NO321896B1 - Hydraulisk undervannskopling med lasemekanisme - Google Patents

Abstract

En låsemekanisme fortapp- og muffe-koplingsdeler (10, 20) for bruk ved undervannsproduksjon og boring er vist. Minst én tapp (30) strekker seg radialt fra muffedelen (20) Hver tapp (30) trenger inn i en slisse (81, 82, 83) i en føringshylse (50) som strekker seg i lengderetningen fra tappdelen (10) Føringshylsen (50) inneholder også en fjær (17) og fjærplater. (40). Muffedelen (20) innføres i førings hylsen (50) under sammentrykking av fjæren (17). og tappen (30) trenger inn i slissens første langsgående parti (81). Muffedelen kan dreie i forhold til tappdelen når tappen er i slissens omkretsparti. Tappen kan så trenge inn i slissens andre (82) eller tredje (83) langsgående parti. Når tappen (30) er i slissens andre parti, er muffedelen (20) «parkert» eller festet til tappdelen (10) mens koplingsdel-ventiler (22, 28) forblir stengt, og når tappen (30) er i slissens tredje parti (83), er ventilene åpne. Når muffedelen frigjøres, tvinger fjæren muffedelen ut fra boringen og tappen når enden av slissens andre eller tredje parti, ved hvilket tidspunkt koplingsdelene (10, 20) sammenlåses. Foreliggende oppfinnelse gjør det mulig å låse og frigjøre hydrauliske undervannskoplinger ved hjelp av en «enhånds»-ROV-operasj on

Description

Foreliggende oppfinnelse angår hydrauliske koplinger som. brukes ved undervannsboring og -produksjon. Nærmere bestemt angår oppfinnelsen en låsemekanisme for motvirkning av aksialbevegelse av tapp- og muffe-koplingsdeler som brukes under vann.

Hydrauliske undervannskoplinger er kjent. Hydrauliske undervannskoplinger er f.eks. vist i US-patent nr. 4,694,859 og andre patenter som er overdratt til National Coupling Company, Inc. i Stafford Texas. Koplingene består generelt av en tappdel og en muffedel med mellomliggende, avtettede fluid-kanalforbindelser. Muffedelen er vanligvis et sylindrisk legeme som ved en ende har en langsgående boring med forholdsvis stor diameter og langsgående boring med forholdsvis liten diameter ved den andre ende. Den lille boring letter tilkoplinger til hydraulikkledninger, mens den store boring tetter og forskyvbart står i inngrep med koplingens tappdel.

Tappdelen omfatter et sylindrisk legeme med en ytterdiameter omtrent lik ytterdiameteren til den store muffeboringen, og en forbindelse ved sin andre ende for hydraulikkledninger. Når tappdelens sylindriske legeme innføres i muffedelens store boring, vil det i henhold til forskjellige utføringsformer av anordningen, opp-rettes fluidforbindelse mellom tapp- og muffedelene.

Tappdelen og muffedelen er generelt forbundet med motstående skjøtpla-ter hos en manifold og sammenholdes ved hjelp av bolter eller hydrauliske ele-menter som er festet til platen. Tappdelen er vanligvis festet til en skjøt- eller ma-nifotdplate, mens muffedelen er festet til en motstående plate for derved å vende mot tappdelen og innrettes i flukt med denne. Tapp- og muffedelene kan være festet til skjøt- eller manifoldplatene ved bruk av forskjellige midler så som sett-skruer eller gjenger.

Typisk er flere undervanns-hydraulikkoplinger gruppert sammen på hver skjøt- eller manifoldplate. F.eks. kan mellom 10 og 30 koplingsdeler være festet til hver motstående plate. I undervannsmiljøet kan det kreves en dykker for å sammenkople de motstående plater, og derved forbinde de motstående koplingsdeler på platene. Koplingsdelene blir samtidig koplet og de motstående plater sammen-låst. US-patent nr. 4,915,419, som er overdratt til National Coupling Company Inc.

i Stafford, Texas, viser en glidelåsplate som brukes til å sammenkople hydrauliske undervannskoplinger.

