DE19614375B4

DE19614375B4 - Hydraulische Unterseekupplung mit hohler Metalldichtung

Info

Publication number: DE19614375B4
Application number: DE19614375A
Authority: DE
Inventors: Robert E. Stafford Smith III
Original assignee: National Coupling Co Inc
Current assignee: National Coupling Co Inc
Priority date: 1995-04-12
Filing date: 1996-04-11
Publication date: 2004-07-22
Anticipated expiration: 2016-04-12
Also published as: NO316239B1; NO961438L; GB2299839B; GB2299839A; GB9607196D0; AU5057996A; NO961438D0; AU705822B2; BR9601311A; DE19614375A1; US5979499A

Abstract

Hydraulische Unterseekupplung mit
a) einem Einsteckelement (10) mit einer Innenbohrung (12) und einem Ventil (40) zum Steuern von Fluidfluß durch die Bohrung,
b) einem Aufnahmeelement (20) mit einer Innenbohrung (22), einem Ventil (55) zum Steuern des Fluidflusses durch die Bohrung und einer Aufnahmekammer (23), die zur Aufnahme des Einsteckelementes (10) ausgelegt ist, wobei die Aufnahmekammer eine Umfangsschulter (49) aufweist,
c) einer ringförmigen Metalldichtung (33) mit einem Lippenabschnitt (35), der auf der Umfangsschulter (49) positionierbar ist, und einem Hohlabschnitt (34), der radial nach innen von dem Lippenabschnitt (35) ausgebildet ist, wobei der Hohlabschnitt (34) der ringförmigen Dichtung flexibel ist zum Abdichten gegen das Einsteckelement, wenn das Einsteckelement in die Aufnahmekammer und durch die ringförmige Dichtung eingebracht wird, und
d) einem Dichtungshalteelement (30), das lösbar mit dem Aufnahmeelement (20) verbunden ist und so ausgebildet ist, daß es gegen den Lippenanschnitt (35) der ringförmigen Metalldichtung anliegt und den Lippenbereich...

Description

Die Erfindung betrifft im allgemeinen Hydraulikkupplungen, die bei Unterseebohr- und Produktionsanwendungen verwendet werden. Insbesondere umfaßt die Erfindung eine hydraulische Kupplung mit einer hohlen Metalldichtung, die beim Trennen der Kupplungselemente in einem Aufnahmeelement gehalten wird.

Hydraulische Unterseekupplungen sind seit langem bekannt. Die Kupplungen umfassen im allgemeinen ein Einsteckelement und ein Aufnahmeelement mit einem dazwischen verbundenen abgedichteten Durchlaß. Das Aufnahmeelement ist im allgemeinen ein zylindrischer Körper mit einer Längsbohrung mit relativ großem Durchmesser an einem Ende und einer Längsbohrung mit relativ kleinem Durchmesser am anderen Ende. Die kleine Bohrung erleichtert eine Verbindung mit Hydraulikleitungen, während die große Bohrung das Einsteckelement der Kupplung verschiebbar aufnimmt und abdichtet. Das Einsteckelement umfaßt einen zylindrischen Teil an einem Ende mit einem Außendurchmesser, der etwa gleich dem Durchmesser der großen Bohrung des Einsteckelementes der Kupplung ist. Das Einsteckelement umfaßt weiterhin eine Verbindung an seinem anderen Ende, um die Verbindung mit Hydraulikleitungen zu erleichtern. Wenn der zylindrische Teil des Einsteckelementes in die große Bohrung des Aufnahmeelementes eingebracht wird, wird gemäß verschiedenen Ausführungsformen der Vorrichtung ein Fluidfluß zwischen dem Einsteckelement und dem Aufnahmeelement hergestellt. Kupplungen dieser Art sind im US-Patent Nr. 4694859 von Robert I. Smith III und in anderen Patenten von National Coupling Company, Inc., Stafford, Texas, beschrieben.

