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Die vorliegende Erfindung betrifft unterseeische Kupplungselemente
für Hydraulikflüssigkeitsleitungen mit hoher Zuverlässigkeit. Insbesondere
betrifft sie derartige Kupplungselemente, die in jedem der
zusammenpassenden Teile Absperrventile besitzen, und die Metalldichtungen
aufweisen, um ein Austreten der Hydraulikflüssigkeit zu verhindern.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Bei unterseeischen hydrostatischen Druckübertragungsleitungen, wie
beispielsweise in Verbindung mit Erdölarbeiten, ist eine hohe
Zuverlässigkeit sehr wichtig. Im typischen Fall wird eine Anzahl von
Kupplungshälften senkrecht zu einer Platte oder einer Montagegrundplatte
montiert, wobei die zusammenpassende Hälfte eines jeden Kupplungselementes
an einer oder mehreren parallelen gegenüberliegenden Platten montiert wird,
so daß alle Kupplungen gleichzeitig in Eingriff kommen. Metalldichtungen
werden vorzugsweise im Hinblick auf Zuverlässigkeit und Festigkeit
eingesetzt. Beispiele für derartige Kupplungselemente werden in den
US-Patenten Nr. 4637470, an Weathers und Mitarbeiter erteilt, 4694859, an
Smith erteilt, und 4709726, an Fitzgibbons erteilt, vorgelegt. Im typischen
Fall wird die Metalldichtung C-förmig sein, wie bei den Patenten von Smith
und Fitzgibbons, oder V-förmig, wie in der Konstruktion der Verbindung von
Weathers. Das US-Patent Nr. 4597413 offenbart ein Kupplungselement für das
Verbinden einer ersten und zweiten Flüssigkeitsquelle. Das Kupplungselement
weist eine Kupplungsbaugruppe und eine Nippelbaugruppe auf. Die
Kupplungsbaugruppe umfaßt einen Kupplungsdurchgang, der sich zwischen der
ersten und der zweiten Kupplungsflüssigkeitsöffnung erstreckt. Muffen
werden mittels einer Feder dazu gebracht, die zweite
Kupplungsflüssigkeitsöffnung zu schließen. Die Nippelbaugruppe umfaßt einen
Nippeldurchgang, der sich zwischen der ersten und der zweiten
Nippelflüssigkeitsöffnung erstreckt. Nippelmuffen werden mittels einer
Feder dazu gebracht, die zweite Nippelflüssigkeitsöffnung zu schließen. Die
Nippelbaugruppe kann in die Kupplungsbaugruppe gegen die Wirkung von Federn
in einer Position eingefügt werden, in der alle Flüssigkeitsöffnungen offen
sind und das zweite Kupplungselement und die Nippelflüssigkeitsöffnungen
in Verbindung sind.
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WO 89/01587 offenbart eine Kupplungsbaugruppe mit einem
Redundanzventilsystem. Zwei drehbare Ventilbaugruppen werden innerhalb des
Kupplungsgehäuses und des Nippelgehäuses bereitgestellt, die geöffnet
werden, wenn das Nippel in das Kupplungselement eingesetzt wird.
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Eine Kupplungsanordnung ist erforderlich, bei der der hohe innere
Druck nicht dazu neigen wird, ein Entkuppeln zu veranlassen. Das gestattet,
daß die Montageplatten und die Vorrichtungen, die die Kupplungselemente
zusammenhalten, eine leichtere Konstruktion aufweisen werden, und daß die
Möglichkeit einer Panne verringert wird. Diesem Zweck dient die vorliegende
Erfindung. Das wird durch eine Vorrichtung nach Anspruch 1 erreicht.
