DE2530048B2 - Rohrkupplung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Rohrkupplung mit einem zylindrischen Einschubteil und einem zylindrischen Uberschubteil, wie sie im Oberbegriff des Anspruchs 1 beschrieben ist.

Aus der US-PS 13 72 238 ist eine solche Rohrkupplung bekannt, bei der nur an dem zylindrischen Einschubteil auf dessen Mantelfläche sich in Längsrichtung erstreckende Anschläge vorgesehen sind, die bei Drehen des in das Uberschubteil eingeschobenen Einschubteils an den Stirnflächen der als Gewindegänge ausgebildeten Kupplcngsnasen des Überschubteils anliegen. Die Anschläge am Einschubteil tragen nicht zur Erhöhung der Festigkeit gegenüber einem Herausziehen des Einschubteils aus dem Uberschubteil bei.

Aus der US-PS 30 98 667 ist eine Rohrkupplung mit zylindrischem Einschubteil und zylindrischem Uberschubteil bekannt, die ebenfalls längs einer vorgegebenen Weglänge ineinanderschiebbar sind und jeweils mehrere axial auf Abstand gehaltene Kupplungsnasen mit rechteckigem Querschnitt aufweisen. Die Kupp

ι ο

lungsnasen des Überschubteils kämmen mit den Kupplungsnasen des Einschubbauteils derart, daß die Umfangsflächen der Kupplungsnasen beider Teile im Kupplungszustand in Unifangsebenen liegen. Im Kupplungszustand berührt eine als vergrößerte Drucknase ausgebildete Kupplungsnase des Überscbubbaiteils eine sich axial erstreckende Fläche einer als Anschlagnase vergrößert ausgebildeten Kupplungsnase des Einschubbauteils und die sich in Umfangsrichtung erstreckende Fläche einer zugeordneten Drucknase des Einschubbauteils. Die Länge der Drucknase des Einschubbauteils in Umfangsrichtung entspricht der Summe der entsprechenden Längen der in Kämmeingriff befindlichen Kupplungsnasen auf den beiden Bauteilen. Um beim Einschieben des Einschubteils in das Gberschubteil den Kupplungszustand zu erreichen, muß das Einschubbauteil zunächst bis zum Anschlag der Prucknase an dem Überschubbauteil an einer Schulter des Einschubbauteils eingeschoben werden, dann muß eine Relativdrehung durchgeführt werden und schließ lich das Einschubbauteil bis zur Anlage der beiden Drucknasen aneinander wieder herausgezogen werden. Im Kupplungszustand tragen die nicht vergrößert ausgebildeten Kupplungsnasen nicht zur Erhöhung der axialen Festigkeit bei, die alleine durch den Eingriff der beiden Drucknasen gegeben ist

Schließlich ist noch aus der US-PS 21 11 859 eine Rohrkupplung bekannt, bei der die axiale Festigkeit durch zwei durch Drehung übereinandergeschobene Kupplungsnasen bestimmt wird, während die Drehbegrenzung durch einen sich axial erstreckenden Verriegelungsblock gegeben ist, der in entsprechende Axialnuten in der Mantelfläche der beiden Kupplungsteil eingreift.

Kupplungen dieser Art werden beispielsweise bei der. Erdölgewinnung verwendet, wo etwa ein Zementierkopf an ein Futterrohr angekuppelt wird, um ein Bohrloch zu zementieren.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Rohrkupplung der eingangs genannten Art so zu verbessern, daß die Eingriffsflächen und die Festigkeit der Kupplungsteile erhöht werden.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Bei der erfindungsgemäßen Kupplung werden also nicht die Stirnflächen der Kupplungsnasen als Anschlagflächen herangezogen, sondern es sind an beiden Kupplungsteilen gesonderte Anschlagnasen ausgebildet. Diese sind so angeordnet, daß im Kupplungszustand die sich in axialer Richtung erstreckenden Anschlagflächen der Anschlagnasen aneinai.derliegen und gleichzeitig sich in Umfangsrichtung erstreckende Flächen der Anschlagnasen an entsprechenden Flächen der Kupplungsnasen des anderen Kupplungsteils anliegen. Da die Anschlagnasen auf jedem der beiden Kupplungsteile somit mit den Kupplungsnasen des jeweils anderen Kupplungsteils im Kupplungszustand in Eingriff stehen, wird die gegenseitige Eingriffsfläche der Kupplungsteile und somit die Festigkeit der Kupplung vergrößert.

