NL7905387A - Draaibare koppeling. - Google Patents

Description

* VO 8001

Aeroquip A.G.

Zug

Zwitserland Draaibare koppeling.

De uitvinding beeft betrekking op een draaibare koppeling welke geschikt is cm opgencmen te worden in een hogedrukleidingssys-teem, welke koppeling kleine hoekdeformaties in dit leidingsysteem mogelijk maakt alsmede een relatieve verdraaiing tussen die leidingen.

5 Draaibare koppelingen worden gebruikt in starre lei dings systemen waarbij de leidingen met bun einden met elkaar verbonden zijn en welke zowel een kleine hoekverplaatsing moet kunnen ondergaan als wel een onderlinge verdraaiing, waarbij gedurende deze deformatie geen onderbrekingen in dit leidingssysteem mogen optreden. Tot nog tce #10 zijn draaibare koppelingen voorzien van een kogel en vattingsysteem, waarbij elastcmere afdichtingen, draaibare pakkingen en andere mechanische inrichtingen kleine relatieve bewegingen tussen de leidingen mogelijk maken. Voorbeelden van dergelijke koppelingen zijn beschreven in de .Amerikaanse octrooischriften 3.390.899; 3.68o."895; 3.73^-.5^6 en 15 3.853.337.

3ij installaties op booreilanden voor het aanboren van gas en olie worden .starre leidingen gebruikt welke zich bevinden tussen het hoorplatform en de onder water gelegen boorput, waarbij draaibare koppelingen vaak in dergelijke systemen worden toegepast cm het niet 20 stroken van de buisleidingen, waterstromingen, wringingskraehten en andere factoren, welke spanningen in het leidings systeem kunnen doen ontstaan, ondervangen. Aangezien dergelijke koppelingen dikwijls enkele honderden meters onder het wateroppervlak zijn gelegen, staat de koppeling uitwendig onder een zeer hoge vloeistofdruk terwijl de 25 koppeling, welke in verbinding staat met de boorput, onder zeer hoge drukken staat in de orde van grootte van ^2000 N/cm .

Draaibare koppelingen, welke tcfcnog toe onder zulke ongunstige omstandigheden moeten functioneren zijn echter minder betrouwbaar en sterk, dan gewenst is. Het is echter duidelijk, dat een draaibare 7905387 L ï 2 koppeling welke enkele honderden meters onder het wateroppervlak moet werken, onder deze omstandigheden "betrouwbaar moet zijn en het doel van de uitvinding is een draaibare koppeling te verschaffen welke aan de gestelde voorwaarden voldoet.

5 Een verder doel van de uitvinding is het verschaffen van een draaibare koppeling voor hogedrukleidingssystemen, welke koppeling zowel tegen de inwendige als de uitwendige druk bestand blijft en af dicht wanneer kleine verbuigingen en daarmee gepaard gaande draai-bewegingen door het leidingssysteem worden veroorzaakt.

10 De draaikoppeling volgens de uitvinding is voorzien van elastcmere delen, waarbij aanvankelijke·kleine draaimamenten door deze elementen worden opgenamen terwijl grotere draaimamenten worden geabsorbeerd in een draaibare legerconstructie.

De draaikoppeling volgens de uitvinding kan voorts zijn voor-15 zien van een elastcmere legering, waarbij de aanvankelijke draai-mcmenten tussen de leidingen deformatie van het elastomeer veroorzaken terwijl grotere draaimamenten de gehele legerconstructie doen draaien.

In de draaikoppeling volgens de uitvinding zijn axiale legers 20 opgencmen en afdichtende middelen, waarbij fouten in de legering de af dichtende eigenschappen van de koppeling niet beïnvloeden,’ waarbij extra pakkingen worden gebruikt voor een afdichting tegen inwendige en uitwendige vloeistofdrukken.

