專利名稱：用于海底部件的壓力釋放閥和方法
用于海底部件的壓力辨，放閥和方法
公開背景 公開領(lǐng)域
本公開的實(shí)施例涉及用于海底容器的壓力釋放系統(tǒng)。更特定而 言，本公開的實(shí)施例涉及用于海底容器的釋放閥。
背景技術(shù)：
當(dāng)海底采油進(jìn)行到較大深度時，設(shè)備和方法必須適于在這種苛刻 環(huán)境下操作。深水中采油進(jìn)展的主要障礙是在這些深度經(jīng)歷的極端高 壓。因此，在這些深度處，常常使用維持一個大氣壓的內(nèi)部壓力的壓 力容器來保護(hù)設(shè)備。
在海底用于維持和模擬與在表面所經(jīng)歷的周圍壓力相類似的周 圍壓力的壓力容器通常被稱作"一個大氣壓腔室"。這種腔室在石油 工業(yè)中通常的用途可以是保護(hù)海底的壓力敏感部件。在壓力腔室在海 底中時緩慢泄露且然后其被相對迅速地取回到表面上的情況下，其可 包含高氣壓，或者高于正常大氣壓力的壓力。在深度達(dá)到接近10,000 ft時，這種壓力可變得非常大(大約每英尺深度0.47psi)，甚至高達(dá) 5000 psi。海底腔室中較大壓力的累積可能能夠在取回并被帶到表面時 釋放大量能量。因此，釋放系統(tǒng)可實(shí)施為當(dāng)腔室被取回到表面時將腔 室內(nèi)的壓力減小到可接受且安全的水平。
壓力釋放閥通常設(shè)于各種系統(tǒng)中以將最大壓力限制到小于預(yù)先 限定的閾值水平。舉例而言，壓力釋放閥可設(shè)于泵的出口處使得供應(yīng) 管線可不被加壓到過量水平。若超過壓力閾值水平，釋放閥打開，從 而形成通向儲器或儲槽的路徑。另 一壓力釋放閥可設(shè)于控制閥組件的 工作端口處，液壓促動器，諸如活塞與缸筒組合，連接到該控制閥組件上。這種布置可防止由于作用于活塞與缸筒上的負(fù)載而造成的沖擊 加載或慣性超載。如果該負(fù)載在附連到缸筒上的液壓管線內(nèi)引起過度 高壓，則工作端口壓力釋放閥被設(shè)計成打開以將壓力釋放到系統(tǒng)儲 槽。工作端口釋^:閥可保持打開直到負(fù)載條件不再存在且液壓管線內(nèi) 的壓力降低到低于閾值壓力。
一種類型的釋放閥包括由彈簧偏置靠在閥座上以維持閥處于閉 合狀態(tài)的可移動元件。當(dāng)作用于閥元件上的壓力超過彈簧力時，閥元 件遠(yuǎn)離座而移動，從而打開壓力釋放閥。在這種類型的閥中，只要一 超過彈簧力，閥即打開，且一旦壓力降低到低于彈簧力，閥立即閉合。
但是，在某些應(yīng)用中，可能希望在超過壓力閾值時閥不立即打開， 而是延遲打開，直到過量壓力存在給定量的時間。因此，這種壓力釋 放閥可較小地受到超過閾值水平的偶然的短持續(xù)時間壓力事件的影 響。然而，當(dāng)壓力超過閾值設(shè)置長于規(guī)定量的時間時，閥打開，以在 可能發(fā)生對液壓系統(tǒng)的損壞之前釋放該壓力。同樣，在某些情形下， 還希望延遲閥閉合以確保壓力保持低于閾值。這可在仍然要求壓力釋 放的情形下防止瞬時壓力降低使閥閉合。
在現(xiàn)有技術(shù)中已公開了許多釋放閥。轉(zhuǎn)讓給Holder的美國專利第 6,957,660號7>開了一種壓力釋放閥，其具有由彈簧偏置到閉合位置的 閥元件。受控制或調(diào)節(jié)的壓力^皮施加到閥元件上以對抗彈簧力。當(dāng)施 加到閥元件上的壓力超過彈簧力時，壓力釋放打開。當(dāng)施加到閥元件 上的壓力降低到低于彈簧力時，閥閉合。
另外，轉(zhuǎn)讓給Reinicke等人的美國專利第3,945,395號公開了一 種用于包含加壓流體的儲槽的泄放與釋放閥，其特征在于，同軸泄放 與釋放閥構(gòu)件具有相互接合的座以閉合閥的泄放出口 。泄;故與釋》丈閥 還包括與之相關(guān)聯(lián)的促動器件，以使所述座脫離，以在填充儲槽期間 打開儲槽內(nèi)部與閥泄放出口之間的連通。釋放閥構(gòu)件由儲槽中超過預(yù) 定值的流體壓力促動以移動所述釋放閥構(gòu)件來使所迷座脫離，且從而 再次在儲槽內(nèi)部與閥泄;^文出口之間建立連通，因而使過量流體壓力泄放。