Die Anschlagnasen begrenzen eine Relativdrehung zwischen den beiden Kupplungsteilen auf einen streckenmäßig der Länge einer der Kupplungsnasen entsprechenden Bruchteil einer Umdrehung, vorzugsweise auf einen Drehwinkel von 30°, und ermöglichen ein Kuppeln der beiden Kupplungsteile nur in einer Drehrichtung, während in der anderen Drehrichtung ein Entkuppeln stattfindet.

Vorzugsweise sind die Anschlagnasen mit komple-

mentär zueinander ausgebildeten Anschlagflächen versehen, die gegenüber der Radialrichtung geneigt sind. Diese Ausbildung erleichtert den Eingriff der Anschlagnasen und erhöht die Festigkeit des Eingriffs.

Beim Anwendungsfall des Bohrlochzementierens sind dem Zementierkopf Sperrglieder zugeordnet, die mit Ausnehmungen in dem am Futterrohr befestigten Kupplungsteil zusammenwirken, um eine Drehung des Zemenüerkopfes in beiden Drehrichtungen zu verhindern. Bis zum Entriegeln der Sperrglieder kann somit _!0 der Zementierkopf nicht vom Futterrohr getrennt werden. Am Zementierkopf ist ein Zementverschluß für die Zementiermasse lösbar angeordnet

Eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Rohrkuppiung soll nun bei Einsatz an einem Zementierkopf näher beschrieben werden. Es zeigt

F i g. 1 eine teilweise als Schnitt gezeigte Darstellung eines Zemenüerkopfes mit daran ausgebildeten Überschubteil der Kupplung und eines Futterrohres mit daran befestigtem Einschubteil im nicht gekuppelten ₂c Zustand;

F i g. 2 eine Aufsicht auf das Einschubteil;

F i g. 3 einen Horizontalschnitt längs der Linie 3-3 der Fig. 1 durch das Überschub teil;

Fig.4 eine schematische Darstellung des über das >5 Einschubteil geschobenen Überschubteils vor Drehung der beiden Kupplungsteile in den Kupplungszustand, wobei das Oberschubteil zwecks Darstellung der Außenseite des Einschubteils teilweise weggebrochen dargestellt ist und die Kupplungsnasen des Überschub- j< > teils gestrichelt gezeigt sind;

F i g. 5 einen Schnitt längs der Linie 5-5 in F i g. 4;

Fig.6 eine der Fig.4 entsprechende Darstellung, wobei jedoch das Überschubteil in Blickrichtung von oben im Uhrzeigersinne gedreht worden ist und sich die ]■-> Kupplungsteile im Kupplungszustand befinden;

F i g. 7 einen Schnitt längs der Linie 7-7 der F i g. 6;

F i g. 8 ein^n Teilschnitt längs de^r Linie 8-8 der F i g. 4, wobei sich die Anschlagnasen außer Eingriff befinden;

F i g. 9 einen Teilschnitt längs der Linie 9-9 der F i g. 6, wobei die Anschlagnasen sich in Eingriff befinden;

F i g. 10 eine Darstellung der Sperrglieder und

Fig. 11 einen Schnitt längs der Linie 11-11 der Fig. 10.

Die Figuren und insbesondere Fig. 1 zeigen einen Zementierkopf 10 mit einem Futterrohr 12. Am Zementierkopf 10 ist ein Überschubteil 14 und am Futterrohr 12 ein Einschubteil 16 befestigt. Das Einschubteil 16 ist in üblicher Weise mit dem Futterrohr 12 verbunden, beispielsweise verschraubt. Auf gleiche ^r>o Weise kann das Überschubteil 14 am Zementierkopf 10 befestigt sein.

