JPS62159885A - High-pressure multi-path swivel joint - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。(57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は浮遊する生産システムに用いられる回り継手組
立体に関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Field of the Invention The present invention relates to a swivel assembly for use in floating production systems.

（従来の技術） 浮遊する生産システムの出現により、固定される生産立
ち管を水面の船に接続する各種の単一点係留方法が案出
された。これらのシステムは回り継手組立体を要し、セ
して本発明はそれらの組立体に関するものであるが、必
ずしもそれに限定されるものではない。船が波および流
れにより自由に回る間も立ち管は定位置に留るため回り
継手組立体が必要となる。本発明による回り継手組立体
は１９８３年２月１８日出願された「浮遊設備に海面下
の生産装置を接続する装置および方法」に関するカナダ
国出願Ｈ４２１，９０９号に記載の装置に関連［７て使
用することができる。BACKGROUND OF THE INVENTION With the advent of floating production systems, various single point mooring methods have been devised to connect fixed production standpipes to ships on the surface. These systems require swivel assemblies, and the present invention relates to, but is not necessarily limited to, such assemblies. A swivel joint assembly is required because the standpipe remains in place while the vessel is free to rotate due to waves and currents. The swivel assembly according to the invention relates to the apparatus described in Canadian Application No. H421,909 for ``Apparatus and Method for Connecting Subsea Production Equipment to Floating Facilities'', filed February 18, 1983. can be used.

（発明が解決し二つとする間辿点） 従来のシール技術を用いる既存の回り継手組立体のシス
テムは信頼性に乏しく且つ低圧定格のものであった。産
物流木の汚れおよび寸法上の不安定によって生じる摩耗
の増大によシシールは急速に破壊する。７００　ｋｇ　
７ｃｍ２　（１０，０ＯＯｐｓ　ＩＧ）　’またけそれ
以上の高圧では、構造上のたわみが主要な設計上の問題
となる。溝を保持するシール材は株シールの完全を維持
するためシール面に近接した状態に保たねばｈらない。SUMMARY OF THE INVENTION Existing swivel assembly systems using conventional sealing techniques have been unreliable and low pressure rated. The seals break down rapidly due to increased wear caused by contamination and dimensional instability of the product driftwood. 700 kg
At higher pressures than 7cm2 (10,0OOps IG), structural deflection becomes a major design issue. The sealant holding the groove must be kept close to the sealing surface to maintain the integrity of the stock seal.

（発明の概要） 本発明は回り継手組立体における有害な構造上のたわみ
を抑制する装置および方法に関する。本発明の構成によ
れば、シール面は潤滑流体によって連続的に清掃される
。このことはシール材の寿命を著しく向上し且つシステ
ム全体の信頼性を改善する。産油システムにおける摩耗
性のある汚れからゾール材を保護する結果として、本発
明の一般的な原理は本出願で記載される以外の多くの産
業分野に適用することもできる。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention relates to an apparatus and method for suppressing deleterious structural deflections in a swivel assembly. According to an arrangement of the invention, the sealing surfaces are continuously cleaned by the lubricating fluid. This significantly increases seal life and improves overall system reliability. As a result of protecting sol materials from abrasive fouling in oil production systems, the general principles of the invention can also be applied to many industrial fields other than those described in this application.

本発明によって使用される型のシールは圧力で付勢され
ることから、現在の設計に付随する付加的な問題も少な
くなる。圧力が高まると、シール摩擦も増大するが、こ
のことが起す問題は回り継手を作動する大きな発生トル
クである。間隙コントロールリングを作動するのに要す
る圧力カバランスシステムは回り継手の中間通路におい
て比較的小さな圧力差を生じるのに使用することができ
る。これは生産立ち管の応力レベルを著しく低下する。Because the type of seal used by the present invention is pressure energized, additional problems associated with current designs are also reduced. As the pressure increases, the sealing friction also increases, but the problem this causes is the increased torque generated to operate the swivel. The pressure coverage system required to operate the gap control ring can be used to create a relatively small pressure differential in the intermediate passage of the swivel. This significantly reduces stress levels in production standpipes.

本発明を適用することにより、以前には単一点係留方法
によっては生産に適用することができなかった高圧の装
置に浮遊生産システムを適用するのを可能にする。Application of the present invention makes it possible to apply floating production systems to high-pressure equipment that previously could not be applied to production by single-point mooring methods.

