DE10110411C2

DE10110411C2 - Unterwasser-Hydraulikkupplungsglied

Info

Publication number: DE10110411C2
Application number: DE2001110411
Authority: DE
Inventors: Iii Robert E Smith
Original assignee: National Coupling Co Inc
Current assignee: National Coupling Co Inc
Priority date: 2000-03-08
Filing date: 2001-03-05
Publication date: 2003-12-04
Anticipated expiration: 2021-03-06
Also published as: DE10110411A1; GB2360566A; NO335338B1; NO20011168D0; GB2360566B; BR0100921B1; AU2322301A; NO20011168L; BR0100921A; GB0105079D0; US6474359B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein Hy draulikkupplungen, die bei Unterwasserbohrungs- und -produktionseinsätzen verwendet werden. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Glied einer Unterwasser-Hydraulikkupplung, das Hydraulikdruck ablassen kann, wenn es von dem entsprechenden Kupplungsglied getrennt ist.

Unterwasser-Hydraulikkupplungen sind schon seit langem bekannt. Die Kupplungen bestehen allgemein aus einem Steckglied und einem Aufnahmeglied mit abgedichteten Fluidka nälen, die zwischen den beiden Gliedern eine Verbindung her stellen. Das Aufnahmeglied ist allgemein ein zylindrischer Körper mit einer Längsbohrung mit relativ großem Durchmesser oder mit einer Aufnahmekammer an einem Ende und mit einer Längsbohrung mit relativ kleinem Durchmesser am anderen Ende. Die kleine Bohrung erleichtert den Anschluß an Hydrauliklei tungen, während in der großen Bohrung das Steckglied der Kupplung verschiebbar und abgedichtet aufgenommen ist. Das Steckglied enthält einen zylindrischen Teil, der an einem En de einen Außendurchmesser aufweist, welcher annähernd gleich dem Durchmesser der großen Bohrung im Aufnahmeglied der Kupp lung ist. Das Steckglied weist an seinem anderen Ende eben falls einen Anschluß auf, um das Anschließen an Hydrauliklei tungen zu erleichtern. Wenn der zylindrische Teil des Steck glieds in die große Bohrung des Aufnahmeglieds eingesetzt wird, wird gemäß den verschiedenen Ausführungsformen der Vor richtung zwischen dem Steckglied und dem Aufnahmeglied ein Fluidstrom hergestellt.

Das Steckglied und das Aufnahmeglied einer Hy draulikkupplung enthalten jeweils in der Regel ein Tellerven til, das in der Bohrung jedes Glieds verschiebbar aufgenommen ist. Jedes Tellerventil weist in der Regel eine konische Ven tilfläche auf, die in der geschlossenen Stellung an einem Ventilsitz in der Bohrung anliegt. Das Tellerventil öffnet, um einen Fluidstrom zu gestatten, und schließt mit der Tel lerventilfläche am entsprechenden Ventilsitz in der Bohrung, um den Fluidstrom abzuschalten. Im allgemeinen ist das Tel lerventil mittels einer Feder in die geschlossene Stellung vorgespannt. Das Ventil weist auch ein Ventilstellglied auf, das eine Nase oder ein Stift sein kann, welche(r) am Scheitel der Ventilfläche entlang der Längsachse des Tellerventils vorsteht. Der Kontakt zwischen den Ventilstellgliedern der Tellerventile im Steck- und Aufnahmeglied drückt jede Ven tilfläche vom Ventilsitz weg und in die geöffnete Stellung, damit zwischen den Gliedern ein Fluid strömen kann. Einige Unterwasser-Kupplungsglieder haben keine Ventilstellglieder, sondern verwenden stattdessen Ventile, die sich als Reaktion auf Fluiddruck von dem entgegengesetzten Kupplungsglied öff nen.

