Ropné ventily musia fungovať pod tlakom, pri vibráciách a v náročných poveternostných podmienkach. Zároveň však plniace zariadenia a pobrežné plošiny často ponechávajú malý priestor pre pohon.

Hydraulický rotačný valec premieňa tlak kvapaliny na kontrolovaný otáčavý pohyb. Pre štvrťotáčkové guľové, motýľové a zátkové ventily môže zabezpečiť 90° pohyb potrebný na otvorenie alebo zatvorenie prietokovej dráhy.

Špirálové rotačné pohony stojí za zváženie tam, kde je inštalačný priestor obmedzený. Spoľahlivá činnosť ventilu však závisí od kompletnej zostavy: pohonu, spojky, ovládania, hydraulického napájania a núdzového ovládacieho systému.

Obsah

• Čo je hydraulický rotačný valec pre ropný priemysel?
• Ako funguje špirálový rotačný pohon?
• Ako sa porovnávajú konštrukcie rotačných pohonov?
• Ako sa má skontrolovať krútiaci moment ventilu?
• Koľko oleja a prietoku je potrebných?
• Čo robí pohon vhodným pre použitie v ropných poliach?
• Aké sú hlavné konštrukčné obmedzenia?
• Aké informácie sú potrebné pre vlastné riešenie?

Čo je hydraulický rotačný valec pre ropné polia?

Hydraulický rotačný valec je pohon s obmedzeným uhlom, ktorý otáča výstupným hriadeľom alebo prírubou. Po pripojení k vretenu ventilu vhodnou spojkou zabezpečuje krútiaci moment potrebný na presun ventilu medzi jeho prevádzkovými polohami.

Typické aplikácie zahŕňajú štvrťotáčkové ventily na procesných potrubiach, rozdeľovačoch a vybraných vrtných systémoch.

Nie však každý ventil v ropnom poli využíva rotačný pohyb. Mnohé šupátkové ventily a povrchové bezpečnostné ventily vyžadujú lineárne pohony. Pred výberom pohonu je preto potrebné potvrdiť typ ventilu a pohyb vretena.

Ako funguje špirálový rotačný pohon?

Špirálový rotačný pohon využíva vnútorný mechanizmus na premenu zdvihu piestu na rotáciu.

V typickej konštrukcii s posuvnými drážkami:

1. Hydraulický olej vstupuje do tlakovej komory.
2. Tlak posúva piest pozdĺž tela pohonu.
3. Špirálové drážky vedú pohyblivé časti a otáčajú výstupným hriadeľom.
4. Hriadeľ prenáša krútiaci moment cez spojku na vreteno ventilu.
5. Obrátením prívodu tlaku sa pohyb obráti.

Toto usporiadanie umiestňuje premenu pohybu do kompaktného krytu. Iné špirálové konštrukcie používajú odlišné vnútorné mechanizmy, takže výstupné vlastnosti sa musia skontrolovať vo vzťahu k vybranému modelu. 

Špirálový vs. hrebeňový vs. lopatkový pohon

Každá konštrukcia ponúka výhody. Najlepšia voľba závisí od zaťaženia ventilu, a nie od jedného výkonového tvrdenia.

Špirálové pohony môžu byť vhodné pre obmedzené inštalácie, ako to dokazujú komerčné konštrukcie štvrťotáčkových pohonov ventilov. Nie sú však automaticky najlepšou voľbou pre každý ventil v ropnom poli.

Uverejnené hodnoty krútiaceho momentu a polohovania patria ku konkrétnym výrobkom. Nemali by sa považovať za všeobecné menovité hodnoty pre všetky špirálové valce.

Ako vyberiete požadovaný krútiaci moment?

Začnite s údajmi o krútiacom momente od výrobcu ventilu za skutočných prevádzkových podmienok.

Šek:

• Odtŕhavací moment: Krútiaci moment potrebný na spustenie pohybu po tom, ako ventil zostal nehybný.
• Bežiacim momentom: Krútiaci moment potrebný počas jazdy.
• Krútiaci moment pri sedení a vysádzaní: Krútiaci moment potrebný v blízkosti zatvorenej polohy.
• Servisné efekty: Diferenciálny tlak, teplota, usadeniny, korózia a čas medzi prevádzkami.

Potom porovnajte požiadavku na krútiaci moment ventilu s dostupným výstupom pohonu v priebehu celého zdvihu pri minimálnom dostupnom hydraulickom tlaku.

Aplikujte rezervu dohodnutú s dodávateľom ventilu a projektovou špecifikáciou. Skontrolujte tiež maximálny povolený krútiaci moment vretena ventilu. Predimenzovaný pohon môže poškodiť vreteno, sedlá alebo spojku, ak tlak nie je správne obmedzený.

Dodatočný krútiaci moment by nemal nahrádzať kontrolu zaseknutého alebo poškodeného ventilu.

Koľko oleja a prietoku potrebuje pohon?

Pre počiatočný odhad:

Prevádzkový čas v sekundách ≈ 60 × objem zdvihu v litroch ÷ prietok v litroch za minútu

Napríklad pohon vyžadujúci 0,5 litra pre zdvih 90° by trval asi 6 sekúnd pri 5 litroch za minútu.

Toto je ideálny odhad. Skutočný čas závisí od obmedzení ventilu, zaťaženia, teploty oleja, úniku a dostupného tlaku.

Časy otvárania a zatvárania sa môžu tiež líšiť. Z tohto dôvodu uveďte oba smery oddelene a potvrďte výkon testovaním.

