NO309878B1 - Hydraulisk undervannskopling - Google Patents

Abstract

Hydraulisk undervannskopling med to fleksible, trykkstyrte tetninger (13, 25). Tetningene er utformet for å avtette radialt mellom koplingenes tappdel (5) og muffedel (10) slik at hydraulisk fluid ikke kan lekke ut fra ringrommet (23) mellom opptakerkammeret (12) og tappdelens ytterflate. Koplingen er trykkbalansert for fluidforbindelse gjennom sammenpassende radiale kanalerog ringrommet mellom delene.

Description

Foreliggende oppfinnelse har generell befatning med hydrauliske koplinger, særlig for anvendelse i forbindelse med undervannsboring og -produksjon. Nærmere bestemt vedrører oppfinnelsen en hydraulisk kopling med minst to fleksible, trykkstyrte tetningsanordninger i ringrommet mellom koplingens tappdel og muffedel.

Hydrauliske undervannskoplinger har lenge vært kjent. Koplingene omfatter i hovedsak en tappdel og en muffedel med mellomliggende, avtettede fluidgjennom-løp. Muffedelen består i hovedsak av en sylindrisk del med en langsgående boring av relativt stor diameter i én ende og en langsgående boring av relativt liten diameter i den annen ende. Den trange boringen letter sammenkopling med hydrauliske ledninger, mens den vide boring forbindes tettende og glidbart med koplingens tappdel. Tappdelen eller sonden innbefatter et sylindrisk parti i én ende med en ytterdiameter tilnærmelsesvis av samme størrelse som diameteren av den vide boring i koplingens muffedel. I tappdelens ytterende er det videre anordnet en tilknytning for lettere sammenkopling med hydrauliske ledninger. Når tappdelens sylindriske parti innføres i muffedelens vide boring vil det ved ulike utførelsesformer av utstyret opprettes fluidstrøm mellom tappdelen og muffedelen.

I US-patentskrift 4.694.859 er det beskrevet en hydraulisk undervannskopling og metalltetning. Det er omtalt en gjenanvendbar metalltetning som ligger an mot sondeperiferien og er plassert i ringrommet mellom koplingens tappdel og muffedel. Under trykkpåvirkning kan metalltetningen ekspandere radialt innad og utad under bruk. Metalltetningen forankres i stilling ved hjelp av en holder.

Ved bruk av hydrauliske koplinger i systemer med relativt høyt trykk oppstår vanskeligheter grunnet de store aksialkrefter som utøves mot tapp- og muffedelene under sammenkoplingen og under drift. I slike koplinger er det nødvendig at fluid-kraften som virker mot tappdelens eller muffedelens endeflate, overvinnes før fluidforbindelse kan opprettes mellom delene. I et relativt høyt trykksystem kan store krefter som utøves mot ventildelene, gjøre det meget vanskelig å sammenkople tappdelen og muffedelen. Under bruk kan dessuten fluidtrykk som utøves mellom tapp- og muffedelene, bevirke at disse adskilles. Kraften som kreves for å forbinde delene, og koplingsdelenes derav følgende tendens til å adskilles, representerer karakteristiske problemer i forbindelse med den kjente teknikk. I høytrykksystemer og ved anvendelse av koplingene under vann er det også vanskelig å avtette skjøten mellom tappdelen og muffedelen.

Ideelt bør hydrauliske koplinger i størst mulig grad være trykkbalansert, slik at fluidtrykk ikke vil forhindre sammenkopling eller forårsake adskilling av tappdel og muffedel. For å forebygge fluidtap under tilkopling og fråkopling bør delene dessuten innbefatte ventiler som åpnes automatisk ved tilkopling og lukkes automatisk ved fråkopling. I koplingen bør det dessuten benyttes tetninger som kan tåle såvel høye trykk som de korroderende innvirkninger fra ugunstige omgivelser. Alle disse behov og krav vil oppfylles ifølge oppfinnelsen.

En trykkbalansert, hydraulisk undervannskopling er kjent fra US-patentskrift 4.754.780. Det er beskrevet hydrauliske koplinger hvori fluidforbindelse mellom koplingens tapp- og muffedeler er opprettet gjennom radiale fluidkanaler i delene.