Der Zementierkopf 10 wird etwa mit Hilfe eines nicht gezeigten Krans oder Aufzugs angehoben und verstellt, wobei zum Eingriff der Kranhaken Bügel 18 an einem π Deckel 19 befestigt sind, der über eine Schraubverbindung lösbar mit dem Überschubteil 14 verbunden ist. Der Zementierkopf 10 wird über eine Leitung 20 mit Zement versorgt, wobei ein Ventil zur Steuerung des Zementstroms von einer nicht gezeigten Versorgungs- mi stelle zum Zementierkopf und von dort zum Futterrohr 12 vorgesehen sein kann.

Anschlußstücke 22a am Zementierkopf 10 dienen zur Aufnahme von nicht gezeigten Verschlußstiften, die einen ebenfalls nicht gezeigten Zementverschluß am t,^r, Zementierkopf für den Zementiervorgang abstützen. Beim Entfernen dieser Stifte wird der Zementierverschluß gelöst, so daß er durch den über die Leitung 20 in den Zementierkopf 10 einströmenden Zementbrei nach unten in und durch das Futterrohr 12 getrieben wird.

Die Kupplung besteht aus dem Überschubteil 14 und dem Einschubteil 16. Das Einschubteil 16 enthält einen Abschnitt 22 verringerten Durchmessers, der an einer Schulter 24 endet, die nach dem Einschieben in das Überschubteil 14 an einem Endflansch 26 des Überschubteils 14 anliegt Der Abschnitt 22 verringerten Durchmessers des Einschubteils 16 ist an seinem Ende mit zwei Nuten 28, 30 versehen, in denen jeweils ein elastischer O-Ring 32 bzw. 34 sitzt, so daß eine Abdichtung mit einem zylindrischen Abschnitt 36 des Überschubteils 14 aufgebaut wird. Anstelle zweier O-Ringe kann auch eine andere Anzahl von O-Ringen vorgesehen sein.

Wie gezeigt, ist das Einschubteil 16 mit mehreren unterbrochenen, in Umfangsrichtung auf Abstand gehaltenen Kupplungsnasen MT versehen, die ohne Steigungswinkel ausgebildet sind. Wie gezeigt, sind axiale auf Abstand angeordnete Reihen von Kupplungsnasen 38,40 und 42 und eine Reihe von Anschlagnasen 44 vorhanden.

Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel sind die Kupplungsnasen 38, 40 und 42 in Axialrichtung zueinander fluchtend angeordnet, wobei die Länge jeder Kupplungsnase im wesentlichen gleich der Bogenlänge eines Scheitelwinkels von etwa 30° ist. Die Kupplungsnasen sind um etwa 30° von der jeweils unmittelbar benachbarten Kupplungsnase der gleichen Reihe auf Abstand gehalten. Der Axialabstand der einen von der nächsten Kupplungsnasenreihe entspricht jeweils etwa der Breite jeder Kupplungsnase. Jede Anschlagnase in der Anschlagnasenreihe 44 ist am einen Ende fluchtend mit dem Ende der Kupplungsnasen MT ausgerichtet; die Länge der Anschlagnasen 44 ist jedoch beträchtlich kleiner als die der Kupplungsnasen MT, beispielsweise nur halb so groß. Die Anschlagnasen 44 sind von der Schulter 24 um eine Strecke auf Abstand gehalten, die gleich der Breite einer Kupplungsnase ist, und liegen dicht neben den Kupplungsnasen 42.