In der Regel sind die Steck- und Aufnahmeglieder an einander gegenüberliegenden Verteilerplatten befestigt. In Notfallsituationen, beispielsweise bei Stürmen, bei Feuer, bei Wirbelstürmen usw., werden die Verteilerplatten schnell getrennt und Steck- und Aufnahmeglied entkuppelt. Beim Ent kuppeln von Steck- und Aufnahmeglied treten insbesondere in Notfallsituationen Probleme auf, die auf eingeschlossenem Hy draulikdruck in den Leitungen beruhen. Sicherheitsventile bei Unterwasser-Hydrauliksystemen sind in der Regel so ausge führt, daß sie schließen, wenn der Hydraulikdruck im System unter einen vorbestimmten Druck fällt. Wenn Hydraulikdruck unter Wasser eingeschlossen ist, besteht bei Sicherheitsven tilen in den Hydrauliksystemen die Tendenz, daß sie aufgrund des verbleibenden Drucks in den Leitungen geöffnet bleiben. Es ist unerwünscht, daß das Sicherheitsventil aufgrund von eingeschlossenem Druck geöffnet bleibt, und deshalb wurde zur Druckentlastung vorgeschlagen, die unter Wasser eingeschlos senen Hydraulikleitungen zu entlüften. Das Entlüften der Lei tungen erfolgt auch, um eine Zerstörung durch Platzen am Hy drauliksystem zu verhindern. Wenn daher das Hydrauliksystem in Gefahr ist, daß es infolge von Stürmen getrennt oder an ders zerstört wird, dann ist es wünschenswert, die Glieder zu entkuppeln und ein Glied abzuschalten, oder abzudichten, wäh rend bei dem anderen Glied, das unter Wasser bleibt, der ein geschlossene Hydraulikdruck abgelassen werden kann. Gleich zeitig ist es unerwünscht, daß Meerwasser durch das Kupp lungsglied, welches unter Wasser bleibt, ins System gelangt.

Das Ablassen von eingeschlossenem Hydraulikdruck löst das Problem des gefährlichen hohen Drucks im Hydraulik system, der häufig dazu führen kann, daß es zu einem Platzen am Hydrauliksystem kommt oder daß die Sicherheitsventile nicht schließen, wenn die Kupplungen getrennt sind. Um beim Ablassen das Eintreten von Meerwasser in das Hydrauliksystem zu verhindern, sollte der Ablaßkanal vorzugsweise ein Rück schlagventil aufweisen, das Strömung nur in einer Richtung gestattet. Die vorliegende Erfindung erfüllt diese Bedürfnis se und Erfordernisse.

In der US 5,365,972 wird eine Unterwasser-Hydraulikkupplung gezeigt, bei der mindestens eines der Glieder einen Ablaßkanal durch das Tellerventil und ein Ablaßventil aufweist, das öffnet, damit Hydraulikdruck durch den Ablaßkanal abgeführt werden kann, bis der Druck unter einem vorbestimmten Wert liegt. Die Kupplung der US 5,365,972 enthält ein Ablaßventil, das in einer Hülse in einem der Kupplungsglieder gleitet. Wenn das Ablaßventil aufgrund überschüssigen Leitungsdrucks öffnet, fließt Hydraulikflüssigkeit durch das Ablaßventil, die Hülse und aus einem Kanal im Tellerventil des Glieds hinaus. Die Kupplung der US 5,365,972 enthält ein Paar Ventile im Kupplungsglied, um das Ablassen von in den Leitungen einge schlossener Hydraulikflüssigkeit zu erleichtern.

FR 2 266 079 A1 offenbart eine Hydraulikkupplung mit einem Kugelventil, das durch den Druck der Hydraulikflüssig keit geöffnet werden kann. Das Kugelventil ist in einer axial beweglichen Hülse angeordnet, die eine im Querschnitt polygo nale Außenwand besitzt und in einem zylindrischen Hohlraum des Kupplungsgliedkörpers verschieblich angeordnet ist. Rück strömende Hydraulikflüssigkeit kann diese Hülse von einem Sitz abheben, so daß Flüssigkeit durch die Zwischenräume zwi schen der polygonalen Außenfläche der Hülse und der zylindri schen Bohrung des Kupplungsgliedkörpers zurückströmen kann.