Det er tidligere blitt gjort forsøke på å eliminere etler minske problemene med høye fraskillingskrefter i koplingene på grunn av høyt trykk i det hydrauliske system, ved enkeltvis å sammenlåse tapp- og muffedelene i hver kopling. I under-vannsmiljøet har imidlertid enkeltvis sammenlåsing av hver av de hydrauliske koplingsdeler vist seg å være en vanskelig oppgave.

En foreslått løsning var å bruke låsehylser for hydrauliske undervannskoplinger. Låsehylsen trekkes aksialt tilbake for å frigjøre kuler i muffe-koplingsdelen. Etter at tappdelen er innført og opptatt i muffedelen, frigjøres låsehylsen, hvorved kulene kan gjeninnta sin stilling i muffedelen og sammenlåse toppdelen og muffedelen. Låsehylsen har imidlertid flere ulemper. Den er forholdsvis tung og stor, hvilket er uønsket i undervannsmiljøet. Dessuten krever låsehylsen betydelig verti-kal klaring som er tilstrekkelig til å tillate den nødvendige bevegelse i lengderetningen for sammenkopling eller fråkopling. Andre problemer skyldes oppbygging av mudder, havskrot, og groing i låsehylsen. Oppbyggingen kan føre til fastkiling av låsehylsene og særlig låsekulene. Koplingene krever stor aksialkraft og kan bare med stor vanskelighet frakoples etter en tid i sjøen.

Det er behov for en pålitelig løsning for sammenlåsing av undervannskoplinger som lett kan håndteres i undervannsmiljøet. Ved undervannsboring og • produksjon på stadig større dyp, er det ønskelig å kunne sammenkople og/eller frakople koplingsdelene med roboter eller annet dykkerfritt utstyr. Det er behov for en enkel mekanisme for tilkopling og sammenkopling av hydrauliske undervannskoplinger som kan betjenes uten en dykker.

Ved hydrauliske undervannsoperasjoner er det behov for fjernstyrte fartøy-er (ROV) for å gripe en av koplingsdelene (typisk muffedelen) nede i vannet og forbinde denne delen med den motsatte koplingsdel. Fortrinnsvis bør antallet av nødvendige, ulike diskrete bevegelser som kreves av ROVen minimeres. For å minske kompleksiteten ved tilkopling og/eller fråkopling av koplingsdeler under vann, er det dessuten ønskelig at ROVen forbinder koplingene på en såkalt «enhånds»-måte ved bare å gripe en av koplingsdelene, istedenfor å gripe to kompo-nenter så som begge koplingsdelene.

Det er også ønskelig å avbryte strømmen av hydraulikkfluid i koplingen ved å lukke ventilene i tapp- og muffe-koplingsdelene, uten å frakople og hente opp et sett av delene (dvs. muffekpplingsdelene). På grunn av dårlig værforhold, sterke

strømmer og potensiell skade på hydraulikksystemet, er det f.eks, nødvendig å avstenge hydraulikkfluidstrømmen for å hindre lekkasje og deravfølgende skade på undervannsmiljøet. Istedenfor å hente opp muffe-koplingsdelene mens tapp-koplingsdelene blir igjen i sjøen, er det behov for en pålitelig løsning for midlertidig «parkering» av muffe-koplingsdelene under vann når ventilene i koplingen er

stengt.

Foreliggende oppfinnelse løser ovennevnte problemer og ulemper ved å tilveiebringe en låsemekanisme for hydrauliske undervannskoplinger, som er enkel å operere og som muliggjør «enhånds» låsing og frigjøring, ved hjelp av et fjernstyrt undervannsfartøy (ROV) på steder under vann.