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Fig. 1 ist eine Längsschnittdarstellung einer bevorzugten Ausführung
des Kupplungselementes der vorliegenden Erfindung im gekuppelten Zustand:
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Fig. 2 ist eine Längsschnittdarstellung der linken oder
Kupplungshälfte des Kupplungselementes, das in Fig. 1 gezeigt wird; und
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Fig. 3 ist eine Längsschnittdarstellung der rechten oder Nippelhälfte
des gleichen Kupplungselementes.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG EINER VORZUGSAUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG
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In Fig. 1 wird die gegenwärtig bevorzugte Ausführung des gekuppelten
Kupplungselementes gezeigt und in Fig. 2 und 3 die linke und bzw. rechte
Hälfte.
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In der linken oder "Kupplungsbaugruppenhälfte", die man am besten in
Fig. 2 sieht, sind drei Gruppen von im allgemeinen zylindrischen Bauteilen
vorhanden, wobei sich jede Gruppe im wesentlichen als Einheit bewegt und
ihre Funktion gemeinsam durchführt.
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Ganz links befindet sich ein Kupplungszwischenstück 10, das die
Kupplungsbaugruppe mit der linken Flüssigkeitsquelle verbindet. Ein
Kupplungsgehäuse 11 ist mit diesem verbunden, vorzugsweise durch
Schraubengewinde, und radial im Inneren des Kupplungsgehäuses 11 befindet
sich ein Gehäuse 12. Ein erster Dichtungsanschlag 13 für das Gehäuse
befindet sich zwischen dem Gehäuse 12 und dem Kupplungsgehäuse 11, und ein
zweiter Dichtungsanschlag 14 für das Gehäuse ist im Gehäuse 12 mit
Preßpassung angeordnet. Wie aus der Zeichnung zu ersehen ist, passen das
Gehäuse 12 und die Dichtungsanschläge 13 und 14 für das Gehäuse mit dem
Kupplungszwischenstück 10 und dem Kupplungsgehäuse 11 so zusammen, daß sich
alle als eine Einheit "zusammen bewegen" (in der Praxis sind sie
stationär). Diese Einheit, die als Kupplungsgehäuse bezeichnet werden kann,
dient hauptsächlich dazu, einen Durchgang für die Flüssigkeit zur und von
der linken Flüssigkeitsquelle zur Verfügung zu stellen. Dieser Durchgang
besteht aus einer linken Kupplungsöffnung 15, einem Kanal oder Kanälen 16
im Gehäuse 12, einem zylindrischen Abschnitt 17 zwischen dem Gehäuse 12 und
dem Kupplungsgehäuse 11 und einem Kanal oder Kanälen 18 im
Dichtungsanschlag 13 für das Gehäuse, die an der rechten Kupplungsöffnung
19 enden.
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Das Kupplungsgehäuse dient ebenfalls dazu, eine Halterung für die
verschiedenen anderen Bauteile, die Federn und Dichtungen, die erwähnt
werden, zur Verfügung zu stellen, und es besitzt weitere Kanäle, die die
äußere Umgebung (Meereswasser) mit seinen inneren Abschnitten verbinden.
Es muß erwähnt werden, daß der weitere Kanal oder die weiteren Kanäle im
Gehäuse 12 vom Flüssigkeitskanal oder den -kanälen 15 versetzt sind und
nicht mit ihm oder ihnen verbunden sind.
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In der Mitte der Kupplungshälfte befindet sich ein Kupplungsventil
20 in der bevorzugten Ausführung eines Ablaßventils, wobei die linke
Kupplungsöffnung 15, die zur linken Flüssigkeitsquelle proximal ist,
abgedeckt wird. Der Ventildichtungsanschlag 21 des Kupplungselementes ist
damit mittels Gewinde verbunden, wie gezeigt wird. Die zylindrischen Muffen
23 und 24 umgeben den Schaftabschnitt des Kupplungsventils 20, der
verschiebbar in den zweiten Dichtungsanschlag 14 für das Gehäuses paßt. Ein
Sicherungsring 25, der in eine Nut im Kupplungsventil 20 paßt, hindert die
zylindrische Muffe 24 und mit ihr die Muffe 23 an einer Bewegung nach
rechts mit Bezugnahme auf das Kupplungsventil 20. Die Bewegung nach links
wird durch eine Feder 71 verhindert, die noch diskutiert wird. Man kann
daher sehen, daß sich das Kupplungsventil 20, der Dichtungsanschlag 21 und
die Muffen 23 und 24 als eine Einheit bewegen. Ihre hauptsächliche Funktion
ist das Öffnen und Schließen der linken Kupplungsöffnung 15; sie dient
ebenfalls dazu, die teleskopische Schiebemuffe zu halten, die als nächstes
diskutiert wird.
