NO313396B1 - Sondeelement og sondeseksjon for en hydraulisk undervannskopling, samt slik hydraulisk undervannskopling - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse har generell befatning med hydrauliske koplinger og særlig hydrauliske koplinger som anvendes ved undervannsboring og -produk-sjon. Nærmere bestemt vedrører oppfinnelsen et sondeelement for en hydraulisk undervannskopling som er konstruert for balansering av mellomrommet mellom koplingstappseksjonen og -muffeseksjonen overfor sjøtrykk.

Hydrauliske undervannskoplinger har lenge vært kjent. Koplingene består generelt av en tappseksjon og en muffeseksjon med mellomliggende, avtettede fluidledninger. Muffeseksjonen består i hovedsak av en sylindrisk del med en langsgående kanal av relativt stor diameter i den ene ende og en langsgående kanal av relativt liten diameter i den annen. Den snevre kanal letter sammenkopling med hydrauliske ledninger mens den vide kanal omslutter koplingens tappseksjon tettende og glidbart. Tappseksjonen innbefatter et sylindrisk parti i en ende med en ytterdiameter som tilnærmelsesvis tilsvarer diameteren av den vide kanal i koplingens muffeseksjon. Videre er tappseksjonen også utstyrt med en koplingsdel i sin annen ende for sammenkopling med hydrauliske ledninger. Når tappseksjonens sylindriske parti innføres i den vide kanal i muffeseksjonen ved ulike versjoner av koplingsanordningen, opprettes fluidstrømning mellom tappseksjonen og muffeseksjonen.

Som eksempler på kjent teknikk på området kan nevnes NO 301 853 som viser en hydraulisk undervannskopling med tapp- og muffeelementer, en V-formet tetning som tetter mot tappelementets fremre endeflate, og en tetningsholder i muffeelementet. Videre kan nevnes NO 167 412 som også viser en hydraulisk undervannskopling med tapp- og muffeelementer, en trykk-aktivert, hul metalltet-ning for radial tetning rundt tappelementet, og en tetningsholder i muffeelementet.

Ved anvendelse av hydrauliske koplinger i systemer med relativt høye trykk vil det oppstå vanskeligheter grunnet de store aksialkrefter som utøves mot tappseksjonen og muffeseksjonen under sammenkopling og under bruk. Ved slike koplinger er det nødvendig at fluidkraften som virker mot tappseksjonens og muffeseksjonens endeflater, overvinnes innen fluidforbindelse kan etableres mellom seksjonene. I et system med relativt høyt trykk kan et delvis vakuum i det avtettede rom mellom seksjonene bevirke at pakningen suges ut av sin stilling mellom seksjonene, når koplingsdelene atskilles. Pakningene mellom seksjonene kan også forårsake dannelse av et hydraulisk lås når koplingsdelene sammen- føyes og/eller atskilles, fordi sjøvann mellom seksjonene ikke kan unnvike fra det avtettede rom mellom disse, eller fordi et vakuum oppstår mellom seksjonene når disse atskilles.

Ideelt bør hydrauliske koplinger være trykkbalansert i størst mulig grad, for at fluidtrykk ikke skal hindre sammenkopling eller tvinge tappeseksjonen og muffeseksjonen fra hverandre. For å unngå tap av fluid under tilkopling eller fråkopling, bør seksjonene fortrinnsvis være utstyrt med ventilanordninger som åpnes automatisk under tilkopling og lukkes automatisk under fråkopling. Videre bør koplingsseksjonene være utstyrt med pakninger som kan tåle høye trykk og mot-stå undervannsmiljøets korrosjonsdannende innvirkninger. Alle disse behov og krav vil imøtekommes ifølge oppfinnelsen.

Oppfinnelsen omfatter et sondeelement for en hydraulisk kopling av oven-nevnte type, hvor tappseksjonens sokkeldel er slik utformet at koplingen kan sammenføyes eller atskilles uten hydraulikk, som følge av det avtettede rom mellom seksjonene. Tappseksjonen ifølge oppfinnelsen tillater sjøvann å ut-strømme mellom seksjonene, for å avbalansere pakningene til sjøtrykket under tilkopling eller fråkopling. Ved en utførelsesform er det langs ytterperiferien av tappseksjonens sokkeldel anordnet én eller flere konkave forsenkninger. Når tappseksjonen er fullstendig innført i muffeseksjonskanalen, er de konkave forsenkninger aksialt atskilt fra hver av pakningene. Når tappseksjonen er delvis uttrukket fra eller delvis innført i muffeseksjonskanalen, vil de konkave forsenkninger løsne de motsvarende pakninger og danne et rom for tilstrømning av sjøvann rundt pakningene, gjennom en spalte mellom tappseksjonen og muffeseksjonen. De konkave forsenkninger avbalanserer følgelig hver pakning til omgivelsestryk-ket, når tappseksjonen er delvis innført i muffeseksjonskanalen eller delvis uttrukket fra denne.