Die polygonal geformte Hülse ist nachteilig, da sie aufwendig herzustellen und dennoch im Kupplungsgliedkörper nur unzureichend geführt ist. Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Hydraulikkupplungsglied zu schaffen, bei dem eine Druckentlastung nach Trennung der Kupplungsglie der möglich ist, ohne daß ein aufwendiger separater Rückfüh rungsweg für überschüssige Hydraulikflüssigkeit erforderlich ist.

Die Erfindung löst diese Aufgabe mit einem Unterwasser-Hydraulikkupplungsglied, das folgendes um fasst:

a) einen Körper, durch den von einem ersten Ende zu ei nem zweiten Ende davon eine Längsbohrung ver läuft;
b) eine Hülse in der Längsbohrung, wobei die Hülse eine Innenschulter aufweist;
c) ein Ventil in der Hülse, welches zwischen einer geschlossenen Stellung in abdichtendem Eingriff mit der Innenschulter, um Fluidstrom durch die Bohrung zu sperren, und einer geöffneten Stellung, in der das Tellerventil und die Innenschulter auseinander ausgerückt sind, beweglich ist;
d) eine erste Feder, die die Hülse in die ge schlossene Stellung drückt;
e) eine zweite Feder, die das Tellerventil in die geschlossene Stellung drückt, wobei das Teller ventil aus der Innenschulter ausrückt, wenn es sich als Reaktion auf Fluiddruck, der durch die Längsbohrung im zweiten Ende des Körpers auf das Tellerventil wirkt, auf das erste Ende zu be wegt;
f) ein Stellglied, das das Tellerventil aus der Innenschulter ausrückt, wenn sich die Hülse als Reaktion auf Fluiddruck, der durch die Längsbohrung im ersten Ende des Körpers auf die Hülse wirkt, auf das zweite Ende des Körpers zu bewegt.

Vorteilhafte Ausführungsformen gehen aus den Unteransprüchen hervor.

Fig. 1 ist eine Teilschnittansicht eines Unterwas ser-Hydraulikkupplungssteckglieds gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

Fig. 2 ist eine teilweise als Schnitt ausgeführte Endansicht eines Steckglieds gemäß der Ausführungsform von Fig. 1.

Das Kupplungsglied von Fig. 1 umfaßt ein Steck glied 10, obgleich die vorliegende Erfindung bei entweder ei nem Steck- oder einem Aufnahmekupplungsglied eingesetzt wer den kann. In der Regel sind zehn oder mehr Steck- und Aufnah meglieder mit einander gegenüberliegenden Platten eines Ver teilers verbunden, die durch Schraubbolzen oder hydraulische Glieder, die an den Platten befestigt sind, zusammengehalten werden. Die Steckglieder sind gewöhnlich an einer Platte befestigt, während die Aufnahmeglieder so an einer gegenüber liegenden Platte befestigt sind, daß sie den Steckgliedern gegenüberliegen und mit ihnen fluchten. Die Steck- und Auf nahmeglieder können unter Verwendung verschiedener Mittel, wie zum Beispiel Schrauben oder Gewinde, befestigt sein. Techniken zur Befestigung der Glieder an derartigen Vertei lerplatten sind Fachleuten wohlbekannt.

Bei einem bevorzugten Ausführungsform enthält das Steckglied einen Griff 13, einen Flansch 12, eine zylindrische Steckerkopfwand 55, eine Spitze 16 und eine Steckerkopf fläche 15. Die zylindrische Steckerkopfwand 55 ist so ausge bildet, daß sie mit dem Aufnahmeglied der Kupplung in ver schiebbaren Eingriff steht.

Weiterhin ist im Körper des Steckglieds eine mitt lere Bohrung 37 ausgebildet. Die Bohrung 37 kann in ihrer Er streckung durch den Körper des Steckglieds 10 mehrere Ände rungen ihres Durchmessers aufweisen. Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist das erste Ende der Bohrung mit radialen Öffnungen 17 versehen. Vorzugsweise sind vier radiale Öffnun gen in der Spitze des Steckglieds angeordnet. Wie unten be schrieben, drückt Hydraulikflüssigkeitsdruck von dem gegen überliegenden Kupplungsglied eine Hülse 39 in Axialrichtung, um das Ventil zu öffnen und eine Hydraulikflüssigkeitsströ mung zwischen den Kupplungsgliedern zu gestatten.