Prečo zvážiť hydraulické ovládanie ventilov v ropných poliach?

Hydraulické ovládanie môže zabezpečiť značný krútiaci moment v rámci kompaktnej inštalácie. Umožňuje tiež umiestniť napájaciu jednotku mimo ventilu, pričom tlak k pohonu prenášajú hadice alebo potrubie.

S vhodným ovládaním môže systém podporovať:

• Diaľkové ovládanie ventilov.
• Kontrolované rýchlosti otvárania a zatvárania.
• Spätná väzba pozície.
• Núdzový pohyb s využitím uloženej energie.
• Integrácia s elektrohydraulickou kontrolou.

Samotný hydraulický tlak však nezaručuje stabilné umiestnenie, odolnosť voči nárazom alebo bezpečné vypnutie. Tieto funkcie závisia od obvodu a mechanickej konštrukcie.

Umiestnenie polohy a bezpečný pohyb sú odlišné

Ventil môže po výpadku prúdu potrebovať zostať na mieste, automaticky sa zatvoriť alebo otvoriť. Požadovaná akcia pochádza z hodnotenia bezpečnosti procesu.

Umiestnenie polohy môže používať predovládané spätné ventily alebo iné vhodné držacie usporiadanie. Stále je potrebné zvážiť netesnosť, zmeny teploty a zachytený tlak.

Fail-safe pohyb vyžaduje spoľahlivý zdroj energie a riadiacu cestu. V závislosti od konštrukcie to môže zahŕňať vratnú pružinu alebo hydraulický akumulátor.

Akumulátor musí byť dimenzovaný na požadovaný zdvih, minimálny prevádzkový tlak, teplotný rozsah a rezervnú kapacitu. Jeho schopnosť dokončiť núdzovú činnosť musí byť overená.

Komerčné bezpečné systémy využívajú na presun ventilov do definovanej bezpečnej polohy usporiadania s vratnou pružinou alebo akumulátorom.

Aku ochranu vyžaduje prostredie v ropnom poli?

Exteriérové a pobrežné služby môžu pohony vystaviť vplyvu soľného spreja, prachu, vibrácií a veľkých teplotných zmien.

Výber materiálu, povlaku, upevňovacích prvkov a tesnení by mal zodpovedať týmto podmienkam. Výber tesnenia musí tiež zohľadňovať hydraulickú kvapalinu a prevádzkovú teplotu.

Vhodnosť pre nebezpečné oblasti si vyžaduje preskúmanie kompletnej zostavy vrátane solenoidov, spínačov, senzorov a potenciálnych zdrojov vznietenia. Dobré utesnenie samo o sebe nevytvára ochranu proti výbuchu.

Pohon vhodný na inštaláciu na palube nie je automaticky vhodný na použitie pod vodou. Podmorské služby vyžadujú kontroly vonkajšieho tlaku, tlakovej kompenzácie, konektorov a akéhokoľvek rozhrania na ovládanie ROV.

Kde môže systém fungovať zle?

Výkon môže byť nedostatočný, keď je pohon vybraný iba podľa menovitého krútiaceho momentu.

Medzi časté problémy patrí nedostatočný prívodný tlak, nadmerný spätný tlak, zlé vyrovnanie spojky, znečistený olej a nevhodné tesnenia.

Osobitnú pozornosť si vyžadujú ďalšie limity:

• Vibrácie: Hydraulické tlmenie samo o sebe nezabraňuje nechcenému pohybu ventilu.
• Presnosť pohybu: Presné umiestnenie hriadeľa nedokazuje, že ventil správne tesní.
• Rýchle zatvorenie: Tlmenie pohonu znižuje mechanický náraz, ale prepad potrubia si vyžaduje samostatné preskúmanie procesu.
• Núdzová prevádzka: Držiaci ventil nemôže poskytnúť energiu potrebnú na dokončenie zdvihu odstavenia.

Čas uzavretia by sa preto mal nastaviť tak na základe požiadavky na odstavenie, ako aj prechodového správania potrubia.

Čo by ste mali poskytnúť na kontrolu vlastného pohonu?

Pre užitočnú technickú diskusiu uveďte:

• Typ ventilu, veľkosť, trieda tlaku a podmienky procesu.
• Požiadavky na krútiaci moment naprieč prevádzkovým zdvihom.
• Maximálny povolený krútiaci moment vretena.
• Požadované časy jazdy a otvárania/zatvárania.
• Minimálny a maximálny hydraulický tlak.
• Montážne výkresy, rozmery spojky a limity priestoru.
• Požiadavky na teplotu, koróziu, vibrácie a nebezpečné oblasti.
• Požadovaná odozva na stratu napájania alebo hydraulického napájania.
• Spätná väzba, override, kontrola a požiadavky na testovanie.

Diskutujte o svojom projekte ropného poľa so spoločnosťou Shellppon

Kompaktný špirálový pohon môže byť silným kandidátom pre štvrťotáčkové ventily na ropných poliach. Konečný výber by sa mal riadiť overenými údajmi o krútiacom momente, inštalačnými obmedzeniami a jasne definovanou núdzovou odozvou.

Hydraulický Shellppon poskytuje výrobu hydraulických valcov a služby OEM/ODM. Ak chcete prediskutovať výber komponentov alebo vlastný projekt, kontaktujte spoločnosť Shellppon s vašimi údajmi o ventiloch, výkresmi a prevádzkovými požiadavkami.