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Die Anordnung der teleskopischen Schiebemuffe besteht aus drei
Teilen. Ein erstes Teil 30 der teleskopischen Muffe verschiebt sich längs
der Außenseite der zylindrischen Muffe 24 und wird durch die passenden
Vorsprünge auf den entsprechenden Muffen daran gehindert, sich nach rechts
zu verschieben. Ein zweites Teil 31 der teleskopischen Muffe kommt mit dem
Muffenteil 30 in der gleichen Weise in Eingriff. Ein drittes Teil 32 der
teleskopischen Muffe kommt mit dem Muffenteil 31 in nicht verschiebbarer
Weise in Eingriff, wobei es an einer Bewegung nach rechts durch die
Berührung der passenden Vorsprünge auf ihm und dem Teil 31 gehindert wird,
und wobei es an einer Bewegung nach links im gleichen Maß wie das Teil 31
durch eine Feder 72 gehindert wird. Wie Fig. 2 zeigt, liegt das Teil 32 der
teleskopischen Muffe in der entkuppelten Position des Kupplungselementes
über der rechten Kupplungsöffnung 19, die distal zur linken
Flüssigkeitsquelle ist, und sperrt diese ab.
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Mit Bezugnahme auf Fig. 3 weist die rechte oder "Nippel"-Hälfte der
Kupplung ebenfalls drei Gruppen von zusammenarbeitenden Teilen auf. Die
erste oder Nippelgehäusebaugruppe besteht in der bevorzugten Ausführung aus
einem Nippelzwischenstück 40, einem Nippelgehäuse 41, das daran mittels
Schraubengewinde befestigt ist, einem Nippel 42, das zwischen die ersten
zwei benannten Teile paßt, einem Muffensicherungsring 47 und einem
Nippeldichtungsanschlag 48. Die Nippelgehäusebaugruppe, bei der alle Teile
mit Bezugnahme zueinander stationär sind, dient den gleichen Funktionen wie
das bereits beschriebene Kupplungsgehäuse. Insbesondere besitzt sie eine
erste oder proximale Nippelöffnung 44 zwischen dem Nippel 42 und der
rechten Flüssigkeitsquelle, die mittels eines Kanals 45 mit einer zweiten
oder distalen Nippelöffnung 46 verbunden ist. Wie in Fig. 1 gesehen wird,
sind die rechte Kupplungsöffnung 19 und die zweite Nippelöffnung 46 so
angeordnet, daß sie in Verbindung sind, wenn das Kupplungselement gekuppelt
ist.
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Ebenfalls analog zur linken Hälfte weist die Nippelbaugruppe ein
Nippelventil 50 auf, das eine erste Nippelöffnung 44 bedeckt. Ein
Nippelanschlag 57, der ebenfalls eine Dichtung zurückhält, über die noch
diskutiert wird, ist mittels Gewinde damit verbunden.
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Die zweite Nippelöffnung 46 wird in der entkuppelten Konfiguration
durch eine Schiebemuffe 60 geschlossen, die durch eine Feder 74 nach links
gedrängt wird, die aber am Ende ihrer Linksbewegung durch den
Muffensicherungsring 47 zurückgehalten wird. Wie in Fig. 3 zu sehen ist,
ist die Nippelgehäusebaugruppe mit Kanälen versehen, die die äußere
Umgebung mit ihrem Inneren verbinden, gleichermaßen wie beim
Kupplungsgehäuse. Diese Kanäle gestatten natürlich das Zurückziehen und das
Herausschieben der Muffenbaugruppen.
