NO335903B1 - Trykkbalansert hydraulisk undervannskopling - Google Patents

Description

OPPFINNELSENS OMRÅDE

Denne oppfinnelse gjelder generelt hydrauliske koblinger, og spesielt hydrauliske koblinger som anvendes ved undersjøisk utboring og produksjon. Nærmere bestemt gjelder oppfinnelsen en trykkbalansert hydraulisk kobling hvor radiale passasjer er anordnet for å muliggjøre tilkobling eller frakobling for uten at vesentlig fluidtrykk utøves aksialt mot overflaten av en koblingsdel.

BESKRIVELSE AV BESLEKTET TEKNIKK

Undersjøiske hydrauliske koblinger er tidligere kjent innenfor fagområdet. Disse koblinger består generelt av en hann- og en hunndel med avtettede fluidpassasjer som danner forbindelse mellom disse. Hunndelen utgjøres generelt av et sylinderformet legeme med en langsgående utboring med forholdsvis stor diameter i den ene enden, samt en langsgående utboring med forholdsvis liten diameter i den andre enden. Den smale utboring letter forbindelse til hydrauliske ledninger, mens den store utboringen avtetter og befinner seg glidende i inngrep med koblingens hanndel. Hanndelen omfatter et sylinderformet parti i den ene enden og med en ytterdiameter som omtrent er lik diameteren av den store utboringen i koblingens hunndel. Hannpartiet omfatter også en forbindelse ved sin andre ende for å lette forbindelsen til hydrauliske ledninger. Når det sylinderformede partiet til hanndelen er ført inn i den store utboringen i hunndelen, vil, i henhold til forskjellige utførelser av anordningen, fluidstrømning bli opprettet mellom hanndelen og hunndelen.

Det oppstår problemer ved bruk av hydrauliske koblinger i utstyr med forholdsvis høyt trykk pga. de høye aksialkrefter som påføres så vel hanndelen som hunndelen under sammenkoblingsprosessen og under bruk. I slike koblinger vil det være nødvendig å overvinne den fluidkraft som motsetter seg sammenkobling mellom hannpartiet og hunnpartiet før fluidkommunikasjonen kan opprettes mellom disse delene. I utstyr med forholdsvis høyt trykk vil de høye krefter som virker på ventildelene kunne gjøre sammenkobling mellom koblingsdelene vanskelig. Også under bruk vil det fluidtrykk som utøves mellom hanndelen og hunndelen være slik at det vil ha en tendens til å skille disse delene fra hverandre. Den kraft som er nødvendig for å sammenføye delene og den resulterende tendens hos koblingsdelene til å skilles fra hverandre er karakteristiske problemer ved den tidligere kjente teknikk. Høytrykksutstyr og undersjøiske anvendelser har også erfart problemer som har sammenheng med avtetning av skjøten mellom hanndelen og hunndelen.

Ideelt bør hydrauliske koblinger i så høy grad som mulig være trykkbalansert, slik at fluidtrykket ikke hindrer sammenkobling eller virker til å frem-bringe separering mellom delene. Koblingsdelene omfatter ofte ventiler som åpnes automatisk ved sammenkobling og lukkes automatisk ved frakobling. Koblingene bør også kunne hindre implosjon av tetninger pga. vakuum når koblingsdelene separeres. For å hindre tap av hydraulisk fluid under sammenkobling eller frakobling, bør det i tillegg anvendes tetninger som kan motstå korroderende virkninger i undersjøiske eller andre vanskelige omgivelser.

