DE2640198A1

DE2640198A1 - Rohrverbinder, insbesondere fuer bohrlochausruestungen

Info

Publication number: DE2640198A1
Application number: DE19762640198
Authority: DE
Inventors: Edmund Alphonso Fisher; Robert Rooker Luke
Original assignee: Cameron Iron Works Inc
Current assignee: Cooper Industries LLC
Priority date: 1975-09-08
Filing date: 1976-09-07
Publication date: 1977-03-17
Also published as: GB1501577A; DE2640198C2; FR2323088B1; JPS5248835A; US4012059A; MY7900022A; FR2323088A1

Description

Rohrverbinder, insbesondere für Bohrlochausrüstungen

Die Erfindung betrifft einen Rohrverbinder, bei welchem
teleskopartig ineinanderpassende Endteile von Rohrkörpern gegenüber Trennung verriegelbar sind. Insbesondere betrifft die Erfindung Verbesserungen an Rohrverbindern, bei welchen die Verriegelungseinrichtung der genannten Art mit einer
Vorspannung versehen werden kann.

Die Notwendigkeit der Vorspannung der Verriegelungseinrichtung kann erwachsen, wenn die Verbindungen eines Rohres sowohl Zugspannungen als auch oszi11atorischen bzw. schwingenden

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Deutsche Bank München, Kto.-Nr. 82/08050 (BLZ 70070010)

Postscheck München Nr. 163397-802

Biegebelastungen ausgesetzt werden. Diese Belastungen können zu Spannungsumkehrungen in der Verriegelung führen, mit der Folge, daß die Verbindung ausfallen oder versagen kann. Derartige Belastungen stellen ein besonderes Problem dar, wenn die Rohrverbindungen als Bestandteil einer Steigleitung bzw. eines Steigrohres bestehen, welches sich senkrecht zwischen einem Bohrkopf an einer "offshore"- bzw. ablandigen Position und einem Spanngerät an Bord eines Bohrschiffes erstreckt, von welchem Bohrungen durchgeführt werden. Das Steigrohr, welches sich auf einer Länge von einigen hundert Metern erstrecken kann, ist nicht nur Zugspannungen ausgesetzt, wenn sich das Schiff auf dem Wasserniveau hebt und senkt, sondern auch den infolge von Wasserströmungen bedingten Biegebelastungen

Davon ausgehend besteht die Aufgabe der Erfindung darin, einen Rohrverbinder mit Vorspannung zu schaffen, welcher sich trotz starker Biege- und Zugbelastung nicht selbstätig löst.

Die Lösung dieser Aufgabe besteht aus den Merkmalen nach Patentanspruch 1. Weitere zweckmäßige Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind in weiteren Patentansprüchen aufgeführt.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispieles unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung erläutert.

Figur 1 ist eine halbseitig als Seitenansicht und halbseitig als Schnittansicht wiedergegebene Darstellung eines erfindungsgemäßen Verbinders, bei welchem der Einführungsteil eines ersten Rohrkörpers teleskopartig am Aufnahmeteil eines zweiten Rohrkörpers aufgeführt ist und sich die Ringsegmente in ihrer äußeren Entriegelungsposition innerhalb eines verhältnismäßig tiefen Abschnittes einer am Aufnahmeteil ausgebildeten

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Nut befinden;
Figur 2 ist eine Schnittansicht von Linie 2-2 in Figur 1;

Figur 3 ist eine perspektivische Explosivdarstellung eines Teiles eines· der Ringsegmente und eines mit den Ringsegmenten verbindbaren Bolzens;

Figur 4 ist eine der rechtsseitigen Ansicht nach Figur 1 vergleichbare Schnittansicht des Verbinders unter Darstellung der Ringsegmente, welche in ihrer inneren Verriegelungsposition innerhalb einer den Einschnürungsteil umgebenden Nut wiedergegeben sind;

Figur 5 ist eine vertikale Schnittansicht der linken Hälfte des Verbinders, wobei der erste Rohrkörper in angehobener Lage wiedergegeben ist, in welcher die Ringsegmente in ihre Verriegelungsposition innerhalb eines ^verhältnismäßig schmalen Abschnittes der im Aufnahmeteil befindlichen Nut angehoben sind; und

Figur 6 ist eine vertikale Schnittansicht der rechten Hälfte des Verbinders, wobei der erste Rohrkörper durch weiteres Anheben gestreckt ist, um die Verriegelungsvorrichtung vorzuspannen. Die am zweiten Rohrkörper vorgesehene Mutter ist in nach oben bewegter Lage wiedergegeben, in welcher sie an der nach unten gerichteten Schulter am ersten Rohrkörper anliegt, um die angelegte Vorspannung zu halten.