En trykkbalansert, hydraulisk kopling med metalltetninger er kjent fra US-patentskrift 4.832.080. Det er beskrevet to metalltetninger som skal avtette mellom tappdelens omkretsflate og den sentrale boring i muffedelen, og en tetningsholder med et radialt gjennomløp er innmontert i det mellomliggende ringrom, slik at tetningene befinner seg på hver sin side av den radiale fluidkanal. Det anvendes trykkstyrte metalltetninger av den type som er beskrevet i US-patentskrift 4.694.859. Det henvises også til US-patentskrift 4.754.780, 4.832.080 og 4.694.859.

US-patent nr. 5 099 882 vedrører en trykkbalansert hydraulisk kopling med metalltetninger. Metalltetningene holdes og posisjoneres av tetningsholdere, som er hylser satt inn i muffeelementet. Én av hylsene omfatter en radial passasje for overføring av hydraulisk fluid mellom passasjene i tapp- og muffe-koplingselementene.

Den foreliggende oppfinnelsen tilveiebringer en forbedret og forenklet konstruksjon av en metalltetningsanordning for å holde tetninger mellom tapp- og muffe-koplingselementene i en trykkbalansert hydraulisk kopling med radiale passasjer mellom koplingselementene. Tetningene posisjoneres og holdes på plass med et par tetningsholdeinnretninger, eller lokaliseringsringer, plassert i ringrommet mellom de radiale passasjene i tapp- og muffe-koplingselementene. I tillegg, er et tetningslåseelement inngripbart med muffeelementet.

Oppfinnelsen omfatter en hydraulisk undervannskopling av ovennevnte type i henhold til de selvstendige kravene 1 og 7, med tapp- og muffedeler som kan sammenkoples i fluidforbindelse, og to eller flere fleksible, trykkstyrte rad ia Itetn inger som kan bringes i tettende anlegg mellom delene. Ifølge oppfinnelsen er det frem-bragt en tetningsholderanordning av forbedret og forenklet konstruksjon for fastholding av tetningene i ringrommet mellom tappdel og muffedel. Tetningene plasseres og forankres ved hjelp av to monteringsringer og to låseringer.

Ved en foretrukket utførelsesform har fluidkanalene i muffe- og tappdelene en gjensidig plassering som muliggjør sammenkopling eller fråkopling av koplingsdelene, uten at fluidtrykk av betydelig størrelse utøves aksialt mot tappdelens endeflate. Videre har fluidkanalene en gjensidig plassering som stort sett vil forhindre at det oppstår adskillende krefter mellom tappdel og muffedel under rådende fluidtrykk i kanalene.

Ved en foretrukket utførelsesform vil fluidforbindelse mellom tapp- og muffedelene ifølge oppfinnelsen fortrinnsvis opprettes mellom et radialt gjennomløp i tappdelens langsgående ytterflate og et motsvarende radialt gjennomløp i sideveggen av muffedelens opptakerkammer. De fremre endeflater av de innbyrdes motvendte ventilspindler i de to deler bringes i kontakt med hverandre og tvinger derved reguleringsventiler med respektive deler til åpen stilling. Det benyttes fortrinnsvis to radialt fleksible, C-formede metalltetninger som er montert mellom delene, slik at en tetning befinner seg på hver side av ringrommet. Fluidtrykk i koplingen bringer tetningene til tettende anlegg mot opptakerkammeret og tappdelens ytre omkretsflate. To monteringsringer og låseringer tjener for tilbakeholding av tetningene i ringrommet, når tappdel og muffedel adskilles.

Det henvises til den medfølgende tegning, hvori:

Figur 1 viser et snitt av en foretrukket versjon av koplingen, med sammenkoplet tapp- og muffedel. Figur 2 viser et snitt av metalltetningene og holderne i en foretrukket ut-førelsesform ifølge oppfinnelsen.

En foretrukket versjon av koplingen ifølge oppfinnelsen som er vist i figur 1, omfatter en muffedel 10, en tappdel 50 og to fleksible og trykkstyrte, radiale metalltetninger 13, 25 som danner avtetning mellom delene når tappdelen innføres i muffedelen. Radiale metalltetninger 13, 25 som er innmontert i hver sin ende av et ringrom 23, er utformet for å forhindre at fluid unnviker fra hver ende av ringrommet. Som reservetetninger kan et andre par fleksible og trykkstyrte metalltetninger være innmontert i hver sin ende av ringrommet. Det kan alternativt anvendes reservetetninger 16, 35. To tetningsmonteringsringer 17, 26 og to tetningslåsedeler 18, 27 er også innplassert i ringrommet 23 for å fastholde metalltetningene 13, 25 i ringrommet, når tappdelen og muffedelen adskilles.