美國石油協(xié)會頒布了適用于海底操作所用設(shè)備的某些標(biāo)準(zhǔn)。通常 稱作API的美國石油協(xié)會是關(guān)于石油與天然氣工業(yè)的主要美國貿(mào)易協(xié) 會。API是美國國家標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會("ANSI")認(rèn)可的標(biāo)準(zhǔn)開發(fā)組織，以
核準(zhǔn)的標(biāo)準(zhǔn)開發(fā)程序操作并經(jīng)歷對其過程的定期審計。API產(chǎn)生涵蓋
工業(yè)的各個部分的標(biāo)準(zhǔn)、操作規(guī)程建議、規(guī)范、代碼和技術(shù)出版物、
報告和研究。API標(biāo)準(zhǔn)促進(jìn)安全、可互換的設(shè)備的使用，且促進(jìn)通過
使用#皮證實(shí)的良好工程操作規(guī)程來操作。
API規(guī)范16D討論了用于電氣和電子腔室的標(biāo)準(zhǔn)，該電氣和電子
月空室是可能在其上使用釋》文閥的容器。"All electrical and electronic chambers shall be double sealed at all areas exposed to seawater or hydrostatic pressure and should have a provision for a test port. These test ports shall be plugged and sealed
when not in use for testing"("所有電氣與電子腔室應(yīng)在暴露于海水或流體 靜壓力的所有區(qū)域上進(jìn)行雙重密封且應(yīng)當(dāng)具有測試端口的供應(yīng)。在沒 有用于測試時，應(yīng)當(dāng)塞住并密封這些測試端口。 " )(API16D)。因 此，在容器的內(nèi)部體積與外部海底環(huán)境之間具有雙重密封以及測試端 口的釋放閥將在工業(yè)中受到歡迎。此外，特別合乎需要的是能如工廠 驗(yàn)收測試那樣測試密封件的前側(cè)和后側(cè)兩者的能力。
發(fā)明概述
在本公開的一個方面，用于壓力容器的釋放閥包括殼體，其具 有在入口與出口之間延伸的內(nèi)孔；活塞，其位于內(nèi)孔內(nèi)；以及彈簧， 其設(shè)置在活塞附近并且構(gòu)造成將活塞偏置到閉合位置。此外，釋^C閥 包括與內(nèi)孔連通的測試端口 ，密封地設(shè)置在測試端口內(nèi)的可移除的測 試塞，以及設(shè)置在內(nèi)孔內(nèi)、測試端口兩側(cè)上的第一密封件和第二密封 件。優(yōu)選地，第一密封件和第二密封件構(gòu)造成當(dāng)活塞處于閉合位置時 接合該活塞并液壓地使入口與出口隔離。
在本公開的另一方面， 一種用于壓力容器的釋放閥包括殼體， 其包括入口和出口；活塞，其位于殼體內(nèi)，該活塞由彈簧偏置到閉合位置；以及第一密封件和第二密封件，它們構(gòu)造成當(dāng)活塞處于閉合位
置時液壓地使入口與出口隔離。優(yōu)選地，活塞構(gòu)造成在由壓力容器的 流體施加在活塞上的力超過彈簧力時從閉合位置移出。
在本公開的另一方面，測試釋放閥的一種方法包括通過釋放閥的 測試端口向第一密封件和第二密封件的后側(cè)施加測試壓力。
通過下文的描述和所附權(quán)利要求書，本^^開的其它方面和優(yōu)點(diǎn)顯 而易見。
附圖簡述


圖1是根據(jù)本公開的實(shí)施例、
圖2是根據(jù)本公開的實(shí)施例、 圖3是根據(jù)本公開的實(shí)施例、 圖4是根據(jù)本公開的實(shí)施例、 圖5是根據(jù)本公開的實(shí)施例、
處于閉合位置的釋放閥。
處于打開或泄;故位置的釋》丈閥。
處于測試位置的釋放閥。
處于閉合位置的釋放閥。
處于泄放位置的釋放閥。
詳細(xì)描述