Der in der Zeichnung dargestellte Verbinder 20 weist einen ersten Rohrkörper 21 mit einem Einführungs-Endtei1 bzw. Zapfen und einen zweiten Rohrkörper 23 auf, welcher mit einem Auf-

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nahme-Endtei1 bzw. Gehäuse 24 ausgestattet ist. Das obere Ende (gemäß Darstellung nach Figur 1 und 5, 6) des ersten Rohrkörpers 21 ist an einem Rohr 29 angeschweißt oder auf andere Weise an diesem befestigt, während das untere Ende des zweiten Rohrkörpers 23 an einem Rohr 30 angeschweißt oder auf andere Weise befestigt ist. Wie vorstehend beschrieben, kann der Verbinder nach der vorliegenden Erfindung insbesondere zum Verbinden der RohranschVüsse oder übergänge eines Steigrohres eingesetzt werden, obwohl er natürlich nicht auf diesen Zweck beschränkt ist.

Der Einführungsteil bzw. Zapfen 22 besitzt obere und untere, äußere zylindrische Teile 22A und 22B, welche teleskopartig in obere und untere, innere zylindrische Teile 24A und 24B des Aufnahmeendteiles 24 einführbar sind. Gemäß Darstellung besitzen die unteren Teile geringeren Durchmesser als die oberen Teile, um das Einführen des Einführungsendteiles in den Aufnahmeendteil zu erleichternder äußere Teil 22A des Zapfens bzw. Einführungsteils ist bei 22C mit einer Ausnehmung versehen. Wenn der Einführungsteil in den Aufnahmeteil eingeführt wird, legt sich eine Schulter 26 am unteren Ende des oberen zylindrischen Teils 22A des Einführungsteiles an einem Sitz 25 an, der durch das obere Ende des zylindrischen Teils 24B der den Aufnahmeteil durchsetzenden Bohrung gebildet ist. Wenn der Einführungsteil bzw. Zapfen und der Aufnahmeteil teleskopartig ineinandergefügt sind, dann liegen Dichtungsringe 27 am unteren Teil 22B des Einführungsteiles unter Abdichtung am Bohrungsteil 24B an, der am unteren Ende des Aufnahmeteiles ausgebildet ist. Ein den oberen Teil 22A des Einführungsteiles umgebender Dichtungsring 28 liegt unter Abdichtung am Bohrungsteil 24A an, welcher am oberen Ende des Aufnahmetei1s ausgebildet ist.

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Der zweite Rohrkörper 23 ist mit einer ringförmigen Erweiterung 33 versehen, die zwischen dem oberen und dem •unteren Ende besteht. Eine an der Erweiterung nach unten gerichtete Schulter 34 kann in aufrechter Lage auf einem Träger 35 bzw. Gestell aufgelegt werden, wenn der Einführungsteil 22 in teleskopartiger Art in den Aufnahmeteil eingeführt wird. Das Gestell kann aus einem herkömmlichen Tragkreuz bestehen, welches auf einem ablandig arbeitenden Bohrschiff vorgesehen ist, um die Steigrohrabschnitte abzusenken, wenn diese mit den Verbindern 20 ausgestattet werden.

Eine am Innendurchmesser der Erweiterung 33 vorgesehene Nut ist aus einem unteren, verhältnismäßig tiefen Abschnitt 31A und aus einem oberen, verhältnismäßig flachen Abschnitt 31B gebildet. Eine den Außendurchmesser des Einführungsteils umgebende Nut 37 ist der tiefen Nut radial gegenüberliegend vorgesehen, wenn der Einführungsteil in die Position nach Figur 1 abgesenkt ist. Eine Verriegelungseinrichtung aus mehreren Ringsegmenten 36 ist innerhalb des tieferen Abschnittes der Nut vorgesehen und ist radial zwischen einer äußeren Position und einer inneren Position bewegbar. In der äußeren Position sind die Ringsegmente oder Ringabschnitte 36 aus dem Teil 24A der Bohrung des Aufnahmeteils herausgezogen, so daß sich der Einführungsteil 22 darüberhinaus nach unten in die Position nach Figur 1 bewegen kann. In der inneren Position befinden sich die Ringabschnitte innerhalb der Nut 37 im Außendurchmesser des Einführungstei1s, wie Figur 4 erkennen lässt. Gemäß Figur 2 sind die gegenüberliegenden Enden der Ringabschnitte der Verriegelungseinrichtung in ihren äußeren Positionen so unter Abstand voneinander gehalten, daß sie in ihren inneren Positionen nahe aneinander gerickt werden können, derart, daß sie eine vollen Kreis von

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Ringsegmenten innerhalb der Nut 37 bilden.

