、切り替え可能な液圧供給ユニット（４）と、
ｄ．前記流出口（１２）の下流の流体の下流圧を測定するセンサと、
ｅ．ｉ．前記下流圧と限界値とを比較し、
ｉｉ．前記下流圧が前記限界値を下回るたびに、前記液圧供給ユニット（４）を前記能動状態へ切り替えて、前記閉鎖部材（１４，３０，３５）を前記開放位置へ移行させるか又は前記開放位置で維持し、
ｉｉｉ．前記下流圧が前記限界値を上回るたびに、前記液圧供給ユニット（４）を前記受動状態へ切り替えて、前記閉鎖部材（１４，３０，３５）を前記閉鎖位置で維持する、
ロジックソルバと、
を備えた、ＨＩＰＰＳ（１）において、
前記制御エレメント（２３，４１）の前記制御面（２５）とは反対側の対面が、前記流体の前記下流圧に曝され、前記流体の前記下流圧により前記閉鎖部材（１４，３０，３５）が前記閉鎖位置に押される、
ことを特徴とするＨＩＰＰＳ（１）。
【請求項２】
前記アクチュエータは、前記ハウジング（１０）内に配置されている、
請求項１記載のＨＩＰＰＳ（１）。
【請求項３】
前記導管（１３）は、前記アクチュエータを包囲している、
請求項２記載のＨＩＰＰＳ（１）。
【請求項４】
前記制御エレメント（２３）は、前記液圧式アクチュエータ（３，３２）のピストン（２２）である、
請求項１から３までのいずれか１項記載のＨＩＰＰＳ（１）。
【請求項５】
前記制御エレメント（４１）は前記液圧式アクチュエータ（３，３４）のシリンダバレル（４０）である、
請求項１から３までのいずれか１項記載のＨＩＰＰＳ（１）。
【請求項６】
前記閉鎖部材（１４，３０，３５）を前記閉鎖位置に押すばね（２７，４３）が設けられている、
請求項１から５までのいずれか１項記載のＨＩＰＰＳ（１）。
【請求項７】
前記閉鎖部材（１４，３０，３５）の位置を識別する少なくとも１つのセンサが設けられている、
請求項１から６までのいずれか１項記載のＨＩＰＰＳ（１）。
【請求項８】
前記閉鎖部材（１４，３０，３５）は、前記流出口（１２）からの流体を前記閉鎖部材（１４，３０，３５）を通して前記制御エレメント（２３，４１）の後面（２０）まで通流させるオリフィス（１９）を有する、
請求項１から７までのいずれか１項記載のＨＩＰＰＳ（１）。
【請求項９】
流体管路で高度圧力保護システム（ＨＩＰＰＳ１）を動作させる方法において、
前記ＨＩＰＰＳ（１）は、
流入口（１１）及び流出口（１２）及び前記流入口（１１）から前記流出口（１２）へ流体を通流させる導管（１３）を含むハウジング（１０）と、前記流入口（１１）から前記流出口（１２）へ向かう方向で開放位置から閉鎖位置へ軸方向に可動であって、前記開放位置で前記導管（１３）を開放して通流を許容し、かつ、前記閉鎖位置で前記導管（１３）を閉鎖して通流を抑止する閉鎖部材（１４，３０，３５）とを有する、オンオフ弁（２，２８，３３）と、
前記閉鎖部材（１４，３０，３５）に運動学的に固定された制御エレメント（２３，４１）を有する液圧式アクチュエータ（３，３２，３４）と
を備え、
前記方法は、
ａ．能動状態で前記制御エレメント（２３，４１）の制御面（２５）に制御圧を供給し、受動状態で前記制御面（２５）から制御圧を解放するステップと、
ｂ．前記流出口（１２）の下流で流体の下流圧を測定するステップと、
ｃ．前記下流圧を限界値と比較するステップと、
ｄ．前記下流圧が前記限界値を下回るたびに、前記閉鎖部材（１４，３０，３５）が開放位置に保持されるよう、前記液圧式アクチュエータ（３，３２，３４）を前記能動状態へ切り替えるステップと、
ｅ．前記下流圧が前記限界値を上回るたびに、前記閉鎖部材（１４，３０，３５）が閉鎖位置へ移行するか又は同じ閉鎖位置に留まるよう、前記液圧式アクチュエータ（３，３２，３４）を前記受動状態へ切り替えるステップと
を含む、方法において、
前記制御エレメント（２３，４１）の前記制御面（２５）とは反対側の対面を前記下流圧に曝し、前記流体の前記下流圧により前記閉鎖部材（１４，３０，３５）を前記閉鎖位置へ押す、