広い態様によれば、本発明は固定された入口ポートと回
転する出口ポート間において回転する際に気体または液
体の流通を可能にする高圧回り継手組立体に関し、その
組立体（ｄ少なくも一つの孔を有し且つ立ち管に取付け
られるようになっている固定された中央のアーμを含む
。回転し得る流体移送要素がアーμに取付けられ且つア
ーμの孔に連通ずる環状の通路およびその通路に連通ず
る出ロホートを含む。一対の間隙コントロールリングが
前記移送要素の内面に取付けられて前記環状の通路の上
下に平行に設けられる。各間隙コントロールリングは動
的シールおよびＱ　　ＩＪソング備えた少なくも一つの
環状の溝を有し、前記コントロールリングおよび動的シ
ールの内径は前記アーμの近接面に密封状に係合する。According to a broad aspect, the present invention relates to a high pressure swivel assembly that allows gas or liquid communication during rotation between a fixed inlet port and a rotating outlet port; It includes a fixed central arm having a hole and adapted to be attached to the standpipe.A rotatable fluid transfer element is attached to the arm and includes an annular passageway communicating with the hole in the arm. a pair of gap control rings are mounted on the inner surface of the transfer element and are disposed parallel above and below the annular passageway. Each gap control ring is provided with a dynamic seal and a Q IJ song. With at least one annular groove, the inner diameter of the control ring and dynamic seal sealingly engages the proximal surface of the arm.

前記間隙コントロールリングの内径と外径との間に不均
等な圧力分布が存在する二うに構成され、コントロール
リング構造上のたわみにより前記間隙コントロールリン
グの内径が前記アーμの面に接触するのを維持するよう
になっている。The gap control ring is configured such that an uneven pressure distribution exists between the inner diameter and the outer diameter, and the inner diameter of the gap control ring is prevented from contacting the surface of the arc due to the deflection of the control ring structure. It is designed to be maintained.

〔実施例） 次に図面を参照のもとに本発明に関し説明する。〔Example) Next, the present invention will be explained with reference to the drawings.

第１図に示すように、多通路回り継手組立体００）は固
定要素と回転要素から構成される。立ち管引張り支持体
（１２１は図示のように立ち管コネクタ（１６）に固定
されたスラストベアリング支持組立体（１４）を含む。As shown in FIG. 1, the multi-passage swivel assembly 00) is comprised of a fixed element and a rotating element. The standpipe tension support (121) includes a thrust bearing support assembly (14) secured to the standpipe connector (16) as shown.

その組立体の上端は垂直な通路締切弁ｕａを含み且つＣ
■のような一連の生産ライン回り継手組立体が積ミ重ね
られている。またコントロールラインの回り継手装置（
２２）も含まれる。The upper end of the assembly includes a vertical passageway shut-off valve ua and C
A series of production line swivel joint assemblies as shown in (2) are stacked one on top of the other. Also, the control line swivel device (
22) is also included.

第２図に関し説明すると、生産立ち管０θ（第１図）に
対し固定された中央のアーμ（２４Ｊに取付けられた２
つの組立体（２０１が示されている。アーバハ少なくも
１つの中央の孔（２ｅを有し、その孔は立ち管の生産チ
ューブ（図示せずンに接続する。アーμの各孔Ｃ）６）
は回転する流体移送要素（ハ）に接続し、その要素はア
ーバＣ力に回転可能に設置され且つアーμの孔Ｃｅに連
通ずる環状の通路（至）を含み、それらの二つは出口ボ
ートＧのに連通ずる。To explain about Fig. 2, the central arc μ (24J attached to
one assembly (201 is shown; the arbor has at least one central hole (2e) that connects to the production tube (not shown) of the standpipe; each hole C of the arμ) 6 )
is connected to a rotating fluid transfer element (c), which element is rotatably mounted in the arbor C and includes an annular passage (to) communicating with the hole Ce in the arμ, two of which are connected to the exit boat. It connects to G.

各移送要素（至）は２つの間隙コントロールリング（３
４）、（至）および圧力バランス流体のための内部ボー
トを含む。第２図に示すように、コントロールリング３
４）は環状の通路（７）の上に平行に且つリング（（４
）は通路（叫の下に平行に設けられている。Each transfer element (to) has two gap control rings (to
4), (to) and includes an internal boat for pressure balance fluid. As shown in Figure 2, the control ring 3
4) is parallel to the top of the annular passage (7) and the ring ((4)
) is provided parallel to the passageway (under the shout).

