HYDRAULIKK I UNDERVANNSINTERVENSJON – DEL III

Av Terje Ollestad, Innova AS og Kurt Wiig, Kurt Wiig AS

Vi har tidligere i en artikkel omtalt fordeler og ulemper med servoventiler kontra proporsjonalventiler, og i en annen artikkel trykkstyring og pumperegulering. I denne artikkelen vil vi gjøre en liten beskrivelse av kompensering av hydraulikksystemer under vann, og begynne å behandle filter og filtersystemer. Dette emnet er såpass omfattende at “Hydraulikk del IV” mest sannsynlig også vil handle om filter.

Kompensering

Hydraulikksystemer på land har mange fellestrekk med hydraulikk under vann, men det er minst to store forskjeller:

• Kjøling
• Utvendig trykkvariasjon (endring i omgivelsestrykk)

Et system hvor alle komponentene er neddykket i vann med en typisk temperatur på 3-4 grader, har sjelden problemer med å få kjøling nok, og medfører ikke spesielle utfordringer for systemkonstruktøren. I systemer på land er behovet for enkel kjøling en av årsakene til at det ønskes stor tankkapasitet. En stor tank er det som oftest enkelt og billig å fabrikere, og man har ofte rimelig god plass. Under vann er tankkapasitet dyrere, og vekt- og volumøkninger straffes hardere enn i f.eks. en gravemaskin. Intervensjonsutstyr må være så lett som overhodet mulig.

Det man spesielt må ta hensyn til, er det faktum at man arbeider med effekt overført som en funksjon av trykk og mengde. Omgivelsestrykket øker med ca. 1 bar (1 kg/cm²) per 10 m vannsøyle/dybde. Dersom man ikke er bevisst på at trykknivået i tank/retur må øke tilsvarende som omgivelsestrykket, kan man komme opp i endel interessante problemstillinger. Dette høres sikkert ut som en selvfølge for mange i vår bransje, men en må ha det klinkende klart at det ikke holder å tenke i absolutt trykk; det er kun relativ trykkforskjell som gjelder. Dersom en pumpe blir satt til å gi 200 bar absolutt, og tanktrykk følger omgivelsestrykket, er man tom for effekt på ca. 2000 m.

Et omgivelsestrykk som er mye større enn trykket på retursiden i systemet vil også vanskeliggjøre bruk av slanger, siden de er bygget for å tåle høyt innvendig trykk, men har begrenset evne til å tåle utvendig trykk. Når trykkforskjellen når et visst nivå, blir slangen rett og slett klemt flat. Dette forholdet gjelder også mange andre komponenter i systemet; ikke nødvendigvis med flatklemming, men mange tetninger o.l. er laget for å holde trykk inne i systemet, ikke holde trykk ute. O-ringer er montert i spor som kan være dimensjonert for trykk fra en side, og er ikke nødvendigvis like effektive dersom overtrykket kommer på feil side.

I praksis vil da et overtrykk på utsiden av anlegget medføre at en eventuell lekkasje umiddelbart vil resultere i vanninntrengning. For å løse “problemet” med omgivelsestrykket, dekkes “tank”-funksjonen i undervannssystemer av en kompensator, eventuelt i tillegg av vanlig fastvolumstank for å kunne ha et større oljevolum. Det er viktig å ha klart for seg forskjellen på fast tank og kompensatordelen. I et system på land vil hele volumet i tanken være tilgjengelig som differensialvolum, dvs. være i stand til å ta opp volumforskjeller. Under vann kan man kun regne med den volumendringen som kompensatoren er i stand til å “ta opp”. Dersom det er behov for større deltavolum enn kompensatoren er i stand til å gi, dvs. når stempelet/belgen har nådd sin fulle slaglengde, vil det begynne å oppstå undertrykk i systemet.

Hvor mye deltavolum en trenger kommer an på hvor mye volumforskjell det oppstår i systemet under operasjon, typisk som følge av vandring av sylinderstempelstenger, temperaturvariasjoner i oljen, luft i oljen (komprimering) og lekkasjer.