ことを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、広くは、高度圧力保護システム（ＨＩＰＰＳ）に関しており、特には、流入口及び流出口及び流入口から流出口へ流体を通流させる導管を含むハウジングと、流入口から流出口へ向かう方向で開放位置から閉鎖位置へ軸方向に可動であって、開放位置で導管を開放して通流を許容し、かつ、閉鎖位置で導管を閉鎖して通流を抑止する閉鎖部材とを有する、オンオフ弁と、閉鎖部材に運動学的に固定された制御エレメントを有する、液圧式アクチュエータと、能動状態で制御エレメントの制御面に制御圧を供給し、受動状態で制御圧を制御面から解放する、切り替え可能な液圧供給ユニットと、流出口の下流の流体の下流圧を測定するセンサと、下流圧と限界値とを比較し、下流圧が限界値を下回るたびに閉鎖部材が開放位置で維持されるよう、液圧供給ユニットを能動状態へ切り替え、下流圧が限界値を上回るたびに閉鎖部材が閉鎖位置へ移行されるか又は閉鎖位置で維持されるよう、液圧供給ユニットを受動状態へ切り替える、ロジックソルバと、を備えたＨＩＰＰＳに関する。安全上の理由のために、ＨＩＰＰＳシステムはつねに手動での開放動作を要する。
【０００２】
背景技術
高度圧力保護システム（ＨＩＰＰＳ）は、パイプラインにおける下流圧の上昇によって生じる危険状況を防止するための、周知の安全計装システム（ＳＩＳ）である。ＨＩＰＰＳの弁には高い信頼性数値が要求され、必要なときにはどんな状況においてもパイプラインを閉鎖できるように設計されていなければならない。臨界的な下流圧が測定されると、最終要素（弁）は、下流のパイプラインのさらなる圧力負荷を防止するために、閉鎖される。公知のＨＩＰＰＳの弁は外部のアクチュエータを有しており、こうしたアクチュエータは、どんな状況でも弁を閉鎖できる充分な安全性を保証するため、しばしばばね／液圧装置を用いており、規模がきわめて大きい。こうした外部のアクチュエータは破損して駆動力の損失を生じさせることがある。
【０００３】
本発明の技術的背景としての、独国特許出願公開第２５１７７３０号明細書には、上流圧によって閉鎖されるオンオフ弁が提案されている。しかし、当該公知の弁は、特に弁座及びシールエレメントへの実質的な修正を行わないかぎり、ＨＩＰＰＳに導入してパイプラインにおける典型的な高圧レベルに対する増強手段として利用することは不可能である。
【０００４】
解決すべき課題
本発明の課題は、弁を閉鎖すべきときに駆動力が内在する弁を提供することである。
【０００５】
発明の概要
本発明では、制御エレメントの制御面の反対側の対面を流体の下流圧に曝し、この流体の下流圧により閉鎖部材を閉鎖位置へ押すことが提案される。本発明のＨＩＰＰＳでは、流体の下流圧の上昇そのものが、オンオフ弁を閉鎖する作動手段となる。
【０００６】
本発明の好ましいＨＩＰＰＳでは、アクチュエータはハウジング内に配置される。こうしたＨＩＰＰＳでは、アクチュエータは、特に海底での適用において、圧力と、環境、特に海中での影響とから保護される。これに代えて、例えば地中で適用される弁では、アクチュエータをハウジング外に配置することもできる。
【０００７】
こうしたＨＩＰＰＳでは、導管は好ましくはアクチュエータを包囲する。内側ハウジング内でアクチュエータを包囲する導管によって、オンオフ弁は基本的に圧力平衡される。これに代えて、内側ハウジングの疲労を回避するために、導管をアクチュエータに沿って形成してもよい。
【０００８】
本発明のさらに好ましいＨＩＰＰＳでは、制御エレメントは液圧式アクチュエータのピストンである。こうしたＨＩＰＰＳは特に大きい径に対して有利である。
【０００９】
本発明による代替的に好ましいＨＩＰＰＳでは、制御エレメントは液圧式アクチュエータのシリンダバレルである。こうしたＨＩＰＰＳは特に小さい径に対して有利である。
【００１０】
本発明のさらに好ましいＨＩＰＰＳでは、閉鎖部材を閉鎖位置に押すばねが設けられる。こうした弁の閉鎖を支援する付加的なばねは、ＨＩＰＰＳの共通規格によって提案されている。
【００１１】
本発明のさらに好ましいＨＩＰＰＳでは、閉鎖部材の位置を識別する少なくとも１つのセンサが設けられる。センサをオンオフ弁に導入することにより、ＨＩＰＰＳの状態監視が達成される。
【００１２】
本発明のさらに好ましいＨＩＰＰＳでは、閉鎖部材は、流出口から閉鎖部材を通して制御エレメントの後面へと流体を通流させるオリフィスを有する。閉鎖部材内に形成されるオリフィスにより、弁の流出口から内側ハウジングの内部への最も単純な接続が形成される。
【００１３】