Volgens een uitvoeringsvorm van de uitvinding ondersteunt een 25 lichaam, dat bevestigd is aan de ene leiding een buisvormige mof, welke aan de andere leiding is bevestigd. De mof steunt tegen een ringvormig, elastomeer legerstelsel, terwijl een ringvormige tegen-houder, welke instelbaar gemonteerd is op dat lichaam, de mof en het legerstelsel onder wrijving tegen dat lichaam aandrukt, Een spie-30 verbinding met speling tussen de mof en de elastcmere legering maakt het moge lijk dat aanvankelijke draaimcmenten, welke op de mof werken, de elastcmere delen deformeren, zonder dat de legeringsdelen van het axiale leger dat gemonteerd is op dat lichaam en de tegenhouder meedraait. Een grotere afwijking van de mof t.o.v. de legering ver-35 oorzaakt een verdraaiing van het gehele legerstelsel in het glij leger 7905387 3 vaardcor dus een te grote "belasting van de elastcmere wordt ondervangen.

De elastomere legering omvat een aantal ringvormige, conische ringen of dergelijke, welke in het elastomere materiaal zijn ingebed 5 waardoor dit gecentreerd wordt gehouden t.o.v. de as van de koppeling, welke conische ringen de stijfheid van de elastomere delen bevorderen t.a.v. een axiale hoekverdraaiing terwijl anderzijds de eigenschappen voor het bevorderen van het opnemen van torsiekrachten worden verbeterd.

10 Verdere bijzonderheden van de uitvinding worden onder verwij zing naar de tekening nader toegelicht. Daarin toont: fig. 1 een axiale doorsnede door een draaibare koppeling volgens de uitvinding; fig. 2 een doorsnede over de lijn II-II van fig. 1; 15 fig. 3 een zijaanzicht van de elastcmere· legering waarbij het bovenste gedeelte in doorsnede is getekend; en fig. U een doorsnede over de lijn IV-IV van fig. 3.

De draaibare koppeling volgens de uitvinding is in fig. 1 in zijn geheel door 10 weergegeven en deze is opgencmen tussen een 20 stel stijve leidingen 12 en lU. De leidingen zijn bij l6 door lassen aan de koppeling verbonden. Deze koppeling bestaat uit een lichaam l8 waaraan een ringvormige tegenhouder 20 door middel van schroefbouten 22 is vastgezet. Sen buisvormige mof 2b wordt door de tegenhouder 20 binnen het lichaam vastgehouden terwijl door 26 de elastomere 25 legering is aangeduid. De leiding 12 is aan het lichaam 18 bevestigd terwijl de leiding 14- aan het vrije uiteinde van de mof 2b is vastgelast, zoals blijkt uit fig. 1.

Het lichaam 18 is voorzien van een boring 28 welke -in verbinding staat met de boring van de leiding 12 en uitmondt in een 30 uitsparing 30. De uitsparing 30 bevat een stel 0-ringen 32 alsmede een ringvormige nok 3b welke op nog te beschrijven wijze kan samenwerken met andere delen van de koppeling. Een ringvormig, conisch axiaal leger 36 is op het vlak 38 van de uitsparing gemonteerd welke leger axiaal tegenover een overeenkomstig axiaal leger bh, 35 gemonteerd in de tegenhouder 20, gelegen is.

7905387 h

De tegenhouder 20 is eveneens ringvormig uitgevoerd en heeft een binnenopening HO s een schuin verlopend radiaal gericht vlak k2, waarop het axiale leger bb is gemonteerd alsmede een axiadl gerichte lip, welke af dichtend kan samenwerken met de 0-ringen 32, zie fig. 1.

5 De schroefbouten 22 lopen door openingen k5 welke zich in de tegen- houder bevinden en zijn in schroefdraadboringen b6 van het lichaam 18 vastgezet, terwijl een kraag H8 van de tegenhouder axiaal op enige afstand gelegen is van een kraag 50 van het koppelingslichaam, welke kragen gescheiden zijn door een vulring 52 of dergelijke.

10 De schroefbouten 22 zijn voorzien van koppen 5^ welke door een z.g. Allen-sleutel vastgedraaid kunnen worden.

De legeringen 36 en bh kunnen bestaan uit met glasvezel versterkt teflon, terwijl de tegenhouder 20 voorzien is van een aantal ringvormige groeven, welke uitmonden in de cylindrische opening ^0, waarin 15 Üppakkingen 56 en 58 zijn aangebracht alsmede de elastomere afdichting 60.