Bei Unterseebohrungs- und Produktionsanwendungen kann das Einsteckelement der Kupplung mit einer Verteilerplatte oder anderen Befestigungen an Unterseepositionen innerhalb oder außerhalb des Bohrlochs verbunden sein. In vielen Fällen sind die Einsteckelemente so positioniert, daß die End- oder Stirnfläche jedes Elementes vom Seegrund nach oben gerichtet ist. Die Aufnahmeelemente, die ebenfalls mit einer Verteilerplatte verbunden sein können, werden über die Einsteckelemente in Position gebracht und dann durch einen Taucher oder ein Unterseefahrzeug auf die Einsteckelemente abgesenkt. Wenn die Aufnahmeelemente auf den Einsteckelementen positioniert sind, erfolgt der Hydraulikfluidfluß typischerweise vom Aufnahmeelement zum Einsteckelement jeder Kupplung.

Das Einsteckelement und das Aufnahmeelement haben typischerweise Tellerventile, die in die Verschlußposition federvorgespannt sind. Das Tellerventil umfaßt typischerweise eine konische Ventilfläche, die, in der Verschlußposition, gegen eine Ventilfläche in dem Kupplungselement anliegt. Das Tellerventil öffnet, um Fluidfluß zuzulassen, und schließt gegen den Ventilsitz innerhalb der Bohrung, um den Fluß zu unterbrechen. Das Ventil kann eine Ventilbetätigung umfassen, die eine Nase oder ein Stab sein kann, die aus dem Gipfelpunkt der Ventilfläche sich entlang der Längsachse des Tellerventils erstreckt.

Das US-Patent Nr. 4694859 zeigt eine hohle Metalldichtung in einer Kupplung der vorgenannten Art. Fluiddruck in der Kupplung zwängt den Innenumfang der Dichtung radial nach innen in Anlage an das Einsteckelement. Die Dichtung wird in der Bohrung des Aufnahmeelementes durch eine Dichtungshalterung gehalten, die eine Hülse sein kann, die in das Aufnahmeelement einbringbar ist oder mit dem Aufnahmeelement verschraubt ist, um an der Metalldichtung anzuliegen.

Manche Metalldichtungen können in einer hydraulischen Unterseekupplung zurückgehalten und starr am Platz gehalten werden, so daß eine präzise Passung nötig ist um eine gute Dichtung zwischen den Kupplungsteilen zu gewährleisten. Andere Metalldichtungen, die in hydraulischen Unterwasserkupplungen zurückgehalten werden, "schwimmen", so daß deren Position irgendwie variable ist aufgrund des Eingriffs der Kupplungsteile, dieses "Schwimmen" kann begrenzt werden durch befestigen des Rückhalters und den hydraulischen Druck.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Metalldichtung zu schaffen, die den Vorteil hat, daß sie sowohl sicher in einer hydraulischen Unterseekupplung zurückgehalten werden kann und die sich andererseits ausdehnen kann in Antwort auf den Fluiddruck, um die Dichtung zu verbessern.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale des Hauptanspruches.

Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

1 ist eine Schnittdarstellung des Einsteckelementes und des Aufnahmeelementes der Kupplung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung, wobei das Einsteckelement teilweise in die Aufnahmekammer des Aufnahmeelementes eingebracht ist.
2 ist eine vergrößerte Schnittdarstellung der Dichtungs- und Halterungsstruktur in dem Ausführungsbeispiel der 1.
3 ist eine vergrößerte Schnittdarstellung der in 1 verwendeten Dichtung.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung umfaßt, wie in 1 dargestellt ist, ein Einsteckelement 10, ein Aufnahmeelement 20 und Fluiddurchlässe, die eine Fluidverbindung zwischen dem Einsteckelement und dem Aufnahmeelement herstellen. Wenn das Einsteckelement in die Aufnahmekammer 23 des Aufnahmeelementes eingebracht wird, wird eine Fluidverbindung zwischen den Elementen hergestellt, wenn die Betätigungselemente von Tellerventilen 40 und 55 gegenseitig aneinander anliegen.
1 ist eine Schnittdarstellung des Einsteckelementes und des Aufnahmeelementes, wobei das Aufnahmeelement teilweise in die Aufnahmekammer eingebracht ist. Wie in 1 dargestellt ist, umfaßt das Einsteckelement 10 eine Sonde 11 mit einer Längsbohrung 12, die sich dadurch erstreckt, und ein Tellerventil 40, das verschiebbar in der Bohrung aufgenommen ist. Das Einsteckelement umfaßt weiterhin eine Schulter 14 und einen Handgriff 13, der mit einem Gewinde 13 versehen sein kann oder in anderer Weise mit einer Verteilerplatte verbindbar ist. Die Bohrung 12 des Einsteckelements umfaßt einen Gewindeabschnitt 15 zur Verbindung mit Hydraulikleitungen.
Vorzugsweise umfaßt das Tellerventil 40 eine Ventilfläche 42 und eine Ventilbetätigung 51, die sich längs vom Gipfelpunkt der Ventilfläche aus erstreckt. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel erstreckt sich die Ventilbetätigung 41 von der Stirnfläche 16 des Einsteckelements nach außen in die Aufnahmekammer 23. Die Ventilfläche 42 dichtet gegen einen Sitz in der Bohrung 12 des Einsteckelementes, der angrenzend an die Stirnfläche 16 ist. Das Tellerventil wird durch eine Tellerventilfeder 44 in die Verschlußposition gespannt. Die Feder 44 ist zwischen dem Tellerventil 40 und einer Federhalterung 38 angeordnet. Die Federhalterung 38 umfaßt vorzugsweise einen Innendurchlaß und ist in der Bohrung 12 des Einsteckelements durch eine Halteklammer 39 verankert.
Das Aufnahmeelement 20 umfaßt einen Körper 21, eine Mittenbohrung 22, ein Tellerventil 55 und eine Aufnahmekammer 23 zum verschiebbaren Aufnehmen der Sonde des Einsteckelementes. Das Tellerventil 55 entspricht im wesentlichen dem Tellerventil 40 des Einsteckelementes und umfaßt eine konische Ventilfläche 52, eine Ventilbetätigung 51, die sich von dort aus erstreckt, eine Ventilfeder 54, die das Tellerventil 55 in die Verschlußposition zwängt, eine Halterung 68 und eine Halteklammer 69. Wenn die Ventilbetätigung 41 des Tellerventils des Einsteckelementes die Ventilbetätigung 51 des Aufnahmeelementes kontaktiert, erlauben die gegenseitigen in Eingriff stehenden Tellerventile einen Fluiddurchlaß zwischen dem Einsteckelement und dem Aufnahmeelement der Kupplung. Am einen Ende des Körpers des Aufnahmeelementes befindet sich ein Gewindehandgriff 27 zur Verbindung mit Verteilerplatten und dergleichen Die Bohrung 22 des Aufnahmeelementes ist ebenfalls mit einem Gewindeabschnitt 24 zur Verbindung mit Hydraulikleitungen versehen.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel hat die Aufnahmekammer angrenzend an den Körper des Aufnahmeelementes eine Umfangsschulter 49, auf der der oder Bein- oder Lippenabschnitt 35 einer ringförmigen Metalldichtung 33 positioniert ist. Der Lippen- oder Beinabschnitt 53 ist zwischen die Umfangsschulterfläche 49 des Aufnahmeelementes und eine Schulterfläche 50 einer Dichtungshalterung 30 verklemmt. Die Dichtungshalterung 30 ist ein hülsenförmiges Element, das zum Verklemmen des Lippenabschnitts 35 am Ort befestigbar ist. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die Dichtungshalterung 30 mit dem Gewindeabschnitt 29 am ersten Ende des Körpers des Aufnahmeelementes verschraubt. Einstückig mit dem Beinabschnitt der ringförmigen Metalldichtung 33 ist ein Hohlabschnitt 34, der sich radial nach innen erstreckt. