DE10123498A1

DE10123498A1 - Hydraulisches Unterwasser-Kupplungsteil mit Primär- und Sekundärtellerventil

Info

Publication number: DE10123498A1
Application number: DE10123498A
Authority: DE
Inventors: Iii Robert E Smith
Original assignee: National Coupling Co Inc
Current assignee: National Coupling Co Inc
Priority date: 2000-05-30
Filing date: 2001-05-15
Publication date: 2001-12-20
Anticipated expiration: 2021-05-16
Also published as: BR0102149B1; GB2363176A; NO20012626L; NO20012626D0; DE10123498B4; NO317386B1; BR0102149A; GB2363176B; AU4383501A; GB0111458D0; US6237632B1

Abstract

Es wird ein hydraulisches Unterwasserkupplungselement offenbart, das ein Primärtellerventil und ein Sekundärtellerventil hat, um die Zuverlässigkeit gegenüber Leckage zu verbessern, wenn die Kupplungselemente voneinander getrennt werden. Zwischen dem ersten Tellerventil und dem Stößel für das zweite Tellerventil erstreckt sich eine Feder. Das zweite Tellerventil bleibt solange geschlossen, bis das erste Tellerventil sich vollständig geöffnet hat, so daß Schmutz oder anderes Material, welches eine Abdichtung des ersten Tellerventils verhindern könnte, keine Leckage von Hydraulikfluid durch das zweite Tellerventil verursacht.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft im allgemeinen hydrauli sche Kupplungen, die bei Unterwasserbohrungen und -produktionsausrüstungen verwendet werden. Im einzelnen betrifft die Erfindung ein hydraulisches Unterwasserkupp lungselement mit einem Primärtellerventil und einem Sekun därtellerventil für eine höhere Zuverlässigkeit gegenüber Leckage, wenn die Kupplung nicht zusammengefügt ist.

Hydraulische Unterwasserkupplungen sind seit langem be kannt. Die Kupplungen bestehen im allgemeinen aus einem Einsteckelement und einem Aufnahmeelement, mit weichen Dichtungen, die innerhalb des Aufnahmeelementes positio niert sind, um die Verbindung zwischen dem Einsteckelement und dem Aufnahmeelement abzudichten. Das Aufnahmeelement ist im allgemeinen ein zylindrischer Körper, mit einer Längsbohrung mit relativ großem Durchmesser an dessen einem Ende und einer Längsbohrung mit relativ kleinem Durchmesser an dessen anderem Ende. Die kleine Bohrung erleichtert das Anschließen an Hydraulikleitungen, während die große Boh rung weiche Dichtungen enthält und das Einsteckteil der Kupplung aufnimmt. Das Einsteckelement hat einen zylindri schen Teil oder eine Sonde, an einem Ende einen Durchmesser ungefähr gleich dem Durchmesser der großen Bohrung des Auf nahmeteils der Kupplung. Das Einsteckelement hat an seinem anderen Ende auch einen Anschluß, um die Verbindung mit Hy draulikleitungen zu erleichtern. Wenn der zylindrische Teil des Einsteckelementes in die große Bohrung des Aufnahmeele mentes eingesetzt ist, gelangen gemäß verschiedenen Ausfüh rungsformen der Vorrichtung die weichen Dichtungen oder die O-Dichtungsringe entweder am Ende oder der Stirnfläche des Einsteckelementes in Anschlag oder wirken mit der zylindri schen Sondenwand entlang deren Außenumfang zusammen. Hy draulikfluid kann dann frei durch das Aufnahmeelement und das Einsteckelement der Kupplung fließen und die Dichtungen verhindern, daß der Fluidstrom durch die Verbindung und die Kupplung nach außen entweichen kann.

In dem Aufnahmeelement und dem Einsteckelement der Kupplung können Tellerventile installiert sein. Jedes Tellerventil schließt, wenn die Kupplung unterbrochen wird, um zu ver hindern, daß Fluid aus dem System, dessen Teil die Kupplung ist, lecken kann. Es wurden Federn oder andere Vorspannmit tel verwendet, um die Tellerventile in die normalerweise geschlossene Position zu zwängen.