Das Überschubteil 14 ist mit mehreren unterbreche nen in Umfangrichtung auf Abstand gehaltenen Kupplungsnasen FT versehen, die keinerlei Steigungswinkel aufweisen. Wie gezeigt, sind axiale auf Abstand angeordnete Reihen von Kupplungsnasen 46,48 und 50 und eine Reihe von Anschlagnasen 52 vorhanden. Die Anschlagnasen 46, 48 und 5O sind in Axialrichtung zueinander fluchtend ausgerichtet und ihre Länge ist im wesentlichen gleich der Bogenlänge eines Scheitelwinkels von etwa 30°. Die Kupplungsnasen in jeder Reihe sind im wesentlichen um die gleiche Strecke auf Abstand gehalten, d.h. ihr Abstand ist gleich der Bogenlänge eines Scheitel winkeis von etwa 30°. Die Kupplungsnasen 46 sind an oder in der Nähe des Endes 26 des Überschubteils 14 angeordnet. Neben den Kupplungsnasen 46 befinden sich die Anschlagnasen 52, die am einen Ende fluchtend zu den Enden der Kupplungsnasen 46, 48 und 50 der jeweiligen Kupplungsnasenreihe ausgerichtet sind. Die Anschlagnasen 52 sind in Axialrichtung geringfügig von den Kupplungsnasen 46 auf Abstand gehalten und von den Kupplungsnasen 48 um eine Strecke entfernt, die im wesentlichen gleich der Rreite der Gewindegänge ist. In gleicher Weise sind die Kupplungsnasen 48 und 50 auf Abstand gehalten. Sämtliche Kupplungsnasen 38, 40, 42, 46, 48 und 50 haben im wesentlichen die gleiche Länge, die gleiche Wandstärke in Umfangsrichtung und die gleiche Axialbreite. Wie gezeigt, haben auch sämtliche An-

schlagnasen im wesentlichen die gleiche Länge und Breite.

Jede der Anschlagnasen 44 und 52 ist mit einer Stirnfläche 54 bzw. 56 versehen, die im zusammengebauten Zustand der Kupplungsteile aneinander anliegen. Diese Stirnflächen 54, 56 sind bezüglich einer Axialebene geneigt, können jedoch auch gewünschtenfalls in Axialrichtung verlaufen. Die anderen Stirnflächen 58 und 60 sind derart ausgebildet, daß sie die Drehbewegung des Einschubteils 16 auf die weiter unten beschriebene Weise begrenzen.

Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Anschlagnasen zwar getrennt von den unmittelbar benachbarten Kupplungsnasen ausgebildet, jedoch können die unmittelbar benachbarten Kupplungsnasen und die Anschlagnasen ggf. auch ohne Abstand einteilig ausgebildet sein.

Wie die Fig. 10 und 11 und teilweise Fig. 1 zeigen, enthält der Zementierkopf 10 eine Verriegelung L, die mit Schlitzen 62 im Einschubteil 16 zusammenwirkt. Diese Verriegelung L verhindert beim Zementieren eines Futterrohres eine Relativdrehung (und somit ein Entkuppeln) der Bauteile. Die Schlitze 62 sind in gleicher Weise wie die Gewindegänge auf Abstand gehalten, d. h. sie haben eine Länge von etwa 30°. Das Überschubteil 14 des Zementierkopfes 10 ist mit sich diametral gegenüberliegenden, auf Abstand gehaltenen Trägern 64 versehen, an denen ein im wesentlichen T-förmiges Sperrglied 66 angelenkt ist Die Anlenkung erfolgt mit Hilfe einer Schraube 68. Das Sperrglied 66 greift mit seinem Kopf 70 in einen Schlitz 62 und wird in dieser Eingriffslage durch einen Stift 72 verriegelt, der durch öffnungen 74 in den Trägern 64 und eine öffnung 76 im Sperrglied 66 verläuft. Um zu verhindern, daß der Stift 72 verlorengeht, ist er über eine Kette 78 mit dem Zementierkopf 10 verbunden. Um das Sperrglied 66 in seiner Eingriffsstellung oder in seiner Entriegelungsstellung, in der sein Kopf 70 außer Eingriff mit dem Schlitz 62 steht, zu verrasten, sind voneinander entfernte, federbelastete Riegelzapfen 80 vorgesehen. Es sind zwar zwei derartige Verriegelungen gezeigt, jedoch können auch weniger oder mehr vorgesehen sein.

Betriebsweise:

Der Zementierkopf 10 wird über das Einschubteil 16 abgesenkt, und wenn die Abschnitte 24,26 aufeinander-■) treffen, sitzt das Einschubteil 16 vollständig in dem Überschubteil 14. Das Einschubteil läßt sich vorzugsweise in sechs unterschiedlichen Stellungen in das Überschubteil einschieben, d. h. die Kupplungsnasen MTund fTsind jeweils derart zueinander ausgerichtet,

I" daß sich die Kupplungsteile in Axialrichtung relativ zueinander verschieben lassen. Gewünschtenfalls können die Kupplungsnasen natürlich auch in unterschiedlichen Umfangsabständen angeordnet sein.

