DE3120811A1

DE3120811A1 - "flexible metallkupplung zum verbinden von unterwasserleitungen, die in grossen tiefen verlegt sind"

Info

Publication number: DE3120811A1
Application number: DE3120811A
Authority: DE
Inventors: Giampaolo Inzago Milano Bonfiglioli; Costantino Firenze Vinciguerra
Original assignee: Nuovo Pignone SpA; Snam SpA
Current assignee: Nuovo Pignone SpA; Snam SpA
Priority date: 1980-05-26
Filing date: 1981-05-25
Publication date: 1982-02-18
Also published as: US4415185A; US4411760A; FR2483042A1; DE3120811C2; NO156342B; ES502910A0; CA1157896A; NO811762L; GB2076491B; ES8204118A1; FR2483042B1; IT1130757B; GB2076491A; NO156342C; IT8022313A0

Description

Beschreibung :

Die Erfindung betrifft eine neue Art einer flexiblen und insgesamt aus Metall bestehenden Kupplung, die ermöglicht, daß zwei unter Wasser zueinander ausgerichtete oder unter verschiedenen Winkeln zueinander geneigte und in großen •Meerestiefen verlegte Leitungen wirksam ständig und schnell miteinander verbunden werden können.

Es besteht heuzutage ein immer größeres Bedürfnis nach der Verlegung von Unterwasserleitungen für Öl- und Gaspipelines, in immer größer werdenden Tiefen und somit auf dem Meeresgrund, wo immer stärker werdende·Rauhheit es wünschenswert .macht, flexible Kupplungen zu haben, die die Steifigkeit der gebrochenen Rohre aufrechterhält und die fehlausgerichtete und/oder unter verschiedenen Winkeln geneigt verlaufende Rohrleitungen ohne zu große Kraft miteinander verbinden kann und die die Unebenheiten und Rauhigkeiten des Meeresgrunds leicht überwindet.

Derzeit gibt es zwei verschiedene Bauarten von flexiblen Kupplungen. Die erste Bauart besteht im wesentlichen aus zwei rohrförmigen Metallhülsen, die in dichter Weise miteinander mit Hilfe eines sphärischen Kupplungspaares, d.h. mit einer Kupplung, verbunden werden, die von ineinander passenden hohlen Metallkugeln gebildet werden, zwischen denen Dichtungspackungen angeordnet sind. Auf diese Weise können die beiden Hülsen den entsprechenden Anforderungen in irgendeinem Winkel angepaßt werden, indem sie um das sphärische Kupplungspaar gedreht werden, d.h. indem die sphärischen Flächen des Kupplungspaars längs der dazwischen liegenden Dichtungspackung gleitend bewegt werden. Eine solche bekannte

130067/0844

Kupplung ist natürlich widerstandsfähig, da sie völlig aus Metall besteht. Es ergeben sich aber Dichtungsprobleme, wenn sie bei großen Meerestiefen angewandt wird, d.h. in einer stark korrosiven Umgebung, v/ie bei Seewasser, und in Gegenwart von potentiell zu Abrieb führenden Elementen, wie Überkrustungen und Sandkörnern.'Die Dichtungspackung, die nur al; ein Ringband mit sehr kleiner Breite ausgelegt sein kann, ίε~. daher ständig Beschädigungen durch Korrosion und durch ein ständiges relatives Gleiten zwischen den sphärischen Flächen des Kupplungspaars ausgesetzt, die durch Unterwasserströmungen verursacht v/erden, so daß eine solche Dichtungspackung mit der Zeit unvermeidbar schlechter wirdi Hierdurch wird die Effektivität der Kupplung beeinträchtigt. Die andere bekannte Bauart einer flexiblen Kupplung besteht im wesentlichen aus einem Teil aus Kunststoff und somit einem flexiblen Rohrstück, das auf sehr komplizierte Weise unter Verwendung von spiralförmig gewundenen Metalldrähten oder -platten verstärkt ist.