I US patenter nr. 4,694,859 og 5,762,106 til Robert E. Smith III, overdratt til National Coupling Company Inc., er det vist undersjøiske hydrauliske koblinger med radiale metalltetninger. Disse radiale metalltetninger fastholdes på en skulder på hunndelen. Tetningen er trykkpåført for radial avtetning i forhold til omkretsen av andelen og overfor hunndelen. I US patent nr. 4,754,780 til Robert E. Smith III, er det vist en trykkbalansert hydraulisk kobling med radiale passasjer som danner kommunikasjon mellom hanndelen og hunndelen slik at hydraulisk fluidstrømning hovedsakelig finner sted i radial retning og ikke utøver trykk mot koblingsflater på noen av koblingsdelene. I de trykkbalanserte hydrauliske koblinger i US patenter nr. 4,832,080, 5,099,882, 5,203,374 og 5,277,225 er undersjøiske hydrauliske koblinger vist med radiale passasjer for fluidkommunikasjon for trykkbalansering av koblingene. Nærmere bestemt angir US patent nr. 4,832,080 til Robert E. Smith III en trykkbalansert hydraulisk kobling med metallpakninger som anvendes for å avtette ringrommet mellom hannpartiet og hunnpartiet når de er sammenkoblet. De metalliske pakningene kan være trykkpåført som respons på fluidtrykk i koblingene for å øke tetningsvirkningen. US patenter nr. 4,900,071 og 5,052,439 til Robert E. Smith III angir undersjøiske hydrauliske koblinger med to holdestykker som omfatter en sylinderformet holdemuffe som mottas glidende inne i hunndelens utboring, samt et gjenget holde-låsestykke som er gjenget til veggen i den sentrale utboring. En elastomerisk tetning tilbakeholdes fra radial bevegelse ved hjelp av en svalehale-pasning med en tilpasset skulder på holdemuffen og/eller holde-låsestykket. US patent nr. 5,099,882 til Robert E. Smith III angir en trykkbalansert hydraulisk kobling med radiale passasjer i hanndelen og hunndelen, første par radiale pakninger er posisjonsinnstilt på hver side av de radiale passasjer for å danne tetning mellom mottagerkammeret og pakningsholderen, samt et andre par av radiale pakninger anordnet på hver side av de radiale passasjer for avtetning mellom pakningsholderen og hanndelen. Disse pakninger er fortrinnsvis trykksatte metalltetninger.

DE 10121294 A1 beskriver en trykkbalansert hydraulisk kobling for bruk i undersjøiske boring og produksjons operasjoner. Den hydrauliske koblingen har radiale passasjer som kobler hann- og hunnmedlemmer sammen slik at fluidtrykk ikke blir påført noen sider av medlemmene når de kobles sammen eller frakobles hverandre. Hunnmedlemmet har et splittet legeme med en første del og en andre del som hver har en langsgående passasje og en radial fluid passasje. En radial forsegling er plassert i grensesnittet mellom den første og andre delen til hunn-medlemmets legeme for å muliggjøre fjerning og erstatning av den radiale for-seglingen når hunnmedlemmet tas fra hverandre. Hannmedlemmet kan bli ført inn gjennom den første og andre delen til hunnmedlemmet som derved tilveiebringer fluid kommunikasjon mellom koblingsmedlemmene i en retning som er transvers til koblingsmedlemmenes boringer.

I den senere tid har det vært behov for hydraulisk utstyr hvori undersjøiske hydrauliske koblinger utgjør en del for bruk i anvendelser hvor undersjøiske trykk er høyere. I dypvannsanvendelser anvendes fjernstyrte fartøyer (ROV) nesten utelukkende for å sammenkoble, frakoble og å manøvrere undersjøiske hydrauliske koblingssammenstillinger. Typisk er tjue eller flere koblingsdeler fastgjort til en manifoldplate som en ROV posisjonsinnstiller og forbinder med motstående koblingsdeler. I dypvannsanvendelser hvor ROV anvendes, er det ønskelig å redusere størrelse og vekt på de undersjøiske hydrauliske koblingsdeler. En reduksjon av koblingsstørrelse og vekt er ønskelig for at ROV-enhetene bedre skal kunne posisjonsinnstille, sammenkoble og frakoble koblingsdeler og manifoldplater hvorpå koblingsdelene befinner seg. Det er følgelig behov for en lettere og mer kompakt hydrauliks undervannskobling som er trykkbalansert for undersjøisk bruk ved dypvannsanvendelser.