De mof 2b is buisvormig en heeft een boring 62 welke strookt met de boring 28 van het koppelingslichaam, danwel is deze iets kleiner, welke mof een radiaal uitstekende flens 6k heeft met 20 een conisch draagvlak 66 dat kan samenwerken met de legering 36 en de ring 3^, zie fig. 1. Een verdikt gedeelte van de mof is voorzien van een aantal over de omtrek verdeelde, spievormige uitsteeksels 68, zie fig. 1 en'2, terwijl het buitenvlak bij 69 overigens cylindrisch is en voorzien is van een flens 6b met een plat. radiaal vlak 70, 25 dat kan samenwerken met de elastomere legering 26.

De ringvormige elastomere legering is in fig. 1 en 3 getekend.

Het stelsel bestaat uit een eerste ringvormige kraag 72, welke op enige afstand ligt van een tweede ringvormige kraag 7^ terwijl het elastomere materiaal 76, zoals rubber, neopreen, urethaanof derge-30 lijke, aan de kragen 72 en 7b is gehecht.

De kraag 72 heeft een plat radiaal vlak 78 dat kan samenwerken met de flens 70 van de mof terwijl in de draadborxngen 80 schroeven 82 welke door axiale openingen in de flens 7^ lopen, de kraag aan de flens bevestigen. De kraag 72 heeft een schuin en radiaal ver-35 lopend vlak 8H en een convex vlak 86 dat bij draagt aan de bevestiging 790 5 3 87 * 5 van het elastomere materiaal.

De kraag jk heeft een schuin verlopend vlak 88 dat axiaal tegenover het vlak 8h ligt en deze kraag heeft een cylindrisch, axiaal uitstekend, buisvormig deel 90, dat in de opening Uo van 5 de tegenhouder is opgenamen.

Het buitenvlak van het uitsteeksel 90 werkt samen met de afdichtingen 56, 58 en 60, terwijl de kraag een legervlak 92 heeft dat kan samenwerken met het axiale leger UU, zie fig. 1.

Het uitsteeksel 90 heeft aan de binnenzijde een aantal- spie-10 groeven 9b en zoals uit fig. 2 blijkt, zijn de cmtreks afmetingen van de groeven 9b groter dan de spievormige uitsteeksels 68 van de mof 2b, waardoor een speling ontstaat tussen de mof 2b en het uitsteeksel 90 en derhalve een kleine vrije verdraaiing tussen die delen mogelijk is.

15 Een aantal conische ringen 96 is in het elastomere materiaal 76 ingebed tussen de kragen 72 en 7^ welke ringen op enige onderlinge afstand liggen, zodat daartussen zich elastisch materiaal bevindt.

Bedoelde ringen verstijven het elastische stelsel met betrekking tot een hcekafwijking in de leidingen 12 en 1¼ waarbij het elastische 20 materiaal 76 bij deze draaiende deformatie gecentreerd, blijft.

De legeringseenheid 26 wordt gescheiden van de mof 2k gemaakt waarbij elastomeer materiaal cm de kragen 72 en 7^· wordt gespoten, waarna het stelsel door schroeven 82 aan de flens 6b van de mof wordt bevestigd. Het stelsel 26 en de flens 6k vormen tezamen een steun-25 vlak voor de mof 2b welke mof binnen het lichaam 10 wordt gehouden door de tegenhouder 20.

Het is duidelijk dat wanneer de bouten 22 waarmede de tegenhouder op het kcppelingslichaam wordt vastgezet, worden aangetrokken de axiale afmetingen tussen de axiale legeringen 36 en kh afneemt 30 en een wrijvingskraeht op de flens 6b en de kraag Tb wordt uitge - cefend. De uiteindelijke waarde van deze wrijvingskraeht hangt af van de r*uimte tussen de kragen b8 en 50 welke wordt bepaald door de afstandsorganen 52 en door het gebruik van afstandsorganen van verschillende dikte kan de voorspanning in het legeringsstelsel 35 nauwkeurig worden ingesteld. Als gevolg van de verende aard van het 7905387 i 6 materiaal Té zal de το or spanning van de axiale legering tegen het legerstelsel een radiale deformatie van het elastcmere materiaal veroorzaken en de grootte Tan de Toorspanning is zodanig, dat de maximaal toegestane deformatie "binnen het elastische materiaal op-5 treedt Toordat de mof t.o.T. het koppelingslichaam en de tegenhouder OTer de legeringen 36 en kk draait.

