DE2550517A1

DE2550517A1 - Verbindungsvorrichtungen fuer rohrleitungen

Info

Publication number: DE2550517A1
Application number: DE19752550517
Authority: DE
Inventors: Keith Shotbolt
Original assignee: COMEX
Current assignee: COMEX
Priority date: 1974-11-14
Filing date: 1975-11-11
Publication date: 1976-05-20
Also published as: JPS5172718A; SU843776A3; FR2291437B1; CH598531A5; NO150174C; CA1021823A; NO150174B; IT1054383B; NL7513067A; JPS5912917B2; NO753795L; FR2291437A1

Description

DiPi.-Ik-G. Wu FRiD RAECK

PATENTANWALT
7 STUTTGART 1, MOSERSTRASSE 8 · TELEFON (0711) 244003

- C 96 -

COMPAGNIE MARITIME D'EXPERTISES, S.A., Traverse de la Jarre, MARSEILLE 9° / Prankreich

Verbindungsvorrichtungen für Rohrleitungen

Die Erfindung bezieht sich auf Rohrleitungsverbinder, insbesondere auf Verbindungsvorrichtungen für Rohrleitungen, die bei der Ausbeutung unterseeischer Erdölbohrungen benutzt werden.

Es sind zahlreiche Verbindungsvorrichtungen bekannt, mit denen man Rohrleitungen abgedichtet aneinander anschließen kann. Wenn allerdings diese Rohrleitungen in stärkerem Maße eingedrückt oder eingeschnürt werden oder Binschnürungsänderungen unterworfen sind, wie dies bei am Meeresboden verlegten und zur Förderung von Erdölprodukten verwendeten Rohren der Fall ist, können

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die Abdichteigenschaften der Dichtungen unter bestimmten Umständen unzureichend und Lecks auftreten. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Verbindungsvorrichtung anzugeben» bei der die geschilderten Nachteile beseitigt sind«

Gegenstand der Erfindung ist somit eine Verbindungsvorrichtung für Rohrleitungen, die erheblichen Druckbeanspruchungen von außen her und somit Einschnürungen ausgesetzt sind, wobei die Vorrichtung sich dadurch auszeichnet, daß die Andrückkraft der Dichtungen auf die Rohrleitung und auf die Anschlußeinrichtung mit Hilfe eines Druckkörpers ausgeübt wird, der mittels einer Schnecke und mindestens mittels eines um seine Achse drehbaren Ringes betätigbar ist.

Ein derartiger Aufbau bietet eine Summe von Vorzügen, die man bei den bisher bekannten Verbindungssystemen nicht. Vor allem handelt es sich dabei um die Möglichkeit, die Dichtungen bzw, die Dichtringe zu jedem beliebigem Zeitpunkt und bei jedem beliebigem Durchmesser von miteinander zu verbindenden Rohren anziehen bzw· nachspannen zu können» Es sind zwar schon Verbindungsvorrichtungen bekannt, bei denen die Lockerung der Dichtungen mit Hilfe eines unter Druck stehenden Strömungsmittels vermieden wird, das einerseits als hydraulisches Steuermittel dient, um Kolben gegen die festzuziehenden bzw, zu spannenden Dichtungen zu drücken und andererseits als Mittel zur Verriegelung der Kolben dient, um die Pressung der Dichtungen aufrechtzuerhalten. Bei dem hierfür bekannten Strömungsmittel handelt es sieh um eine selbsthärtende Mischung. Falls bei dieser bekannten Vorrichtung während des Betriebs der Rohrleitung Undichtigkeiten auftreten

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sollten, so ist es unmöglich, die Dichtungen zu spannen, da die inzwischen ausgehärtete Mischung keinen Zugang von Druckflüssigkeit zu den Kolben mehr zuläßt. Man ist deshä.b gezwungen, den Rohrverbinder auszubauen und zu ersetzen oder eine andere Abdichtungseinrichtung einzubauen, wobei es sich um schwierige und kostspielige Arbeiten handelt»

Wenn man andererseits Verbindungsvorrichtungen verwendet, bei denen das Anpressen der Dichtungen allein mit Hilfe der Druckkraft erfolgt, die ein nicht härtbares hydraulisches Strömungsmedium auf die Kolben ausübt, kann man die Dichtungen bzw. Dichtringe durch Nachfüllen oder abermaliges Einfüllen von Hydraulikflüssigkeit nachspannen; bei einer solchen Konstruktion entfallen jedoch die Vorteile der Kolbenverriegelung, die durch Aushärtung der Druckflüssigkeit über den sich bildenden Pestkörper gegeben ist.