Vor kurzem wurden bei hydraulischen Unterwasserkupplungen der vorstehend beschriebenen Bauart eine oder mehrere druckgespeiste Metalldichtungen verwendet. Beispielsweise zeigen die US-PSen 4,694,859 und 5,762,106 von Robert E. Smith III der Firma National Coupling Company, Inc. hydrau lische Unterwasserkupplungen mit radialen Metalldichtungen, die mit dem Durchmesser der Sonde oder des Einsteckelemen tes im Eingriff stehen.

Bei hydraulischen Unterwassersystemen der vorstehend be schriebenen Bauart ist es wichtig, die Leckage von Hydrau likfluid sowohl aus den Kupplungen als auch den Hydraulik systemen, deren Teil die Kupplungen sind, zu verhindern oder zu minimieren. Es ist auch wichtig, das Eintreten von Meerwasser in die Kupplungen und Hydrauliksysteme zu ver hindern oder zu minimieren. Während druckgespeiste Metall dichtungen wirksam dazu verwendet worden sind, die Leckage zu stoppen, wenn die Kupplungen verbunden sind, ist es trotzdem möglich, daß eine Leckage um das Tellerventil an den beiden Kupplungselementen auftreten kann, wenn sie nicht miteinander verbunden sind. Beispielsweise kann sich Schmutz von außerhalb des Hydrauliksystems oder aus dem Hy drauliksystem in und um das Tellerventil ansammeln, wenn die Kupplungselemente voneinander getrennt sind. Wenn dies auftritt, besteht die Gefahr einer Leckage von Hydraulik fluid durch die Kupplungselemente, weil das Tellerventil nicht ordentlich geschlossen ist und am Ventilsitz im Kupp lungselement dichtend ansitzt.

Die Leckage von Hydraulikfluid aus einem oder beiden Kupp lungselementen birgt das Potential ernsthafter Umweltrisi ken sowie auch eines Verlusts der Hydraulikfunktion des Un terwassersystems. Daher wurden Anstrengungen unternommen, um die Leckage zu verringern oder zu eliminieren, indem si chergestellt wurde, daß die Ventile geschlossen sind und abdichten, wenn die Kupplungselemente nicht miteinander verbunden sind. Beispielsweise ist in der US-Patentanmel dung 09/293,554 von Robert E. Smith III der Firma National Coupling Company, Inc., eine hydraulische Unterwasserkupp lung offenbart, die eine größere Feder aufweist, um dazu beizutragen, daß das Tellerventil gegen den Ventilsitz ab dichtet und gegen diesen geschlossen ist, um die Leckage zu verhindern oder zu vermindern, wenn die Kupplungselemente gelöst sind.

Es ist wünschenswert, ein Gerät zu verbessern, um sicherzu stellen, daß Hydraulikfluid nicht aus einem oder beiden Kupplungselementen leckt, wenn die Kupplungselemente von einander getrennt sind. Es ist auch wünschenswert, eine hy draulische Unterwasserkupplung mit höherer Zuverlässigkeit beim Unterbrechen des Fließens von Hydraulikfluid zu schaf fen, wenn die Kupplungselemente unter Wasser gelöst werden.

Die vorliegende Erfindung liegt in einer hydraulischen Un terwasserkupplung der vorstehend beschriebenen Bauart, mit einem Einsteckelement oder einer Sonde, mit einem Primär tellerventil und einem Sekundärtellerventil, um eine höhere Zuverlässigkeit gegenüber Leckage des Hydraulikfluids zu schaffen, wenn die Einsteck- und Aufnahmekupplungselemente voneinander getrennt sind. Das primäre oder erste Teller ventil wird durch eine erste Feder in die geschlossene Po sition gezwängt. Ein erster Ventilstößel zwängt das erste Tellerventil in die offene Position und komprimiert die er ste Feder. Das Sekundärtellerventil, welches durch eine zweite Feder in die geschlossene Position gezwängt wird, wird durch einen zweiten Ventilstößel in Antwort auf das Zusammendrücken der ersten Feder geöffnet. Die erste Feder ist zwischen dem ersten Ventil und dem zweiten Stößel ange ordnet. Die zwei Ventile können entweder im Einsteckkupp lungselement oder im Aufnahmekupplungselement positioniert sein. Das Sekundärtellerventil kann einen größeren Durch messer haben und kann in dem Abschnitt mit dem größeren Durchmesser der Kupplungselementbohrung positioniert sein oder, falls gewünscht, können sowohl das Primär- als auch das Sekundärtellerventil in der Bohrung mit gleichem Durch messer positioniert sein.