コントロールリングの一実施例を第５図に示す。One embodiment of the control ring is shown in FIG.

圧力流１４ＰＦは動的シール（至）とそれに関連のＯ−
リング（４１の加圧側から静止シール（４２１の加圧側
に間隙コントロールリング（ロ）を包囲する。説明のた
め、両方のシールの下流側は排水され、または産物流よ
りかなり低圧に維持されると考えられる。間隙コントロ
ールリング（ロ）の外径と内径間の等しくない圧力分布
により、発生する構造上のたわみが間隙コントロールリ
ング（財）の内径（４４）をアーμＱ４）の近接面に対
し、接触状態に保つ。このようにして、シールの支持が
維持され且つ押し出しによる破損または過度の間隙によ
る支持の喪失が防止される。Pressure flow 14PF is the dynamic seal (to) and its associated O-
Surrounding the gap control ring (b) from the pressure side of the ring (41) to the pressure side of the stationary seal (421). It is possible that due to the unequal pressure distribution between the outer diameter and the inner diameter of the gap control ring (B), the structural deflection that occurs causes the inner diameter (44) of the gap control ring (B) to be remain in contact. In this way, the support of the seal is maintained and damage from extrusion or loss of support due to excessive clearance is prevented.

いわゆる「足跡」状の圧力プロフィルに手を加えるため
材料の選択に関し各種の型の間隙コントロールリングＬ
３４）を備えることができる。さらに、間隙コントロー
ルリングの材料自体に必要な性質が得られなければ、ベ
アリングインサー）　（４６）を挿入してもよい。Various types of gap control rings L are available with regard to material selection in order to modify the so-called "footprint" pressure profile.
34). Furthermore, if the material of the gap control ring itself does not have the required properties, a bearing inserter (46) may be inserted.

第４図には、いくつかの移送要素醸がアーμ１２ａに取
付けられ、通路（３０）は出口ボートＣ３２＋に連通ず
る。In FIG. 4, several transfer elements are attached to the arc 12a, and the passageway (30) communicates with the exit boat C32+.

間隙コントロールリングは２つの動的シール（４８）を
備え、この特徴を含む６つの流路を回り継手組立体が有
するこの構成において、部分的な圧力バランスが利用さ
れる。潤滑油は産物流体より低い圧力で回路（５１（第
５図）からシール間に導入される。The gap control ring includes two dynamic seals (48), and in this configuration, where the swivel assembly has six flow paths including this feature, partial pressure balance is utilized. Lubricating oil is introduced between the seals from circuit 51 (FIG. 5) at a lower pressure than the product fluid.

他の回路（５２）は回路６ｏ以−Ｆの成る増分をもった
圧力に維持される。The other circuits (52) are maintained at incremental pressures consisting of circuits 6o to F.

この構成から２つの原理的な利益が得られる。Two principal benefits result from this configuration.

第１に、中央区域のシールを横切って比較的小さな圧力
差が維持されるので、摩擦は小さくなる。First, a relatively small pressure differential is maintained across the seal in the central area, so friction is low.

シールは圧力で付勢されることから、付加的な中央区域
が加えられるので、このことは大きな利益を有する。第
２には、各シールを横切る圧力ステップは所与の公差内
に維持され得るので、産物流体の圧力より低い圧力定格
をもつシールを利用することができる。第４図に示すよ
うに、回り継手の端末における２つの間隙コントロール
リングＣ３５＋は５つの動的シール（４８）を含み、そ
れらは産出された流体を受入れるだめの付加的な余裕を
示しおよびシールごとの圧力差を減少するだめの付加的
な圧力ステップ（もし必要ならば）を示す。圧力ＰＡは
付加的な圧力ステップとしてまたはＦＢと共通なものと
して利用される。Since the seal is pressure energized, this has significant benefits as additional central area is added. Second, because the pressure step across each seal can be maintained within a given tolerance, seals with pressure ratings lower than the pressure of the product fluid can be utilized. As shown in FIG. 4, the two clearance control rings C35+ at the ends of the swivel include five dynamic seals (48), which provide additional room for receiving the produced fluid and each seal Indicates additional pressure steps (if necessary) in the reservoir to reduce the pressure difference. Pressure PA is used as an additional pressure step or in common with FB.