Målene med foreliggende oppfinnelse oppnås ved en hydraulisk undervannskopling, kjennetegnet ved at den omfatter: (a) en tappdel med en sylindrisk ytterflate, en innvendig, gjennomgående boring med en tallerkenventil i den innvendig boring bevegbar mellom én åpen posisjon og en lukket posisjon mot et ventilsete i den innvendige boring, en fjær i den innvendige boring som presser talierkenventilen til den lukkede posisjon mot ventilsetet, og en utvendig skulder mellom den sylindriske ytterflate; (b) en føringshylse som har en første ende festet til tappdelen og som strekker seg i lengderetningen fra tappdelen, og en andre ende som har en slisse med minst to langsgående partier, idet det første langsgående parti strekker seg til føringshylsens andre ende og det andre langsgående parti ender før det når føringshylsens andre ende, og et omkretsparti som danner forbindelse mellom de langsgående partier; (c) en fjær som er anbrakt på tappdelens ytterskulder inne i førings-hylsen; (d) en muffedel som kan innføres i føringshylsen og omfatter et legeme og en innvendig boring som er innrettet til å oppta tappdelen i denne med en tallerkenventil i den innvendige boring bevegbar mellom en åpen posisjon og en lukket posisjon mot et ventilsete i den innvendige boring, en fjær i den innvendige boring som presser talierkenventilen til den lukkede posisjon mot ventilsetet, og en tapp som strekker

seg radialt utad fra legemet, hvilken tapp er forskyvbar i slissens

første langsgående parti når muffedelen innføres i føringshylsen, idet muffedelen kan dreie i forhold til føringshylsen for å bringe tappen til å gli i slissens omkretsparti, og fjæren tvinger muffedelen utad fra fø-ringshylsen for å låse muffedelen til føringshylsen når tappen er i enhver av de andre langsgående partier av slissen, tallerkenventilene i den innvendige boringen av tapp og muffedelene er i deres åpne posisjoner når tappen er i én av de andre langsgående partier av sporet, tallerkenventilen til tapp og muffedelene er i deres lukkede posisjoner når tappen er i en annen av de langsgående partier av sporet.

Foretrukne utførelsesformer av den hydrauliske undervannskoplinger! er videre utdypet i kravene 2 til og med 5.

Låsemekanismen omfatter en muffedel med en tapp som går inn i en slisse i en føringshylse som strekker seg fra tappkoplingsdelen. Muffekoplingsdelen går inn i føringshylsen, deretter går tappdelen inn i muffedel-boringen, hvoretter tappen går inn i slissen i føringshylsen. Etter at muffedelen har gått helt inn i førings-hylsen, under sammentrykking av fjæren i føringshylsen, roteres muffedelen på sin lengdeakse i forhold til tappdelen, fortrinnsvis mindre enn 90 grader. Når muffedelen frigjøres, vil fjæren i føringshylsen tvinge muffedelen utad inntil tappen låser i et av partiene til slissen i føringshylsen. For å utkople den hydrauliske koplingen, gjentas den samme operasjon.

I den låste stilling er tappen anbrakt i slissen når koplingsdet-ventilene er åpne. Slissen kan omfatte to separate partier der tappen er anbrakt og muffe-koplingsdelen låses til føringshylsen. I et parti av slissen er ventilene til koplingsdelene åpne. Om ønskelig kan det finnes et annet parti av slissen der tappen kan anbringes og låses med ventilene lukket, slik at muffekoplingsdelen kan «parke-res» der den forblir fast festet tii føringshylsen. Når muffedelen er låst i «parke-rings»-stillingen, kan den forbli festet under vann til tappkoplingsdelen i fravær av hydraulisk strømning gjennom koplingen. Dette trekk eliminerer tiden som kreves for at en ROV skal bevege muffekoplingsdelene til et

annet festested.

Fordelene med foreliggende oppfinnelse innbefatter dens enkelhet, høye pålitelighet og lave vekt. En annen fordel med foreliggende oppfinnelse, er at den er mindre omfangsrik enn teknikkens stilling. Foreliggende oppfinnelse muliggjør «enhånds»-kopling ved hjelp av en ROV for sammenlåsing av koplingsdelene, og krever ikke griping av noen komponent annen en muffekoplingsdelen. En annen fordel med foreliggende oppfinnelse er at en ikke vil ha tendens til å fastkiles på grunn av mudder, havskrot og groing under bruk.