For å avtette ringrommet mellom tappseksjon og muffeseksjon anvendes fortrinnsvis metallpakninger som ekspanderer i radialretning. Under påvirkning av fluidtrykk i koplingene tvinges pakningene til å ekspandere radialt til kontakt med den opptakende kammervegg og med tappseksjonens ytterperiferi. De konkave forsenkninger er slik plassert i aksialretning i forhold til hver av pakningene, at hver av pakningene løsgjøres samtidig fra tappseksjonens yttervegg, når seksjonene atskilles.

Det henvises til de medfølgende tegninger, hvori:

Figur 1 viser et snitt av tappseksjonen eller sondeelementet av en første utførelsesform ifølge oppfinnelsen. Figur 2 viser et snitt av en muffeseksjon for anvendelse sammen med tappseksjonen ifølge figur 1. Figur 3 viser et delsnitt av tappseksjonen ifølge figur 1, fullstendig innskjø-vet i muffeseksjonen. Figur 4 viser et delsnitt av muffeseksjonen ifølge figur 1 med delvis uttrukket tappseksjon. Figur 5 viser et snitt av tappseksjonen eller sondeelementet av en andre . utførelsesform ifølge oppfinnelsen. Figur 6 viser et delsnitt av tappseksjonen ifølge figur 5 fullstendig innskjøvet i en muffeseksjon. Figur 7 viser et delsnitt av tappseksjonen ifølge figur 5 delvis uttrukket fra muffeseksjonen.

En foretrukket utførelsesform ifølge oppfinnelsen som er vist i figur 1, omfatter en tappseksjon 10 eller sonde med et utvendig gjenget håndtak 11, en flens 12, en skråflate 13, en sylindrisk sondevegg 14 og en sondeendeflate 15. Den sylindriske sondevegg 14 er tilpasset for glidbar kontakt med et opptakerkammer eller en kanal i en muffekoplingsseksjon, som beskrevet i det etterfølgende.

Tappseksjonen 10 er også utstyrt med en midtkanal 22 som strekker seg gjennom sokkeldelen av tappseksjonen 10 og kan ha flere forskjellige innerdia-metre. I en foretrukket versjon er den første ende av midtkanalen forsynt med innergjenger 30 for sammenkopling med en hydraulisk ledning. Ved den gjen-gede sone er det anordnet en sylindrisk kanal 31 som strekker seg i langsgående retning gjennom tappseksjonssokkelen og ender i et ventilsete 32 i form av en skråflate. I tilgrensning til ventilsetet har den sylindriske kanal 33 redusert diameter.

Som vist i figur 1, er en ventilanordning 43 glidbart innmontert i den sylindriske kanal 31 i tappseksjonen. Ventilanordningens forskjellige deler innbefatter en konisk ventilflate 51 som er dimensjonert for å ligge an mot ventilsetet 32, og en hulsylindrisk sokkeldel 52 hvis ytterdiameter er litt mindre enn diameteren av den sylindriske kanal 31. En ventilskruefjær 61 som ligger an mot den hulsylind- riske sokkeldel 52, tvinger ventilflaten 51 til lukket stilling mot ventilsetet 32. Ventilskruefjæren er innplassert i den sylindriske kanal og forankret til en hul fjærkrage 62 som fastholdes i stilling med en klemme 63 på innerveggen av den sylindriske kanal i tappseksjonen 10. Når den koniske ventilflate 51 befinner seg i lukket stilling mot ventilsetet, vil ventilanordningen stenge for gjennomstrømning av hydraulisk fluid i tappseksjonen.

Figur 2 viser en muffeseksjon 20 for anvendelse i forening med den utførelsesform ifølge oppfinnelsen som er vist i figur 1. Muffeseksjonen omfatter et utvendig gjenget håndtak 79, en sokkeldel 80, en ventilkanal 81, en ventilanordning 82 og et opptakerkammer 83. En eller flere radiale pakninger 84, 85 og 86 kan anbringes i ringrommet mellom tappseksjonen og muffeseksjonens opptakerkammer. Pakningene fastholdes i stilling med pakningsholdere 48, 49 og 50. Opptakerkammeret som strekker seg gjennom muffeseksjonens sokkeldel, kan ha flere forskjellige diametre. I en foretrukket versjon ifølge oppfinnelsen er muffeseksjonens ventilanordning 82 stort sett identisk med tappseksjonens ventilanordning 43.