Die Ringsegmente bzw. -abschnitte 36 werden mit Hilfe von Bolzen 38 in ihre inneren Positionen bewegt. Die Bolzen 38 werden von öffnungen 39 in der Erweiterung 33 des Aufnahmeteils getragen und erstrecken sich im wesentlichen radial durch diese öffnungen. Jeder Bolzen weist an seinem inneren Ende einen Flansch 40 auf, welcher in einen T-förmigen Schlitz 41 in der Außenseite des Ringsegmentes 36 eingepasst ist. Auf diese Weise sind die Ringsegmente nicht nur zum Zwecke radialer Bewegung zwischen inneren und äußeren Positionen mit den Bolzen verbunden, sie lassen sich auch in Axialrichtung der Rohrkörper vertikal bezüglich der Bolzen (Figur 3) verschieben. Wie nachfolgend erläutert ist, wird die genannte Verbindung aufrechterhalten, wenn die Ringsegmente in Verriegelungsposition innerhalb eines verhältnismäßig schmalen Nutabschnittes 31B oberhalb des tieferen Abschnittes 31A angehoben werden.

Die Ringsegmente werden durch Anheben des Rohrkörpers 21 angehoben, da der Rohrkörper die untere Endfläche 43 der Nut 37 in Anlage mit den unteren Enden der Ringsegmente 36 nach oben gerichtet bewegt. Wenn sich die Ringsegmente bzw. -abschnitte nach oben in den Nutabschnitt 31B bewegen, dann werden ihre oberen Enden in Anlage mit der oberen Endfläche 51 des verhältnismäßig flachen Nutteils 31B gebracht, derart, daß die Ringsegmente zwischen den Nutendflächen 43 und 51 gehalten sind, um die Rohrkörper gegenüber gegenseitiger Trennung zu verriegeln und zu sichern.

Der erste Rohrkörper kann in geeigneter Weise angehoben werden, so mittels einer bei 44 dargestellten Einrichtung, welche aus

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vertikal streckbaren und einziehbaren, druckmittelbetätigbaren Antrieben 45 besteht. Die Antriebe bzw. Betätigungsorgane sind in kraftübertragender Beziehung zwischen entgegengesetzt gerichteten Schultern an den ersten und zweiten Rohrkörpern ausgebildet und können auf diese Weise bei Streckung den ersten Rohrkörper anheben. Gemäß Darstellung befinden sich die entgegengesetzten Enden der Antriebe zwischen einem oberen Ring 46 und einem unteren Ring 49. Der obere Ring 46 ist an eine nach unten gerichtete Schulter

47 anlegbar, die einen radial erweiterten Teil 48 des ersten Rohrkörpers umgibt, während der untere Ring 49 auf einer nach oben gerichteten Schulter 50 aufliegt, welche die Erweiterung 33 des zweiten Rohrkörpers umgibt. Der Zylinder jedes Antriebes 45 ist auf einem Ring 49 abgestützt, wobei das obere Ende der Kolbenstange jedes Antriebes an den Ring 46 anlegbar ist. Wenn hydraulisches Medium unterhalb der Kolben der Zylinder eingeleitet wird, dann werden die Kolbenstangen ausgefahren, um den ersten Rohrkörper bezüglich zweitem Rohrkörper anzuheben. Wie zuvor ausgeführ ist, sind die Ringe in Segmentform ausgebildet, um sich in die dargestellte Position oder aus dieser heraus bewegen zu können.

Der erste Rohrkörper 21 weist einen axialen erweiterten Teil

48 auf, dessen unteres Ende eine nach unten gerichtete Schulter 52 bildet. Diese befindet sich knapp oberhalb des oberen Endes des Aufnahmeteils 24 des zweiten Rohrkörpers, bevor der erste Rohrkörper 21 angehoben wird. Wenn der erste Rohrkörper (Figur 5) nach oben gehoben wird, um die Ringsegmente in Verriegelungsposition zu bringen, dann wird die Schulter 52 um ein weiteres Maß über das obere Ende des Aufnahmeteils 24 angehoben. Da zu diesem Zeitpunkt die Verriegelungseinrichtung die Rohrkörper gegenüber gegenseitiger

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Trennung verriegelt, wird durch weiteres Ausfahren der Kolbenstangen der Antriebe 45 der erste Rohrkörper gestreckt (siehe Abstand "X" in Figur 6), um der Verriegelungseinrichtung eine Vorspannung aufzuerlegen.