Ved en foretrukket utførelsesform kan det, uten at det utøves betydelig trykk mot tappdelens endeflate under eller etter innføringen, opprettes fluidforbindelse, fortrinnsvis radialt gjennom et gjennomløp 52 i tappdelens langsgående ytterflate og et motsvarende, radialt gjennomløp 20 i muffedelens opptakerkammer.

I den foretrukne versjon som er vist i figur 1 omfatter muffedelen 10 en sokkel 11, et opptakerkammer 12 og en ventilenhet 38. I muffedelen inngår videre en første radial kanal 20, en langsgående kanal 21 og en andre radial kanal 22. Den radiale kanal 20 danner forbindelse mellom opptakerkammeret 12 og den langsgående kanalen 21. Den radiale kanal 22 danner forbindelse mellom den langsgående kanalen 21 og en boring 48. Ventilenheten 38 omfatter en tallerkenventil 47 som av en ventilfjær 57 tvinges til en normalt lukket stilling mot ventilsetet 58. En spindel eller ventilstyrer 49 som utgår fra tallerkenventilhodet, er glidbar i boringen 48. Ventilenheten er generelt av samme type som vist og beskrevet i US-patentskrift 4.832.080, hvortil det henvises.

Fra én ende av muffedelen utgår en langsgående ventilboring 60 som er utformet for opptaking av ventilenheten 38. Ventilboringen 60 avsmalner innad til et ventilsete 58. Bakenfor ventilsetet er det anordnet en trang ventilspindelboring 48 hvori ventilspindelen eller ventilstyreren 49 opptas glidbart. Ventilspindelboringen 48 strekker seg i langsgående retning gjennom muffedelen helt til opptakerkammeret 12.

I en foretrukket utførelsesform er opptakerkammeret 12 av en avtrappet ut-forming med en første sone 63, en innerskulder 64, en andre sone 65, en andre innerskulder 66 og en tredje sone 67. Opptakerkammerets første sone 63 har en innerdiameter som er dimensjonert for opptaking av tappdelen eller sonden 50. Den andre sone 65 har større innerdiameter enn den første sone 63, og det avgrenses derved et ringrom 23 mellom tappdel og muffedel, for innmontering av tetningene og tetningsholderne. Opptakerkammerets tredje sone 67 har større innerdiameter enn den andre sone, og er fortrinnsvis dimensjonert for opptaking av en gjenget mutter 32 eller en holderlåsedel, som nærmere beskrevet i det etterfølgende.

En reservetetning kan være innmontert i opptakerkammerets første sone 63, for å avtette mellom tappdelen og opptakerkammeret. I en foretrukket versjon består denne tetning av en elastomerpakning 16 som er innført i et spor 15 i opptakerkammerets første sone.

I den andre sone 65 av det opptakerkammer som er vist i figur 1 og 2, er de radiale metalltetninger og tetningsholderne innmontert i ringrommet 23 mellom tappdelen og muffedelen. Den første radiale metalltetning 13 er en C-formet og fleksibel, ringformet metalltetning som er anbragt på skulderen 64 i opptakerkammeret. Tetningen 13 innbefatter et innvendig hulrom 39 og kan under trykkpåvirkning ekspandere radialt utad og innad som reaksjon på fluidtrykk i koplingen, hvilket be-gunstiger fluidavtetningen mellom tappdel og muffedel. En monteringsring 17 er anordnet ved den åpne ende av hulrommet 39, og fastholdes i stilling ved hjelp av en låsering 18 i et spor 19. I opptakerkammerets sidevegg kan det om ønskelig være anordnet en innerskulder (ikke vist) for plassering og understøtting av monteringsringen 17.

Ved utførelsesformen ifølge figur 1 er den første radiale kanal 20 rettet radialt utad. Den radiale kanal 20 står i forbindelse med den langsgående kanal 21 som videre er forbundet med den andre radiale kanal 22. Når tappdelen 50 innføres full-stendig i muffedelens opptakerkammer 12, blir radialkanalen 52 i tappdelens ytre omkretsflate sammenkoplet med den første radiale kanal 20 i muffedelen, for opprettelse av fluidforbindelse mellom delene.

I sideveggen i opptakerkammerets andre sone kan det om ønskelig være anordnet en sliss 30 ved ringrommet 23. Uten slissen 30 vil imidlertid ringrommet 23 i opptakerkammerets andre sone danne et rom for fluidforbindelse mellom delenes radiale kanaler, selv om koplingsdelene ikke flukter med hverandre.