Ytterdiameteren av sondeveggen 14 er fortrinnsvis litt mindre enn innerdia-meteren av pakningsholderne 48, 49 og 50 som er innmontert i muffeseksjonens opptakerkammer 83. En eller flere radiale pakninger 84, 85 og 86 kan strekke seg radialt inn i opptakerkammeret til anlegg mot ytterperiferien av sondeveggen, når denne innføres i kammeret. En eller flere av de radiale pakninger kan dessuten trykkstyres av hydraulisk fluid i koplingen, slik at pakningsinnerveggen ekspanderer radialt innad til tettende anlegg mot sondeveggen.

I den perifere ytterside av sondeveggen 14 kan det være anordnet én eller flere jevnt fordelte, konkave forsenkninger 90, 91 og 92. De konkave fordypninger har fortrinnsvis en dybde av 0,5 mm fra tappseksjonens sokkeldel. I én utførel-sesform ifølge oppfinnelsen har således tappseksjonens sondevegg en radius av 16,4 mm, mens sondeveggens radius ved hver av de konkave forsenkninger ut-gjør 15,9 mm.

Når tappseksjonen innskyves i opptakerkammeret, vil de konkave forsenkninger 90, 91 og 92 føres forbi pakningene. Når en konkav forsenkning befinner seg i flukt med en pakning, kan sjøvann unnvike fra opptakerkammeret gjennom spalten som dannes mellom den konkave forsenkning og pakningen. I ulike posi- sjoner i opptakerkammeret vil følgelig de radiale pakninger løsgjøres fra sondeveggen, når de konkave forsenkninger flukter med pakningene, som vist i figur 4. De konkave forsenkninger tillater gjennomstrømning av sjøvann til eller fra opptakerkammeret, for å forebygge hydraulisk lås mellom tappseksjon og muffeseksjon. Når tappseksjonen er fullstendig innført i opptakerkammeret, som vist i figur 3, ligger pakningene an mot sondeveggen, fordi de konkave forsenkninger er aksialt atskilt fra pakningene.

I en foretrukket versjon anvendes radiale, hule og trykkstyrte metallpakninger 84 og 85. Disse pakninger fastholdes med en innerholder 48 og en mellom-holder 49 i ringrommet mellom tappseksjonen og muffeseksjonen. Holderne 48 og 49 kan forankres i stilling med en klemme eller en ytterholder 50 som gjennom gjenger er forbundet med muffeseksjonens opptakerkammer. Om ønskelig kan det mellom mellomholderen 49 og ytterholderen 50 innmonteres en hjelpepakning 86, fortrinnsvis av elastomermateriale og svalehaleformet.

En andre utførelsesform ifølge oppfinnelsen som er vist i figur 5-7, oppfatter en tappseksjon 17 med en sondevegg 18 med avtrappet ytterperiferi. Sistnevnte har to eller flere og fortrinnsvis fire separate diametre 26, 27, 28 og 29 med mellomliggende, ytre skråflater 36, 37 og 38. Den avtrappede ytterperiferi tillater gjennomstrømning av sjøvann til eller fra opptakerkammeret, når tappseksjonen innskyves i eller uttrekkes fra muffeseksjonens opptakerkammer. I den avtrappede sokkeldel kan det dessuten være anordnet en eller flere konkave forsenkninger.

En muffeseksjon for anvendelse ved den andre utførelsesform innbefatter radiale pakninger 56, 57 og 58 samt pakningsholdere 52, 53 og 54. Det anvendes fortrinnsvis radiale og hule, trykkstyrte metallpakninger 56 og 57 samt en radial elastomerpakning 58 av svalehaleform, for pressinnpasning mellom holderne 53 og 54.

I den andre utførelsesform ifølge oppfinnelsen er holderne og pakningene dimensjonert for opprettelse av tettende kontakt med sondeveggen, når tappseksjonen innskyves fullstendig i opptakerkammeret, som vist i figur 6. Under tappseksjonens innskyving i eller uttrekking fra opptakerkammeret, løsgjøres hver av pakningene for å muliggjøre gjennomstrømning av sjøvann forbi pakningene, til eller fra opptakerkammeret, som vist i figur 7.

Selv om variasjoner i den viste og beskrevne utførelsesform ikke hver for seg omfatter samtlige særtrekk ifølge oppfinnelsen, kan noen av disse være viktigere enn andre ved anvendelse av oppfinnelsen i ulike tilfeller. Oppfinnelsens ramme er derfor utelukkende begrenset av de etterfølgende krav.