Wenn die erwünschte Vorspannung an der Verriegelungseinrichtung ausgeübt wurde, dann wird sie mittels einer Mutter 53 gehalten, welche am oberen Ende des Aufnahmeteils 24 bei 54 aufgeschraubt ist. Die Mutter ist in eine Position bewegbar, in welcher eine Schulter 55 an ihrem oberen Ende an die Schulter 52 anlegbar ist, (Figur 6). Zu diesem Zweck wird die Mutter mittels eines Schlüssels in eine Richtung gedreht. Der Schlüssel ist an eine im Außenumfang der Mutter ausgebildete gerändelte Fläche 56 anlegbar. Wie vorstehend beschrieben wird diese Vorspannung auf diese Weise an der Verriegelungseinrichtung aufrechterhalten, so daß die Hebevorrichtung 44 abgenommen werden kann, um einen Rohrkörper eines weiteren Verbinders bei Errichten bzw. Installieren eines Steigrohres oder dergleichen zu strecken.

Wie weiterhin aus Figur 6 zu entnehmen ist, sind die Dichtungsringe 27 so am Teil 22B des Einführungsteils angeordnet und ist der Dichtungsring 28 so am Teil 22A vorgesehen, daß ein dichtender Kontakt mit den Bohrungsteilen 24B und 24A des Aufnahmeteils beibehalten wird, wenn die Verriegelungseinrichtung auf vorgenannte Weise vorgespannt ist. Bei Verwendung des Verbinders verhindern die Dichtungsringe 27 das Entweichen von Fluid aus dem Bereich innerhalb des Verbinders, während der Dichtungsring 28 verhindert, daß Schmutzteile etc. nach unten in den Ringraum zwischen Einführungsteil und Aufnahmeteil der Rohrkörper, innerhalb welchem sich die Verriegelungsvorrichtung befindet, fallen können.

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Wenn der Verbinder aufzumachen bzw. "aufzubrechen" ist, dann ist es lediglich erforderlich, leicht die Hebekraft der Hebeeinrichtung 44 zu erhöhen, um nachfolgend die Mutter 53 in entgegengesetzter Richtung drehen zu können, derart, daß die Fläche 55 abgesenkt wird. Auf diese Weise wird die Streckung im ersten Rohrkörper aufgehoben, so daß sich dieser aus der in Figur 5 dargestellten Position in die in Figur 4 dargestellte Position bewegen kann. Wenn sich der erste Rohrkörper nach unten bewegt, dann legt sich eine obere Endfläche 65 an der Nut 37 an die oberen Enden der Ringsegmente 36 an, um diese in ihre Positionen gegenüber dem verhältnismäßig tiefen Nutabschnitt 31A abzusenken. Wie vorstehend beschrieben ist, halten während dieser Vertikalbewegung des ersten Rohrkörpers die Flansche 40 an den inneren Enden der Bolzen 38 ihre Verbindung mit den Schlitzen 41; wenn die Ringsegmente in ihre in Figur 4 dargestellte Lage zurückgeführt wurden, dann können sie sich frei aus ihrer inneren Verriegelungsposition in ihre äußere Entriegelungsposition bewegen, wie Figur 1 erkennen lässt.

Eine Schraubenfeder 57 umgibt jeweils jeden Zapfen oder Bolzen 38 zwischen einem am Außenende ausgebildeten erweiterten Kopf 58 und dem inneren Ende der Gegenbohrung 59, die sich am Außenende jeder öffnung 39 befindet. Der Bolzen und das mit ihm verbundene Ringsegment werden auf diese Weise mit Hilfe der Feder elastisch nach außen gedrückt. Die durch die Feder 57 nach außen gerichtet ausgeübte Kraft ist von besonderem Vorteil beim Zurückziehen der Ringsegmente, da diese innerhalb der Nut 37 hängen bleiben könnten. Da die Feder 57 der nach innen gerichteten Bewegung des Bolzens 38 widersteht, welche erforderlich ist, um die Ringsegmente in ihre innere Position nach Figur 4 zu verlagern, wird die zu diesem Zweck erforderliche und nach innen gerichtete

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Kraft durch ein geeignetes Werkzeug ausgeübt. Wenn die Ringsegmente nach innen bewegt und nachfolgend in den Nutabschnitt 31B eingeführt sind, dann ist diese Kraft nicht länger erforderlich, d.h., das Werkzeug kann an anderer Stelle wiederverwendet werden.

