Ropné ventily musí fungovat za tlaku, vibrací a náročného počasí. Současně vrtné zařízení a pobřežní platformy často ponechávají pro pohon jen málo místa.

Hydraulický rotační válec převádí tlak tekutiny na řízený rotační pohyb. U čtvrtotočových kulových, klapkových a zátkových ventilů může zajistit pohyb o 90° potřebný k otevření nebo uzavření průtočné cesty.

Šroubové rotační pohony stojí za zvážení tam, kde je instalační prostor omezený. Spolehlivý provoz ventilu však závisí na kompletní sestavě: pohonu, spojce, ovládání, hydraulickém zdroji a nouzovém ovládacím systému.

Obsah

• Co je ropný hydraulický rotační válec?
• Jak funguje šroubový rotační pohon?
• Jak se porovnávají konstrukce rotačních pohonů?
• Jak se má kontrolovat moment ventilu?
• Kolik oleje a průtoku je vyžadováno?
• Co činí pohon vhodným pro ropné služby?
• Jaké jsou hlavní konstrukční limity?
• Jaké informace jsou potřebné pro vlastní řešení?

Co je ropný hydraulický rotační válec?

Hydraulický rotační válec je pohon s omezeným úhlem, který otáčí výstupním hřídelem nebo přírubou. Připojením k dříku ventilu vhodnou spojkou poskytuje krouticí moment potřebný k pohybu ventilu mezi jeho pracovními polohami.

Typické aplikace zahrnují čtvrtotočové ventily na procesních vedeních, potrubních sběračích a vybraných vrtných systémech.

Nicméně ne každý ropný ventil využívá rotační pohyb. Mnoho šoupátek a povrchových bezpečnostních ventilů vyžaduje lineární pohony. Proto je třeba před výběrem pohonu potvrdit typ ventilu a pohyb dříku.

Jak funguje šroubový rotační pohon?

Šroubový rotační pohon využívá vnitřní mechanismus k převodu posuvu pístu na rotaci.

V typické konstrukci s kluzným drážkováním:

1. Hydraulický olej vstupuje do tlakové komory.
2. Tlak posouvá píst podél tělesu pohonu.
3. Šroubové drážky vedou pohyblivé části a otáčejí výstupním hřídelem.
4. Hřídel přenáší krouticí moment přes spojku na dřík ventilu.
5. Obrácení přívodu tlaku obrátí pohyb.

Toto uspořádání umisťuje převod pohybu dovnitř kompaktního pouzdra. Jiné šroubové konstrukce používají odlišné vnitřní mechanismy, takže výstupní charakteristiky musí být ověřeny u vybraného modelu. 

Šroubový vs. hřebenu a pastorku vs. lopatkové pohony

Každá konstrukce nabízí výhody. Nejlepší volba závisí na provozu ventilu spíše než na jednom tvrzení o výkonu.

Šroubové pohony mohou být vhodné pro omezené instalace, jak demonstrují komerční konstrukce čtvrtotočových pohonů ventilů. Nicméně nejsou automaticky nejlepší volbou pro každý ropný ventil.

Publikované hodnoty krouticího momentu a polohování patří ke konkrétním produktům. Nesmí být považovány za obecné jmenovité hodnoty pro všechny šroubové válce.

Jak vybrat požadovaný krouticí moment?

Začněte s údaji o krouticím momentu od výrobce ventilu za skutečných provozních podmínek.

Zkontrolujte:

• Rozpojovací moment: Krouticí moment potřebný k zahájení pohybu poté, co ventil setrval v klidu.
• Pracovní moment: Krouticí moment vyžadovaný během zdvihu.
• Dosedací a odsedací moment: Krouticí moment potřebný v blízkosti zavřené polohy.
• Provozní vlivy: Diferenciální tlak, teplota, usazeniny, koroze a doba mezi operacemi.

Poté porovnejte požadavek ventilu na krouticí moment s dostupným výstupem pohonu v celém zdvihu, při použití minimálního dostupného hydraulického tlaku.

Aplikujte rezervu dohodnutou s dodavatelem ventilu a projektovou specifikací. Také zkontrolujte maximální povolený krouticí moment dříku ventilu. Příliš velký pohon může poškodit dřík, sedla nebo spojku, pokud tlak není správně omezen.

Zvýšený krouticí moment by neměl nahrazovat kontrolu zaseknutého nebo poškozeného ventilu.

Kolik oleje a průtoku pohon potřebuje?

Pro počáteční odhad:

Doba provozu v sekundách ≈ 60 × objem zdvihu v litrech ÷ průtok v litrech za minutu

Například pohon vyžadující 0,5 litru pro zdvih 90° by při průtoku 5 litrů za minutu trval asi 6 sekund.

Jedná se o ideální odhad. Skutečný čas závisí na omezeních ventilu, zatížení, teplotě oleje, úniku a dostupném tlaku.

Časy otevírání a zavírání se mohou také lišit. Z toho důvodu specifikujte oba směry samostatně a potvrďte výkon testováním.