Oppfinnelsen skal i det følgende beskrives nærmere under henvisning til tegningene hvor: Fig. 1 er et utspilt perspektivriss av tapp- og muffekoplingsdelene og låsemekanismen ifølge en foretrukket utføringsform av foreliggende oppfinnelse, Fig. 2 er et tverrsnitt av tapp- og muffekoplingsdelen ifølge en foretrukket utføringsform av oppfinnelsen, før de er sammenkoplet, Fig. 3 er et tverrsnitt av de sammenkoplede tapp- og muffekoplingsdelene med låsemekanismen i inngrep, og Fig. 4 er et tverrsnitt av tapp- og muffekoplingsdelene, langs linjen 4-4 i fig. 3.

Det utspilte perspektivriss på fig. 1 viser en tapp-koplingsdel 10 og en muffe-koplingsdel 20 ifølge en foretrukket utføringsform av foreliggende oppfinnelse. Tapp-koplingsdelen 10 har en innvendig, gjennomgående boring 15 i hvilken det fortrinnsvis er anordnet en tallerkenventil 22 for styring av strømmen av hydraulikkfluid gjennom boringen. Tallerkenventilen 22 tvinges til normalt lukket stilling ved hjelp av ventilfjæren 17 som holdes i boringen ved hjelp av en fjærflens 18 og låsering 23. Tappdelen har en flens 12 ved en ende og et gjengeparti 11 med mindre diameter enn flensen 12. Nær gjengepartiet 11 finnes en følervegg 13 som ender i en endeflate 14. Mellom søken/eggen 13 og gjengepartiet 11 finnes en utvendig skulder 16. På skulderen 16 er det anbrakt en fjær 45 som fortrinnsvis er en skruefjær, selv om andre typer fjær kan benyttes. En fjærplate 40 som har en innadvendt skulder 41 er anbrakt over fjæren 45.

Føringshylsens 50 første ende 60 er innvendig gjenget for løsbart inngrep med gjengene 11 i tappdelen. Føringshylsen 50 har en gjennomgående boring 78. Hylselegemet 79 har en generelt sylindrisk form. Boringen 78 har en innvendig skulder 80. Skulderen 80 innsnevrer boringens 78 diameter, slik at boringens førs-te ende har en diameter som er noe større enn fjærplatens 40 ytterdiameter, og boringens andre ende har en diameter som er noe større enn muffedelens 20 diameter. Fjærplaten 40 er plassert mellom innerskulderen 80 i føringshylsen og ytterskulderen 16 på tapp-koplingsdeten.

Ved føringshylsens andre ende 61 er det en slisse gjennom hylselegemet til boringen. Slissen har flere sammenkoplingspartier slik det skal forklares nedenfor. Etter innledende innføring av muffedelen i føringshylsens andre ende 61, fulgt av innføring av tapp-koplingsdelen i muffedel-boringen, trenger tappen inn og glir inn i slissens første langsgående parti 81 ved den andre ende av føringshylsen. Ifølge en foretrukket utføringsform omfatter slissen et andre langsgående parti 82 som gir en «parkerings»-stilling for muffe-koplingsdelen, og som ender før føringshyl-sens andre ende. I «parkerings»-stillingen er tallerkenventilene 22,28 i tapp- og muffedelene lukket, ettersom muffedelen er trukket tilstrekkelig tilbake fra førings-hylsen (og tappdelen er tilstrekkelig tilbaketrukket fra muffedel-boringen) slik at ventilaktuatorene 19,44 har skilt lag. I slissens tredje langsgående parti 83, er tallerkenventilene i tapp- og muffedelen åpen for gjennomstrømning av hydraulikkfluid. Slissens tredje langsgående parti ender også før føringshylsens andre ende. Det andre langsgående parti av slissen er lengre enn det tredje parti, slik at venti-. lene kan lukke når tappen er i det andre, langsgående parti. Både det andre og det tredje langsgående parti av slissen danner låsestillinger der muffedelen er fast festet til tappdelen under vann. Et omkretsparti 84 forbinder slissens 3 langsgående partier langs hylselegemets ytre omkrets. Fortrinnsvis strekker omkretspartiet 84 seg mindre enn 90 grader rundt hylselegemets ytre omkrets. Hvert parti av slissen er slik dimensjonert at det har en bredde noe større enn diameteren til pin-nen 30 som strekker seg radialt utad fra muffedelen 20. Selv om den ovenfor beskrevne, foretrukne utføringsform omfatter et andre parti av slissen for låsing av koplingsdelene i «parkerings»-stillingen med ventilene lukket, er det også påtenkt at slissen kan ha bare to langsgående partier, hvis det ikke er nødvendig å «parkere» muffekoplingsdelen i låst stilling.