Gemäß Darstellung besitzt die öffnung 39 einen verhältnismäßig lockeren Sitz am Mittelteil des Bolzens 38, so daß der ringförmige Raum zwischen den Dichtungsringen 25 und 31 "atmen" kann. Nach Wunsch kann der ringförmige Spalt zwischen dem Dinführungstei1 und dem Aufnahmeteil mit Schmierfett gefüllt werden, um den Eintritt von Schmutzteilchen zu verhindern.

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Claims

PATENTANSPRÜCHE

1. Rohrverbinder mit ersten und zweiten Rohrkörpern, welche teleskopartig ineinandergreifende Endteile aufweisen, mit einer Vorrichtung, mittels welcher die Endteile bei gegenseitigem Eingriff gegenüber Trennung verriegelbar sind und mit einer Vorrichtung, welche die Endteile bei Verriegelung gegenseitig abdichtet, dadurch gekennzeichnet, daß ein von außen betätigbarer Körper (53) mit dem zweiten Rohrkörper (23) verbunden und axial bezüglich diesem bewegbar ist, daß der Körper (53) und der erste Rohrkörper (21) gegenüberliegend ausgerichtete Schultern (55, 52) aufweisen, welehe sich axial voneinander trennen, wenn einer der Rohrkörper gestreckt wird, um die Verriegelungsvorrichtung (36, 38) vorzuspannen, derart, daß der Körper (53) betätigbar ist, um die an ihm ausgebildete Schulter (55) gegen die Schulter (52) am ersten Rohrkörper (21) anzulegen und die Vorspannung an der Vorriegelungsvorrichtung zu halten.

2. Rohrverbinder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper (53) aus einer Mutter besteht, welche auf dem zweiten Rohrkörper (23) aufgeschraubt ist.

3. Rohrverbinder nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Endteil (22) des ersten Rohrkörpers in den Endteil (24) des zweiten Rohrkörpers einpassbar ist.

4. Rohrverbinder nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Verriegelungsvorrichtung durch den Endteil des zweiten Rohrkörpers getragen ist.

5. Rohrverbinder nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Rohrkörper (21) eine Schulter auf-

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weist, welche axial gerichtet in von der Verriegelungsvorrichtung abgewandter Richtung bewegbar ist, wenn der erste Rohrkörper gestreckt wird, um die Verriegelungsvorrichtung vorzuspannen.

6. Rohrverbinder nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der als Einführungsteil bestehende Endteil des ersten
Rohrkörpers an seinem Außendurchmesser eine Nut (37) und
der als Aufnahmeteil bestehende Endteil des zweiten Rohrkörpers an seinem Innendurchmesser eine Nut (31) aufweist, daß die Verriegelungsvorrichtung in der Nut des Aufnahmeendteiles gehalten und radial zwischen einer äußeren Position und einer inneren Position bewegbar ist, wobei sich die Verriegelungsvorrichtung in äußerer Position in einer der Nut im Einflihrungsendtei 1 gegenüberliegenden Lage befindet,
während sich die Verriegelungsvorrichtung in ihrer inneren Position in die Nut des Einflihrungsendtei les hineinerstreckt, und daß die Nuten entgegengesetzt gerichtete und in Anlage mit der Verriegelungsvorrichtung bringbare Endflächen aufweisen, wenn sich die Verriegelungsvorrichtung in ihrer
inneren Position befindet, um eine gegenseitige Trennung der Rohrkörper zu verhindern.

7. Rohrverbinder nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Nut im Aufnahmeendteil aus einem verhältnismäßig
tiefen Abschnitt (31A) und aus einem flachen Abschnitt (31B) besteht, daß die Verriegelungsvorrichtung (36) in ihrer
äußeren Position innerhalb des verhältnismäßig flachen
Nutabschnittes gehalten ist, daß sich Zapfen durch den
zweiten Rohrkörper erstrecken und die Verriegelungsvorrichtung

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durch Mittel mit den Zapfen verbunden ist, derart, daß die Verriegelungsvorrichtung zwischen inneren und äußeren Positionen bewegbar als auch axial bezüglich der Zapfen verschiebbar ist, daß die Endfläche der Nut im Einführungsendtei1 an die Verriegelungsvorrichtung anlegbar ist, wenn sich diese in ihrer inneren Position befindet, um sie axial in den verhältnismäßig flacheren Nutabschnitt im Aufnahmeendteil zu bewegen, wenn die Rohrkörper axial gerichtet relativ zueinander verschoben werden, und daß der flache Nutabschnitt eng die Verriegelungsvorrichtung umgibt und eine Endfläche aufweist, welche der Endfläche an der Nut im Einführungsendteil gegenüberliegt, um eine gegenseitige Trennung der Rohrkörper zu verhindern.

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