Nach dem vollen Überschieben wird der Zementierkopf 10 um 30° gedreht, so daß die Flanken der Kupplungsnasen 50 mit den benachbarten Flanken der Kupplungsnasen 38 und 40 zusammenwirken. Die Flanken der Kupplungsnasen 48 wirken mit den benachbarten Flanken der Kupplungsnasen 40 und 42

2() zusammen; und die eine Flanke der Anschlagnasen 52 wirkt mit der benachbarten Flanke der Kupplungsnasen 42 zusammen, während die Flanken der Kupplungsnasen 46 mit den benachbarten Flanken der Anschlagnasen 44 und der Schulter 24 des Kupplungsteils 16 zusammenwirken.

Die Drehbewegung wird begrenzt, wenn die Stirnflächen 54 und 56 der Anschlagnasen 44 und 52 aufeinandertreffen.
Nach dem vollständigen Aufsetzen und Drehen der Kupplungsteile verschwenkt der Bedienungsmann die Sperrglieder 66 um deren Drehachsen, so daß deren Kopf 70 in einen Schlitz 62 eingreift, wodurch der Zementierkopf 10 in der Betriebsstellung verriegelt wird. Zum Zementieren des Futterrohres kann nunmehr dem Zementierkopf 10 Zement zugeführt werden.

Nach dem Zementieren werden die Sperrglieder entriegelt und der Zementierkopf 10 wird in der entgegengesetzten Richtung gedreht. Die Drehbewegung wird dadurch begrenzt, daß die Stirnflächen 58 und

■Ό 60 der Anschlagnasen aufeinandertreffen. Daraufhin kann der Zementierkopf angehoben und entfernt werden.

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Rohrkupplung mit einem zylindrischen Einschubteil und einem zylindrischen Uberschubteil, die längs einer vorgegebenen Weglänge ineinanderschiebbar sind und jeweils mehrere axial auf Abstand gehaltene Kupplungsnasen mit rechteckigem Querschnitt aufweisen, die bei Relativdrehung der beiden Kupplungsteile in den Kupplungszustand längs von der Radialrichtung abweichender Flächen ineinandergreifen und die Kupplungsteile lösbar miteinander verbinden, sowie an jedem der Kupplungsteile in Umfangsrichtung mit Abstand zueinander angeordneten Anschlagnasen mit rechteckigem Querschnitt, die bei in das Uberschubteil eingeschobenen Einschubteil miteinander zusammenwirken, wobei die Anschlagnasen tine Reiativdrshung der beiden Kupplungsnasen entsprechenden Bruchteil einer Umdrehung begrenzen und ein Kuppeln der beiden Kupplungsteile nur bei deren Relativdrehung in der einen Richtung und ein Entkuppeln der Kupplungsteile nur bei einer Relativdrehung in der anderen Richtung ermöglichen, dadurch gekennzeichnet, daß auf jedem der beiden Kupplungsteile (14, 16) von den Kupplungsnasen (46,48,50; 38,40,42) getrennte Anschlagnasen (52, 54) ausgebildet sind, daß die Kupplungsnasen (46,48, 50; 38, 40, 42) und die Anschlagnasen (42, 44) Zylindersegmentform mit einem Steigungswinkel von 0° aufweisen, wobei die Anschlagnasen kürzer sind als die Kupplungsnasen und bei eingeschobenem Einschubteil (16) in Umfangsrichtung fluchtend zueinander angeordnet sind, und daß im Kupplungszustand sich in Umfangsrichtung erstreckende Flächen der Anschlagnasen (52, 54) auf dem einen der Kupplungsteile (14, 16) in Eingriff mit sich in Umfangsrichtung erstreckenden Flächen der Kupplungsnasen (38, 40, 42; 46, 48, 50) auf dem anderen der Kupplungsteile (16,14) stehen.

2. Rohrkupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlagnasen (44, 52) mit komplementär zueinander ausgebildeten Anschlagflachen (56, 54) versehen sind, die gegenüber der Radialrichtung geneig: sind.