DE19958259A1

DE19958259A1 - Hydraulische Unterwasserkupplung mit konisch zulaufender Sonde

Info

Publication number: DE19958259A1
Application number: DE19958259A
Authority: DE
Inventors: Iii Robert Smith
Original assignee: National Coupling Co Inc
Current assignee: National Coupling Co Inc
Priority date: 1998-12-03
Filing date: 1999-12-03
Publication date: 2000-06-08
Anticipated expiration: 2019-12-04
Also published as: NO995907D0; BR9904746A; AU5399399A; NO330658B1; GB9922949D0; US6095191A; DE19958259C2; NO995907L; GB2344391A; GB2344391B; AU750325B2

Abstract

Eine hydraulische Unterwasserkupplung hat ein Einsteckteil (10) mit einer sich verjüngenden kegelstumpfförmigen Fläche und ein Aufnahmeteil (20) mit einer sich verjüngenden kegelstumpfförmigen Bohrung. Vor dem Zusammenwirken der radialen Dichtungen mit den kegelstumpfförmigen Flächen, wird angesammeltes Meerwasser aus der Bohrung durch den Raum zwischen den Kupplungselementen ausgestoßen oder verdrängt, wodurch verhindert wird, daß Meerwasser in die Hydraulikleitungen eindringt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft hydraulische Kupplungen, die beim Bohren und bei Produktionsausrüstungen unter Was ser verwendet werden, und Dichtungen, die bei solchen Kupp lungen verwendet werden. Im einzelnen betrifft die Erfin dung eine hydraulische Unterwasserkupplung mit einer ko nisch zulaufenden Sonde (probe) die Meerwasser aus dem Hohlraum zwischen den Kupplungselementen verdrängt, bevor ein radialer Abdichtungseingriff am Umfang der Sonde er folgt.

Hydraulische Unterwasserkupplungen sind seit langem be kannt. Die Kupplungen bestehen im allgemeinen aus einem Einsteckteil und einem Aufnahmeteil mit weichen Dichtungen, die innerhalb des Aufnahmeteils positioniert sind, um die Verbindung zwischen dem Einsteckteil und dem Aufnahmeteil abzudichten. Das Aufnahmeteil ist im allgemeinen ein zylin drischer Körper, mit einer Längsbohrung mit relativ großem Durchmesser an einem Ende und mit einer Längsbohrung mit einem relativ kleinen Durchmesser am anderen Ende. Die kleine Bohrung erleichtert die Anschlüsse an Hydrauliklei tungen, während die große Bohrung häufig weiche Dichtungen enthält und das Einsteckteil der Kupplung aufnimmt. Das Einsteckteil hat einen zylindrischen Teil oder eine Sonde, die an einem Ende einen Durchmesser aufweist, der ungefähr gleich dem Durchmesser der großen Bohrung des Aufnahmeteils der Kupplung ist. Das Einsteckteil hat an seinem anderen Ende auch einen Anschluß zum Erleichtern des Anschließens von Hydraulikleitungen. Wenn der zylindrische Teil des Ein steckteils in die große Bohrung des Aufnahmeteils einge steckt wird, gelangen gemäß den verschiedenen Ausführungs formen der Vorrichtung die weichen Dichtungen oder O-Ringe entweder mit dem Ende oder der Stirnseite des Einsteckteils oder mit der zylindrischen Sondenwand entlang deren Außen umfang in Eingriff. Das Hydraulikfluid kann dann frei durch das Aufnahmeteil und das Einsteckteil der Kupplung fließen, und die Dichtungen verhindern, daß der Fluidstrom um die Verbindung und die Kupplung austritt.

Bei einigen Beispielen kann in dem Aufnahmeteil sowie auch in dem Einsteckteil ein Absperr- oder Rohrventil instal liert sein. Jedes Ventil öffnet, wenn die Kupplung einge kuppelt ist, und schließt, wenn die Kupplung getrennt wird, um zu verhindern, daß Fluid aus dem System, dessen Teil die Kupplung ist, austritt.