SAMMENFATNING AV OPPFINNELSEN

Foreliggende oppfinnelse gjelder en undersjøisk hydraulisk kobling av ovenfor angitt type som omfatter en hanndel og en hunndel for å opprette fluidkommunikasjon mellom disse med radiale fluidpassasjer gjensidig anordnet for å muliggjøre sammenkobling eller frakobling av koblingsdelene uten at vesentlig fluidtrykk utøves aksialt mot andelenes anleggsflater. Disse radiale fluidpassasjer er gjensidig posisjonsinnstilt for å hindre at vesentlige separeringskrefter utøves mellom hanndelen og hunndelen når passasjene er trykksatt med fluid. En pakningsholder, som er innlagt i hunndelens mottagerkammer, samt låst på plass ved hjelp av et låsestykke i en holder, omfatter en radial passasje og en langsgående passasje for strømning av hydraulisk fluid gjennom disse. Den langsgående passasjen i holderen anordnes i stilling for å sammenkoble og opprette fluidkommunikasjon med en langsgående strømningspassasje i hunndelens koblingslegeme. Denne konfigurasjon av strømningspassasjer i holderen muliggjør reduksjon av diameteren på hunndelens koblingslegeme, slik at størrelse og vekt av hunndelens koblingslegeme reduseres.

Spesielt frembringer foreliggende oppfinnelse en fordelaktig hydrauliks undervannskobling som omfatter: (a) en hannkoblingsdel med en sylinderformet sondevegg, en sentralutboring og en radial fluidpassasje som strekker seg mellom den sentrale utboringen og sondeveggen; (b) en hunnkoblingsdel med en første ende og en andre ende, et mottagerkammer nær den første enden og en sentral utboring nær den andre enden, en indre skulder mellom mottagerkammeret og den sentrale utboringen, en radial pakning plassert på den indre skulderen for å komme i inngrep med sondeveggen til hannkoblingsdelen, og en fluidpassasje som forløper mellom den sentrale utboring og mottagerkammeret; og (c) en pakningsholder som er innsettbar i mottagerkammeret for å fastholde den radiale pakningen på den indre skulderen, hvor pakningsholderen har en L-formet fluidpassasje med en første ende i forbindelse med den radiale fluidpassasjen i hannkoblingsdelen og en andre ende er koblet til en fluidpassasje i hunnkoblingsdelen.

KORT BESKRIVELSE AV TEGNINGENE

De vedlagte tegningene utgjør en del av foreliggende fremstilling og er in-kludert for videre å vise visse aspekter ved foreliggende oppfinnelse. Oppfinnelsen vil bli bedre forstått ut i fra henvisning til én eller flere av disse tegninger i kombina-sjon med den detaljerte beskrivelse av de spesielle utførelser som er angitt her. FIG. 1 viser et snitt gjennom hanndelen og hunndelen av koblingen i henhold til første utførelse, hvor da hanndelen delvis er innført i hunndelen. FIG. 2 viser et snitt gjennom andelen fullstendig innført i hunndelen av koblingen i henhold til en første utførelse.

BESKRIVELSE AV ANSKUELIGGJØRENDE UTFØRELSER

I figurene 1 og 2 er det vist en første utførelse av den undersjøiske hydrauliske kobling i henhold til foreliggende oppfinnelse. Denne kobling omfatter en hanndel 10, en hunndel 20, en holder 30 og holderens låsestykke 40. Holderen er innført i mottagerkammeret 39 i hunndelen og holdes på plass av holderens låsestykke 40. Når hanndelen 10 er ført inn gjennom holderen og inn i utboringen 38 i hunnstykket, vil radiale fluidpassasjer tillate fluidkommunikasjon mellom hanndelen og hunndelen. Denne fluidkommunikasjon er opprettet uten at vesentlig trykk utøves mot anleggsflaten på hanndelen under eller etter påføringen. Fluidkommunikasjonen mellom hanndelen og hunndelen opprettes gjennom en radial passasje i hanndelen, en L-formet passasje i holderen, samt en langsgående passasje 52 og en radial passasje 66 i hunndelens koblingslegeme.

