DE10253422B4

DE10253422B4 - Hydraulische Unterwasserkupplung mit Radialdichtungen auf der Sonde

Info

Publication number: DE10253422B4
Application number: DE2002153422
Authority: DE
Inventors: Robert E. Missouri City Smith III
Original assignee: National Coupling Co Inc
Current assignee: National Coupling Co Inc
Priority date: 2002-03-08
Filing date: 2002-11-15
Publication date: 2006-09-07
Anticipated expiration: 2022-11-16
Also published as: NO20025761L; NO20025761D0; NO335871B1; AU2002302078A1; BR0204865A; GB2386167B; GB2386167A; BR0204865B1; US6516831B1; DE10253422A1; GB0226634D0

Abstract

Hydraulische Unterwasserkupplung mit:
a) einem Aufnahmekupplungselement (20) mit einem Körper mit einer sich durch diesen erstreckenden Innenbohrung (23), einem normalerweise geschlossenen Tellerventil (36), das in der Bohrung positioniert ist, um den Hydraulikfluidstrom durch diese zu steuern und mit einer Aufnahmekammer, in welcher wenigstens eine ringförmige Dichtung (32, 33) gehalten ist; und
b) einem Einsteckkupplungselement (10) mit einem Körper (11) und einer Sonde (12), die in die Aufnahmekammer einsetzbar ist, einer ersten Innenbohrung (13) durch den Körper und einer zweiten Innenbohrung (14) durch die Sonde, wobei die zweite Innenbohrung einen kleineren Durchmesser als die erste Innenbohrung hat, einem normalerweise geschlossenen Tellerventil (16, 17) in der ersten Innenbohrung (13) und einem Ventilbetätigungselement, das sich durch die zweite Innenbohrung erstreckt, einem Betätigungselement, das sich durch die zweite Innenbohrung (14) erstreckt, einer Anzahl von Nuten (80, 81, 86, 87) um den Außenumfang der Sonde und jeweils einer radialen Dichtung (40, 41,...

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft hydraulische Kupplungen, die bei Unterwasserbohrungen und Produktionsanwendungen verwendet werden, und Dichtungen, die bei diesen Kupplungen verwendet werden. Genauer gesagt, betrifft die Erfindung eine hydraulische Unterwasserkupplung mit radialen Dichtungen auf der Sonde des Einsteckkupplungselementes.

Hydraulische Unterwasserkupplungen sind seit langem bekannt. Die Kupplungen bestehen im allgemeinen aus einem Einsteckelement und einem Aufnahmeelement, wobei innerhalb des Aufnahmeelementes weiche Dichtungen positioniert sind, um den Übergang zwischen dem Einsteckelement und dem Aufnahmeelement abzudichten. Das Aufnahmeelement ist im allgemeinen ein zylindrischer Körper mit einer Längsbohrung mit relativ großem Durchmesser an seinem einen Ende und einer Längsbohrung mit relativ kleinem Durchmesser an seinem anderen Ende. Die kleine Bohrung erleichtert die Anschlüsse an Hydraulikleitungen, während die große Bohrung weiche Dichtungen enthält, und den vorstehenden Teil der Kupplung aufnimmt. Das vorstehende Element hat an seinem einen Ende einen zylindrischen Teil oder eine Sonde, mit einem Durchmesser ungefähr gleich dem Durchmesser der großen Bohrung des Aufnahmeelementes der Kupplung. Das Einsteckelement hat an seinem anderen Ende auch einen Anschluss, um das Anschließen an Hydraulikleitungen zu erleichtern. Wenn der zylindrische Teil des Einsteckelementes in die große Bohrung des Aufnahmeelementes eingesetzt wird, liegen gemäß verschiedenen Ausführungsformen der Vorrichtung die Weichendichtungen, oder Runddichtungen entweder an dem Ende oder der Stirnfläche des Einsteckele mentes an oder stehen mit der zylindrischen Sondenwand an deren Aussenumfang in Eingriff. Das Hydraulikfluid kann dann frei durch die Aufnahme- und Einsteckelemente der Kupplung fließen und die Dichtungen verhindern, dass der Strom um die Verbindung und die Kupplung entweicht. Typischerweise sind die Einsteckelemente und Aufnahmeelemente der hydraulischen Unterwasserkupplung an einander gegenüberliegenden Verteilerplatten befestigt.