In der US-PS 4 694 859 von Robert E. Smith, III, der Firma National Coupling Co. Inc., Stafford, Texas, ist eine hy draulische Unterwasserkupplung und Metalldichtung offen bart. Dieses Patent schafft eine hydraulische Unterwasser kupplung mit einer wiederverwendbaren Metalldichtung, die mit dem Umfang der Sonde in Eingriff gelangt, wenn sie in nerhalb der Bohrung des Aufnahmeteils positioniert ist. Die Metalldichtung wird durch ein Halteelement an Ort und Stelle gehalten. Wenn die Einsteck- und Aufnahmeteile der Kupplung unter Druck getrennt werden, verhindert das Halte element, daß die Metalldichtung aus der Bohrung des Aufnah meteiles geblasen wird.

Wenn das Einsteckteil einer hydraulischen Unterwasserkupp lung des vorstehend beschriebenen Typs bei unter Wasser be findlicher Kupplung in das Aufnahmeteil eingesetzt wird, kann sich Meerwasser in der Bohrung gesammelt haben und in die Hydraulikleitungen eintreten, die an die Kupplungsele mente angeschlossen sind. Während des Lösens der Kupplungs elemente beim Herausziehen des Einsteckteils aus der Boh rung des Aufnahmeteils an der Bohrung ein Bereich mit nied rigem Druck oder Vakuum erzeugt werden. Dieser Unterdruck kann die Dichtung an die Bohrung zwingen und kann die Schwierigkeit des Auskuppelns des Einsteckteils aus dem Aufnahmeteil der Kupplung erhöhen. Eine Kupplungskonstruk tion die diese Probleme löst, indem ein Kanal zum Durchlas sen von Seewasser in oder aus dem Hohlraum enthalten ist, während das Einsteckteil aus dem Aufnahmeteil ausgekuppelt oder in dieses eingekuppelt wird, ist in der US-PS 4 813 454 von Robert E. Smith, III., der Firma National Coupling Co. Inc., Stafford, Texas, offenbart. Das Patent offenbart eine hydraulische Unterwasserkupplung mit Druckausgleichs öffnungen zwischen der mittleren Bohrung des Aufnahmeteils und der Außenfläche des Körpers.

Es wird eine verbesserte hydraulische Unterwasserkupplung benötigt, die eine oder mehrere Dichtungen um den Umfang des Einsteckteils hat, und bei der Meerwasser, welches sich während des Einkuppelns zwischen dem Einsteck- und dem Auf nahmeteil gesammelt hat und vor dem Eingriff zwischen Dich tung und Einsteckteil oder Sonde, verdrängt wird.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine hydrauli sche Unterwasserkupplung des vorstehend beschriebenen Typs mit Einsteck- und Aufnahmeteilen für eine Fluidverbindung zwischen diesen und Ventilen zum Steuern des Fluidstroms in jedem der Teile zu schaffen.

Die vorliegende Erfindung besteht aus einem Einsteckteil oder einer Sonde mit einem Körper mit konisch zulaufendem Außendurchmesser, der in die Bohrung eines Aufnahmeteils paßt, die einen konisch zulaufenden Innendurchmesser hat. Wenn das Einsteckteil in die Bohrung des Aufnahmeteils ein gesetzt wird, erlaubt ein Kanal oder Raum zwischen den Kupplungsteilen, daß Meerwasser verdrängt wird, wenn die konischen Teile näher zusammenkommen, wodurch minimiert oder verhindert wird, daß Meerwasser in die Hydrauliklei tungen eintritt. Fast das gesamte Meerwasser wird ver drängt, bevor die radialen Dichtungen mit der Bohrung des Aufnahmeteils und dem Außenumfang des Einsteckteils in Ein griff gelangen. Die vorliegende Erfindung schafft eine Ver drängung von angesammeltem Meerwasser aus dem Hohlraum zwi schen den Einsteck- und Aufnahmeteilen, wodurch dazu beige tragen wird, ein hydraulisches Sperren beim Ein- oder Aus kuppeln der Kupplungselemente zu vermeiden oder zu minimie ren.