Diese zweite Bauart einer flexiblen Kupplung überwindet offensichtlich den zuvor erwähnten Nachteil der ersten Bauart, da die Leichtigkeit der Verformung nicht mehr auf ein sphärisches Kupplungspaar konzentriert, sondern nunmehr über den gesamten Rohrabschnitt verteilt ist. Deshalb benötigt man keine Dichtungspackung mehr, die beschädigt v/erden kann. Jedoch hat diese Kupplungsbauart aufgrund der Verwendung von Kunststoff einen schwerwiegenden Nachteil, da Kunststoff aufgrund seiner Alterung langfristig nur wenig zuverlässig ist, da Kunststoff ferner hinsichtlich des zu fördernden Fluids undurchlässig ist und sich darüberhinaus die Konstruktion beträchtlich verändern kann.

Die Erfindung zielt darauf ab, die Nachteile bei bekannten flexiblen Kupplungen zu überwinden, wobei die Vorteile derselben beibehalten v/erden sollen. Es wird daher eine

130067/0844

neue Bauart einer flexiblen Kupplung angegeben, bei der die Verformungsfähigkeit über ihre gesamte Länge verteilt ist, obgleich sie ausschließlich aus Metall konstruiert ist.

Dies wird nach der Erfindung dadurch erreicht, daß die flexible Kupplung aus einer Metallverbundkonstruktion besteht, bei der jedes Element neben der Erfüllung einer eigenen speziellen Aufgabe auch mit den anderen Elementen der Konstruktion zusammenarbeitet, um die Eigenschaften zu erreichen, die für eine Kupplung notwendig sind, die in großen Meerestiefen angewandt werden soll.

Insbesondere ist die Verbundmetallkonstruktion der flexiblen Kupplung nach der Erfindung derart beschaffen, daß sie eine stark verformbare Zwischenkonstruktion hat, die von einem vorgefertigten Metallbalg gebildet wird, den man beispielsweise dadurch erhält, daß man ein Rohr von der Innenseite formt. Die Aufgabe dieses Balgs ist es, eine Dichtung für die Druckdifferenz zwischen der Innenseite und der Außenseite der Kupplung zu erreichen. Ferner umfaßt die Metallverbundkonstruktion eine äußere Versteifungskonstruktion, die von geschlossenen Stahlringen gebildet wird, die um den Metallbalg in den Vertiefungen desselben, die bei der Ausbildung des Metallbalgs gebildet wurden, angeordnet sind. Die Aufgabe der äußeren Versteifungskonstruktion besteht darin, daß der Balg derart unterstützt wird, daß er einem Innendruck standhalten kann, der größer als der äußere hydrostatische Druck ist. Ferner umfaßt die Metallverbundkonstruktion eine innere Verstärkungskonstruktion, deren Aufgabe es ist, die axialen Zug- und Druckbeanspruchungen aufzunehmen und mit der Zwischenkonstruktion so zusammenzuarbeiten, daß einem äußeren hydrostatischen Druck standgehalten werden kann, der größer als der Innendruck ist. Diese innere Verstärkung^-. konstruktion wird von einer vorbestimmten ausgerichteten Gruppe von geschlossenen Stahlringen mit U-förmigem Quer-

130067/0844

schnitt gebildet, die Seite an Seite aneinanderliegen, gehalten und in einer axialen Richtung aufeinanderfolgend miteinander durch eine darüberliegende Gruppe von Stahlringen mit gestürzt U-förmigem Querschnitt verbunden sind, wobei die Schenkel ihrer Profile jeweils in die Vertiefung von zwei benachbarten Ringen der darunterliegenden Gruppe von U-förmigen Ringen eingelegt sind. Die Ringe mit gestürzt U-förmigem Querschnitt sind offen, um das Einführen der Sehe: kel zu ermöglichen.