Som ovenfor omtalt har føringshylsen 50 en boring som er dimensjonert til forskyvbart å oppta muffedelen 20. Muffedelen er et sylindrisk legeme med en langsgående boring 29 som er dimensjonert til å oppta føleren 13. Mellom muffedelen 20 finnes en tapp 30 som strekker seg radialt utad fra denne. Tappen 30 er dimensjonert til å ha en diameter noe mindre enn bredden av slissen i føringshyl-sen 50.

Muffedelen 20 har fortrinnsvis en tallerkenventil 28 for styring av fluidstrøm-ning gjennom boringen. Tallerkenventilen 28 tvinges til normalt lukket stilling ved hjelp av vehtilfjæren 41 som er i kontakt med fjærflensen 42 og fastholdes i boringen ved hjelp av låseringen 43. Boringen i muffedelen kan ha én eller flere tetninger 31 som kan være elastomer-tetninger eller trykkpåvirkbare metalltetninger for anlegg mot den ytre omkrets avtappdelens følervegg 13.1 en foretrukket utfø-ringsform, når tappdelen og muffedelen er i fullt innbyrdes inngrep, ligger ventil-aktuatoren 19 på tappdelens tallerkenventil 22 an mot ventilaktuatoren 44 på muffedelens tallerkenventil 28, for å tvinge tallerkenventilene åpne og opprette strøm-ning av hydraulikkfluid mellom koplingsdelene. Oppfinnelsen kan imidlertid også brukes med koplingsdeler uten ventiler.

I fig. 2 er tapp- og muffedelene vist før sammenkopling. I denne stillingen tvinger fjæren 45 fjærplatens 40 skulder 41 mot innerskulderen 80 i føringshylsen 50. Fjærplaten forblir i sin stilling inntil muffedelen er innført i hylsen og muffedelene fremre endeflate 33 skyver mot fjærplatens 40 skulder 41 for å sammentryk-ké fjæren 45.

I fig. 3 er tappdelen og muffedelen vist med tallerkenventilene åpne i den låste stilling når tappen 30 er i det tredje langsgående parti 83 til slissen i førings-hylsen. I denne stilling er tallerkenventilene 28, 22 tilstrekkelig åpne for at hydraulikkfluid kan passere mellom koplingsdelene, og fjærplaten forblir noe atskilt fra skulderen 80 i føringshylsen.

For sammenkopling av koplingsdelene vil en ROB gripe parallelle flater 48 på muffedelen og skyve muffedelen inn i føringshylsen 50. Muffedelens fremre flate 33 kommer til anlegg mot fjærplaten 40, og muffedelen skyves videre inn i føringshylsen, hvorved fjæren 45 sammentrykkes. Tappdelen innføres så i muffedel-boringen. Deretter innføres tappen i det første langsgående parti 81 i slissen i føringshylsen. Etterhvert som muffedelen fortsatt skyves inn i føringshylsen, sammentrykker muffedelen fjæren 45 inntil tappen når slissens omkretsparti 84. ROVen dreier så muffedelen, fortrinnsvis mindre enn 90°, inntii tappen når enten det andre langsgående parti 82 for å «parkere» muffedelen, eller det tredje langsgående parti 83 hvor hydraulikkfluid kan overføres mellom koplingsdelene. Når ROVen frigjør muffedelen, tvinger fjæren 45 muffedelen ut fra føringshylsen inntil tappen 30 når enden av det andre eller tredje langsgående parti i slissen i førings-hylsen. Trykk-kraflen fra fjæren vil holde tappen i den valgte slisse for å låse muffekoplingsdelen til føringshylsen.

Foreliggende oppfinnelse gjør det mulig å oppnå kople- og låseoperasjonen ved bruk av en ROV til å gripe muffedel-flåtene 48, og krever ikke at ROVen skal gripe en annen komponent så som koplingens tappdel. For å frigjøre koplingsdelene, gjentas samme operasjon i motsatt rekkefølge. Denne oppfinnelse setter også en undervanns-ROV i stand til å frigjøre koplingsdelene på en såkalt «enhånds»-måte.