Die folgenden Zeichnungen sind ein Teil der vorliegenden Beschreibung und dienen dazu, weiterhin gewisse Aspekte der vorliegenden Erfindung zu zeigen. Die Erfindung ist unter Bezugnahme auf eine oder mehrere dieser Zeichnungen in Kom bination mit der detaillierten Beschreibung der spezifi schen Ausführungsformen besser zu verstehen. In den Figuren zeigt:

Fig. 1 eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Er findung im Schnitt, wobei das Einsteckteil teilweise in das Aufnahmeteil der Kupplung eingesetzt ist;

Fig. 2 die Dichtung und Dichtungshalteelemente gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung in einer vergrößerten Darstellung im Schnitt;

Fig. 3 eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Er findung im Schnitt, mit vollständig in das Aufnahme teil der Kupplung eingesetztem Einsteckteil;

Fig. 4 eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Er findung im Schnitt, bei der das Einsteckteil teil weise in das Aufnahmeteil der Kupplung eingesetzt ist; und

Fig. 5 eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Er findung im Schnitt, bei der das Einsteckteil voll ständig in das Aufnahmeteil der Kupplung eingesetzt ist.

Fig. 1 zeigt das Einsteckteil 10 und das Aufnahmeteil 20, wobei das Einsteckteil teilweise in die Bohrung des Aufnah meteils eingesetzt ist. Das Einsteckteil 10 kann an einer Verteilerplatte mit Gewinde 41 oder anderen Mitteln, wie beispielsweise Kopfschrauben, befestigt sein. Das Aufnahme teil 20 kann an einer zweiten Verteilerplatte durch Gewinde 90 oder andere Mittel befestigt sein. Techniken zum Befe stigen der Teile an solchen Platten sind für den Fachmann allgemein bekannt.

Das Einsteckteil wie in der Fig. 1 gezeigt, hat einen Griffteil 31, einen Flansch 42 und eine Sonde mit einem er sten Abschnitt 44 mit einem zylindrischen Durchmesser und einem zweiten Abschnitt 45 mit einem sich verjüngenden Durchmesser. Der zweite Abschnitt 45 hat vorzugsweise eine Kegelstumpfform. Der Körper des Einsteckteils ist ebenfalls mit einer zentralen Bohrung 32 versehen. Die Bohrung kann einen Gewindeabschnitt 54 aufweisen, um das Anschließen ei ner Hydraulikleitung zu erleichtern. Dem Gewindeabschnitt benachbart und innerhalb desselben befindet sich ein zylin drischer Kanal, der sich in Längsrichtung innerhalb des Einsteckteils erstreckt und an einem Ventilsitz 66 endet, der eine geneigte Schulter ist. Wie in der Fig. 1 gezeigt, ist in der zentralen Bohrung 32 die Rohrventilbaugruppe des Einsteckteils verschiebbar aufgenommen. Der zylindrische hohle Ventilkörper 62 hat einen Außendurchmesser, der so dimensioniert ist, daß er innerhalb der zylindrischen Boh rung verschiebbar ist. Der Ventilkopf 64 hat eine konische Form und sitzt auf dem Ventilsitz 66. Der Ventilkopf 64 hat einen Stößel 65 oder ein Betätigungselement, das an diesem vorsteht. Eine Ventilwendelfeder 71 zwängt den Ventilkopf gegen den Ventilsitz 66 in eine geschlossene Position. Die Ventil-Wendelfeder 71 ist innerhalb der zylindrischen Boh rung 32 angeordnet und wird durch einen Federkranz 72 uhd Klemmring 73 in der zylindrischen Bohrung 32 gehalten.