Die flexible Kupplung nach der Erfindung weist auch-zwei rohrförmige Metallhülsen auf, die mit Hilfe von verschiedene: möglichen Methoden mit den freien Enden der beiden miteinander zu verbindenden Unterwasserleitungen zu verbinden sind. Die Hülsen werden unter Bildung eines dichten Abschlusses jeweils fest mit den Enden des'Metallbalgs der Metallverbundkonstruktion durch Anschweißen eines endseitigen Metallrings verbunden. Die Hülsen weisen ferner eine Umfangsvertiefung auf, in die ein Schenkel jeweils des ersten und des letzten Rings der darüberliegenden Gruppe von offenen Stahlringen mi' gestürzt U-förmigem Querschnitt der Metallverbundkonstruktioi eingefügt wird.

Mit anderen Worten zeichnet sich erfindungsgemäß eine flexible Kupplung zum Verbinden von zwei Unterwasserleitungen, die zueinander ausgerichtet oder unter unterschiedlichen Winkeln zueinander in großen Meerestiefen verlegt sind, mit zwei rohrförmigen Metällhülsen, die an den freien gegenüberliegenden Enden der Unterwasserleitungen.zu befestigen sind, dadurch aus, daß die Hülsen miteinander mittels einer flexiblen Metallverbundkonstruktion verbunden sind, die eine stark verformbare Zwischenkonstruktion aufweist, die von einem Metallbalg gebildet wird, dessen Enden jeweils dicht schließend auf den Hülsen durch Anschweißen eines endseitige: Metallrings befestigt sind, eine äußere Versteifungskonstruk-'copy 130067/beU

tion, die von geschlossenen Stahlringen gebildet wird, die um den Balg, in seinen Vertiefungen angeordnet sind, und eine innere Verstärkungskonstruktion aufweist, die von einer ausgerichteten Gruppe von geschlossenen Stahlringen mit U-förmigem Querschnitt gebildet wird, die Seite an Seite nebeneinanderliegend gehalten und miteinander aufeinanderfolgend in einer axialen Richtung durch eine darüberliegende Gruppe von offenen Stahlringen mit gestürzt U-förmigem Querschnitt verbunden sind, deren Profilschenkel jeweils in die Vertiefung von zwei benachbarten Ringen der darunterliegenden Gruppe von U-förmigen Ringen eingelegt sind, während der erste und der letzte Ring der darüberliegenden Gruppe von offenen Stahlringen mit einem gestürzt U-förmigen Querschnitt einer ihrer Schenkel jeweils in eine Umfangsvertiefung eingelegt sind, die in den rohrförmigen Metallhülsen vorgesehen sind.

Die Vorteile eines solchen Kupplungstyps sind offensichtlich.

Da keine Dichtungspackungen vorhanden sind, die einem Verschleiß und einer dadurch bedingten Beschädigung ausgesetzt sind, und die Kupplung insgesamt aus Metall besteht, ist sie zunächst extrem robust, haltbar und zuverlässig. Darüberhinaus kann sie wirksam selbst großen Druckunterschieden standhalten, die entweder zwischen der Innen- oder der Außenseite auftreten. Schließlich ist die Kupplung in allen Richrungen stark verformbar. Die Verformbarkeit der Kupplung wird im wesentlichen dadurch'erreicht, daß die Ringe der inneren Verstärkungskonstruktion um einen Abstand relativ zueinander beweglich sind, der gleich dem axialen Zwischenraum ist, der sich bei der Verbindung jedes U-Rings mit dem darüberliegenden gestürzt U-förmigen Ring bildet, und ferner durch die Flexibilität der Schenkel, die in Berührung mit den Ringen stehen. Da jedoch die Kupplung aus mehreren Ringen zusammengesetzt ist, ergibt sich daraus, daß die Summe einer großen Anzahl von kleinen fortschreitenden Bewegungen und Drehungen