Hanndelen 10 omfatter et håndtak 31, en flens 42 og en sonde 16. Håndtaket på hanndelen kan være gjenget ved 41 til en manifold plate. Hanndelen og hunndelen er typisk koblet til motsatte plater på en manifold og sammenholdes ved hjelp av bolter eller hydrauliske legemer festet til disse plater. Hanndelen er vanligvis festet til en viss plate 26, mens hunndelen er forbundet med en motstå ende plate 24 for derved å være vendt mot hanndelen og befinne seg på linje med denne. Håndtaket 80 på hunndelen kan være gjenget ved 81 til platen 24. Håndtaket 80 kan også være innvendig gjenget ved 76 for å tillate forbindelse med hydrauliske ledninger. På lignende måte kan håndtaket 31 på hanndelen være gjenget ved 21 for å tillate kobling til hydrauliske ledninger. Hanndelen og hunndelen kan være festet til manifoldplater ved bruk av forskjellige festemidler, slik som skruer eller gjenger. Teknikker for å feste disse deler til slike manifoldplater vil være velkjent for fagkyndige innenfor området.

Sonden 16 på hanndelen har en sylinderformet utboring 32 som er gjen-nomgående. En tallerkenventil 25 kan inngå i den sentrale utboring i hanndelen. En ventilutløser 65 anvendes for å drive hanndelens ventil åpen etter at ventilut-løseren har dannet kontakt med den tilsvarende ventilutløser 64 på hunndelen. Ventilen 25 er forspent til lukket stilling ved hjelp av ventilfjæren 71 i hannstykkets utboring. Denne ventilfjær er forankret til en fjærkrave 47 som holdes på plass i utboringen ved hjelp av en klemme 46. Sonden omfatter en sondevegg eller ytre omkrets 45 som ender i en ledeflate 28. I en foretrukket utførelse befinner en formet pakning 23 bestående av en elastomerisk ring eller en metallring seg i inngrep med den ytre omkrets av en ventilutløser 65. Pakningen 23 holdes på plass inntil hanndelens ledeflate ved hjelp av en mutter 63 som er gjenget på sondesek-sjonen 16 inntil hanndelens ledeflate.

Når ventilen på hannstykket befinner seg i lukket stilling, vil overføring av hydraulisk fluid gjennom hannstykket av koblingen være blokkert. Fluid kan imid-lertid overføres gjennom hanndelen ved å åpne ventilen, slik at den radiale passasjen 19 kommuniserer med den indre utboring 32 i hannstykket, samt den ytre omkrets eller sondeveggen 45 i hannstykket. Fortrinnsvis er et par radiale fluidpassasjer 19 anordnet i posisjon mellom den sentrale utboring 32 i hannstykket og den sylinderformede sondevegg 45.

Skjønt utførelsen i fig. 1 og 2 viser at ventilutløserne strekker seg fra toppen av tallerkenventilene, kan alternativt ventilutløserne være koblet fra tallerkenventilen i hver av koblingsdelene. Hvis ventilutløserne er frakoblet tallerkenventilene, kan en flens på utløseren være anordnet for å begrense utløserens bevegelse. Koblingens hunndel omfatter en sentral utboring 77 med en tallerkenventil 55 glidbart anordnet i dette mellom åpen og lukket stilling. Når tallerkenventilen er lukket, vil fluidkommunikasjon mellom utboringen 77 og en radial fluidpassasje 66 i hunndelens koblingslegeme være blokkert. Ventilfjæren 61 driver tallerkenventilen 55 til lukket stilling. Ventilfjæren holdes på plass ved hjelp av fjærkraven 78 og klemmen 79. Ventilutløseren 64 strekker seg fra toppen av den koniske flate på tallerkenventilen 55 i hunndelen. Som angitt ovenfor, kan alternativt ventilutløseren være frigjort fra tallerkenventilen i hunndelen. En formet pakning 22 i form av en elastomerring eller metallring danner inngrep med omkretsdiameteren for ventilut-løseren 64 for å hindre fluidlekkasje omkring utløseren. Pakningen 22 holdes på plass ved hjelp av en utvendig gjenget mutter 69.

