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Sicherheitsverschluss
Gegenstand der Erfindung ist ein Sicherheitsverschluss mit kugelförmigem Ahschlusskörper für Rohrleitungen. Die Schliessung der Vorrichtung kann in Abhängigkeit von Grössen gesteuert werden, welche insbesondere die Betriebsbedingungen der Strömung hinter oder vor der Verschlussvorrichtung kennzeich- nen.
Der erfindungsgemässe Sicherheitsverschluss ist dadurch gekennzeichnet, dass er einen Dichtungssitz und einen Gegensitz zur Zentrierung des Abschlusskörpers aufweist, welche beiden Sitze miteinander verbunden und in einem Rohrkörper, der unter dem Einfluss eines elastischen Rückstellgliedes, z. B. Schraubenfedern, steht, gleitbar verschieblich sind, dass der Abschlusskörper um zwei bezüglich seines Mittelpunktes exzentrisch liegende Zapfen schwenkbar ist und dass ein unter dem Druck eines hydraulischen Steuermittels stehender, an den Schwenkzapfen diametral gegenüberliegenden Stellen des Abschlusskörpers angelenkter, rohrförmiger Kolben vorgesehen ist, der die Verschlussvorrichtung zu öffnen sucht.
Der neuartige Verschluss weist zahlreiche Vorteile auf, insbesondere einen einfachen Aufbau, eine leichte Herstellung, eine hohe Betriebssicherheit und einen geringen Platzbedarf in der Durchmesserrichtung, wobei der Durchtrittsquerschnitt für das Druckmittel gleich dem der Leitung ist. Dieser letztere Vorteil ist wichtig, da er die Einführung von Apparaten in den Strömungsmittelstrom und vor der Verschlussvorrichtung ermöglicht.
Die Erfindung ist nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnung beispielsweise erläutert. Die Fig. l und 2 sind Längsschnitte einer erfindungsgemässen Verschlussvorrichtung in Offen-bzw. Schliessstel-
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der Fig. 3.
Die Fig. 1-4 zeigen eine Verschlussvorrichtung mit Drehkörper, welche in einer beliebigen lotrechten, waagrechten oder schrägen Stellung arbeiten kann und zur Ausrüstung eines beliebigen Strömung$- kreises für ein Druckmittel bestimmt ist. Eine wesentliche Anwendung der Verschlussvorrichtung ist jedoch die versenkte Ausrüstung von Rohren zur Förderung von Erdöl, natürlichen Gasen oder im Boden eingelagerten Gasen, sowie auch die Ausrüstung der Leitungen für den Transport dieser Produkte auf grosse Entfernung.
Die Verschlussvorrichtung bildet erfindungsgemäss ein Sicherheitsorgan, da sie die Strömung des Druckmittels unterbrechen kann, sobald die Betriebsbedingungen desselben hinter ihr anormal werden. Die Schliessung der Verschlussvorrichtung wird nämlich durch den Druckabfall in einem hydraulischen Steuerkreis ausgelöst, dessen Steuerung unmittelbar oder mittelbar durch Instrumente erfolgen kann, welche die Betriebsbedingungen hinter der Verschlussvorrichtung kennzeichnende Grössen messen und einen Druckabfall in dem hydraulischen Kreis erzeugen, sobald die Messung dieser Grössen einen als gefährlich angesehenen Schwellenwert übersteigt.
Der hydraulische Kreis wird durch die Messinstrumente unmittelbar oder über Elektroventile gesteuert, deren Speisung über Relais erfolgt, welche durch diese Instrumente oder durch Apparate erregt werden, welche an diesen befestigt sind und Ströme erzeugen. Dies ist der Fall, wenn die Instrumente zur Messung der die Betriebsbedingungen hinter der Verschlussvorrichtung kennzeichnen en Grössen in der Nähe derselben angeordnet sind. Wenn jedoch die Instrumente in grosser Entfernung angeordnet sind, wird der hydraulische Kreis zur Steuerung der Verschlussvorrichtung durch Elektroventil gesteuert, derer Speisung mit Hilfe von Relais und über eine Fernwirkvorrichtung von den Änderungen der Grössen abhängig ge-
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macht wird, welche von den in der Ferne angeordneten Messinstrumenten festgestellt werden.