Die folgenden Figuren bilden einen Teil der vorliegenden Beschreibung, und sind enthalten, um gewisse Aspekte der vorliegenden Erfindung weiter zu demonstrieren. Die Erfin dung ist unter Bezugnahme auf eine oder mehrere dieser Fi guren in Verbindung mit der detaillierten Beschreibung der hier präsentierten spezifischen Ausführungsformen besser verständlich.

Fig. 1 zeigt ein Einsteckelement der Kupplung gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform der vorliegende Erfindung in der Ansicht im Schnitt; und

Fig. 2 zeigt ein Einsteckelement der Kupplung gemäß einer zweiten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in einer Ansicht im Schnitt.

Fig. 1 zeigt eine Schnittansicht eines Einsteckkupplungs elementes 10 mit einem zylindrischen Körperabschnitt 15, der an einer Schulter 18 endet, und einem zylindrischen Sondenabschnitt 16. Der Sondenabschnitt 16 hat vorzugsweise einen stufenförmigen Außendurchmesser und endet an einer Stirnfläche 17 des Einsteckkupplungselementes. Das Ein steckelement hat vorzugsweise eine durchgehende zylindri sche Bohrung mit einem ersten Abschnitt 21, der sich bis zu einem konischen Ventilsitz 24 in der Nähe der Stirnfläche erstreckt, und einem zweiten, kleineren Durchmesserab schnitt 20, der sich zum konischen Ventilsitz 23 hin er streckt.

Das erste oder Primärtellerventil 30 des Einsteckelementes ist innerhalb des ersten Abschnittes 21 der Bohrung ver schiebbar positioniert. Das Tellerventil hat einen zylin drischen, hohlen Ventilkörper mit Öffnungen 33. Die Stirn fläche des Ventils hat im allgemeinen eine konische Form und ist so dimensioniert, daß sie in dem Ventilsitz 24 sitzt und mit diesem abdichtet. Eine erste Feder 32 zwängt das erste Tellerventil in die geschlossene Position gegen den Ventilsitz. Der erste Ventilstößel 31 steht an dem er sten Tellerventil vor. Vorzugsweise ist der Stößel 31 ein Stift, der sich in Längsrichtung ausgehend vom Scheitel der konischen Ventilfläche erstreckt.

Die erste Feder 32 erstreckt sich zwischen dem ersten Tel lerventil 30 und dem zweiten Stößel 34 und verbindet diese. Der zweite Stößel ist in dem kleineren Abschnitt 21 der Bohrung verschiebbar und hat vorzugsweise einen hülsenför migen Körper 35 mit einer konischen Fläche mit Öffnungen 36 und einen Stift, der am Scheitel der konischen Fläche des Stößels vorsteht. Bei der in der Fig. 1 gezeigten Ausfüh rungsform zwängt die erste Feder 32 den zweiten Stößel in Längsrichtung in eine Position in der Nähe oder anliegend an der Stirnfläche 46 des zweiten Tellerventils 40, wenn das erste Tellerventil 30 geschlossen und gegenüber dem er sten Ventilsitz 24 abgedichtet ist. Bei der ersten Ausfüh rungsform hat das zweite Tellerventil einen Durchmesser, der größer als der des ersten Tellerventils ist, und dieses ist verschiebbar im zweiten Abschnitt 20 der Kupplungsboh rung positioniert. Die zweite Feder 41 zwängt das zweite Tellerventil 40 in die geschlossene oder am Ventilsitz 23 abgedichtete Position. Die zweite Feder 41 ist durch einen Federkragen 42 verankert, der durch einen Sprengring 44 in der Wand des zweiten Abschnittes 20 der Bohrung gehalten ist. Bei der ersten Ausführungsform hat die zweite Feder 41 einen größeren Durchmesser und eine größere Kraftkonstante als die erste Feder 32.