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist der Hohlabschnitt 34 im Querschnitt zylindrisch, wie in 3 dargestellt ist. Der Hohlabschnitt kann abgeschlossen sein oder kann einen Durchlaß 36 zwischen der Innenseite und der Außenseite des hohlen Teils aufweisen. In dem Ausführungsbeispiel der 1 bis 3 gelangt Fluiddruck aus der Kupplung durch den Durchlaß 36 in den Hohlabschnitt 34 der Metalldichtung. Die Metalldichtung 33 ist aus einem Metall gebildet, das ausreichend flexibel ist, um zu ermöglichen, daß der Fluiddruck innerhalb des Hohlabschnittes 34 der Dichtung die Dichtung in Abhängigkeit davon nach außen dehnen kann. Vorzugsweise expandiert der Hohlabschnitt der Dichtung radial nach innen, in Abhängigkeit von Fluiddruck, um dichtend an der Sonde 11 des Einsteckelementes anzuliegen. Obwohl es für den Hohlabschnitt 34 der Metalldichtung vorzuziehen ist, daß er zylindrisch oder im wesentlichen zylindrisch im Querschnitt ist, können andere Bogenformen wie ein Oval oder ein Zylindersegment verwendet werden. Falls der Hohlabschnitt ein Zylindersegment ist, sollte dieser Teil der Dichtung, wenn sie Fluiddruck ausgesetzt ist, in gleicher Weise radial nach innen gegen die Sonde des Einsteckelementes gezwängt werden.
In einem bevorzugten Auführungsbeispiel der Erfindung, das in 1 bis 3 dargestellt ist, ist eine Schulter 48 an dem Ende des Aufnahmeelementes vorgesehen und so dimensioniert, daß sie den Hohlabschnitt 34 der Dichtung 33 hält. In ähnlicher Weise ist eine Schulter 53 in der Dichtungshalterung 30 vorgesehen, um den Hohlabschnitt der Dichtung aufzunehmen. Wenn die Halterung am Aufnahmeelement befestigt wird, komprimieren in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel die Schulter 53 und die Schulter 48 den Hohlabschnitt 34 der Metalldichtung axial, um die Metalldichtung radial nach innen zu zwängen und die Metalldichtung vor Fluidzufuhr "vorzuladen". Die Dichtung kann jedoch auch ohne jegliche Axialkompression verwendet werden. Selbst ohne Axialkompression kann beispielsweise die Dichtung sich radial in die Aufnahmekammer erstrecken, um gegen die Sonde 11 des Einsteckelementes anzuliegen, wenn sie durch die Dichtungshalterung 30 in die Aufnahmekammer 23 eingebracht wird. Falls der Hohlabschnitt der Dichtung axial komprimiert ist, kann er eine kleine Überlappung mit der Sonde 11 des Einsteckelementes aufweisen. Falls, wie in den 1 bis 3 dargestellt ist, der Hohlabschnitt der Dichtung einen Durchlaß für das Eindringen von Fluiddruck aufweist, expandiert er sich gegen das Einsteckelement und gegen die Schultern 53 und 48, wodurch eine fluiddichte Abdichtung gegen solche Flächen erzielt wird. Auf diese Weise bildet der Hohlabschnitt der Dichtung mit dem Einsteckelement, dem Aufnahmeelement und der Dichtungshalterung eine Abdichtung.
Wie in den 1 und 2 dargestellt ist, ist die Dichtungshalterung 30 ein hülsenförmiger Körper, der in das erste Ende des Körpers 21 des Aufnahmeelementes eingeschraubt ist. Andere Verbindungsmittel können verwendet werden, um die Halterung mit dem Körper des Aufnahmeelementes in Eingriff zu bringen und den Bein- oder Lippenabschnitt 35 der Metalldichtung 33 dazwischen festzuklemmen. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die Dichtung 31 ein elastomerer O-Ring, der eine Sicherungsabdichtung zwischen der Dichtungshalterung 30 und dem ersten Ende des Aufnahmeelementes schafft. Desweiteren ist in den 1 und 2 eine Dichtung 46 dargestellt, die in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel einer zweistückigen Halterung 30, 32 verwendet wird. Die Dichtung 46 ist vorzugsweise eine elastomere schwalbenschwanzförmige Dichtung, die zwischen dem ersten und dem zweiten Bauteil der Dichtungshalterungng 30, 32 am Ort gehalten wird. Dies ermöglicht eine Sicherungsdichtung zwischen der Dichtungshalterung und dem Einsteckelement. In dem Ausführungsbeispiel der 2 wird eine O-Ringdichtung 47 in Verbindung mit der Schwalbenschwanzdichtung 46 verwendet. Vorzugsweise sind die Schwalbenschwanzdichtung 46 und die O-Ringdichtung elastomere Dichtungselemente, die eine Radialdichtung mit dem Außenumfang des Einsteckelementes bilden, wenn es durch die Dichtungshalterung vor dem Eingriff des Einsteckelementes mit der ringförmigen Metalldichtung 33 eingebracht wird.