For å avtette skjøten mellom hanndelen og hunndelen plasseres en ringformet pakning i stilling på hunndelens koblingslegeme og holdes på plass av pakningsholderen 30. I en foretrukket utførelse som er vist i figurene 1 og 2, er pakningen 44 en elastomerpakning med en svalehalepasning mellom hunndelen og holderen 30. Alternativt kan forskjellige andre elastomerpakninger eller metallpakninger, slik som hule trykkpåførte metallpakninger anvendes for å opprette radial tetning mellom hunndelen og sondeveggen 45 på hanndelen. I tillegg er en ringformet pakning 43 plassert mellom holderen 30 og holde-låsestykket 40. Pakningen 43 er i en foretrukket utførelse en elastomerisk svalehalepakning med en pasning i svalehaleform mellom holderen og holderens låsestykke. Tetningen 43 kan også være en annen myk pakning, slik som en O-ring eller en metallpakning, slik som en hul trykkpåført metallpakning. Som vist i fig. 1 og 2, er pakningene 44 og 43 posisjonsinnstilt i lengderetningen på hver sin side av en radial fluidpassasje 50 i holderen. Pakningene 44 og 43 hindrer lekkasje av hydraulisk fluid i overgangen mellom den radiale passasje 19 i hanndelen og den radiale passasje 50 i pakningsholderen.

I en foretrukket utførelse omfatter holderens omkrets et ringformet rom 12 som bidrar til å lette strømning av hydraulisk fluid når hannkoblingsstykket er litt mistilpasset i forhold til hunndelen. Holderen 30 omfatter minst én L-formet passasje for å lette fluidkommunikasjon mellom koblingens hanndel og hunndel. Hver L-formet passasje består av en radial passasje 50 for fluidkommunikasjon med den radiale passasje 19 i hanndelen, samt en langsgående passasje 51 for fluidkommunikasjon med den langsgående passasje 52 i hunndelen. Den radiale passasje 50 i holderen er sammenkoblet med den langsgående passasje 51. Når holderen er fullstendig innført i den store utboring 39 i hunndelen, bør den langsgående passasje i holderen befinne seg i flukt for å tillate fluidkommunikasjon med den langsgående passasje 52 i hunndelens koblingslegeme. Ett par O-ringpakninger 58, 59 avtetter overgangen mellom de langsgående passasjer 51 og 52 i hhv. holderen og hunndelen. Alternativt kan pakningene 58 og 59 være metallpakninger.

I en foretrukket utførelse blir hanndelen innført gjennom holderen og inn i hunndelens mottagerkammer 38 før ventilutløserne 64 og 65 kommer i kontakt for å åpne tallerkenventilene. Hanndelen befinner seg i tettende inngrep med de radiale pakninger 43 og 44 før strømningen av hydraulisk fluid mellom koblingsdelene begynner. I undersjøiske hydrauliske koblinger er det ønskelig å drive ut fanget sjøvann eller annet fluid fra hulrommet mellom ledeflaten 28 på hanndelen og hunndelens mottakskammer 38. Én eller flere ventilasjonspassasjer 34 er plassert i hunndelens koblingslegeme for å tillate utslipp av fanget sjøvann fra mottakerkammeret. Eventuelt kan O-ringen 35 være plassert rundt utsiden av hunndelens koblingslegeme for å tillate fanget sjøvann å slippe ut gjennom ventilasjonspassasjen 34 og hindre hydraulisk låsing uten at ytterligere sjøvann trenger inn i koblingen gjennom ventilasjonspassasjen.

Skjønt det i en foretrukket utførelse er vist et par radiale passasjer i hanndelen, holderen og hunndelen, så er det i henhold til oppfinnelsen tenkt at én eller flere radiale passasjer kan anvendes i hver av disse komponenter av koblings-sammenstillingen. Fluidoverføring mellom koblingsdelene lettes ved radial over-føring av hydraulisk fluid gjennom de radiale passasjer uten at dette utøver vesentlig trykk mot ledeflaten 28 på hanndelen eller mot mottagerkammeret i hunndelen. Det er også ment at foreliggende oppfinnelsesgjenstand kan anvendes i en kobling med eller uten ventilen i koblingens hanndel eller hunndel.