Claims (10)

1. Sondeelement (10) for glidende innføring i et opptakerelement (20) i en hydraulisk undervannskopling, hvor sondeelementet omfatter en perifer yttervegg (14) og opptakerelementet er utstyrt med minst én radial pakning (84) som bringes i tettende anlegg mot sondeelementets perifere yttervegg (14),karakterisert vedminst én konkav forsenkning (92) som er anordnet i sondeelementets perifere yttervegg og befinner seg i aksial avstand fra den i hver ene radiale pakning (84) når sondeelementet er fullstendig innskjøvet i opptakerkammeret, slik at den radiale pakning (84) befinner seg i tettende anlegg mot den perifere yttervegg (14), hvor den i hvert fall ene konkave forsenkning (92) har til-strekkelig dybde til at den radiale pakning (84) løsnes fra sin stilling i tettende anlegg mot den perifere yttervegg når den radiale pakning bringes i flukt i aksialretning med den konkave forsenkning (92), når sondeelementet uttrekkes delvis fra opptakerelementet.

2. Sondeelement i samsvar med krav 1, som videre omfatter minst én normalt lukket ventilanordning (43) for regulering av den hydrauliske fluidstrøm mellom sondeelementet og opptakerelementet,karakterisert vedat den minst ene, normalt lukkede ventilanordning (43) er stengt når den radiale pakning (84) flukter i aksialretning med den konkave forsenkning (92), når sondeelementet uttrekkes delvis fra opptakerelementet.

3. Sondeelement i samsvar med krav 1,karakterisert vedat sondeelementets perifere yttervegg (14) er avtrappet.

4. Hydraulisk undervannskopling omfattende: (a) en muffeseksjon (20) med et opptakerkammer (83) og med minst én radial, trykkstyrt pakning (84) som kan innføres i opptakerkammeret, og med en perifer innervegg og en perifer yttervegg og en pakningsholder (48) som har en innerkanal og kan forbindes med opptakerkammeret ved pakningen, for fasthol-ding av pakningen i stilling og aksial komprimering av pakningen, slik at pakningens perifere innervegg rager radialt innad i pakningsholderens innerkanal, og (b) en tappseksjon (10) som kan innføres i opptakerkammeret og omfattende en sylindrisk sokkeldel (14) hvor tappseksjonens sylindriske sokkeldel bringes i anlegg mot pakningens perifere innervegg når tappseksjonen innføres gjennom pakningsholderen og inn i opptakerkammeret, den sylindriske sokkeldel (14) har et perifert spor (12) som løsgjør pakningen når det minst ene perifere spor flukter aksialt med pakningen.

5. Hydraulisk undervannskopling i samsvar med krav 4,karakterisertved at tappseksjonens sylindriske sokkeldel er utstyrt med flere perifere spor.

6. Hydraulisk undervannskopling i samsvar med krav 4,karakterisertved at tappseksjonens sylindriske sokkeldel omfatter minst to separate og konsentriske flatepartier med et mellomliggende trinn.

7. Sondeelement for innføring i et opptakerelement med en radial metallpakning i en hydraulisk kopling, omfattende: (a) en sylindrisk sokkeldel med en langsgående kanal som strekker seg gjennom sokkeldelen fra en første ende til en andre ende og innbefatter et ventilsete ved den første ende, hvor den sylindriske sokkeldel forbindes med den radiale metallpakning for å avtette mot opptakerelementet, og er utstyrt med minst én perifer forsenkning for løsgjøring av den radiale metallpakning fra den sylindriske sokkeldel, når sondeelementet innskyves i eller uttrekkes fra opptakerelementet,karakterisert vedat den sylindriske sokkeldel (14) er utstyrt med minst én perifer forsenkning for løsgjøring av den radial metallpakning fra den sylindriske sokkeldel, når sondeelementet innskyves i eller uttrekkes fra opptakerelementet, og (b) en glidbar ventil (43) som er innmontert i den langsgående kanal og utstyrt med en spennanordning (61) som tvinger ventilen mot lukket stilling i anlegg mot ventilsetet (32), hvor ventilen befinner seg i lukket stilling når den perifere forsenkning (92) løsgjør den radiale metallpakning (84) fra den sylindriske sokkeldel (14).

8. Sondeelement i samsvar med krav 7,karakterisert vedat den sylindriske sokkeldel (14) har minst to gradvis større diametre med utgangspunkt i sokkeldelens første ende, og en mellomliggende, ytre skråflate.

9. Sondeelement i samsvar med krav 7,karakterisert vedat den sylindriske sokkeldel (14) er forsynt med to perifere forsenkninger (91, 92) for samtidig løsgjøring av to radiale metallpakninger (85, 84) fra sokkeldelen (14), når sondeelementet innskyves i eller uttrekkes fra opptakerelementet.

10. Sondeelement i samsvar med krav 7,karakterisert vedat den sylindriske sokkeldel (14) er forsynt med tre perifere forsenkninger (90, 91, 92) for samtidig løsgjøring avtre radiale pakninger (86, 85, 84), hvorav minst to av metall, når sondeelementet innskyves i eller uttrekkes fra opptakerelementet.