Das Aufnahmeteil 20 hat eine zentrale Bohrung 79 mit mehre ren Durchmesseränderungen entlang seiner Längserstreckung oder entlang seiner axialen Erstreckung durch den Körper des Aufnahmeteils. Am ersten Ende der zentralen Bohrung 79 befindet sich ein mit Gewinde versehener Innenkanal 95 zum Anschließen an eine mit Gewinde versehene Hydraulikleitung. Der mit Gewinde versehene Kanal der zentralen Bohrung 79 endet an einem zylindrischen Kanal, in welchem eine Rohr ventilbaugruppe verschiebbar aufgenommen ist. Dieser zylin drische Kanal endet am Ventilsitz 89 auf welchem der koni sche Ventilkopf 81 aufsitzt. Innerhalb des Ventilsitzes be findet sich eine kegelstumpfförmige Bohrung 37, die so di mensioniert ist, daß sie den kegelstumpfförmigen oder sich verjüngenden zweiten Abschnitt 45 des Einsteckteils 10 auf nehmen kann. Benachbart zu der kegelstumpfförmigen Bohrung 37 befindet sich die Schulter 77 zur Plazierung einer hoh len, durch Druck gespeisten, ringförmigen Metalldichtung. Die Metalldichtung ist vorzugsweise in Abhängigkeit von dem Fluiddruck in ihrem Innenhohlraum ausdehnbar, um sich gegen die Bohrung des Aufnahmeteils radial nach außen und gegen den zweiten Abschnitt 45 des Einsteckteils radial nach in nen zu bewegen. Die Haltehülse 53 ist verschiebbar in die Bohrung des Aufnahmeteils eingesetzt und liegt an der Schulter 34 an. Die Haltehülse kann die radiale Metalldich tung 28 in axialer Richtung leicht zusammendrücken, um die Dichtung vorzuspannen, damit sie sich leicht nach innen in die Bohrung erstreckt und mit dem Umfang des zweiten Ab schnittes 45 des Einsteckteils in Eingriff gelangt, wenn das Einsteckteil in das Aufnahmeteil eingesetzt wird. In einer Nut der Stirnfläche der Haltehülse kann sich auch eine ringförmige elastische Dichtung oder ein O-Ring befin den, der mit der Schulter 34 des Aufnahmeteils zusammen wirkt. Die Haltehülse 53 ist so dimensioniert, daß sie in der Bohrung 48 des Aufnahmeteils verschiebbar ist und durch den Halter 51 an Ort und Stelle gehalten wird, der in das Aufnahmeteil eingeschraubt ist. Der Halter 51 kann an dem Aufnahmeteil festgezogen sein, um eine axiale Kompression der radialen Metalldichtung 28 zu ermöglichen. Zwischen der Haltehülse und dem Halter befindet sich eine Schwalben schwanzdichtung 25. Die Schwalbenschwanzdichtung kann eine elastische Dichtung sein, die entweder mit dem zweiten Ab schnitt 45 der Sonde oder des Einsteckteils oder mit dem ersten zylindrischen Abschnitt 44 des Einsteckteils zusam menwirkt. In einer bevorzugten Ausführungsform wirkt die Schwalbenschwanzdichtung mit dem ersten zylindrischen Ab schnitt 44 des Einsteckteils zusammen. Die Schwalben schwanzdichtung 25, der O-Ring 26 und die mit Druck beauf schlagte Metalldichtung 28 werden in der Bohrung des Auf nahmeteils durch die Haltehülse 53 und den Halter 51 an Ort und Stelle gehalten.

Die Ventilbaugruppe des Aufnahmeteils 28 hat einen Rohrven tilkopf 81, der verschiebbar innerhalb des zylindrischen Kanals 79 des Aufnahmeteils aufgenommen ist. Der Rohrven tilkopf 81 hat eine im allgemeinen konische Form, um auf den Ventilsitz 89 aufzusitzen, und einen Stößel 80 oder ein Betätigungselement, das am Ventilkopf vorsteht. Um das Ven til in die geschlossene Position vorzuspannen, ist zwischen der Schulter des Ventils und dem Federkranz 84 eine Ventil- Wendelfeder 83 montiert. Ein Klemmring 84, der mit der Boh rung des Aufnahmeteils in Eingriff steht, hält den Feder kranz an Ort und Stelle. Die Ventile des Aufnahmeteils und des Einsteckteils sind vorzugweise bezüglich ihrer Bauteile und ihrer Funktion identisch. Wenn die Betätigungselemente der Rohrventile einander berühren, können beide Ventile in ihre offenen Positionen gezwungen werden, damit zwischen dem Einsteckteil und dem Aufnahmeteil ein Hydraulik fluidstrom erfolgt.