Tijdens verblijf Terbindt de koppeling 10 de leidingen 12 en lil en fluïdum kan niet uit de leidingen treden als gevolg Tan de afdichtingen tussen het lichaam 18, de tegenhouder 29 en de mof 2h.

10 Bij gebreken in de legeringen 36 of kk zal de afdichting 56 Toorkcmen dat fluïdum uitlde' koppeling kan. treden terwijl de afdichting 58 Terhindert dat fluïdum uit de koppeling lekt in het geval deze zich enkele honderden meters onder het wateroppervlak bevindt. De pakking 60 draagt dus bij in het voorkomen van lekken van de koppeling hetzij 15 in- danwel uitwendig.

De radiale speling tussen de mof 2k en het uitsteeksel 90 van de kraaf maakt kleine hoekafwijkingen tussen de leidingen 12 en lil· onderling mogelijk als gevolg van de aanwezigheid van het elastische materiaal 76.

20 Wanneer de leidingen 12 en lU aan sterke draaimomenten onder hevig zijn dan zullen spievormige uitsteeksels 68 binnen de uitsparingen 9k draaien eb als gevolg van de daartussen bestaande speling, zal het elastische materiaal jé door de kraag J2 wordèn getordeerd, waardoor een tegenwerkende kracht ontstaat, welke het koppel tegen-25 werkt, zonder dat beschadigende krachten in de koppeling gaan optreden. Draaibewegingen cm de as van de leidingen tot ongeveer 20° --- blijft mogelijk uitsluitend door defomatie van het elastische materiaal 76.

Wanneer tussen de leidingen 12 en ik een grotere verdraaiing 30 optreedt dan 20°, dan zullen de uitsteeksels J8 in samenwerking treden met de zijkanten van de uitsparingen 9k en er dus een rechtstreekse verbinding bestaat tussen de. mof en het uitsteeksel 90 zodat dit met de kraag 7k gaat draaien. De mof 2k en de gehele legering 26 draaien nu t.o.v. de legers 36 en kk zodat de leiding 12 zelfs 35 over 360° en meer kan draaien t.o.v. de leiding ko, zonder dat 790 5 3 87 τ beschadigende krachten in de koppeling optreden.

De koppeling volgens de uitvinding levert aanvankelijk een tegenwerkend koppel over een verdraaixngshoek van 20° of minder, terwijl de andere legering het mogelijk maakt de koppeling geheel 5 te draaien zonder dat overbelasting optreedt. Bij elke hoekver- plaatsing wordt in een tegenwerkend koppel voorzien en de krachten welke nodig zijn cm een elastische deformatie en vervolgens een verdraaiing van de delen te bewerkstelligen, kunnen nauwkeurig worden ingesteld door het gebruik van de af stands organen 52. De koppeling 10 volgens de uitvinding is uitermate betrouwbaar en waarborgt een doeltreffende afdichting, zelfs bij gebreken in de legering.

Het is duidelijk dat verschillende wijzigingen in de constructie mogelijk zijn zonder buiten het kader van de uitvinding te treden. De uitsteeksels 68 en de uitsparingen 9^ kunnen elke 15 geschikte vorm hebben voorzover zij deel uitmaken van het uitsteeksel 90 en opgenomen zijn in een spieverbinding in de mof 2b. Deze spie-verbinding moet een bepaalde vrije beweging tussen de mof 2b en het uitsteeksel 90 mcgelijk maken, waarbij de vorm van de spie-constructie niet kritisch is.

20 25 30 7905387 35

Claims (11)

1. Draaibare buiskoppeling bestaande uit een eerste lichaam met een axiale doorgang, een tweede lichaam met een boring coaxiaal met die van het eerste, steunmiddelen tussen die lichamen welke een kleine onderlinge draaibeweging kunnen maken, welke steun- 5 middelen gevormd worden door elastomeer materiaal dat. als gevolg van een deformatie kleine draaibewegingen mogelijk maakt,terwijl voorts leermiddelen, aanwezig zijn voor het onderling doen draaien van bedoelde lichamen, terwijl op het eerste lichaam middelen aanwezig zijn voor het instellen van een tegenwerkend koppel bij 10 een onderling verdraaien van de lichamen van de koppeling, nadat het elastcmere materiaal gedeformeerd is.

2. Koppeling volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de steunmiddelen bestaan uit een stel ringvormige, axiaal op enige afstand van elkaar gelegen kragen, waartussen zich elastomeer ma- 15 teriaal bevindt.