Proč zvažovat hydraulické ovládání ropných ventilů?

Hydraulické ovládání může poskytnout značný krouticí moment v kompaktní instalaci. Také umožňuje umístit napájecí jednotku mimo ventil, přičemž hadice nebo trubky přenášejí tlak k pohonu.

S vhodným ovládáním může systém podporovat:

• Dálkové ovládání ventilu.
• Řízené rychlosti otevírání a zavírání.
• Zpětnou vazbu polohy.
• Nouzový pohyb využívající uloženou energii.
• Integraci s elektrohydraulickým řídicím balíkem.

Nicméně samotný hydraulický tlak nezaručuje stabilní polohování, odolnost proti nárazům nebo bezpečné odstavení. Tyto funkce závisí na obvodu a mechanické konstrukci.

Držení polohy a nouzový pohyb jsou různé

Ventil může potřebovat setrvat na místě po výpadku napájení, automaticky se zavřít nebo automaticky otevřít. Požadovaná akce vychází z posouzení bezpečnosti procesu.

Držení polohy může využívat pilotované zpětné ventily nebo jiné vhodné uspořádání pro držení. Je třeba stále zvažovat únik, teplotní změny a zachycený tlak.

Nouzový pohyb vyžaduje spolehlivý zdroj energie a řídicí cestu. V závislosti na konstrukci to může zahrnovat vratnou pružinu nebo hydraulický akumulátor.

Akumulátor musí být dimenzován pro požadovaný zdvih, minimální pracovní tlak, teplotní rozsah a rezervní kapacitu. Jeho schopnost dokončit nouzovou akci musí být ověřena.

Komerční bezpečnostní systémy používají uspořádání s vratnou pružinou nebo akumulátorem k přesunu ventilů do definované bezpečné polohy.

Jakou ochranu vyžaduje prostředí ropného pole?

Venkovní a pobřežní provoz může vystavit pohony solné mlze, prachu, vibracím a velkým teplotním změnám.

Výběr materiálu, povlaku, spojovacího prvku a těsnění by měl odpovídat těmto podmínkám. Při výběru těsnění je třeba také zohlednit hydraulickou tekutinu a pracovní teplotu.

Vhodnost pro nebezpečné prostory vyžaduje přezkoumání kompletního balíčku, včetně solenoidů, spínačů, senzorů a potenciálních zdrojů vznícení. Dobré utěsnění samo o sobě nezakládá ochranu proti výbuchu.

Podobně pohon vhodný pro instalaci na palubě není automaticky vhodný pro podmořské použití. Podmořský provoz vyžaduje kontroly vnějšího tlaku, tlakové kompenzace, konektorů a jakéhokoli rozhraní pro přepisování ROV.

Kde může systém selhat ve výkonu?

Výkon může nedostačovat, pokud je pohon vybrán pouze podle jmenovitého krouticího momentu.

Běžné problémy zahrnují nedostatečný přívodní tlak, nadměrný zpětný tlak, špatné vyrovnání spojky, kontaminovaný olej a nevhodná těsnění.

Jiné limity vyžadují zvláštní pozornost:

• Vibrace: Hydraulické tlumení samo o sobě nezabraňuje nechtěnému pohybu ventilu.
• Přesnost zdvihu: Přesné polohování hřídele neprokazuje, že ventil správně těsní.
• Rychlé zavření: Tlumení pohonu snižuje mechanický náraz, ale rázové namáhání potrubí vyžaduje samostatné posouzení procesu.
• Nouzový provoz: Udržovací ventil nemůže poskytnout energii potřebnou k dokončení zdvihu odstavení.

Doba zavření by proto měla být nastavena jak z požadavku na odstavení, tak z přechodového chování potrubí.

Co byste měli poskytnout pro revizi vlastního pohonu?

Pro užitečnou technickou diskusi poskytněte:

• Typ ventilu, velikost, tlakovou třídu a podmínky procesu.
• Požadavky na krouticí moment v celém pracovním zdvihu.
• Maximální povolený krouticí moment dříku.
• Požadovaný zdvih a časy otevírání/zavírání.
• Minimální a maximální hydraulický tlak.
• Montážní výkresy, rozměry spojky a prostorové limity.
• Požadavky na teplotu, korozi, vibrace a nebezpečné prostory.
• Požadovanou reakci na výpadek napájení nebo hydraulického přívodu.
• Požadavky na zpětnou vazbu, přepisování, kontrolu a testování.

Proberte svůj ropný ventilový projekt se Shellppon

Kompaktní šroubový pohon může být silným kandidátem pro čtvrtotočové ropné ventily. Konečná volba by měla vycházet z ověřených údajů o krouticím momentu, instalačních limitů a jasně definované nouzové reakce.

Shellppon Hydraulic poskytuje výrobu hydraulických válců a služby OEM/ODM. Chcete-li prodiskutovat výběr komponent nebo vlastní projekt, kontaktujte Shellppon s údaji o ventilu, výkresy a provozními požadavky.