本発明はさらに、流体管路内でＨＩＰＰＳを動作させる方法を提案する。ここでは、制御エレメントの制御面の反対側の対面が流体の下流圧に曝され、流体の下流圧により、閉鎖部材が閉鎖位置に押される。本発明の方法は、上述したＨＩＰＰＳを用いて実行可能であり、上述したのと同様の利点を有する。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
本発明の装置及び関連する方法を、以下に、図示の好ましい実施形態に関連して詳細に説明する。
【図１】本発明の第１のＨＩＰＰＳを概略的に示す図である。
【図２】第１のＨＩＰＰＳのオンオフ弁を概略的に示す図である。
【図３】ａ，ｂとも、図２のオンオフ弁の開放位置及び閉鎖位置を概略的に示す図である。
【図４】ａ，ｂとも、本発明の第２のＨＩＰＰＳのオンオフ弁の開放位置及び閉鎖位置を示す図である。
【図５】図４のオンオフ弁の技術的詳細を示す図である。
【図６】ａ，ｂとも、本発明の第３のＨＩＰＰＳのオンオフ弁の開放位置及び閉鎖位置を示す図である。
【図７】図６のオンオフ弁の技術的詳細を示す図である。
【００１５】
本発明の第１のＨＩＰＰＳ１が図１に示されている。すなわち、第１のＨＩＰＰＳ１は、流体管路に取り付けられるオンオフ弁２と、オンオフ弁２に組み込まれた液圧式アクチュエータ３と、液圧供給ユニット４とを有する。さらに、第１のＨＩＰＰＳ１の周知の要素として、オンオフ弁２を通って流れる流体の下流圧を測定するセンサと、このセンサからのデータを解釈するロジックソルバとが設けられているが、これらは図示されていない。
【００１６】
液圧供給ユニット４は、液圧流体に対する低圧リザーバ５及び高圧リザーバ６と、これら低圧リザーバ５と高圧リザーバ６との間に配置された、液圧流体のためのポンプ７と、液圧管路９を介して低圧リザーバ５又は高圧リザーバ６のいずれかを液圧式アクチュエータ３へ接続する３／２弁８とを有する。３／２弁８はロジックソルバによって駆動される。
【００１７】
オンオフ弁２は、図２にその詳細が示されており、流入口１１及び流出口１２を有するハウジング１０と、流入口１１から流出口１２へ流体を通流させる導管１３とを有する。
【００１８】
またオンオフ弁２はカップ状の閉鎖部材１４を有しており、この閉鎖部材１４は、流入口１１から流出口１２へ向かう方向で、開放位置から閉鎖位置へ軸方向移動することができる。閉鎖部材１４は、ハウジング１０の内側の、液圧式アクチュエータ３を包囲する内側ハウジング１５の一部を形成しており、導管１３によって包囲されている。
【００１９】
閉鎖部材１４のシリンダ側壁１６は、内側ハウジング１５及びハウジング１０の双方の弁座１７にダイナミックシールされている。閉鎖部材１４の基部１８には、流出口１２から閉鎖部材１４を通して流体を制御エレメントの後面２０へ流れさせるオリフィス１９が設けられている。
【００２０】
液圧式アクチュエータ３のシリンダバレル２１は内側ハウジング１５に固定されており、これに対してシリンダバレル２１内の（制御エレメント２３を形成する）可動のピストン２２はコネクティングロッド２４を介して閉鎖部材１４に接続されている。制御エレメント２３は、液圧式アクチュエータ３のシリンダキャップ２６に面する制御面２５を有する。
【００２１】
オンオフ弁２はさらに、液圧式アクチュエータ３のシリンダキャップ２６と閉鎖部材１４との間に支持されるばね２７を有する。
【００２２】
液圧供給ユニット４の能動状態では、液圧式アクチュエータ３の内部に、制御面２５に制御力を形成するための制御圧が供給され、閉鎖部材１４が図３のａに示されているように開放位置へと引かれる。導管１３は流入口１１から流出口１２へ開放され、流体が流体管路を通流できるようになる。
【００２３】
内側ハウジング１５の内部で、流体の下流圧すなわち流出口１２の下流の圧力により、制御エレメント２３の後面２０に対する閉鎖力が生じる。より正確に言えば、閉鎖力は、流入口１１から見た、可動部材（すなわち制御エレメント２３及び閉鎖部材）の可視面が、流出口１２から見た、同じ可動部材の可視面を超過する分の面積に比例する。
【００２４】
ばね力に加算される当該閉鎖力が制御力を超過するたびに、当該閉鎖力によって、閉鎖部材が図３のｂに示されているように閉鎖位置へ押される。制御エレメント２３は導管１３を閉鎖し、流体が流体管路を通流することを阻止する。