第４図に示したシール装置は第５図において好適な実施
例として示されている。この場合、間隙コントロールリ
ングに一つの付加的な静止シールが加えられる。第５図
の構造では清浄な潤滑油が産物の圧力以上の圧力で回路
（５２）を通して供給される。また回路印は回路（５２
）よりは低いが産物の圧力よりは若干番い圧力で清浄な
潤滑油の供給を受ける。この装置は上記のような圧力差
のため、間隙コントロールリング０４）のたわみが抑制
される。The sealing arrangement shown in FIG. 4 is shown as a preferred embodiment in FIG. In this case, one additional static seal is added to the gap control ring. In the structure of FIG. 5, clean lubricating oil is supplied through circuit (52) at a pressure greater than the product pressure. Also, the circuit mark is a circuit (52
) is supplied with clean lubricating oil at a pressure slightly lower than the product pressure. In this device, the deflection of the gap control ring 04) is suppressed due to the pressure difference as described above.

第４図に示すもの以上のこの構造の利点はもれの方向に
よって生じる。第５図の装置では高圧側から低圧側への
もれはシールを横切る清浄な流体によって生じる。その
結果、産出された流体で汚れたシール面を清め、寿命を
著しく長くする。産物の流れの中に失なわれる流体の量
は大きくはならない。従来のシステムより付加的に複雑
になっているこのシステムの経済性は信頼性を高めたこ
とおよび本発明が可能にする新しい用途によって立証さ
れる。補助的な圧力のバランスおよび潤滑システムはこ
のシステムの稼動中に交換するため類似部品を受は入れ
るように設計され得る。低負荷サイクルポンプおよびも
れ監視装置は信頼性のある作用およびこの装置の状態の
連続的な表示を確実にする。The advantage of this structure over that shown in FIG. 4 arises from the direction of leakage. In the apparatus of FIG. 5, leakage from the high pressure side to the low pressure side is caused by clean fluid crossing the seal. As a result, the fluid produced cleans the contaminated sealing surfaces, significantly extending its life. The amount of fluid lost into the product stream is not significant. The economy of this system, which is additionally more complex than previous systems, is demonstrated by the increased reliability and new applications enabled by the present invention. The auxiliary pressure balance and lubrication system may be designed to accommodate similar parts for replacement during operation of the system. A low duty cycle pump and leak monitoring device ensure reliable operation and continuous indication of the status of this equipment.

本発明を実施するには特定のシール形態は不必要であり
、既存の各種の型の適当なシールを用いることができる
。No particular seal configuration is required to practice the invention; any suitable existing type of seal may be used.

本発明によれば、臨界シール区域に汚れた流体が入るの
を防止する圧力補償システムおよび圧力で作動される間
隙コントロールリングが提供され、さらに、内部の摩擦
およびその結果生じるトルクが減少されることが理解さ
れよう。In accordance with the present invention, a pressure compensation system and a pressure actuated clearance control ring are provided that prevent the entry of dirty fluid into critical seal areas, and further reduce internal friction and resulting torque. will be understood.

本発明は特定の実施例および特定の用途に関し記載して
きたが、特許請求の範囲に記載した本発明の範囲および
本発明の精神から逸脱することなく、本発明の各種の変
更が当業者には想起されよう。この概念の応用は圧力下
の摩耗性のあるまたは腐食性のある流体が回り継手を介
して取入れられる分野にある。Although the invention has been described with respect to particular embodiments and particular applications, those skilled in the art will appreciate that various modifications thereto can be made without departing from the scope and spirit of the invention as set forth in the claims. It will be recalled. An application of this concept is in the field where abrasive or corrosive fluids under pressure are introduced via swivels.

この明細書で用いられた用語および表現は記述のために
用いられたものであって、限定のためではなく、且つそ
のような用語および表現は図示および記載された特徴の
均等物または七の部分を除外する意向ではない。本発明
の範囲内で各種の変態が可能な事が理解されよう。The terms and expressions used in this specification are used for purposes of description and not for purposes of limitation, and such terms and expressions are intended to be interpreted as equivalents or parts of the features shown and described. It is not our intention to exclude It will be appreciated that various modifications are possible within the scope of the invention.