Die Hülse 39 ist in der Bohrung 37 des Steckglieds angeordnet. Das erste Ende der Hülse weist eine geneigte Flä che 41 auf, die an die geneigte Schulter 31 in der Bohrung anstößt. Das zweite Ende der Hülse ist in der in Fig. 1 ge zeigten geschlossenen Stellung von einem Federteller 28 beab standet, der mit einer Klemme 29 in der Bohrung festgehalten wird. Der Federteller 28 enthält mindestens zwei dort hin durchführende Kanäle 24 und ein sich in Längsrichtung davon erstreckendes Stellglied 25. Wenn sich die Hülse 39 so in Längsrichtung bewegt, daß die geneigte Fläche 41 von der ge neigten Schulter 31 beabstandet ist, öffnet das Stellglied 25 ein Tellerventil 54 durch Berührung des Tellerventilstell glieds 56. Die Hülse wird durch den Hydraulikflüssigkeits druck, der durch die Bohrung im ersten Ende des Steckglieds auf die Hülse wirkt, in Längsrichtung zum Federteller 28 hin gedrückt. Somit drückt die in die Öffnungen 17 eindringende und durch die Bohrung 37 fließende Hydraulikflüssigkeit die Hülse 39 in axialer Richtung, bis diese den Federteller 28 berührt. Bei Axialbewegung der Hülse 39 blockiert das Stell glied 25 das Tellerventil und zwängt es in die geöffnete Stellung, damit Hydraulikflüssigkeit durch einen Durchlaß 49 in der Hülse und durch Kanäle 24 im Federteller fließen kann.

Um das Ventil in der geschlossenen Stellung zu hal ten, wenn kein Hydraulikdruck in das erste Ende des Steck glieds eindringt, ist eine Feder 44 in einem Bohrungsab schnitt 48 in der Hülse 39 angeordnet. Vorzugsweise handelt es sich bei der Feder 44 um eine Schraubenfeder. Die Feder 44 spannt die Hülse in die geschlossene Stellung vor, in der die geneigte Fläche 41 mit der geneigten Schulter 31 in Eingriff steht. In der Hülse ist ein O-Ring als Radialdichtung 32 angeordnet, der zwischen dem Außenumfang der Hülse und der Bohrung im Kupplungsglied eine Dichtung bildet.

Wenn in den mit dem zweiten Ende des Steckglieds verbundenen Fluidleitungen Hydraulikflüssigkeitsdruck einge schlossen wird, drängt der Druck das Tellerventil 54 von dem Ventilsitz 34 in der Hülse weg, wodurch eine Feder 50 kompri miert wird, damit ein Ablassen von überschüssigem Hydraulik druck aus dem Kupplungsglied gestattet wird. Bei der Feder 50 handelt es sich vorzugsweise um eine Schraubenfeder, die so konfiguriert ist, daß sie ein Ablassen von einge schlossener Hydraulikflüssigkeit gestattet, bis sie eine vor bestimmte Höhe erreicht. Die Feder 50 wird durch einen Feder teller 35, durch den ein Kanal ausgebildet ist, und eine den Federteller festhaltende Klemme in Position gehalten. Vor zugsweise ist die Feder 44 größer und stärker als die Feder 50.

Wenn das in Fig. 1 gezeigte Kupplungsglied 10 von dem gegenüberliegenden Kupplungsglied getrennt ist, kann ein geschlossener Hydraulikflüssigkeitsdruck durch Kanäle 24 im Federteller, Kanal 48 in der Hülse 39 und durch Kanal 49 am Tellerventil vorbei fließen und das Tellerventil 54 durch Komprimieren der Feder 50 in die geöffnete Stellung drücken. Demgemäß kann Hydraulikflüssigkeitsdruck aus radialen Öffnun gen 17 entweichen, bis der Druck der eingeschlossenen Hydrau likflüssigkeit unter einer vorbestimmten Höhe liegt.