Die Fern- wirkvorrichtung kann ein Funkgerät sein, d. h. die von der Überlagerung einer Trägerwelle und der un- mittelbar oder mittelbar von den Messinstrumenten kommenden Impulse herrührende Welle wird durch einen in der Nähe der Instrumente angeordneten Sender auf einen Empfänger übertragen, welcher in der
Nähe des hydraulischenKreises zur Steuerung der Verschlussvorrichtung angeordnet ist und mit einem Detektor kombiniert ist, welcher die elektrischen Impulse trennt, welche anschliessend verstärkt und den oben erwähnten Relais zugefUhrt werden. Die Fernwirkvorrichtung kann auch mit einer Kabelübertragung arbeiten, wobei dann die elektrischen Impulse einem Trägerstrom überlagert werden, welcher in einem
Kabel fliesst, welches die Einbaustellen der Messinstrumente mit dem hydraulischen Kreis verbindet.
Ferner ist die Ausbildung so getroffen, dass die Abmessungen der Verschlussvorrichtung in der Durch- messerrichtung möglichst klein werden, damit sie praktisch gleich der der Rohre werden, an welchen die
Verschlussvorrichtung angebracht ist, so dass das zwischen diesen Rohren und einer diese umgebenden Röh- re vorhandene Spiel praktisch konstant bleibt. Ferner ist die Kontinuität des Durchtrittskanals für das Druckmittel durch die Verschlussvorrichtung mit dem der an diese angeschlossenen Rohre gewahrt, so dass in den Druckmitrelstrom Messinstrumeme hinabgelassen und in der Strömungsrichtung vor der Verschlussvorrichtung angeordnet werden können, was bei Schächten für Petroleum oder natürliche Gase besonders vorteilhaft ist.
Die Verschlussvorrichtung enthält einen Rohrkörper 1, welcher an seinen Enden an ein strömungsabwärts liegendes Endstück 2 und ein strömungsaufwärts liegendes Endstück 3 angeschraubt ist, deren Gewindeteile 4 und 5 durch Zentrierungsführungen 6 und 7 verlängert werden, welche mit torischen Dichtungen 8 zur Abdichtung der Verbindungsteile zwischen den Endstücken und dem Körper versehen sind.
Radiale Schrauben 9 stehen gleichzeitig mit den Endstücken und mit dem Rohrkörper in Eingriff, so dass sie diese Teile fest miteinander verbinden. Das strömungsabwärts angeordnete Endstück 2 und das stiömungsaufwärts angeordnete Endstück 3 haben Innen-und Aussengewinde, welche gleichen Gewinden der Enden eines Bestandteils des Rohres, n welches die Verschlussvorrichtung angeschlossen werden soll, entsprechen, damit der Einbau des Körpers der Verschlussvorrichtung in die beiden Bestandteile dieses Rohrs der Verbindung der Bestandteile untereinander entspricht. In seinem mittleren Abschnitt weist der Rohrkörper 1 einen inneren Bund 10 auf, an welchem ein Ring 11 durch ein zwischen diesem und dem strömungsabwärts liegenden Endstück 2 angeordnetes Zwischenrohr 12 gehalten wird.
Wie dies insbesondere aus Fig. 3 hervorgeht, weist der Ring 11 auf seiner ganzen Länge zwei vorspringende Ansätze 13 und 14 auf, m'welchen auf der gleichen zu der Längsachse la des Körpers 1 senkrechtenAchse liegende Löcher 15 und L6 angebracht sind, welche auf den gegenüberliegenden parallelen Seiten dieser Ansätze münden. In die Löcher 15 und 16 sind Zapfen 17 und 18 eingepresst, welche ein Gelenk für abgeschnittene Lochscheiben 19 und 20 bilden, deren jede zwei parallele und von dem entsprechenden Zapfen 17 oder 18 in gleichem Abstand liegende Kanten 21 und 22 (Fig. S) aufweist.
Ein sphärischer Drehkörper 23 grenzt eine zylindrische Öffnung 24 ab, welche zu dem Mittelpunkt desselben gleichachsig ist und derenDurchmesser dem Innendurchmesser des Rohrs entspricht, : n welches die Verschlussvorrichtung eingebaut werden soll. Zwei zu der Öffnung 24 parallele Ringzone 25 und 26 bilden sphärische Anlage flächen, welche insbesondere, wie dies weiter unten beschrieben ist, die Abdichtung der Verschlussvorrichtung in der Schliessstellung herstellen sollen, wenn sie mit Sitzen zusam- menwirken. In dem Drehkörper 23 sind ausserhalb der Ringzone 25 und 26 ebene Abschnitte 27 und 28 so ausgebildet, dass ein geringes Spiel zwischen diesen Abschnitten und den Flächen der Ansätze 13 und 14 des Ringes 11 besteht.