I henhold til foreliggende oppfinnelse opprettes det en trykkbalansert hydraulisk undervannskobling med flere radiale pakninger mellom koblingens hanndel og hunndel, samtidig som koblingen har oppnådd redusert vekt og ytterdiameter. Dette reduserte omfang og den reduserte vekt skriver seg fra utførelsen av holderen 30 med én eller flere L-formede fluidpassasjer som er gjennomgå- ende og omfatter én eller flere langsgående, samt én eller flere radiale passasjer for å lette hydraulisk strømning gjennom holderen. Fluidpassasjen i holderen opp-retter fluidkommunikasjon mellom så vel den radiale fluidpassasjen 19 i koblingens hanndel og den langsgående fluidpassasje 52 i koblingens hunndel. Den L-formede fluidpassasje i holderen i stedet for i hunndelens koblingslegeme mulig-gjør reduksjon av hunndelens ytre diameter.

Claims (10)

1. Hydraulisk undervannskobling som omfatter: (a) en hannkoblingsdel (10) med en sylinderformet sondevegg (45), en sentralutboring (32) og en radial fluidpassasje (19) som strekker seg mellom den sentrale utboringen og sondeveggen; (b) en hunnkoblingsdel (20) med en første ende og en andre ende, et mottagerkammer (39) nær den første enden og en sentral utboring (77) nær den andre enden, en indre skulder mellom mottagerkammeret og den sentrale utboringen, en radial pakning (44) plassert på den indre skulderen for å komme i inngrep med sondeveggen (45) til hannkoblingsdelen (10), og en fluidpassasje som forløper mellom den sentrale utboring og mottagerkammeret; og (c) en pakningsholder (30) som er innsettbar i mottagerkammeret (39) for å fastholde den radiale pakningen (44) på den indre skulderen, hvor pakningsholderen har en L-formet fluidpassasje (50, 51) med en første ende i forbindelse med den radiale fluidpassasjen (19) i hannkoblingsdelen og en andre ende er koblet til en fluidpassasje (52) i hunnkoblingsdelen.

2. Hydraulisk undervannskobling som angitt i krav 1, og hvor fluidpassasjen i hunnkoblingsdelen (20) omfatter en langsgående passasje (52) og en radial passasje (66).

3. Hydraulisk undervannskobling som angitt i krav 1, som videre omfatter en ventil (25, 55) i minst én av koblingsdelene (10, 20), hvor ventilen har en ventilut-løser (65, 64) for å drive ventilen til åpen stilling.

4. Hydraulisk undervannskobling som angitt i krav 1, som videre omfatter et låsestykke (40) i pakningsholderen (30) som befinner seg i inngrep med hunnkoblingsdelen (20).

5. Hydraulisk undervannskobling som angitt i krav 4, som videre omfatter en andre radial pakning (43) plassert mellom pakningsholderen (30) og holderens låsestykke (40).

6. Hydraulisk undervannskobling som angitt i krav 1, hvor pakningen (44) er en elastomerpakning med en svalehalepasning mellom den indre skulderen og pakningsholderen.

7. Hydraulisk undervannskobling som angitt i krav 1, videre omfattende en tallerkenventil (25) i hanndelen (10) og en tallerkenventil (55) i hunnkoblingsdelen (20), hvor tallerkenventilene har respektive ventilutløsere (65, 64) som kan bringes i gjensidig inngrep.

8. Hydraulisk undervannskobling som angitt i krav 1, hvor den radiale pakning (44) er en trykkpåført metallpakning.

9. Hydraulisk undervannskobling som angitt i krav 1, som omfatter en første ringformet pakning (23) mellom ventilutløseren (65) og hannkoblingsdelen (10), samt en andre ringformet pakning (22) mellom ventilutløseren (64) og hunnkoblingsdelen (20).

10. Hydraulisk undervannskobling som angitt i krav 1, som videre omfatter et par ringformede pakninger i inngrep med den indre skulderflaten i hunnkoblingsdelen (20) og i tettende anlegg mot pakningsholderen (30), idet den første ringformede pakningen er plassert radialt innover fra den langsgående fluidpassasjen (51) og den andre ringformede pakningen er plassert radialt på utsiden av den langsgående fluidpassasjen (51).