【図面の簡単な説明】 第１図は立管、多通路回り継手組立体の立面図、第２図
は第１図の構造に用いられた回り継手組立体の斜視図、
第５図は本発明によるシール装置の一実施例の一部の断
面図、第４図は合成された回り継手組立体の縦断面図、
第５図は他のシール装置を示す第６図に類似の断面図で
ある。 図中、２０・・・回り継手組立体、２４山アーバ、２６
・・・アーバの孔、２８・・・移送要素、５２・・・出
口ポート、３４．３６・・・間隙コントロールリング、
３８．４８・・・動的シール、４０・・・○−リング、
５０．５２・・・回路[Brief Description of the Drawings] Fig. 1 is an elevational view of a standpipe and multi-path swivel joint assembly, Fig. 2 is a perspective view of the swivel joint assembly used in the structure of Fig. 1,
FIG. 5 is a cross-sectional view of a portion of an embodiment of a sealing device according to the present invention; FIG. 4 is a longitudinal cross-sectional view of a combined swivel assembly;
FIG. 5 is a sectional view similar to FIG. 6 showing another sealing device. In the figure, 20... Swivel joint assembly, 24 thread arbor, 26
... Arbor hole, 28... Transfer element, 52... Outlet port, 34.36... Gap control ring,
38.48...Dynamic seal, 40...○-ring,
50.52...Circuit

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] （１）、固定された入口ポートと回転する出口ポート間
において回転する際に気体または液体の流通を可能にす
る高圧回り継手組立体において、前記組立体は少なくも
一つの孔を有し且つ立ち管に取付けられるようになって
いる固定の中央のアーバと、前記アーバに取付けられて
前記アーバの孔に連通する環状の通路および前記通路に
連通する出口ポートを含む回転し得る液体移送要素と、
前記移送要素の内面に取付けられて前記環状の通路の上
下に平行に設けられた一対の間隙コントロールリングを
含み、各前記間隙コントロールリングは動的シールおよ
びＯ−リングを備えた少なくも一つの環状の溝を有し、
前記コントロールリングおよび動的シールの内径は前記
アーバの近接面に密封状に係合し、前記間隙コントロー
ルリングの内径と外径との間に不均等な圧力分布が存在
するように構成され、それによって前記コントロールリ
ングの構造上のたわみにより前記間隙コントロールリン
グの前記内径が前記アーバの面との接触を保つようにな
っている高圧多通路回り継手。(1) A high pressure swivel assembly for permitting gas or liquid communication during rotation between a fixed inlet port and a rotating outlet port, the assembly having at least one hole and a vertical a fixed central arbor adapted to be attached to a tube; a rotatable liquid transfer element including an annular passageway attached to the arbor and communicating with a bore in the arbor; and an outlet port communicating with the passageway;
a pair of gap control rings mounted on the inner surface of the transfer element and disposed parallel above and below the annular passageway, each gap control ring having at least one annular ring with a dynamic seal and an O-ring; It has a groove of
The inner diameter of the control ring and the dynamic seal are configured to sealingly engage the proximal surface of the arbor and there is an uneven pressure distribution between the inner and outer diameters of the gap control ring; A high pressure multi-passage swivel joint wherein structural deflection of the control ring maintains the inner diameter of the gap control ring in contact with a surface of the arbor. （２）、特許請求の範囲第１項に記載の回り継手におい
て、前記間隙コントロールリングには少なくも二つの動
的シールが備えられ、さらに前記アーバおよび前記コン
トロールリングの表面の間および前記動的シール間に潤
滑油を導入するため前記アーバには回路が在る高圧多通
路回り継手。(2) The swivel joint according to claim 1, wherein the gap control ring is provided with at least two dynamic seals, and further between the arbor and the surface of the control ring and the dynamic seal. A high pressure multi-path swivel joint in which there is a circuit in the arbor to introduce lubricating oil between the seals. （３）、特許請求の範囲第２項に記載の回り継手におい
て、前記回路は産物の圧力より高い圧力で潤滑油を前記
間隙コントロールリングの外径に供給するため前記移送
要素に備えられている高圧多通路回り継手。(3) A swivel according to claim 2, wherein the circuit is provided in the transfer element for supplying lubricating oil to the outer diameter of the gap control ring at a pressure higher than the product pressure. High pressure multi-path swivel joint.