Metalltetningene 13 og 25 på hver langsgående side av det radiale gjennom-løp 20 sperrer mot fluidstrøm, unntatt mellom de respektive radiale kanaler i tappdelen og muffedelen. Et andre par metalltetninger (ikke vist) kan være innmontert på hver sin side av metalltetningene 13, 25. Fortrinnsvis vil fluidstrømmen mellom tappdelen og muffedelen ledes perpendikulært mot delenes lengdeakser. Fluidet vil følgelig ikke utøve noen langsgående kraft mot tappdelens endeflate.

I en foretrukket versjon er den andre radiale metalltetning 25 fleksibel og trykkstyrt og har C-formet tverrsnitt. Hulrommet 70 i tetningen kan utspiles under påvirkning av fluidtrykk i koplingen, hvorved tetningen ekspanderer radialt utad og innad. Den radiale metalltetning 25 er montert i den andre sone 65 av opptakerkammeret, for å avtette mellom opptakerkammerveggen og tappdelens langside. En avstandsring 26 som er anbragt ved hulrommet 70 i tetningen 25, fastholdes av en låsering 27 i sporet 28 i opptakerkammerveggen.

Innerskulderen 66 som danner et annet trinn i diameter i opptakerkammeret, er anordnet ved tetningen 25. Mutteren 32 fastholder tetningen 25 og monteringsringen 26 i muffedelens opptakerkammer, når delene er adskilt. Mutteren 32 er fast-skrudd i opptakerkammerets tredje sone. Mutteren 32 kan være forsynt med et spor 37 for innføring av en O-ring 36 som skal avtette mellom mutteren og skulderen 66.

I den gjengede mutterens perifere innerflate kan det også være anordnet et spor 34 for en reservetetning 35 (fortrinnsvis av elastomermateriale), for avtetting mellom mutteren og tappdelen 50.

Koplingen ifølge figur 1 omfatter også en tappdel 50 med en sokkel 80, en sentral boring eller ventilboring 81, en ventilenhet 81 og en radial kanal 52. Tappdelen og muffedelen er generelt forbundet med motsatt beliggende plater i en manifold og sammenholdes av bolter eller hydrauliske deler som er fastgjort til platene. Tappdelen er vanligvis fastgjort til én plate, mens muffedelen er fastgjort til en overforliggende plate og derved er vendt mot tappdelen og flukter med denne. Tapp- og muffedelene kan være forbundet med manifoldplatene på forskjellige måter, f.eks. med settskruer eller gjenger. Metoder for fastgjøring av delene til slike manifoldplater vil være kjent for fagkyndige. Tappdelen 50 ifølge figur 1 er stort sett identisk med den som er kjent fra US-patentskrift 4.832.080, hvortil det henvises.

I en foretrukket versjon ifølge oppfinnelsen omfatter fremstillingen av muffedelene maskinbearbeiding eller boring av de gjennomgående fluidkanaler. Fordi de er maskinert eller utboret i muffedelen 10, strekker kanalene seg til henholdsvis yttersiden av muffedelen og endeflaten av denne og er avtettet med plugger 43. Det bør bemerkes at disse kanaler som strekker seg til muffedelens ytterside og endeflate, samt pluggene for stenging av kanalene, ikke er av vesentlig betydning for oppfinnelsens betydning for oppfinnelsens prinsipp. Hvis det benyttes en annen fremstillingsmetode, f.eks. støping, for tilvirking av anordningen, vil kanalene, forlen-gelsene og pluggene ikke være nødvendig, og kan utelates.

Som vist i figur 1, er muffedelen 10 videre utstyrt med én eller flere utløps-kanaler 31, for avleding av vann fra muffedelens opptakerkammer. Hver utløps-kanal danner forbindelse mellom det sentrale opptakerkammer 12 og muffedelens ytre langside. Det kan om ønskelig være anordnet en ringformet utløpsåpnings-pakning 41 i et pakningsbord, for at fluid bare skal kunne strømme utad fra opptakerkammeret, når tappdelen innføres i muffedelen og fluid presses utfra det sentrale opptakerkammer. Gjennom utløpskanalen kan avsperret sjøvann tvinges ut fra opptakerkammeret, når tappdelen innskyves. Sjøvann eller annet fremmed fluid kan derved unnvike gjennom utløpskanalen, og trykket vil ikke øke slik at det utøves en adskillende kraft mellom tappdel og muffedel.