Kompensering utføres også på helt “passive” komponenter, som transformatorer, koblingsbokser og termineringsbokser. Dette gjøres typisk for å unngå å bygge trykkfaste hus, eller fordi komponentene inni huset har et kjølebehov som lettere og sikrere lar seg realisere ved oljefylling av huset (typisk transformatorer). For slike formål trenger en vanligvis ikke stort deltavolum.

Filtrering

Filtrering av hydraulikkoljen skal redusere mengden av forurensinger til et akseptabelt nivå. Dette resulterer i at slitasjen på hydraulikk-komponentene reduseres. Mengden av forurensinger er alltid en balanse mellom de tilførte og de frafiltrerte partiklene. En skal ha det klart for seg at det blir aldri helt rent, og det slutter aldri å komme nye forurensinger. Derfor er det viktig først og fremst å hindre at forurensingen kommer inn i systemet og siden å få filtrert disse bort snarest mulig.

Forurensingene kan bestå av forskjellige typer materiale, som metallpartikler fra komponenter i systemet, sandpartikler, slam fra oljen som blir nedbrutt, fiber fra tekstiler, saltpartikler og ikke å forglemme: VANN.

Det forutsettes at man starter med et system som er rent, på godt norsk “flushet”, før utstyret tas i operasjon. De filtrene som står montert i intervensjonsutstyr skal være dimensjonert for å fjerne de forurensninger som vil kunne havne i systemet når det er i drift, evt. i støtte med en filterpakke som kjøres når utstyret står på dekk. Filtrene som står fastmontert i et system er sjelden dimensjonert for å kjøre i gang med et anlegg som er urent etter f.eks. ombygninger o.l.

Partikler kan komme som følge av slitasjen i ens eget system, typisk i pumper og motorer. Vann kan introduseres mange plasser, mest vanlig i pakninger på hydrauliske sylindre og under dynamiske gjennomføringer til sjø, eller i vanlig lekkasjer på steder i systemet der det er undertrykk i forhold til omgivelsen, eksempelvis på inntaket til pumper, eller akseltetninger på hydrauliske thrustere.

Hvor mye som kan tolereres av partikler og vann kommer an på hva slags komponenter og “brukere” som finnes i anlegget. Som utgangspunkt kan man si at sylindere tåler mye, store pumper og motorer tåler en hel del, store ventiler tåler mer enn små ventiler, proporsjonalventiler tåler mer enn servoventiler osv. Filtersystemene må dimensjoneres etter den mest “kresne” brukeren.

Dersom det finnes små servoventiler i anlegget vil disse være mest følsomme, som f.eks. i en master/slave manipulator. Som en følge av manipulatorens krav til oljekvalitet er det ikke uvanlig at en ROV har en egen, adskilt hydraulisk krets for å forsyne effekt, vanligvis realisert ved en hydraulisk motor/pumpe enhet. En kan da tolerere en del mer forurensninger i resten av systemet uten at disse får spre seg til de ømtålelige servoventilene.

Forurensing forårsaker at:

• Friksjonen øker mellom bevegelige deler og kan forårsake at disse låser seg.
  • I manøverventiler kan dette resultere i forsinkelse eller hindre skiftinger/funksjon.
  • I trykk- og flow-ventiler vil vi få en økende hysterese og disse blir da ikke i stand til å holde jevnt trykk og flow.
• Faste strupninger og nåleventiler kan gå tette.
• Slitasje mellom bevegelige deler.

Vann:

• Kortsiktig/akutt: Manglende smøreevne, som fører til riving av pumper og/eller ventiler.
• Langsiktig: Korrosjon innvendig på mange komponenter i systemet.

Dette resulterer ofte i:

• Tilfeldige driftsforstyrrelser eller svikt i en komponent.
• Forminsket levetid for komponentene.