Selv om det foretrekkes at en elter flere tapper strekker seg fra muffe-koplingsdelen, i sammenheng med tilsvarende slisser i føringshylsen, kan tre eller flere tapper (og slisser) også benyttes i andre utføringsformer innenfor rammen av oppfinnelsen.

Selv om varianter av utføringsformen ifølge foreliggende oppfinnelse ikke alle kan oppnå alle fordelene med oppfinnelsen, vil enkelte trekk bli viktigere enn andre ved ulike anvendelser av anordningen. Oppfinnelsen skai følgelig forstås å være begrenset bare ved rammen av de medfølgende krav.

Claims (5)

1. Hydraulisk undervannskopling, karakterisert ved at den omfatter: (a) en tappdel (10) med en sylindrisk ytterflate, en innvendig, gjennomgående boring (15) med en tallerkenventil (22) i den innvendig boring (15) bevegbar mellom en åpen posisjon og en lukket posisjon mot et ventilsete i den innvendige boring (15), en fjær (17) i den innvendige boring (15) som presser tallerkenventilen (22) til den lukkede posisjon mot ventilsetet, og en utvendig skulder (12) mellom den sylindriske ytterflate; (b) en føringshylse (80) som har en første ende festet til tappdelen (10) og som strekker seg i lengderetningen fra tappdelen (10), og en andre ende som har en slisse med minst to langsgående partier (81, 82), idet det første langsgående parti (81) strekker seg til føringshylsens andre ende og det andre langsgående parti (82,83) ender før det når føringshylsens andre ende, og et omkretsparti (84) som danner forbindelse mellom de langsgående partier (81, 82, 83); (c) en fjær (45) som er anbrakt på tappdelens ytterskulder (12) inne i føringshylsen; (d) en muffedel (20) som kan innføres i føringshylsen (50) og omfatter et legeme og en innvendig boring (29) som er innrettet til å oppta tappdelen i denne med en tallerkenventil (28) i den innvendige boring (29) bevegbar mellom en åpen posisjon og en lukket posisjon mot et ventilsete i den innvendige boring (29), en fjær (45) i den innvendige boring (29) som presser tallerkenventilen (28) til den lukkede posisjon mot ventilsetet, og en tapp (30) som strekker seg radialt utad fra legemet, hvilken tapp er forskyvbar i slissens første langsgående parti (81) når muffedelen (20) innføres i føringshylsen (50), idet muffedelen (20) kan dreie i forhold til føringshylsen (50) for å bringe tappen (30) til å gli i slissens omkretsparti (84), og fjæren (45) tvinger muffedelen (20) utad fra føringshylsen (50) for å låse muffedelen til føringshylsen når tappen (30) er i enhver av de andre langsgående partier av slissen (82, 83), tallerkenventilene (22,28) i den innvendige boringen (15,29) av tapp- og muffedelene (10, 20) er i deres åpne posisjoner når tappen (30) er i én av de andre langsgående partier av sporet, tallerkenventilene (22,28) til tapp- og muffedelene (10,20) er i deres lukkede posisjoner når tappen (30) er i en annen av de langsgående partier av sporet.

2. Hydraulisk undervannskopling ifølge krav 1, karakterisert ved al den videre omfatter minst to tapper som strekker seg radialt utad fra muffedel-legemet (20) og minst to slisser i føringshylsen (50) innrettet til å oppta tappene.

3. Hydraulisk undervannskopling ifølge krav 1,karakterisert ved at fjæren (45) er en skrufjær.

4. Hydraulisk undervannskopling ifølge krav 1, k a r a k t e r i s é r t ved at den videre omfatter en fjærplate (40) som er anbrakt mellom fjæren (45) og fø-ringshylsens innerskulder (80).

5. Hydraulisk undervannskopling ifølge krav 1,karakterisert ved at føringshylsen (50) er en innvendig skulder (80) for å begrense utstrekningen av fjæren (45) til utvendig skulder (12) av tappdelen (10).