Bei einigen Beispielen kann in dem Aufnahmeelement und auch in dem Einsteckelement ein Absperrventil oder Tellerventil installiert sein. Jedes Ventil öffnet, wenn die Kupplung geschlossen wird und schließt, wenn die Kupplung unterbrochen wird, um eine Leckage von Fluid aus dem System, dessen Teil die Kupplung ist, zu verhindern.

Die in den hydraulischen Unterwasserkupplungen verwendeten Dichtungen sollten falls möglich wiederverwendbar sein. Nachdem die Kupplungselemente von einander getrennt worden sind, kann die Kupplung wieder errichtet werden und das Hydraulikfluid in den internen Kanälen der Kupplungselemente wirksam abdichten und Seewasser wirksam ausschließen. Die Effektivität der Dichtungen ist kritisch, insbesondere wenn die Kupplungen in Tiefen von mehreren tausend Fuß oder darüber hohen Drucken ausgesetzt sind.

In den US-PS 4694859 und 5762106 von Robert E. Smith, III, der Anmelderin National Coupling Co., Inc. aus Stafford, Texas, sind hydraulische Unterwasserkupplungen offenbart, die druckgespeiste Metalldichtungen haben, welche in dem Aufnahmekupplungselement gehalten sind, um zwischen dem Einsteck- und dem Aufnahmekupplungselement abzudichten. Ein Dichtungshalter hält die Dichtung in dem Aufnahmekupplungselement. Wenn das Einsteckelement und das Aufnahmeelement der Kupplung unter Druck voneinander getrennt werden, wird der Halter nicht durch die Bohrung des Aufnahmeelementes nach außen geblasen.

In den US-PS 4900071 und 5052439 von Robert E. Smith III, der Anmelderin National Coupling Co., Inc., sind hydraulische Unterwasserkupplungen mit ringförmigen, elastomeren Dichtungen offenbart, die in dem Aufnahmekupplungselement durch einen zweiteiligen Halter gehalten werden. Die Dichtung wird gegenüber der Radialbewegung durch einen Formschluß mit dem Halter zurückgehalten. Wenn die Kupplung unter Druck getrennt wird, wird die Dichtung nicht durch die Bohrung des Aufnahmeelementes nach außen geblasen.

In der US-PS 5232021 von Robert E. Smith III, der Anmelderin National Coupling Co., Inc., ist eine Sonde für eine hydraulische Unterwasserkupplung offenbart, die an ihrem zylindrischen Außenkörper wenigstens eine Umfangseinbuchtung hat, um während des Einsetzens oder Herausziehens der Sonde in das Aufnahmeelement oder aus dem Aufnahmeelement der Kupplung eine oder mehrere Radialdichtungen auszukuppeln. Das Auskuppeln der Radialdichtungen ermöglicht, dass Meereswasser aus oder in den Raum zwischen den Kupplungselementen dringt, und dadurch die Kupplung und Dichtungen gegenüber dem Meereswasserdruck ausgleicht.

In der US-PS 5983934 von Robert E. Smith III, der Anmelderin National Coupling Co., Inc., ist eine hydraulische Unterwasserkupplung mit einem Einsteckelement offenbart, das einen stufenförmigen Außenkörper hat, der in ein Aufnahmeelement eingesetzt werden kann, das darin drei Dichtungen und ein dreiteiliges Dichtungshalteelement aufgenommen hat. Zwei der Dichtungen stehen vor dem Öffnen der Ventile in den Einsteck- und Aufnahmeelementen mit unterschiedlichen Durchmessern des Einsteckelementes im Eingriff.

Die Metall- und/oder elastomeren Dichtungen, die in dem Aufnahmeelement der hydraulischen Unterwasserkupplungen positioniert sind, sind so gestaltet, dass sie wiederverwendbar sind. Nach wiederholtem Ineingriffbringen und Lösen der Kupplungselemente können die Dichtungen abgenutzt oder zerstört werden. Um oder durch eine abgenutzte oder zerstörte Dichtung kann sich ein Leckageweg bilden, der es zuläßt, dass Hydraulikfluid aus der Kupplung leckt und/oder Meerwasser in die Kupplung eindringt.

Ein Austauschen der Dichtungen kann eine signifikante Verzögerung und signifikante Kosten verursachen. Um die Dichtungen auszutauschen muß die Verteilerplatte mit dem Aufnahmekupplungselementen ausgebaut und zur Oberfläche gebracht werden, müssen die Dichtungen ausgetauscht werden und die Verteilerplatte wieder an ihre Position gebracht und die Kupplungen wieder unter Wasser verbunden werden.