Die Haltehülse 53 hat vorzugsweise eine sich verjüngende oder kegelstumpfförmige Bohrung 39, die sich durch diese erstreckt, um mit dem kegelstumpfförmigen zweiten Abschnitt 45 des Einsteckteils oder der Sonde zusammenzupassen. Der Halter 51 hat vorzugsweise eine zylindrische Innenbohrung 35, die sich durch diesen erstreckt. Wenn die Stirnfläche 36 des Einsteckteils sich der Schulter 38 in der Bohrung des Aufnahmeteils nähert, gelangt die radiale Metalldich tung 28 mit dem kegelstumpfförmigen zweiten Abschnitt 45 des Einsteckteils in Eingriff, während die Schwalben schwanzdichtung 25 mit dem zylindrischen Umfang des Ein steckteils oder der Sonde zusammenwirkt, wie dies in der Fig. 3 gezeigt ist. Wie aus der Fig. 4 der Zeichnungen zu ersehen ist, existiert vor dem vollständigen Eingriff des Einsteckteils in das Aufnahmeteil zwischen der kegelstumpf förmigen Fläche des Einsteckteils und den Innenbohrungen 39 und 35 der Haltehülse bzw. des Halters ein Hohlraum. Meer wasser aus der Innenbohrung oder Aufnahmekammer 37 des Auf nahmeteils wird durch den Raum verdrängt, bevor der voll ständige Eingriff erfolgt. Dadurch wird das Eintreten von Meerwasser in die Hydraulikleitungen auf einem Minimum ge halten. Der größte Teil des Meerwassers wird durch den Raum verdrängt, bevor die radiale Metalldichtung 28 oder die schwalbenschwanzförmige elastische Dichtung 25 mit dem Au ßenumfang des Einsteckteils in Eingriff kommt. Wenn die Kupplungsteile getrennt werden, erlaubt der Raum zwischen dem sich verjüngenden Körper des Einsteckteils und der Boh rung des Aufnahmeteils zusätzlich ein Eintreten von Meer wasser in den Hohlraum und verhindert dadurch eine hydrau lische Verriegelung.

Für den Fachmann ist klar zu ersehen, daß unter Verwendung der vorliegenden Erfindung eine verbesserte hydraulische Unterwasserkupplung hergestellt werden kann. Obwohl Ände rungen der Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung nicht alle Vorteile der Erfindung realisieren können, kön nen bei unterschiedlichen Anwendungen der Vorrichtung ge wisse Merkmale wichtiger werden als andere. Die Erfindung sollte demgemäß als allein durch den Schutzumfang der an hängenden Patentansprüche begrenzt angesehen werden.

Claims

1. Hydraulische Unterwasserkupplung mit:

a) einem Einsteckteil mit einem zylindrischen Abschnitt und einem kegelstumpfförmigen Abschnitt, und einer Bohrung, die sich durch den Körper erstreckt, mit einem Ventil in der Bohrung zum Steuern des Fluidstroms durch diese;
b) einem Aufnahmeteil mit einer Aufnahmekammer zum Ein setzen des Einsteckteils in dieselbe, wobei die Aufnahmekam mer einen kegelstumpfförmigen Abschnitt hat; wobei die Auf nahmekammer wenigstens eine innenliegende Schulterfläche hat;
c) wenigstens eine Radialdichtung, die an der innenlie genden Schulterfläche positioniert ist, wobei die radiale Dichtung mit dem kegelstumpfförmigen Abschnitt des Einsteck teilkörpers und dem kegelstumpfförmigen Abschnitt der Aufnah mekammer bei Einsetzen des Einsteckteils in die Aufnahmekam mer zusammenwirkt, und
d) einem Dichtungshalter in der Aufnahmekammer zum Hal ten der radialen Dichtung an der innenliegenden Schulter beim Trennen der Kupplungsteile.