本文所公開的實(shí)施例涉及用于海底壓力容器的釋放閥。更特別 地，當(dāng)前實(shí)施例公開了用于海底壓力容器的釋放閥的裝置和方法。
參看圖1，顯示了根據(jù)本公開的實(shí)施例的釋放閥100的截面圖。 釋放閥100包括具有內(nèi)孔104的殼體102,內(nèi)孔104允許入口 106與 出口 108之間的連通。釋放閥100還包括設(shè)置在內(nèi)孔104中的活塞110， 設(shè)置在內(nèi)孔104中并作用于活塞110上的彈簧112，以及第一密封件 114和第二密封件116，第一密封件114和第二密封件116兩者都沿 周向設(shè)置在活塞110上并構(gòu)造成動態(tài)地密封于活塞110上。
釋^:閥100還包括與內(nèi)孔104連通的測試端口 118和可移除且可 密封地設(shè)置在測試端口 118中的測試塞120?；蛘撸诓黄x本公開 的情況下，可用測試閥來替換測試端口 118和測試塞120。測試塞120 ^皮描述為可移除地設(shè)置在測試端口 118中，因此，將了解的是，測試端口 118中的接合可通過諸如螺紋接合、焊接、釬焊、環(huán)氧樹脂以及 本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的任何其它緊固方法來實(shí)現(xiàn)。另外，"可密封地" 是指本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的任何方法，包括但不限于彈性體密封、橡
膠密封、金屬-金屬密封等。如圖1所示，釋放閥100處于"閉合"位 置，其中彈簧112未壓縮且活塞110與第一密封件114和第二密封件 116密封地接合。因此，如圖所示，釋放閥100防止入口 106與出口 108之間的壓力連通。
現(xiàn)參看圖2,顯示了根據(jù)本公開的實(shí)施例的釋放閥100處于"泄 放"位置。泄放位置被描述為當(dāng)彈簧112壓縮且活塞IIO在內(nèi)孔104 內(nèi)沿軸向移位并脫離與第一密封件114和第二密封件116的密封接合 時(的位置)。容器內(nèi)部的壓力通過入口恒定地施加到活塞110的端面 122的區(qū)域上。隨著容器內(nèi)的壓力增加并達(dá)到預(yù)定水平，施加到活塞 110端面122的力變得大于彈簧112的力，從而造成活塞110的軸向 移位。在其移位時，活塞110中斷與第一密封件114和第二密封件116 的接觸，從而允許壓力通過出口 108漏出或者"泄放"。應(yīng)當(dāng)指出的 是，直到活塞IIO脫離與第一密封件114和第二密封件116兩者的可 密封接合之前，壓力可能都不能夠通過釋放閥100泄露。
隨著在容器內(nèi)壓力逐漸降低到可接受的水平，彈簧112的預(yù)置彈 簧力能夠克服從容器施加的力，且活塞IIO往回移位成與第二密封件 116可密封地接合，在此處壓力不能泄放?；钊?10繼續(xù)移位且可密 封地接合第一密封件114,在此處，彈簧112基本上未壓縮且釋放閥 再次處于閉合位置。本領(lǐng)域技術(shù)人員將了解，作用于活塞上的彈簧力 可由本領(lǐng)域中已知的任何器件來提供，包括但不限于金屬螺旋彈簧、 貝氏墊圈(Belleville washer)、彈性體彈簧等。
現(xiàn)參看圖3，顯示了根據(jù)本公開的實(shí)施例的釋放閥100處于"測 試"位置。測試位置^f皮描述為當(dāng)測試塞(圖1和圖2中的120)從測 試端口 118移除且壓力能施加到第一密封件114和第二密封件116的 "后側(cè)"表面時(的位置)。第一密封件114的后側(cè)130是該密封件的背離入口 106的面，而第二密封件116的后側(cè)132是該密封件的背對 出口108的面。因此，第一密封件114的后側(cè)130與第二密封件116 的后側(cè)132面向4皮此。仍參看圖3，在工廠驗(yàn)收測試(FAT)期間，活塞110維持與第 一密封件114和第二密封件116兩者接觸。