Wenn das Kupplungselement gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung mit dem entgegengesetzten Kupplungselement verbunden ist, ist der erste Stößel 31 in axialer oder Längsrichtung bewegt worden, um das erste Tellerventil 30 zu öffnen, und drückt die erste Feder 32 zusammen. Das Zu sammendrücken der ersten Feder bewegt den zweiten Stößel in Längsrichtung oder axialer Richtung gegen die Stirnfläche 46 des zweiten Tellerventils, um das zweite Tellerventil vom Ventilsitz 23 weg zu zwängen. Dadurch wird die zweite Feder 41 zusammengedrückt. Wenn das zweite Tellerventil 40 öffnet, wird es in axialer Richtung solange verschoben, bis es den Federkragen 42 berührt.

Wie in der ersten Ausführungsform gezeigt, bleibt das zweite Tellerventil abgedichtet, um eine Leckage des Hy draulikfluids zu verhindern, bis das erste Tellerventil vollständig geöffnet ist. Das erste Tellerventil kann bei spielsweise infolge von Schmutz, der sich in dem Raum zwi schen dem ersten Tellerventil und dem Ventilsitz abgeson dert hat, leicht geöffnet sein und wird daher nicht abdich ten. Wenn dies auftritt, wird das zweite Tellerventil abge dichtet sein, um eine Leckage von Hydraulikfluid durch das Kupplungselement zu verhindern und bleibt solange abgedich tet, bis der erste Stößel das erste Tellerventil in die of fene Position zwingt und die erste Feder zwischen dem er sten Tellerventil und dem zweiten Stößel ausreichend zusam mengedrückt ist, um das zweite Tellerventil zu öffnen. Das zweite Tellerventil bleibt geschlossen und dichtet selbst dann ab, wenn wegen der leichten Öffnung des ersten Teller ventils eine Leckage erfolgt.

Bei einer zweiten bevorzugten Ausführungsform der vorlie genden Erfindung ist das zweite Tellerventil innerhalb ei ner Hülse in der Kupplungselementbohrung positioniert. Wie dargestellt, hat das Einsteckkupplungselement 50 einen Kör perabschnitt 52 und einen Sondenabschnitt 53, der an der Stirnfläche 54 endet. Die Innenbohrung hat einen ersten Ab schnitt 57 und einen zweiten Abschnitt 56 mit einem Durch messer, der größer als derjenige des ersten Abschnittes ist. Der konische Ventilsitz 58 ist in der Nähe der Stirn fläche 54 gelegen. Das erste Tellerventil 49 ist innerhalb des ersten Abschnittes 57 der Bohrung verschiebbar und hat einen Stößel 60, der an seiner konischen Stirnfläche vor steht. Die erste Feder 61 zwängt das erste Tellerventil in eine geschlossene Position gegen den Sitz 58. Das erste Tellerventil hat eine durchgehende Ventilkörperöffnung 62. Die erste Feder 61 ist zwischen dem ersten Tellerventil 59 und dem zweiten Stößel 63 angeordnet. Der zweite Stößel 63 hat einen hülsenförmigen Körper 64 und eine konische Fläche mit Öffnungen 65 und einen Stift, der an dieser vorsteht, um an der Stirnfläche 71 des zweiten Tellerventils anzulie gen oder diese zu berühren. Wie bei der ersten Ausführungs form kann der erste Stößel an der Fläche 71 des zweiten Tellerventils anliegen oder zu dieser beabstandet sein, wenn das erste Tellerventil abgedichtet ist.

Ein Bohrungsabschnitt 56 mit großem Durchmesser endet an der Schulter 66. Vorzugsweise dichtet die Verbindung zwi schen Schulter 66 und der Hülse 73 einen O-Dichtungsring 74 oder irgendeine andere Dichtung ab. Die Hülse 73 hat eine Innenbohrung zur Aufnahme des zweiten Tellerventils 67, das in der normalerweise geschlossenen Position mit dem zweiten Ventilsitz 75 abdichtet, welcher vorzugsweise eine konische Form hat. Das zweite Tellerventil wird gegen den Sitz 75 durch die zweite Feder 69 gezwängt, die durch den Federkra gen 72 und den Sprengring 70 an Ort und Stelle gehalten wird. Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 2 ist die Hülse 73 im zweiten Abschnitt der Bohrung durch Gewinde 76 an Ort und Stelle gehalten.

Gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung, die eine Baugruppe schafft, welche in die Bohrung des Kupplungsele mentes einsetzbar ist, können beide, die ersten und zweiten Tellerventile die gleiche Größe haben, so daß die Axial kraft bei gewissen Anwendungen zum Öffnen der Tellerventile verringert wird. Wie bei der ersten Ausführungsform bleibt das Sekundärtellerventil während des Kuppelns solange ge schlossen, um eine Leckage zu verhindern, bis das erste Tellerventil vollständig geöffnet ist und die erste Feder vollständig zusammengedrückt ist. Die Erfindung verbessert die Zuverlässigkeit der hydraulischen Unterwasserkupplungs elemente und verhindert eine Leckage, indem sie ein Siche rungs- oder Sekundärtellerventil schafft. Wenn Schmutz oder irgendwelches anderes Material verhindert, daß das erste Tellerventil sich vollständig schließt und am Ventilsitz abdichtet, bleibt das Sekundär- oder Sicherungstellerventil geschlossen, um die Leckage von Hydraulikfluid oder das Eintreten von Meerwasser in das Hydrauliksystem, dessen Teil die Kupplung ist, zu verhindern. Die vorliegende Er findung kann entweder im Einsteckkupplungselement oder im Aufnahmekupplungselement oder, falls gewünscht, in beiden Kupplungselementen verwendet werden.

Auch wenn Änderungen der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung nicht alle Vorteile der Erfindung realisieren werden, können gewisse Merkmale bei den unterschiedlichen Anwendungen der Vorrichtung wichtiger als andere werden. Die Erfindung sollte demgemäß nur durch den Schutzumfang der anhängenden Patentansprüche begrenzt angesehen werden.

Claims

1. Hydraulisches Unterwasserkupplungselement, mit:

a) einem Körper mit einer durchgehenden zylindrischen Bohrung;
b) einem ersten Tellerventil in der zylindrischen Boh rung, einer ersten Feder, die das erste Tellerventil in die geschlossene Position zwängt, und einem ersten Stößel, der bewegbar ist, um das erste Tellerventil in die offene Position zu zwängen und die erste Feder zu sammenzudrücken; und
c) einem zweiten Tellerventil in der zylindrischen Boh rung, einer zweiten Feder, die das zweite Tellerventil in die geschlossene Position zwängt, und einem zweiten Stößel, der in Antwort auf das Zusammendrücken der er sten Feder bewegbar ist, um das zweite Tellerventil in die offene Position zu zwängen und die zweite Feder zusammenzudrücken.

2. Hydraulisches Unterwasserkupplungselement nach An spruch 1, wobei der zweite Stößel vom zweiten Tellerventil gelöst ist.

3. Hydraulisches Unterwasserkupplungselement nach An spruch 1, wobei die zylindrische Bohrung einen ersten Ab schnitt und einen zweiten Abschnitt mit einem größeren Durchmesser als der Durchmesser des ersten Abschnittes hat, und wobei das erste Tellerventil in dem ersten Abschnitt und das zweite Tellerventil in dem zweiten Abschnitt ist.

4. Hydraulisches Unterwasserkupplungselement nach An spruch 1, wobei die zweite Feder größer als die erste Feder ist.

5. Hydraulisches Unterwasserkupplungselement nach An spruch 1, wobei das erste Tellerventil eine konische Ven tilfläche hat und der erste Stößel am Scheitel der koni schen Ventilfläche vorsteht.

6. Hydraulisches Unterwasserkupplungselement nach An spruch 1, wobei das zweite Tellerventil eine konische Ven tilfläche hat und der zweite Stößel an der konischen Ven tilfläche anliegt.