3. Koppeling volgens conclusie 2, met het kenmerk, dat een aantal ringen axiaal op enige afstand in het elastcmere materiaal tussen de kragen is ingebed/ U. Koppeling volgens conclusie 2, met het kenmerk, dat een 20 legervlak op tenminste een van de kragen kan samenwerken met een legering welke zich op het eerste lichaam bevindt, terwijl de middelen voor het leveren van een tegenwerkend koppel voor de axiale instelling van de legering zich bevinden op het eerste lichaam teneinde de wrijvende samenwerking met het legervlak te 25 kunnen instellen.

5· Koppeling volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat een spiekoppeling met speling aanwezig is tussen het tweede lichaam en de steunmiddelen waardoor deze laatste t.o.v. hèt eerste lichaam over een bepaalde hoek kunnen draaien wanneer tussen het 30 eerste en tweede lichaam een hoekafwijking ontstaat.

6. Draaibare buiskoppeling bestaande uit een eerste lichaam met een doorgang, een eerste legervlak op dat lichaam dat concentrisch om de as heenligt, buisvormige mof met een axiale doorgang 790 53 87 m τ • welke coaxiaal verloopt met die van het eerste lichaam, een ringvormige tegenhcuder met een centrale opening, welke axiaal tegenover het legervlak gemonteerd is, "bevestigingsmiddelen voor het vastzetten van de tegenhcuder aan dat lichaam, een tweede legervlak op de tegen-houder dat concentrisch·t.o.v. de as is aangebracht en axiaal tegenover het eerste legervlak gelegen is, waarbij de mof door een opening in de tegenhcuder heenloopt, een elastische ondersteuning voor de mof aanwezig is, zodat deze kan draaien en bestaat uit elastaneer materiaal dat kan deformeren zodat een kleine verdraaiing mogelijk 0 is tussen het lichaam en de mof bij een klein draai moment alvorens de ondersteuning voor de mof als geheel t.o.v. de beide legervlakken gaat draaien.

7. Koppeling volgens conclusie 6, met het kenmerk, dat de tegenhcuder instelnri ddelen heeft voor het tegenwerkende koppel dat de 5 mof t.o.v. de beide legervlakken doet draaien.

8. Koppeling volgens conclusie J, met het kenmerk, dat de bevestigingsmiddelen bestaan uit schroefbouten, welke evenwijdig aan de as van het kcppelingsliehaam lopen terwijl de middelen voor het regelen van het koppel, dat wordt vereist cm de mofondersteuning 0 te doen draaien, bestaan uit af stands organen welke de axiale speling tussen het lichaam en de tegenhouder bepalen, d.w.z. de axiale afstand tussen de eerste en tweede legering.

9. Koppeling volgens conclusie 6, met het kenmerk, dat de mof- . ondersteuning bestaat uit een radiaal gerichte flens welke kan samen- 5 werken met een eerste legervlak en een buisvormig samenstel met een eerste ringvormige kraag, welke t.o.v. de flens vaststaat, een tweede ringvormige kraag axiaal op enige afstand van de eerste en welke kan samenwerken met het tweede legervlak alsmede elastomeer materiaal dat aan die kragen gehecht is.

10. Koppeling volgens conclusie 9, met het kenmerk, dat de tweede kraag een buisvormig uitsteeksel heeft dat reikt in de opening van de tegenhouder terwijl afdichtende middelen zich bevinden tussen dat uitsteeksel en de opening van de tegenhouder.

11. Koppeling volgens conclusie 6, met het kenmerk, dat de mof 5 en de mofondersteuning een spieverbinding vormen voor het overbrengen N 7905387 * » van een koppel tussen de mof en de ondersteuning na een vooraf bepaalde draaibeweging van de mof t.o.v. de as van de koppeling.

12. Koppeling volgens conclusie 11, met het kenmerk, dat de spieverbinding bestaat uit uitsteeksels en uitsparingen, waarbij 5 de uitsparingen groter van afmeting zijn dan die van de uit steeksels gezien in de cmtreksinrichting, waardóór een speling ontstaat en een elastische deformatie in de ondersteuning voor de mof mogelijk is alvorens de mof t.o.v. het eerste en tweede legervlak gaat draaien. s 7905387