已從測試端口 118移除測 試塞(未圖示)以允許接近第一密封件114和第二密封件116的"后 側(cè)"，以便進(jìn)行壓力測試，且測試壓力通過測試端口 118而施加并進(jìn) 入內(nèi)孔104。測試壓力可為閥的工作壓力，以才莫擬工作狀態(tài)，或者可 為本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的任何其它適當(dāng)壓力?？赏瑫r測試第一密封件 114和第二密封件116,以確?；钊?10與內(nèi)孔104之間密封件的適 當(dāng)密封。在完成FAT程序時，內(nèi)孔104和測試端口 118的加壓中止且 測試塞(未圖示)重新安裝于測試端口 118中。本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn) 識到，在不偏離所^Hf的實(shí)施例的情況下，可用測試閥等來替換測試 塞?，F(xiàn)參看圖4，顯示了根據(jù)本公開的實(shí)施例的釋放閥200的截面圖。 釋放閥200包括具有內(nèi)孔204的殼體202,內(nèi)孔204允許入口 206與 出口 208之間連通。釋放閥200還包括設(shè)置在內(nèi)孔204內(nèi)的活塞210， 設(shè)置在內(nèi)孔內(nèi)的彈簧212，與活塞210密封接合的笫一密封件214和 第二密封件216,以及測試端口 218,在測試端口 218內(nèi)可移除地且 可密封地設(shè)置有測試塞220。此外，活塞210包括泄露端口 222,泄 露端口 222可包括周向凹槽、軸向凹槽、鉆孔或者本領(lǐng)域技術(shù)人員已 知的任何其它構(gòu)造。釋放閥200顯示為處于閉合位置，閉合位置被描 述為當(dāng)活塞210與第 一密封件214和第二密封件216可密封地接合從 而不允許入口 206與出口 208之間有壓力連通時(的位置)?，F(xiàn)參看圖5，顯示了根據(jù)本公開的實(shí)施例的釋放閥200的截面圖。 釋放閥200顯示為處于泄放位置，其中活塞210由于腔室內(nèi)部的壓力 而移位脫離與第一密封件214的可密封接合。腔室進(jìn)入口 206內(nèi)的壓 力施加于活塞210的端面224的區(qū)域上。當(dāng)腔室內(nèi)的壓力達(dá)到某水平時，其克服由彈簧212施加到活塞210上的預(yù)置力，且開始壓縮彈簧 212并移動活塞210脫離與第一密封件214的可密封接合。此外，泄 露端口 222的一部分移位超過第二密封件216，從而允許入口 206與 出口 208之間的壓力完全連通。隨著施加于端面224區(qū)域上的壓力降低到低于彈簧212預(yù)置力的 水平，活塞210移回到與第一密封件214可密去;H姿合，且泄露端口 222 移回到閉合位置，從而不允許通過內(nèi)孔204有壓力的進(jìn)一步連通。本 領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識到，作用于活塞上的彈簧力可由本領(lǐng)域中已知的 任何器件來提供，包括但不限于金屬螺旋彈簧、貝氏墊圈、彈性體彈 簧等。另外，釋放閥200可以便于測試兩個密封件的后側(cè)的方式來構(gòu)造。 再次參看圖4，測試塞220可被移除且測試壓力通過測試端口 218施 加并進(jìn)入內(nèi)孔204。在活塞210處于閉合位置的情況下，測試壓力施 加到第一密封件214和第二密封件216兩者的后側(cè)上。在完成測試時， 壓力中止且測試塞220設(shè)置在測試端口 218內(nèi)。本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn) 識到，在不偏離所公開的實(shí)施例的情況下，可用測試閥來替換測試塞。此外，本公開的備選實(shí)施例包括這樣的釋放閥該釋放閥包括密 封件，其中，密封件中的至少一個可為金屬-金屬密封件。在選定實(shí)施 例中，金屬-金屬密封件可為第一或主密封件，而第二密封件可為彈性 體密封件?；蛘撸饘?金屬密封件可為第二密封件，而第一密封件是 彈性體密封件?；蛘撸谝幻芊饧偷诙芊饧烧叨伎蔀榻饘?金屬 密封件。