Es ist wünschenswert, die Lebensdauer der Aufnahmekupplungselemente vor dem Austauschen der Dichtungen zu verlängern. Es ist auch wünschenswert, die Aufnahmekupplungselemente unter Wasser zu belassen, wenn sie von den Einsteckkupplungselementen gelöst worden sind. Dadurch werden Zeit und Kosten für das Ausbauen verringert. Wenn die Aufnahmekupplungselemente in gelöstem Zustand unter Wasser bleiben, werden ihre Dichtungen und Dichtflächen Schlamm und Meerwasserbewuchs ausgesetzt und können dadurch zerstört werden.

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine hydraulische Unterwasserkupplung zu schaffen, bei der die Lebensdauer der Kupplungselemente verlängert ist und die Notwendigkeit, die Kupplungselemente auszubauen und auszutauschen, verlängert ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Hauptanspruchs gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die folgenden Figuren bilden einen Teil der vorliegenden Schrift und sind zum weiteren Zeigen gewisser Aspekte der vorliegenden Erfindung enthalten. Die Erfindung kann unter Bezugnahme auf eine oder mehrere dieser Figuren in Kombination mit der detailierten Beschreibung der darin präsentierten spezifischen Ausführungsformen besser verständlich werden.
1 ist eine Ansicht im Schnitt einer ersten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die das Einsteckelement vollständig in das Aufnahmeelement der Kupplung eingesetzt zeigt;
2 ist eine Ansicht im Schnitt einer zweiten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die das Einsteckelement vollständig in das Aufnahmeelement der Kupplung eingesetzt zeigt; und
3 ist eine Ansicht im Schnitt einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die das Einsteckelement vollständig in das Aufnahmeelement der Kupplung eingesetzt zeigt.
1 zeigt das Einsteckelement 10 und das Aufnahmeelement 20 in einer ersten, bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wobei das Einsteckelement vollständig in die Aufnahmekammer des Aufnahmeelementes eingesetzt ist. Das Einsteckelement kann an einer Verteilerplatte mit Gewinden oder anderen Mitteln, wie beispielsweise Stellschrauben befestigt sein. Das Aufnahmeelement kann ebenfalls an einer zweiten Verteilerplatte mittels Gewinden oder anderer Mittel befestigt sein. Techniken zum Befestigen der Elemente an derartigen Platten sind dem Fachmann allgemein bekannt.
Das Einsteckelement hat einen Körper 11 und eine Sonde 12. Vom ersten Ende des Körpers bis zu dem konischen Ventilsitz 71 erstreckt sich eine Innenbohrung 13. In der Innenbohrung 13 des Körperabschnittes des Einsteckelementes ist ein Tellerventil posi tioniert. Das Tellerventil hat einen zylindrischen Ventilkörper 16 und eine konische Ventilfläche 17. Die Ventilfeder 19 zwängt die konische Ventilfläche gegen den konischen Ventilsitz in die geschlossene, abgedichtete Position.
Vom Ventilsitz bis zu der Stirnfläche 15, 55 erstreckt sich durch die Sonde die Innenbohrung 14. Die Innenbohrung 14 in der Sonde hat einen kleineren Durchmesser als die Innenbohrung 13 im Körper des Einsteckkupplungselementes. Vom Scheitelpunkt der konischen Ventilfläche erstreckt sich durch die Innenbohrung 14 das Ventilbetätigungselement 18. Durch den verringerten Durchmesser der Innenbohrung 14 durch die Sonde haben die Sondenwände eine ausreichende Dicke und Festigkeit, um Umfangsnuten 81, 82 aufzunehmen und um hohen externen und internen Drucken ohne Materialermüdung oder Verformung zu widerstehen. In den Umfangsnuten um den Außenumfang der Sonde sind ringförmige radiale Dichtungen positioniert.
In einer in der 1 gezeigten ersten, bevorzugten Ausführungsform sind zwei Sätze Dichtungen in den Umfangsnuten 81, 82 um die Sonde herum positioniert. Der erste Satz Dichtungen besteht aus der elastomeren Ringdichtung 40 und den Teflon-Sicherungsringen 42, 43. Der zweite Satz der Dichtungen hat den elastomeren Dichtungsring 41 und die Teflon-Sicherungsringe 44, 45. Bei dieser Ausführungsform liegen die Dichtungen auf der Sonde bei vollständig eingesetzter Sonde zwischen den am weitesten innenliegenden Dichtungen in der Aufnahmekammer, (das heißt der Metalldichtung 33 und dem Dichtungsring 34) und den am weitesten außenliegenden Dichtungen in der Aufnahmekammer (d.h. der elastomeren Schwalbenschwanzdichtung 32). Somit bilden die Dichtungen auf der Sonde zwischen der Sonde und der Aufnahmekammer oder dem darin angeordneten Dichtungshalter eine Dichtung und stehen mit dieser im Eingriff. Diese Dichtungen auf der Sonde bilden zwischen den Kupplungselementen eine primäre Dichtung, wenn die in dem Aufnahmeelement gehaltenen Dichtungen abgenutzt oder zerstört sind.