Fig. 2 zeigt eine teilweise als Schnitt ausgebil dete Endansicht einer Kupplung gemäß der Ausführungsform von Fig. 1. In Fig. 2 werden in der Spitze 16 des Steckglieds vier radiale Öffnungen gezeigt.

Bei der Ausführungsform nach den Fig. 1 und 2 reicht der zum Öffnen des Ventils 54 erforderliche Fluiddruck in der Regel dazu aus, das Ventil ein wenig aufzustoßen. Vor zugsweise wird die Feder 50 so ausgewählt, daß ein Ablassen eingeschlossener Hydraulikflüssigkeit bis auf einen vorbe stimmten Druck gestattet und gleichzeitig ein Eindringen von Meerwasser in die unter Wasser verbleibenden Leitungen ver hindert wird. Wenn das Hydraulikkupplungsglied gemäß der vor liegenden Erfindung mit einem gegenüberliegenden Kupplungs glied verbunden ist, reicht der Hydraulikdruck in den Leitun gen aus, das Ventil zu öffnen, indem die Hülse 39 in Axial richtung gedrückt wird, bis das Tellerventilstellglied 56 das Stellglied 25 berührt. Bei Weiterbewegung der Hülse 39 in Axialrichtung wird das Tellerventil geöffnet. Bei Trennung vom gegenüberliegenden Kupplungsglied drückt keine Hydraulik flüssigkeit die Hülse in Axialrichtung und somit wird das Ventil geschlossen.

Ein wesentlicher Vorteil des Hydraulik kupplungsglieds ist das Ablassen von überschüssigem Fluid druck in Notfallsituationen, wenn die Steckglieder und die Aufnahmeglieder getrennt werden. Die Platten der Verteiler können oftmals voneinander getrennt werden, um eine Beschädigung des Hydrauliksystems zu verhindern. Zum Beispiel kann bei einem starken Sturm ein schwimmender Bohrturm von der Un terwasserkupplung wesentlich verschoben werden und dies zu einem Losdrehen oder zu einer anderen Beschädigung des Hy drauliksystems führen, bis die Steckgliedverteilerplatte von der Aufnahmegliedverteilerplatte getrennt wird. Ebenso ist es bei Trennung der Steck- und Aufnahmeglieder oftmals schwierig Sicherheitsventile zu schließen, wenn Hydraulikdruck in den Leitungen eingeschlossen bleibt.

Das Ablaßventil gestattet eine Trennung von Unter wasser-Hydraulikkupplungen, während gleichzeitig ein Ablassen von Überdruck und dadurch ein Schließen der Sicherheitsventi le gestattet wird, wodurch ein Platzen aufgrund von Überdruck in den Hydraulikleitungen vermieden wird. Bei Trennung der Unterwasserkupplungsglieder voneinander entspannt das Ablaß ventil im Steckglied und/oder Aufnahmeglied jederzeit Über druck im Hydrauliksystem.

Claims

1. Unterwasser-Hydraulikkupplungsglied, das folgendes um faßt:

a) einen Körper, durch den von einem ersten Ende zu ei nem zweiten Ende davon eine Längsbohrung (37) ver läuft;
b) eine Hülse (39) in der Längsbohrung (37), wobei die Hülse eine Innenschulter (34) aufweist;
c) ein Ventil (54) in der Hülse (39), welches zwischen einer geschlossenen Stellung in abdichtendem Eingriff mit der Innenschulter (34), um Fluidstrom durch die Bohrung zu sperren, und einer geöffneten Stellung, in der das Tellerventil (54) und die Innenschulter (34) auseinander ausgerückt sind, beweglich ist;
d) eine erste Feder (44), die die Hülse (39) in die ge schlossene Stellung drückt;
e) eine zweite Feder (50), die das Tellerventil (54) in die geschlossene Stellung drückt, wobei das Teller ventil (54) aus der Innenschulter (34) ausrückt, wenn es sich als Reaktion auf Fluiddruck, der durch die Längsbohrung (37) im zweiten Ende des Körpers auf das Tellerventil (54) wirkt, auf das erste Ende zu be wegt;

gekennzeichnet durch

a) ein Stellglied (25), das das Tellerventil (54) aus der Innenschulter (34) ausrückt, wenn sich die Hülse (39) als Reaktion auf Fluiddruck, der durch die Längsbohrung (37) im ersten Ende des Körpers auf die Hülse (39) wirkt, auf das zweite Ende des Körpers zu bewegt.