但應(yīng)了解，使用金屬-金屬密封件的實(shí)施例可能需要具有較大 彈簧力的彈簧，這是因?yàn)樾枰呓佑|應(yīng)力來形成金屬-金屬密封。另外， 本公開的備選實(shí)施例可包括大于第二密封區(qū)域的第一密封區(qū)域。由于 較大的第一密封區(qū)域，閥可能能夠在更低的壓力下釋放或泄放。本公開的實(shí)施例有利地允許對兩個密封件進(jìn)行后側(cè)密封測試。如 在活塞與兩個密封件之間存在的往復(fù)運(yùn)動對密封問題增加了額外維 度。摩擦和其相關(guān)聯(lián)的磨損結(jié)合了必須抗衡的因素列表，包括溫度、流體兼容性和壓力。用于密封往復(fù)構(gòu)件的密封件必須在它們與固定構(gòu) 件(其為內(nèi)孔)的接觸區(qū)域滿足靜態(tài)和動態(tài)密封要求，且還在往復(fù)構(gòu) 件(在此情況下為活塞)上它們的接觸區(qū)域處有效地密封。為了確保 密封的可靠性，能夠從相反方向測試密封件的兩側(cè)是合乎需要且有利的。另外，本/^開的實(shí)施例優(yōu)選地符合API標(biāo)準(zhǔn)16D，該標(biāo)準(zhǔn)要求壓力容器的內(nèi)部腔室與外部海底環(huán)境之間有"雙重密封"。由于釋放閥在二者之間提供連通，所以雙重密封是合乎需要的特點(diǎn)。根據(jù)API規(guī) 范16D,腔室在向海水或流體靜壓力暴露的所有區(qū)域都應(yīng)被雙重密封。 此外，可使用測試端口，且當(dāng)其存在時，在不用于測試時應(yīng)^皮塞住并 密封。釋放閥的雙重密封構(gòu)造是本領(lǐng)域技術(shù)人員可理解的內(nèi)置冗余。雖然已關(guān)于有限數(shù)量的實(shí)施例描述了本發(fā)明，但受益于本公開的 本領(lǐng)域技術(shù)人員將了解，能設(shè)計出并不偏離如本文所公開的本發(fā)明的 范疇的其它實(shí)施例。因此，本發(fā)明的范疇?wèi)?yīng)僅受所附權(quán)利要求書限制。
權(quán)利要求
1.一種用于壓力容器的釋放閥，包括包括在入口與出口之間延伸的內(nèi)孔的殼體；位于所述內(nèi)孔內(nèi)的活塞；用來將所述活塞偏置到閉合位置的彈簧；與所述內(nèi)孔連通的測試端口；密封地設(shè)置在所述測試端口內(nèi)的可移除的測試塞；以及設(shè)置在所述內(nèi)孔內(nèi)、所述測試端口的兩側(cè)上的第一密封件和第二密封件，所述第一密封件和第二密封件構(gòu)造成當(dāng)所述活塞處于所述閉合位置時接合所述活塞并且液壓地使所述入口與所述出口隔離。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的釋放閥，其特征在于，當(dāng)所述活塞處于所述閉合位置時，所述第一密封件液壓地〗吏所述入口與所述測試端口隔離。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的釋放閥，其特征在于，當(dāng)所述活塞處于所述閉合位置時，所述第二密封件液壓地使所述出口與所述測試端口隔離。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的釋放閥，其特征在于，當(dāng)所述活塞處于打開位置時，所述入口與所述出口處于液壓連通。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的釋放閥，其特征在于，當(dāng)所述入口處的液壓壓力超過設(shè)置在所述活塞附近的彈簧的預(yù)加載力時，所述活塞#皮推入所述打開位置。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的釋放閥，其特征在于，所述入口與來自所述壓力容器內(nèi)部的壓力連通。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所迷的釋放閥，其特征在于，所述出口構(gòu)造成以便泄;故來自所述壓力容器的壓力。