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Im Inneren der Kupplungshälften befinden sich eine erste Feder 71,
die das Kupplungsventil 20 dazu bringt, die linke Kupplungsöffnung 15 zu
verschließen, eine zweite Feder 72, die die teleskopische Schiebemuffe dazu
bringt, die rechte Kupplungsöffnung 19 zu verschließen, eine dritte Feder
73, die das Nippelventil 50 dazu bringt, die erste Nippelöffnung 44 zu
verschließen, und eine vierte Feder 74, die die Schiebemuffe 60 dazu
bringt, die zweite Nippelöffnung 46 zu verschließen.
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Verschiedene Metall- und elastomere Dichtungen werden zur Verfügung
gestellt. Die wichtigsten sind eine erste und bzw. eine zweite
Metalldichtung 81 und 82, von denen eine auf jeder Seite der rechten
Kupplungsöffnung 19 angeordnet wird. Bei der bevorzugten Ausführung sind
diese C-förmig, aber den Fachleuten wird klar sein, daß andere Formen
eingesetzt werden können. Die Durchmesser der Dichtungen 81 und 82 auf
jeder Seite der Druckquelle sind identisch, so daß keine wesentliche
Trennkraft zu verzeichnen ist, die dazu neigt, das Kupplungselement zu
trennen. Die Metalldichtungen 81 und 82 werden durch erste und zweite
sekundäre elastomere Runddichtringe 91 und bzw. 92 abgestützt. Weitere
elastomere Runddichtringe 93, 94 und 95 werden zwischen den
Flüssigkeitskanälen und den Meereswasserkanälen angeordnet, wie in Fig. 2
gezeigt wird. Der Runddichtring 93 wird durch einen Stützring 93a aus
Teflon getragen. In der Nippelhälfte befinden sich die elastomeren
Runddichtringe 96 zwischen dem Nippelventil 50 und dem Nippel 42, die 97
und 98 zwischen dem Nippel 42 und der Schiebemuffe 60 und der 99 zwischen
dem Nippelzwischenstück 40 und dem Nippel 42. Schließlich werden L-förmige
elastomere Dichtungen 85 und 86 eingesetzt, um die Ablaßventilsitze
abzudichten; die Dichtung 85 wird zwischen dem Kupplungsventil 20 und
seinem Dichtungsanschlag 21 angeordnet und die Dichtung 86 zwischen dem
Nippelventil 50 und dem Nippeldichtungsanschlag 48.
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Wenn die Kupplungshälften aneinander angrenzen und zusammengedrückt
werden, wie in Fig. 1 zu sehen ist, zieht sich die Schiebemuffe 60 nach
rechts zurück, die Anordnung der teleskopischen Schiebebuchse in der linken
Hälfte zieht sich nach links zurück und die entsprechenden Gehäusehälften
passen dazwischen, um die distalen Flüssigkeitsöffnungen 19 und 46
nebeneinander anzuordnen. Zu etwa der gleichen Zeit stößt das Nippelventil
50 an das Kupplungsventil 20 an, und beide werden aus dem Sitz gebracht,
wodurch die proximalen Flüssigkeitsöffnungen 15 und 44 geöffnet und der
Flüssigkeitsweg zwischen links und rechts zustande gebracht wird.
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Wegen der Konstruktion der Flüssigkeitsdurchgänge im geschlossenen
Kupplungselement ist keine wesentliche Trennkraft an den Durchgangswänden
zu verzeichnen, die dazu neigt, das Kupplungselement zu trennen, wie das
bei den meisten früheren Konstruktionen der Fall war.
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Wenn das Kupplungselement entkuppelt wird, werden beide Schiebemuffen
wiederum nach vorn gedrängt, wodurch die distalen Öffnungen abgedichtet
werden und das Eindringen von Meereswasser oder anderen Verunreinigungen
verhindert wird.