130067/0844

der einzelnen Ringe dazu führen kann,die Kupplung stark zu •'verformen , so daß sie leicht die Enden von Rohren verbinden kann, die selbst stark zueinander fehl ausgerichtet sind oder wechselweise zueinander geneigt verlaufen. Um die Leichtigkeit der Verformung der Kupplung weiter zu verbessern, zeichnet sich die flexible Kupplung nach der Erfindung dadurd aus, daß zwischen jedem Schenkel der offenen Stahlringe mit gestürzt U-förmigem Querschnitt und jedem gegenüberliegenden Schenkel der Umfangsvertiefungen der rohrförmigen Metallhülse· e.ine axial gewellte Kreisfeder eingelegt ist, die federnd nacl giebig und wechselweise gegen die gegenüberliegenden Schenkel drückt.

Es ist daher möglich, die zugewandten Schenkel der Ringe um einen Abstand H voneinander entfernt zu halten, der gleich de: Summe der Stärke der axialen Wellung und der Dicke s der Fede:- ist. Der Abstand H kann tatsächlich im Betriebszustand unter dem Einfluß von Zug oder Biegung kleiner v/erden, bis er etwa _n die Dicke s der Feder erreicht, was darauf zurückzuführen ist, ,-■'". daß die Feder zusammengedrückt wird, so daß die axialen Schenk geradegerichtet werden, bis sie schließlich zwischen den gege: überliegenden Schenkeln einen etwa axialen Zwischenraum bilder der gleich der Stärke der Wellung der Feder ist.

Die Erfindung wird nachstehend an einem Beispiel unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung näher erläutert. Darin zeigt:

Fig. 1 eine Längsschnittansicht von zwei

Unterwasserleitungen in Teilschnittdarstellung, die mit einer flexiblen Kupplung nach der Erfindung miteinander verbunden sind,

Fig. 2 eine Längsschnittansicht durch die

130067/08U

flexible Kupplung nach der Erfindung längs der Linie AA-BB in Fig. 1 in Teilschnittdarstellung und als Vergrößerung,

Fig. 3 eine Ansicht zur Verdeutlichung der

^! Verformung, der die flexible Kupplung

nach der Erfindung unterworfen v/erden kann, die zur Verbindung von zwei Unterwasserleitungen bestimmt ist, die zueinander fehlausgerichtet sind, und

Fig. 4 eine Ansicht zur Verdeutlichung der

Verformung, die die Kupplung nach der Erfindung erfahren kann, wenn sie zwei Unterwasserleitungen verbinden soll, die zueinander geneigt sind.

Unter Bezugnahme auf die Zeichnung sind mit 1 und 2 zwei Unterwasserleitungen bezeichnet, die in großer Meerestiefe mit einer "beliebigen Ausrichtung verlegt sind. Diese sollen mit Hilfe einer flexiblen Kupplung 3 verbunden werden. Die Kupplung 3 besteht aus zwei rohrförmigen Metallhülsen 4 und 5, die jeweils an den freien gegenüberliegenden Enden der Rohre 1 und 2 mit Hilfe einer Schweißnaht 6 (wie in den Figuren gezeigt) oder durch irgendeine andere, auf diesem Gebiet übliche Methode befestigt sind und die durch eine flexible Metallverbundkonstruktion 7 miteinander verbunden sind.

Die Verbundkonstruktion 7 besteht aus einer stark verformbaren Zwischenkonstruktion, die im wesentlichen in Form eines Metallbalgs 8 ausgebildet ist, den man dadurch erhält, daß man ein Rohr an seiner Innenseite verformt. Die Enden des Metallbalgs sind jeweils unter Bildung eines dichten Abschlusses auf

130067/0844

- ίο -

den Hülsen 4 und 5 durch Anschweißen eines endseitigen Metallrings 9 und 10 jeweils befestigt.