Claims

Hydraulische Unterseekupplung mit a) einem Einsteckelement (10) mit einer Innenbohrung (12) und einem Ventil (40) zum Steuern von Fluidfluß durch die Bohrung, b) einem Aufnahmeelement (20) mit einer Innenbohrung (22), einem Ventil (55) zum Steuern des Fluidflusses durch die Bohrung und einer Aufnahmekammer (23), die zur Aufnahme des Einsteckelementes (10) ausgelegt ist, wobei die Aufnahmekammer eine Umfangsschulter (49) aufweist, c) einer ringförmigen Metalldichtung (33) mit einem Lippenabschnitt (35), der auf der Umfangsschulter (49) positionierbar ist, und einem Hohlabschnitt (34), der radial nach innen von dem Lippenabschnitt (35) ausgebildet ist, wobei der Hohlabschnitt (34) der ringförmigen Dichtung flexibel ist zum Abdichten gegen das Einsteckelement, wenn das Einsteckelement in die Aufnahmekammer und durch die ringförmige Dichtung eingebracht wird, und d) einem Dichtungshalteelement (30), das lösbar mit dem Aufnahmeelement (20) verbunden ist und so ausgebildet ist, daß es gegen den Lippenanschnitt (35) der ringförmigen Metalldichtung anliegt und den Lippenbereich zwischen dem Dichtungshalteelement (30) und der Schulter (49) in der Aufnahmekammer (23) hält.
Hydraulische Unterseekupplung nach Anspruch 1, wobei der Hohlabschnitt (34) der Dichtung (33) einen Durchlaß (36) aufweist, um Fluid in den Hohlabschnitt einzulassen.
Hydraulische Unterseekupplung nach Anspruch 1, wobei der Hohlabschnitt (34) der ringförmigen Dichtung (33) einen im wesentlichen zylindrischen Querschnitt aufweist.
Hydraulische Unterseekupplung nach Anspruch 1, wobei das Dichtungshalteelement (30) mit dem Aufnahmeelement (20) verschraubbar ist.
Hydraulische Unterseekupplung nach Anspruch 1, wobei das Dichtungshalteelement befestigbar ist, um die ringförmige Metalldichtung (33) zu komprimieren.
Hydraulische Unterseekupplung nach Anspruch 1, wobei das Dichtungshalteelement eine elastomere Dichtung (46) aufweist, die zur Abdichtung gegen das Einsteckelement ausgelegt ist.