In die Abschnitte 27 und 28 sind ausserdem zwei Nuten 29 und 30 eingeschnitten, welche mit der Achse der Öffnung 24 einen Winkel von 450 bilden (Fig. 1 und 2), wobei die abgeschnittenen Lochscheiben 19 und 20 in diese Nuten 29, 30 so eingesetzt sind, dass die Ränder 21 und 22 derselben an den Wänden der Nuten anliegen. Aus den obigen Ausführungen geht hervor, dass die Zapfen 17 und 18 für den sphärischen Drehkörper 24 eine Gelenkachse bilden, welche in bezug auf die normale Schwenkachse 2"3a desselben exzentrisch liegt.
Diese besondere Ausführungsform, gemäss welcher die Anbringung der festen Zapfen 17 und 18 an
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Verbindung durch Schweissung, da in dem letzteren Fall Verformungen des Körpers und Erzeugung von grossen Spannungen in diesem unvermeidlich und für das richtige Arbeiten der Verschlussvorrichtung schädlich sind.
Auf der strömungsabwärts gelegenen Seite wirkt der sphärische Drehkörper 23 mit einem Dichtungsitz 31 zusammen, welcher z. B. aus einem harten abriebfesten Werkstoff besteht, z. B. aus einer Hartmetallegierung. Dieser Sitz wird von dem erweiterten Endteil 32 eines rohrförmigen Fortsatzes 33 ge-
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tragen. Der Endteil 32 ist in dem Zwischenrohr 12 und dem Ring 11 geführt ; damit er jedoch nicht auf die Ansätze 13 und 14 des letzteren trifft, sind Abflacnungen 34 und 35 in den diesen Ansätzen gegenüber- liegenden Abschnitt eingeschnitten.
Der rohrförmige Fortsatz 33 weist zwei durch eine Schulter 38 ge- trennte Abschnitte 36 und 37 verschiedenen Durchmessers auf, wobei der Abschnitt 37 kleineren Durch- messers in dem strömungsabwärts liegenden Endstück 2 geführt und mit Dichtungen 39 versehen ist. Er tritt anschliessend in eine Kammer 40 dieses Endstücks, welche strömungsabwärts durch eine einen An- schlag für den Fortsatz 33 bildende Randleiste 41 begrenzt wird.
In der Strömungsrichtung vor den Dichtungen 39 bildet das Endstück 2 einen Zylinder 42, welcher an seinen Enden in das Zwischenrohr 12 und in eine mit einem Loch 54 in Verbindung stehende Nut 43 mün- det. Das Loch ist teilweise mit Innengewinde zur Auinahme des Endverbinders einer biegsamen Leitung versehen, welche ein hydraulisches Druckmittel von dem erwähnten gesteuerten Betätigungskreis der Ver- schlussvorrichtung zuführt. Ferner gleitet einrohrförmiger Kolben 45 in dem Zylinder 42 des Endstücks und auf dem Abschnitt 36 des Fortsatzes 33, wobei die Abdichtung zwischen diesen Teilen durch torische
Dichtungen 46 und 47 hergestellt wird.
Das hydraulische Steuermittel gelangt so in eine durch das End- stück 2, den rohrförmigen Fortsatz 33 und den Kolben 45 begrenzte Kammer 48, so dass sein Druck auf die Schulter 38 des Fortsatzes 33 und auf das Ende des Kolbens 45 wirkt und diese in der nachstehend be- schriebenen Weise verstellt.
Strömungsaufwärts wirkt der Drehkörper mit dem erweiterten Endteil 49 eines rohrförmigen Fort- satzes 50 zusammen. Dieser Endteil, in welchem zwei Abflachungen 51 und 52 ausgebildet sind, welche den gleichen Zweck wie die Abflachungen 34 und 35 des gegenüberliegenden Abschnitts 32 haben, bil- det einen Gegensitz 53, welcher gegen den sphärischen Drehkörper 23 durch eine Schraubenfeder 54 ge- drückt wird, welche zwischen demströmungsaufwärts liegenden Endstück 3 und einem abgesetzten Teil 55 angeordnet ist, welcher auf das entsprechende Ende des rohrförmigen Fortsatzes 50 aufgepresst ist und bei seiner Translationsbewegurg in dem Endstück 3 geführt wird.
Es ist zu bemerken, dass der Teil 55 und die
Fortsätze 50 und 33 eine Röhre 56 abgrenzen, deren Durchmesser gleich dem der Öffnung 24 des Drehkörpers 23 ist, welcher seinerseits gleich dem Durchmesser der Öffnungen in den Endstücken 2 und 3 ist, welcher dem der durch das der Verschlussvorrichtung zugeordnete Rohr abgegrenzten Leitung entspricht.