Selv om det ved endringer av den beskrevne utførelsesform ikke kan oppnås samtlige fordeler ved oppfinnelsen, kan visse særtrekk bli viktigere enn andre med forskjellig bruk av anordningen. Oppfinnelsen er derfor bare begrenset innenfor rammen av de etterfølgende krav.

Claims (10)

1. Hydraulisk undervannskopling omfattende

(a) en muffedel (10) med en sentral boring langs en lengdeakse, en langsgående kanal (21) stort sett parallell med den sentrale boring samt første og andre radiale kanaler (20, 22) som strekker seg mellom den sentrale boring og den langsgående kanal, (b) en tappdel (50) med en perifer ytterflate, en langsgående kanal (81) og en tredje radial kanal (52) som strekker seg mellom den langsgående kanal og tappdelens ytterflate, hvor tappdelen kan innskyves i den sentrale boring hvorved ' det avgrenses et ringrom (23) mellom den tredje radiale kanal og den andre radiale kanal, (c) to trykkstyrte, radiale metalltetninger (13, 25) som er anbragt ved hver sin ende av ringrommet og avtetter mellom tappdelen og den sentrale boring, for å forhindre at fluid unnviker fra hver ende av ringrommet, og karakterisert ved(d) to tetningsholdere (17, 26) som er anbragt i ringrommet og som hver for seg er tilpasset for å fastholde én av de radiale metalltetninger i stilling, når tappdelen fjernes fra den sentrale boring.

2. Undervannskopling i samsvar med krav 1, karakterisert ved at både tappdelen og muffedelen er utstyrt med en normalt lukket tallerkenventil (38, 82) som åpnes ved innføring av tappdelen i den sentrale boring.

3. Undervannskopling i samsvar med krav 1, karakterisert ved at hver tetningsholder (17, 26) omfatter en ringdel og en låsering (18, 27) som kan bringes i inngrep med en slisse (19, 28) i muffedelens sentrale boring.

4. Undervannskopling i samsvar med krav 1, karakterisert ved at den sentrale boring innbefatter en innerskulder (64), og at én av de radiale metalltetninger er anbragt på innerskulderen.

5. Undervannskopling i samsvar med krav 1, karakterisert ved en utløpskanal (31) mellom muffedelens sentrale boring og ytterflate.

6. Undervannskopling i samsvar med krav 1, karakterisert ved to reservetetninger (16, 35), som er plassert ved hver sin radiale metalltetning.

7. Hydraulisk undervannskopling omfattende (a) en muffedel (10) med en første ende, en andre ende, en avtrappet boring med en første diameter (63) ved den første ende, en andre og større diameter (65) mellom den første og den andre ende og en tredje og ennå større diameter (67) ved den andre ende, en fluidkanal (21) stort sett parallell med den avtrappede boring og forbundet med boringens sone av den andre diameter gjennom en fluidkanal (20), (b) en tappdel (50) som er glidbar i den avtrappede borings sone av den første diameter, for opprettelse av et første ringrom (23) mellom tappdelen og boringens sone av den andre diameter (65), og et andre ringrom mellom tappdelen og den avtrappede borings sone av den tredje diameter (67), hvor tappdelen innbefatter en fluidkanal (52) som kan innstilles i tilpasning til fluidkanalen i muffedelen, (c) to trykkstyrte, radiale metalltetninger (13, 25) som er anbragt på hver sin side av fluidkanalene i det andre ringrom, for avtetting mellom tappdelen og den avtrappede boring, karakterisert ved(d) to tetningsholdere (17, 26) for fastholding av tetningene i det første ringrom, når tappdel og muffedel skilles fra hverandre.

8. Undervannskopling i samsvar med krav 7, karakterisert ved en tredje tetningsholder (32) som gjennom gjenger er forbundet med muffedelen.

9. Undervannskopling i samsvar med krav 7, karakterisert ved at hver av tetningene (13, 25) er C-formet og kan ekspandere radialt innad og utad under påvirkning av fluidtrykk i koplingen.

10. Undervannskopling i samsvar med krav 7, karakterisert ved to monteringsringer (19, 26) som kan plasseres ved hver sin av tetningene i det første ringrom, hvor hver tetningsholder omfatter to låseringer (18, 37) som kan bringes i inngrep med den avtrappede boring i muffedelen og derved forankre låseringene i det første ringrom på hver side av de radiale fluidkanaler i tappdelen og muffedelen.