Dieser Metallbalg 8 ist außen durch eine äußere Verstärkungskonstruktion versteift, die eine Gruppe von geschlossenen Stahlringen 11 aufweist, die um den Balg an den während der Formgebung gebildeten Stellen angeordnet sind, die den Vertiefungen des Balgs entsprechen. An der Innenseite des Balgs 8 ist eine innere Verstärkungskonstruktion vorgesehen, die eine axial ausgerichtete Gruppe von geschlossenen Stahlringen 12 mit U-förrnigem Querschnitt aufweist, die Seite an Seite aneinanderliegend gehalten und aufeinanderfolgend miteinander und mit den Metallhülsen 4 und 5 mit Hilfe einer darüberliegenden Gruppe von Stahlringen 13i (wobei i = 1,2,3 ....) mit gestürzt U-förmigem Querschnitt verbunden sind, wobei die Schenkel 13' und 13" des Profils (siehe insbesondere Fig. 2) jeweils in die Vertiefung des U-fö'rmigen Querschnitts von zwei darunterliegenden benachbarten Ringen 12 eingelegt sind. Der erste und der letzte Ring der darüberliegenden Gruppe von Ringen 13i mit gestürzt U-förmigem Querschnitt haben einen Schenkel 13'" bzw. . einen Schenkel 13", die in Umfangsvertiefungen 14 und 15 in den Metallhülsen 4 und 5 jeweils vorgesehen sind.

Selbstverständlich müssen zum Einführen die Ringe 13i mit gestürzt U-förmigem Querschnitt offen sein, d.h. sie müssen durch axiale Einschnitte I6i (siehe Fig. 2) zweigeteilt sein.

Schließlich-ist zwischen jedem Schenkel 13' und 13" der offenen Stahlringe 13i mit gestürzt U-förmigem Querschnitt und jedem gegenüberliegenden Schenkel 12" und 12· der jeweils geschlossenen Stahlringe M:i mit U-förmigem Querschnitt sowie mit dem gegenüberliegenden Schenkel 14^! der jeweiligen Umfan^svertiefungen 14 der Metallhülsen 4 und 5 eine axial gewellte Kreisfeder 17 eingelegt, die durch die Hocker der "' 130067/0 8 44

axialen Wellung wechselweise federnd nachgiebig gegen gegenüberliegenden Schenkel drückt und diese daher federnd nachgiebig in einem Abstand H (siehe Fig. 2) voneinander hält. Hierdurch ist es möglich, daß die gegenüberliegenden Schenkel eine beträchtliche Relativbev/egung um das Ausmaß (H-s) ausführen können, wobei mit s die Stärke der Feder bezeichnet ist. Infolge des Geraderichtens der Hocker der axialen Wellung durch Zusammendrücken der Feder besitzt die Kupplung eine starke Verformbarkeit, so daß sie leicht die Enden von Unterwässerleitungen selbst dann verbinden kann, wenn diese Enden stark fehlausgerüstet sind (siehe Fig. 3) oder wechselweise zueinander geneigt angeordnet sind (siehe Fig. 4).

Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf die gezeigte Ausführungsform einer flexiblen Metallkupplung beschränkt. Anstelle von Ringwindungen kann die Kupplung auch spiralförmig verlaufende Elemente enthalten.

Mit anderen Worten bedeutet dies, daß der Balg 8 von einem Metallwellblech gebildet werden kann, das um sich selbst spiralförmig gebogen ist. Die äußeren Verstärkungsringe 11 können von einem einzigen runden Stahlstangenmaterial gebildet werden, das spiralförmig in die Vertiefungen des Balgs 8 gewunden ist. Die beiden Gruppen von U-förmigen Ringen 12 und 135 können schließlich jeweils schraubenförmig bzw. spiralförmig verlaufen und von einem U-förmigen Metallbandstück gebildet werden.