【００２５】
つまり、閉鎖部材１４は、液圧供給ユニット４の受動状態において制御圧が制御面２５から解放される場合に、閉鎖位置へ押される。さらに、閉鎖部材１４は、下流圧が液圧供給ユニット４の制御圧とばね力とによって定められる緊急閉鎖レベルを超過する場合にも、制御面２５に負の制御圧がかかって、閉鎖位置へ押される。
【００２６】
図４のａ，ｂには、本発明の別のＨＩＰＰＳの第２のオンオフ弁２８が示されている。第２のオンオフ弁２８は基本的には上述した第１のオンオフ弁２の全ての特徴を有するが、４８インチのフランジ寸法を有する。閉鎖部材３０の基部２９はスポークホイールを形成しており、シリンダ側壁３１にねじ込まれている。図４のａには開放位置にある第２のオンオフ弁２８が示されており、図４のｂには閉鎖位置にある第２のオンオフ弁２８が示されている。図５には、第２のオンオフ弁２８の液圧式アクチュエータ３２と閉鎖部材３０とが詳細に示されている。
【００２７】
図６のａ，ｂには、本発明のさらに別のＨＩＰＰＳの第３のオンオフ弁３３が示されている。第３のオンオフ弁３３は基本的には第２のオンオフ弁２８に類似しているが、フランジ寸法は６インチのみである。本発明の他のＨＩＰＰＳとして、２つの極値間のフランジ寸法を有するオンオフ弁を有するものも、もちろん可能である。図６のａには開放位置にある第３のオンオフ弁３３が示されており、図６のｂには閉鎖位置にある第３のオンオフ弁３３が示されている。図７には、第３のオンオフ弁３３の液圧式アクチュエータ３４と閉鎖部材３５とが詳細に示されている。
【００２８】
第３のオンオフ弁３３では、液圧式アクチュエータ３４のピストン３６が内側ハウジング３７に固定されており、このため、液圧管路３８がピストンロッド３９に組み込まれている。（制御エレメント４１を形成する）シリンダバレル４０は可動であり、閉鎖部材３５のシリンダ側壁４２にねじ込まれている。ばね４３はピストンロッド３９と閉鎖部材３５との間に支持されている。
【００２９】
第３のオンオフ弁３３はさらに、閉鎖部材３５に取り付けられた永久磁石４４と、この永久磁石４４ひいては閉鎖部材３５の位置を検出する２つの測定ヘッド４５とを有する。
【００３０】
図は簡単化して示しており、特に封止部材は図示していない。
【符号の説明】
【００３１】
１  ＨＩＰＰＳ、  ２，２８，３３  オンオフ弁、  ３，３２，３４  液圧式アクチュエータ、  ４  液圧供給ユニット、  ５  低圧リザーバ、  ６  高圧リザーバ、  ７  ポンプ、  ８  ３／２弁、  ９，３８  液圧管路、  １０  ハウジング、  １１  流入口、  １２  流出口、  １３  導管、  １４，３０，３５  閉鎖部材、  １５，３７  内側ハウジング、  １６，３１，４２  側壁、  １７  弁座、  １８，２９  基部、  １９  オリフィス、  ２０  後面、  ２１，４０  シリンダバレル、  ２２，３６  ピストン、  ２３，４１  制御エレメント、  ２４  コネクティングロッド、  ２５  制御面、  ２６  シリンダキャップ、  ２７，４３  ばね、  ３９  ピストンロッド、  ４４  永久磁石、  ４５  測定ヘッド
【図１】
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【図２】
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【図３ａ】
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【図３ｂ】
0006505139.tif 000005
【図４ａ】
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【図４ｂ】
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【図５】
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【図６ａ】
0006505139.tif 000009
【図６ｂ】
0006505139.tif 000010
【図７】
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