Ferner steht ein auf den Fortsatz 50 aufgeschobener Ring 57 unter der Einwirkung eines elastischen
Gliedes, welches sich an einer in dem Endstück 3 zentrierten Lochscheibe 58 abstützt. Dieses elastische Glied wird durch zwei Schraubenfedern 59 und 60 gebildet, welche gegensinnig aufgewickelt und durch eine Zwischenscheibe 61 getrennt sind. Diese besondere Anordnung gestattet, die Neigung dieser Federn, sich um sich selbst zu drehen, auszugleichen.
An dem Ring 57 springen auf einer Seite gegenüber jedem der zwischen den ebenen Abschnitten 27 und 28 des Drehkörpers 23 und dem Bund 10 des Körpers l freigelassenen Räume unabhängige Anschläge 62 und 63 vor, wobei der längere Anschlag 62 sich an den Ansätzen 13 und 14 des Ringes 11 abstützen soll, wenn die Verschlussvorrichtung geschlossen ist (Fig. 2).
In dem Raum zwischen dem Ring 11 und den Ansätzen 13 und 14 desselben und den ebenen Abschnitten 27 und 28 des Drehkörpers sind zwei seitliche gleitend verschiebliche Verbindungsstücke 64 und 65 angeordnet. Strömungsabwärts weist jedes Gleitstück einen Vorsprung 66 auf, welcher gegen die Ansätze 13 und 14 des Ringes 11 stossen kann, insbesondere in der der Öffnung der Verschlussvorrichtung entsprechenden Stellung des Drehkörpers. Ferner ist eine Nut 67 in diesem Vorsprung angebracht, in welche eine an dem rohrförmigen Kolben 45 gebildete Randleiste 68 eintreten kann, derart, dass die Gleitstücke von dem Kolben erfasst werden.
Damit dieses Erfassen möglich ist, muss in den Kolben 45 eine Umfangsnut 69 und in den Vorsprung 66 der Gleitstücke ein gebogener Abschnitt 70 eingeschnitten werden, dessen Krümmung der der Nut 69 entspricht. Strömungsabwärts werden die Gleitstücke durch einen Finger 71 verlängert, welcher gerade zwischen die Anschläge 62 und 63 des Ringes 57 treten kann, wobei die Anschläge 63 durch die Federn 59 und 60 gegen das Ende dieser Gleitstücke gedrückt werden.
Ferner sind zwei vorspringende Zapfen 72 und 73 an den Gleitstücken 64 bzw. 65 vorgesehen, welche an den Ansätzen 13 und 14 des Ringes 11 anliegen (Fig. 3). Auf diesen Zapfen sind Rollen 74 und 75 lose drehbar, welche ohne Spiel in den Nuten 29 und 30 des Drehkörpers liegen, so dass sie je nach der den seitlichen Gleitstücken 64 und 65 erteilten Bewegung in diesen Nuten rollen können.
Vor der Erläuterung der Arbeitsweise der Verschlussvorrichtung sei bemerkt, dass der sphärische Drehkörper 23 stets tadellos zwischen dem Sitz 31 und dem Gegensitz 53 zentriert ist, da der den Sitz 31 tragende Fortsatz 33 unter der Einwirkung des Drucks des in der Kammer 48 befindlichen Druckmittels steht, während der den Gegensitz 53 bildende rohrförmige Fortsatz 50 unter der Wirkung der Feder 54 steht, wobei die Fedel 54 und das Druckmittel auf die Fortsätze 50 und 33 in entgegengesetzter Richtung wirken.
Die Feder 54 hat ferner die Aufgabe, die Reinigung des sphärischen Drehkörpers 53 zu erleichtern,
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da der Gegensitz 53 die Wand des Drehkörpers bei einer Schwenkung desselben abschabt, wobei auf diese
Schabwirkung eine Waschung durch das Druckmittel folgt, welches in radial in dem Gegensitz 53 ange- brachten Einschnitten 76 strömt. Der Gegensitz bildet nur eine Zentrierung des Drehkörpers, während der
Sitz 31 gleichzeitig ein Zentrier-und Abdichtungselement ist.
Ferner können die Gleitstücke 64 und 65 als starr mit dem rohrförmigen Kolben 45 und dem Ring 57 verbunden angesehen werden, da diese auf die Gleitstücke entgegengesetzte Kräfte ausüben. Der Kolben wird nämlich durch den Druck des in der Kammer 48 befindlichen hydraulischen Druckmittels in der
Richtung des Pfeils F verschoben, während die elastische Spannung der Federn 59 und 60 den Ring in der dem Pfeil F entgegengesetzten Richtung zu verschieben sucht.