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的釋放閥，其特征在于，所述第一密封件和所述第二密封件的完整性可在移除所述測試塞后通過所述測試端口來測試。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的釋放閥，其特征在于，所述釋放閥符合API 16D。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的釋放閥，其特征在于，所述第一密封件和第二密封件中的至少一個是金屬-金屬密封件。
11. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的釋放閥，其特征在于，第一密封區(qū)域大于第二密封區(qū)域。
12. —種用于壓力容器的釋放閥，包括包括入口和出口的殼體；位于所述殼體內(nèi)的活塞，所述活塞由彈簧偏置到閉合位置；構(gòu)造成當(dāng)所述活塞處于所述閉合位置時液壓地使所述入口與所述出口隔離的第一密封件和第二密封件；且所述活塞構(gòu)造成當(dāng)由所述壓力容器的流體施加在所述活塞上的力超過所述彈簧的力時從所述閉合位置移出。
13. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的釋放閥，其特征在于，所述釋放閥還包括延伸穿過所述殼體并與所述第一密封件和所述第二密封件的后側(cè)連通的測i式端口；以及密封地設(shè)置在所述測試端口內(nèi)的可移除的測試塞。
14. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的釋放閥，其特征在于，所述測試端口在所述第一密封件和所述第二密封件之間與所述活塞連通。
15. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的釋放閥，其特征在于，所述第一密封件和所述第二密封件的完整性可在移除所述測試塞后通過所述測試端口來測i式。
16. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的釋放閥，其特征在于，所述釋放閥符合API 16D。
17. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的釋放閥，其特征在于，所述入口與所述壓力容器的流體相連通。
18. —種測試釋^:閥的方法，所述方法包"^舌通過所述釋放閥的測試端口向第 一 密封件和第二密封件的后側(cè)施力口測i式壓力。
19. 根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其特征在于，測試塞可移除地設(shè)置在所述測試端口中。
20. 根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其特征在于，所述方法符合API16D。
21. 根據(jù)權(quán)利要求18所述的釋放閥，其特征在于，所述測試端口構(gòu)造成用來測試所述第一密封件和第二密封件的后側(cè)。
全文摘要
一種用于壓力容器的釋放閥包括具有在入口與出口之間延伸的內(nèi)孔的殼體；位于內(nèi)孔內(nèi)的活塞；設(shè)置在活塞附近并構(gòu)造成使活塞偏置到閉合位置的彈簧；與內(nèi)孔連通的測試端口；密封地設(shè)置在測試端口內(nèi)的可移除的測試塞；以及設(shè)置在內(nèi)孔內(nèi)、測試端口的兩側(cè)上的第一密封件和第二密封件，第一密封件和第二密封件構(gòu)造成當(dāng)活塞處于閉合位置時接合該活塞并液壓地使入口與出口隔離。
文檔編號F16K17/04GK101675282SQ200880014379
公開日2010年3月17日 申請日期2008年4月30日 優(yōu)先權(quán)日2007年5月1日
發(fā)明者P·勞爾斯, R·古斯塔夫森 申請人:海德里爾美國制造業(yè)有限責(zé)任公司