Das Aufnahmekupplungselement hat den Körper 21, die Innenbohrung 23, die sich von dessen erstem Ende bis zu der Innenschulter 49 erstreckt und die Aufnahmekammer 22. In der Innenbohrung 23 in dem Aufnahmekupplungselement ist eine Tellerventilbaugruppe positioniert und besteht aus einem zylindrischen Ventilkörper 36, einer konischen Ventilfläche 39 und einem Ventilbetätigungselement 37. Die Ventilfeder 38 zwängt die konische Ventilfläche gegen den konischen Ventilsitz 72 in die geschlossene, abgedichtete Position. Der Federkragen 35 hält die Ventilfeder in der Innenbohrung des Aufnahmeelementes.
Der Dichtungshalter 30 hält die ringförmigen Dichtungen 33, 34 in dem Aufnahmeelement. In der Ausführungsform gemäß 1 hält der Dichtungshalter beispielsweise die druckgespeiste Metalldichtung 33 und den elastomeren Dichtungsring 34 in der Aufnahmekammer. Der Dichtungshalter ist vorzugsweise hülsenförmig, um in der Aufnahmekammer verschieblich zu sein und wird durch das Haltersperrelement 31 an Ort und Stelle gehalten, welches in das Aufnahmeelement eingeschraubt ist. Zum Sperren des Dichtungshalters in der Aufnahmekammer des Aufnahmeelementes können andere Sperreinrichtungen als Gewinde, wie beispielsweise Einschnappringe verwendet werden. Die elastomere Dichtung 32 wird zwischen dem Dichtungshalter und dem Haltersperrelement gehalten und hat vorzugsweise eine Schwalbenschwanzpassung, um zu verhindern, dass die Dichtung infolge von Unterdruck in die Aufnahmekammer implodiert.
Die Sonde des Einsteckkupplungselementes ist so dimensioniert, dass sie durch die Bohrung 48 in dem Haltersperrelement und dem Dichtungshalter in die Aufnahmekammer 22 eingesetzt werden kann, bis die Stirnfläche 15 an der Innenschulter 49 anliegt.
In der 2 ist eine zweite bevorzugte Ausführungsform der Erfindung gezeigt. In den Umfangsnuten 86, 87 sind zwei Sätze ringförmiger, radialer Dichtungen positioniert. Der erste Satz Dichtungen besteht aus der elastomeren Ringdichtung 50 und den Teflon-Sicherungsringen 52, 53. Der zweite Satz Dichtungen besteht aus dem elastomeren Dichtungsring 51 und den Teflon-Sicherungsringen 58, 59. In dieser Ausführungsform ist, bei vollständig eingesetzter Sonde, ein Satz Dichtungen auf der Sonde axial zwischen den am weitesten innenliegenden Dichtungen in der Aufnahmekammer (d.h. den Metalldichtungen 33 und dem Dichtungsring 34) und den am weitesten außenliegenden Dichtungen in der Aufnahmekammer (d.h. den Schwalbenschwanzdichtungen 32) angeordnet. Der zweite Satz Dichtungen auf der Sonde ist bei vollständig eingesetzter Sonde in axialer Richtung zwischen den am weitesten außenliegenden Dichtungen in der Aufnahmekammer (d.h. der elastomeren Schwalbenschwanzdichtung 32) und dem Ende des Aufnahmekupplungselementes angeordnet. Die Dichtungen auf der Sonde bilden zwischen dem Sondenabschnitt und der Aufnahmekammer oder mit dem Dichtungshalter und dem Dichtungssperrelement eine Dichtung und stehen mit diesem in Eingriff und dienen als Primärdichtungen in der Kupplung, wenn die Dichtungen, welche in dem Aufnahmeelement gehalten sind, abgenutzt oder zerstört sind.
3 zeigt die Erfindung gemäß einer dritten bevorzugten Ausführungsform. In dieser Ausführungsform ist wenigstens eine der Dichtungen, die auf der Sonde gehalten ist, eine ringförmige, radiale, druckgespeiste Metalldichtung 62. Die Dichtung 63 ist eine derartige ringförmige Metalldichtung 62 und wird an der Schulter 67 der Sonde durch den Sondenhalter 61 gehalten. Der Sondenhalter ist am Gewindeabschnitt 65 der Sonde befestigt. Wenn der Sondenhalter auf die Sonde geschraubt wird, kann er die Dichtung 63 leicht zusammendrücken oder vorspannen, bevor die Sonde in die Aufnahmekammer eingesetzt wird. Das leichte Zusammendrücken unter Vorspannen der Dichtung zwängt die Dichtung dergestalt, dass sie sich an der Sonde leicht radial nach außen erstreckt. Dies ermöglicht, dass die Dichtung mit der Aufnahmekammer oder dem Dichtungshalter des Aufnahmeelementes in Eingriff gelangt, bevor Hydraulikfluid die Dichtung mit Druck speist. Die zweite Ringdichtung 64 ist auf der Sonde zwischen der Stirnflache 66 und dem Sondenhalter positioniert. Die Dichtung 64 kann auch eine druckgespeiste Metalldichtung sein oder sie kann eine elastomere Dichtung wie beispielsweise ein Dichtungsring sein. Somit steht bei der dritten Ausführungsform die druckgespeiste Metalldichtung auf der Sonde mit der Aufnahmekammer oder dem darin angeordneten Dichtungshalter in Eingriff und dichtet diese ab.