Wenn der Druck des hydraulischenDruckmittels überwiegt, d. h. wenn strömungsabwärts einwandfreie
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befinden sich in der in Fig. 1 dargestellten Lage, d. h. die Federn 59 und 6C sind zusammengedrückt, der rohrförmige Kolben 45 ist aus dem Zylinder 42 ausgetreten und die Vorspringe 66 der Gleitstücke 64 und
65 liegen an den Ansätzen 13 und 14 des Ringes 11 an, so dass der Drehkörper 23 eine solche Stellung eÍJ1- ; nimmt, dass seine Öffnung 24 in einer Flucht mit der Leitung 56 liegt und dass seine Nuten 29 und 30 strömungsaufwärts geneigt sind.
Schliesslich wird der sphärische Drehkörper durch den Sitz 31 und den
Gegensitz 53 der Fortsätze 33 bzw. 50 zentriert, wobei der Fortsatz 33 aus der Kammer 40 ausgetreten ist, während der Fortsatz 50 tiefer in das Endstück 3 eingetreten ist, da die Wirkung des Druckmittels auf die Schulter 3R stärker'als die der zusammengedrückten Feder 54 auf den Teil 55 ist.
Die Schliessung der Verschlussvorrichtung erfolgt, sobald der Druck des hydraulischen Druckmittels kleiner als der Grenzwert wird, bei welchem er der Spannung der Federn 59 uua 60 das Gleichgewicht hält. Die Federn drücken dann in dem dem Pfeil F entgegengesetzten Sinn den Ring 57 und hierauf die
Gleitstücke 64 und 65 zurück, welche den rohrförmigen Kolben 45 mitnehmen. Die an diesen Gleitstück- ken lose drehbaren Rollen 74 und 75 bewirken durch Abstützung an den Wänden der Nuten 29 und 30 des
Drehkörpers 23 eine Verstellung desselben.
Diese Verstellung kann, da der Drehkörper um die Zapfen 17 und 18 schwenkbar ist, in eine Translationsbewegung in der dem Pfeil F entgegengesetzten Richtung aus der in Fig. 1 dargestellten Stellung in die in Fig. 2 dargestellte Stellung Und in eine Drehbewegung des
Drehkörpers um seine wirkliche Schwenkachse 23a zerlegt werden. Dies ist möglich, da der sphärische
Drehkörper während der ganzen Dauer seiner Verstellung tadellos zwischen dem Sitz und dem Gegen- sitz 53 zentriert ist, welche stets den einander entgegengesetzten Wirkungen des Drucks des hydrauli- schen Druckmittels und der Feder 54 unterliegen.
Am Ende des Hubes ist die Verschlussvorrichtung geschlossen und alle ihre Bestandteile nehmen die in Fig. 2 dargestellte Stellung ein, d. h. die Federn 59 und 60 sind entspannt, der rohrförmige Kolben 45 ist in den Zylinder 42 eingetreten und die Anschläge 62 des Ringes 57 stehen mit den Ansätzen 13 und 14 des Ringes 11 in Berührung, so dass die ringförmige Anlagefläche 26 des Drehkörpers abdichtend gegen den
Sitz 31 gedrückt wird, dessen Fortsatz gegen die Randleiste 41 des Endstücks 2 stösst, wobei die Nuten 29 und 30 des Drehkörpers strömungsabwärts geneigt sind, wobeischliesslich der sphärische Drehkörper durch den Sitz 31 und den Gegensitz 53 zentriert wird, welch letzterer durch die Feder 54 an dem Drehkörper gehalten wird.
Sobald der Druck des gesteuerten hydraulischen Betätigungskreises wieder hergestellt wird, wird der
Drehkörper 23 in die in Fig. 1 dargestellte Offenstellung zurückgebracht, wobei alle beweglichen Teile der Verschlussvorrichtung in der gleichen Weise wie oben, jedoch in entgegengesetzter Richtung, ver- stellt werden.
Die Schwierigkeit der Herstellung dieser Verschlussvorrichtung beruht im wesentlichen in der Her- stellung eines Körpers, welcher mit einer exzentrischen festen Schwenkachse eines sphärischen Drehkör- pers versehen ist. Die dargestellte und beschriebene Ausführungsform gestattet die Lösung dieser Aufgabe durch Schaffung einer geringen Zahl von Teilen, nämlich der Teile 1, 11 und 12, deren Bearbeitung und
Einbau leicht vorgenommen werden können.
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