Somit ist es, ausgehend von einfachen Metallblechstreifen und Rundmaterialteilen unter Verwendung von geeigneten Maschinen möglich, auf einfache Weise und unmittelbar nicht nur die flexiblen Kupplungen herzustellen, sondern auch die gesamten flexiblen Rohre mit unbestimmter Länge zur Unterwasserverlegung vorzubereiten, die Fluide oder Gase führen, und diese können um Trommeln mit großem Durchmesser in beträchtlichen Längen gehalten v/erden und brauchen dann nur abgewinkelt zu

130067/0844

werden, wenn sie bei der Verlegung benötigt werden. Somit lassen sich die Arbeiten äußerst schnell und zuverlässig durchführen.

130067/0844

Leerseite

Claims

Dr. F. Zuimsteesii sere. - Dr. E.'Ässmann -"Or. R.'koenigsberger DSpi.-IPhys. R. Hotebsuer - DipS.-ing. F. Klingseoson - Dr. F. Zumstesn iun

ⁿ _t PATENTANWÄLTE

ZUGELASSENE VERTRETER BEIM EUROPÄISCHEN PATENTAMT REPRESENTATIVES BEFORE THE EUROPEAN PATENT OFPICE

He/Li Case 1305

Nuovo Pignone S.poA_e£) Florenz/Italien SEAM S.poA., Mailand/Italien

Flexible Metallkupplung zum Verbinden von Unterwasserleitungen₉ die in großen Tiefen verlegt sind

PATENTANSPRÜCHE

Flexible Kupplung zum Verbinden von zwei Unterv/asserleitungenj, die zueinander ausgerichtet oder unter unterschiedlichen Winkeln zueinander in großen Meerestiefen verlegt sind, mit zwei rohrförmigen Metallhülsen, die an den freien gegenüberliegenden Enden der Unterwasserleitungen zu befestigen sind_P
dadurch gekennzeichnet, daß die Hülsen (4,5) miteinander mittels einer flexiblen Metallverbundkonstruktion (7) verbunden sind, die eine stark verformbare Zwischenkonstruktion aufweist, die von einem Metallbalg (8) gebildet wird₉ dessen Enden jeweils

dicht schließend auf den Hülsen (4,5) durch Anschweißen eines endseitigen Metallringes (9,10) befestigt sind, eine äußere Versteifungskonstruktion, die von geschlossenen Stahlringen (11) gebildet wird, die um den Balg (8) in seinen Vertiefungen angeordnet sind, und eine innere Verstärkungskonstruktion aufweist, die von einer ausgerichteten Gruppe von geschlossenen Stahlringen (12) mit U-förmigem Querschnitt gebildet wird, die Seite an Seite nebeneinanderliegend gehalten und miteinander aufeinande: folgend in einer axialen Richtung durch eine darüber-. liegende Gruppe von offenen Stahlringen (I3,13i) mit gestürzt U-förmigem Querschnitt verbunden sind, deren Profilschenkel (13*,13") jeweils in die Vertiefung von" zwei benachbarten Ringen (12) der darunterliegenden Grur/ von U-förmigen Ringen eingelegt sind, während der erste und der letzte Ring der·darüberliegenden Gruppe von offenen Stahlringen mit einem gestürzt U-förmigen Querschnitt einer ihrer Schenkel (13'»13") jeweils in eine Umfangsvertiefung (14,15) eingelegt sind, die in den rohrförmigen Metallhülsen (4,5) vorgesehen ist.
2. Flexible Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen jedem Schenkel (13',13") der offenen Stahlringe (I3i) mit gestürzt U-förmigem Querschnitt und jedem gegenüberliegenden Schenkel (12",12') der geschlocsenen Stahlringe (12) mit U-förmigem Querschnitt sowie jedem gegenüberliegendem Schenkel (i4^f) der Umfangsvertiefungen (14,15) der rohrförmigen Metallhülsen (4,5) eine axial gewellte Kreisfeder (17) eingelegt ist, die federnd nachgiebig und wechselweise gegen die gegenüberliegenden Schenkel drückt.

■130067/0844