7. Hydraulisches Unterwasserkupplungselement, mit:

a) einem Körper mit einer Bohrung mit einem ersten Ab schnitt mit einem ersten Dichtungssitz in der Nähe ei nes ersten Endes derselben, und einem zweiten Ab schnitt mit einem größeren Durchmesser als der des er sten Abschnittes, und einem zweiten Dichtungssitz zwi schen dem ersten Abschnitt und dem zweiten Abschnitt;
b) einem ersten Tellerventil, das in dem ersten Abschnitt der Bohrung verschiebbar ist, einer ersten Feder, die das erste Tellerventil gegen den ersten Dichtungssitz in die geschlossene Position zwängt, und einem ersten Stößel, der an dem ersten Tellerventil vorsteht, um das erste Tellerventil in Antwort auf die axiale Kraft, welche auf den ersten Stößel ausgeübt wird, in die offene Position zu zwängen; und
c) einem zweiten Tellerventil, das in dem zweiten Ab schnitt der Bohrung verschiebbar ist, einer zweiten Feder, die das zweite Tellerventil in die geschlossene Position gegen den zweiten Dichtungssitz zwängt, und einem zweiten Stößel, der in dem ersten Abschnitt der Bohrung verschiebbar ist, um das zweite Tellerventil in Antwort auf die axiale Kraft, mit welcher der zweite Stößel beaufschlagt wird, in die offene Posi tion zu zwängen.

8. Hydraulisches Unterwasserkupplungselement nach An spruch 7, wobei der zweite Stößel am zweiten Tellerventil anliegt, um das zweite Tellerventil in Antwort auf axiale Kraft, mit welcher der zweite Stößel durch die erste Feder beaufschlagt ist, zu öffnen.

9. Hydraulisches Unterwasserkupplungselement nach An spruch 7, wobei der zweite Stößel von dem zweiten Teller ventil gelöst ist.

10. Hydraulisches Unterwasserkupplungselement nach An spruch 7, wobei die zweite Feder einen größeren Durchmesser als die erste Feder hat.

11. Hydraulisches Unterwasserkupplungselement nach An spruch 7, weiterhin mit einer Hülse in dem zweiten Ab schnitt der Bohrung, wobei die Hülse an ihrem ersten Ende einen Dichtungssitz hat, das zweite Tellerventil in der Hülse verschiebbar ist, wobei die zweite Feder das zweite Tellerventil in die geschlossene Position gegen den Dich tungssitz in der Hülse zwängt.

12. Hydraulisches Unterwasserkupplungselement nach An spruch 7, wobei die erste Feder sich zwischen dem ersten Tellerventil und dem zweiten Stößel erstreckt.

13. Hydraulisches Unterwasserkupplungselement mit einem Anschluß an eine Innenbohrung, ersten und zweiten Ventilen zum Schließen der Bohrung und ersten und zweiten Stößeln zum Öffnen der ersten und zweiten Ventile jeweils in Ant wort auf eine axiale Kraft, die auf jeden Stößel ausgeübt wird, und einer zusammenpreßbaren Feder, die das erste Ven til mit dem zweiten Stößel verbindet.

14. Hydraulisches Unterwasserkupplungselement nach An spruch 13, weiterhin mit einer zweiten zusammenpreßbaren Feder, die mit dem zweiten Ventil verbunden ist.

15. Hydraulisches Unterwasserkupplungselement nach An spruch 13, weiterhin mit einer Hülse, die in die Innenboh rung einsetzbar ist, wobei das zweite Ventil in der Hülse verschiebbar ist.

16. Hydraulisches Unterwasserkupplungselement nach An spruch 13, wobei die Innenbohrung stufenförmig ist, mit ei nem ersten Abschnitt, in welchem das erste Ventil positio niert ist, und einem zweiten Abschnitt, in welchem das zweite Ventil positioniert ist.

17. Hydraulisches Unterwasserkupplungselement nach An spruch 13, wobei der zweite Stößel vom zweiten Ventil ge löst ist und am zweiten Ventil anliegt, um das zweite Ven til zu öffnen.

18. Hydraulisches Unterwasserkupplungselement nach An spruch 13, wobei das zweite Ventil solange geschlossen ist, bis das erste Ventil sich wenigstens um ein vorbestimmtes Maß geöffnet hat.

19. Hydraulisches Unterwasserkupplungselement nach An spruch 13, wobei das erste Ventil einen kleineren Durchmes ser als das zweite Ventil hat.

20. Hydraulisches Unterwasserkupplungselement nach An spruch 13, wobei der erste Stößel am ersten Ventil vor steht.