Claims

Hydraulische Unterwasserkupplung mit: a) einem Aufnahmekupplungselement (20) mit einem Körper mit einer sich durch diesen erstreckenden Innenbohrung (23), einem normalerweise geschlossenen Tellerventil (36), das in der Bohrung positioniert ist, um den Hydraulikfluidstrom durch diese zu steuern und mit einer Aufnahmekammer, in welcher wenigstens eine ringförmige Dichtung (32, 33) gehalten ist; und b) einem Einsteckkupplungselement (10) mit einem Körper (11) und einer Sonde (12), die in die Aufnahmekammer einsetzbar ist, einer ersten Innenbohrung (13) durch den Körper und einer zweiten Innenbohrung (14) durch die Sonde, wobei die zweite Innenbohrung einen kleineren Durchmesser als die erste Innenbohrung hat, einem normalerweise geschlossenen Tellerventil (16, 17) in der ersten Innenbohrung (13) und einem Ventilbetätigungselement, das sich durch die zweite Innenbohrung erstreckt, einem Betätigungselement, das sich durch die zweite Innenbohrung (14) erstreckt, einer Anzahl von Nuten (80, 81, 86, 87) um den Außenumfang der Sonde und jeweils einer radialen Dichtung (40, 41, 50, 51), die in jeder Nut positioniert ist.
Hydraulische Unterwasserkupplung nach Anspruch 1, wobei die Sonde (12) so dimensioniert ist, dass sie in die Aufnahmekammer paßt, die Sonde einen Außenumfang hat und um den Außenumfang zwei radiale Dichtungen positioniert sind, um mit einem Dichtungshalter (30) dichtend zusammenzuwirken, wenn die Sonde in die Aufnahmekammer eingesetzt wird.
Hydraulische Unterwasserkupplung nach Anspruch 2, wobei mindestens eine der radialen Dichtungen (50) um den Sondenabschnitt in axialer Richtung zwischen der am weitesten innenliegenden ringförmigen Dichtung (33) und der zweiten, am weitesten außenliegenden, ringförmigen Dichtung (32) liegen, wenn die Sonde in das Aufnahmeelement eingesteckt ist.
Hydraulische Unterwasserkupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei wenigstens eine der radialen Dichtungen eine elastomere Dichtung ist.
Hydraulische Unterwasserkupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei wenigstens eine der radialen Dichtungen eine druckgespeiste Metalldichtung ist.
Hydraulische Unterwasserkupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, weiterhin mit einem Dichtungshalter (30) zum Halten der ringförmigen Dichtung (32) in dem Aufnahmekupplungselement (20).
Hydraulische Unterwasserkupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, weiterhin mit Tellerventil-Betätigungselementen (18, 37), die sich von den ersten und zweiten Tellerventilen aus erstrecken, wobei das Tellerventil-Betätigungselement (18) sich von dem zweiten Tellerventil durch die Innenbohrung (14) in der Sonde erstreckt.