2. Hydraulische Unterwasserkupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die radiale Dichtung eine hohle, mit Druck beaufschlagte Metalldichtung (28) ist.

3. Hydraulische Unterwasserkupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Dichtungs halter eine Halterhülse (53) und einen mit Gewinde versehenen Halter (51) aufweist, und eine Elastomer-Dichtung aufweist mit einer Schwalbenschwanzpassung zwischen der Halterhülse (53) und dem mit Gewinde versehenen Halter (51).

4. Hydraulische Unterwasserkupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Dichtungs halter eine Innenbohrung mit einer Kegelstumpfform hat.

5. Hydraulische Unterwasserkupplung mit:

a) einem Einsteckteil (10) mit einem Körper, wobei we nigsten ein Teil des Körpers eine kegelstumpfförmige Fläche hat und mit einem Ventil in dem Körper zum Steuern des Fluidstroms durch den Körper;
b) einem Aufnahmeteil (20) mit einer Innenbohrung zur verschiebbaren Aufnahme des Einsteckteils darin, und einer Radialdichtung, die in der Bohrung positioniert ist, um ge genüber der kegelstumpfförmigen Fläche des Einsteckteilkör pers abzudichten, nachdem Meerwasser aus der Innenbohrung durch den Spalt zwischen der Innenbohrung und der kegel stumpfförmigen Fläche des Einsteckteils verdrängt worden ist.

6. Hydraulische Unterwasserkupplung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Radialdich tung eine mit Druck beaufschlagte Metalldichtung (28) ist.

7. Hydraulische Unterwasserkupplung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Teil der Innenbohrung des Aufnahmeteils (20) kegelstumpfför mig ist.

8. Hydraulische Unterwasserkupplung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß weiterhin ein Dichtungshalter vorgesehen ist, der mit dem Aufnahmeteil in Eingriff bringbar ist, um die Radialdichtung in der Bohrung zu halten, wenn die Kupplungsteile gelöst werden.

9. Hydraulische Unterwasserkupplung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil des Körpers des Einsteckteils eine zylindrische Fläche hat.

10. Hydraulische Unterwasserkupplung mit:

a) einem Einsteckteil (10) mit einer Innenbohrung, die sich von einem ersten Ende zu einem zweiten Ende derselben erstreckt, wobei das Einsteckteil eine sich verjüngende Au ßenfläche in der Nähe seines ersten Endes hat, und anschlie ßend an die sich verjüngende Außenfläche eine zylindrische Außenfläche hat;
b) einem Aufnahmeteil (20) mit einer stufenförmigen In nenbohrung mit einer Anzahl von Schulterflächen, wobei ein Teil der stufenförmigen Innenbohrung konisch zulaufend und so dimensioniert ist, daß er der konisch zulaufenden Außenfläche des Einsteckteils benachbart zu dessen erstem Ende ent spricht; und
c) einer Radialdichtung, die an einer Schulterfläche der Bohrung des Aufnahmeteils (20) positioniert ist, wobei die radiale Dichtung mit der konisch zulaufenden Außenfläche des Einsteckteils zusammenwirkt, wenn das Einsteckteil vollstän dig in die stufenförmige Innenbohrung eingesetzt ist.

11. Hydraulische Unterwasserkupplung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß weiterhin eine Anzahl von radialen Dichtungen vorgesehen sind, wobei jede der Dichtungen an einer separaten Schulterfläche der Bohrung des Aufnahmeteils angeordnet ist.

12. Hydraulische Unterwasserkupplung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Einsteckteil und das Aufnahmeteil jeweils normalerweise geschlossene Rohr ventile zum Steuern des Fluidstroms zwischen den Teilen auf weisen.

13. Hydraulische Unterwasserkupplung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß weiterhin ein Dichtungshalter mit einer konisch zulaufenden Innenbohrung vorgesehen ist, wobei der Dichtungshalter an der radialen Dichtung anliegt, um die Dichtung beim Trennen der Kupplungs teile an Ort und Stelle zu halten.