2. Unterwasser-Hydraulikkupplungsglied nach Anspruch 1, bei dem die erste Feder (44) stärker ist als die zweite Feder (50).

3. Unterwasser-Hydraulikkupplungsglied nach Anspruch 1, das es weiterhin eine Radialdichtung (32) zwischen der Hülse (39) und der Längsbohrung (37) des Kupplungsglieds um faßt.

4. Unterwasser-Hydraulikkupplungsglied nach Anspruch 1, bei dem das Stellglied (25) ein Längsglied in der Längsboh rung neben dem zweiten Ende des Körpers ist.

5. Unterwasser-Hydraulikkupplungsglied nach Anspruch 1, da durch gekennzeichnet, daß die Hülse (39) in der Bohrung (37) aus einer ersten Stellung an einer ersten Schulter (31) in eine von der ersten Schulter (31) beabstandete zweite Stellung verschiebbar ist, wobei die Hülse (39) in die erste Stellung vorgespannt ist.

6. Unterwasser-Hydraulikkupplungsglied nach Anspruch 5, da durch gekennzeichnet, daß das Ventil (54) in der Hülse (39) aus einer ersten Stellung an der Innenschulter (34) in eine von der Innenschulter (34) beabstandete zweite Stellung verschiebbar ist, wobei das Ventil (54) in die erste Stellung vorgespannt ist; wobei Fluiddruck in der Bohrung (37) vom ersten Ende des Körpers die Hülse (39) in die zweite Stellung drückt und Fluiddruck in der Boh rung (37) vom zweiten Ende des Körpers das Ventil (54) zur zweiten Stellung drückt.

7. Unterwasser-Hydraulikkupplungsglied nach einem der An sprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil (54) ein Tellerventil ist.

8. Unterwasser-Hydraulikkupplungsglied nach Anspruch 6, bei dem der Fluiddruck zum Drücken der Hülse (39) zur zweiten Stellung den Fluiddruck zum Drücken des Ventils (54) zur zweiten Stellung übertrifft.

9. Unterwasser-Hydraulikkupplungsglied nach Anspruch 6, das es weiterhin eine Radialdichtung (32) zwischen der Hülse (39) und der Bohrung (37) umfaßt.

10. Unterwasser-Hydraulikkupplungsglied nach Anspruch 6, bei der die Schulter (31) in der Bohrung (37) eine geneigte Fläche umfaßt und die Schulter (34) in der Hülse (39) ei ne geneigte Fläche umfaßt.

11. Unterwasser-Hydraulikkupplungsglied nach Anspruch 1, da durch gekennzeichnet, daß die erste Feder (44) die Hülse (39) an die Innenschulter (31) der Bohrung (37) drückt, wobei die erste Feder (44) als Reaktion auf Fluiddruck, der durch das erste Ende des zylindrischen Körpers in die Bohrung (37) eintritt, komprimierbar ist, wodurch die Hülse (39) von der Innenschulter (31) der Bohrung (37) beabstandet wird.

12. Unterwasser-Hydraulikkupplungsglied nach Anspruch 11, da durch gekennzeichnet, daß die zweite Feder (50) als Reak tion auf Fluiddruck, der durch das zweite Ende des zylin drischen Körpers in die Bohrung (37) eintritt, kompri mierbar ist, wodurch das Ventil (54) von der Innenschul ter (34) der Hülse (39) beabstandet wird.

13. Unterwasser-Hydraulikkupplung nach Anspruch 1, bei der die erste Feder (44) größer ist als die zweite Feder (50).