Zur Verbindung gewöhnlicher Rohre, im allgemeinen mit einem Durchmesser wesentlich unterhalb von 10 cm, sind zahlreiche Verbindungsvorrichtungen tecannt, die mit Spannmuttern oder Spannschrauben arbeiten, um eine Dichtung mit Hilfe eines Klemmrings gegen die zu verbindenden Bauteile zu drücken, wobei eine mit Rillen oder einer Rändelung versehene konische Hülse sicherstellt, daß das Rohr mit Hilfe der Schraubklemmung festgehalten wird. Für den Fall von Leckverlusten könnte man daran denken, die Schrauben bzw. Muttern nachzuziehen; jedoch scheitert die Anwendung solcher Anschlüsse in der Praxis daran, daß die zu verbindenden Rohrleitungen bei der Förderung von Erdgas- oder Erdölprodukten einen wesentlich größeren Durchmesser als die für das genannte Anschlußsystem bekannten Rohrleitungen haben und auch beträchtlichen

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in Längsrichtung wirkenden Beanspruchungen unterworfen sind, die in der einen oder in der entgegengesetzten Richtung und insbesondere dann wirksam werden können, wenn man über die Enden der Rohrleitungen nicht mehr frei verfügen kann, um die beispielsweise als Anschlag für die Verbindungsvorrichtungen oder dergleichen verwenden zu können. Dies bedeutet, daß keine mit Schrauben oder Schraubmuttern arbeitende Verbindungsvorrichtungen ~ekannt sind, mit denen man die aneinander anzuschließenden Rohre in entgegengesetzten Richtungen festhalten kann und wenn man dennoch diese Verbindungstechnik und Technik der Anpressung von Dichtungen verwenden will, müßte man wenigstens vier Schraubverbindungen anwenden. Dabei würden für jedes Rohr zwei Klemmschrauben infrage kommen, von denen die eine das Rohr in der einen Richtung und die andere das Rohr in der anderen Richtung festlegt, so daß für jede Rohrverbindung bei unterseeischen Rohrleitungen mit einem größeren Durchmesser als derjenige üblicher Rohrleitungen einerseits beträchtliche Kräfte notwendig sind, um die ungewöhnlich große Abmessungen besitzenden Schrauben festzuziehen, während andererseits Betätigungseinrichtungen notwendig sind, die entweder verhältnismäßig kompliziert und aufwendig oder auch schlecht anzupassen sind an die zu Übertragenden Kräfte von mehreren Zehnereinheiten von Tonnen.

Demgegenüber gewährleistet die Verbindungsvorrichtung nach der Erfindung eine Verringerung der Betätigungsund Arbeitsmittel um die Hälfte und auf einfache Art und Weise eine Verteilung der angreifenden Kräfte durch die Übertragung der Kraft auf mehrere Zähne eines mit

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der Schnecke in Eingriff stehenden Zahnrades, wobei diese Getriebeeinheit gleichzeitig eine Untersetzung bildet, die sich leicht, gegebenenfalls von Hand oder auch durch einen beliebigen Antrieb betätigen läßt. Aufgrund dieser Maßnahmen ist das Nachspannen der Dichtungen ohne Benutzung komplizierter Hilfsmittel und ohne Zeitverlust möglich.

In weiterer Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Verbindungsvorrichtung vorbeschriebener Art soll erreicht werden, daß man die Dichtungen zu jedem Zeitpunkt auch dann nachspannen kann, wenn die Rohrleitungen bereits über eine längere Zeitdauer versenkt worden sindj die Verbindungsvorrichtung ist zu diesem Zweck dadurch gekennzeichnet, daß die Schnecke und das von ihr angetriebene Zahnrad in einem wasserdichten Gehäuse untergebracht sind, das durch die Dichtungen begrenzt bzw. abgeschlossen ist, und daß der nach dem Anziehen oder Spannen der Dichtungen gebildete wasserdichte Raum mit einer Antikorrosionsflüssigkeit gefüllt ist.

Durch diese Maßnahmen wird eine Verbindungsvorrichtung geschaffen, die in der Lage ist, unter großen Zug- oder Druckbeanspruchungen stehende, unter Wasser verlegte Rohrleitungen geklemmt bzw. abgedichtet miteinander verbunden zu halten. Dabei kann sich die Verbindungsvorrichtung während längerer Perioden im Wasser befinden und es bleibt dennoch sichergestellt, daß die Dichtringe oder Dichtungen zu jedem Zeitpunkt ohne komplizierte zusätzliche Einrichtungen und ohne Zeitverlust nachgespannt werden können.

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Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen. Es zeigen

Fig. 1 einen axialen Längsschnitt durch eine Rohr-Verbindungsvorrichtung vor dem Spannen der Dichtungen,

Fig. 2 einen axialen Längsschnitt der Vorrichtung nach Fig. 1 nach dem Spannen der Dichtungen,

Fig. 3 einen Querschnitt nach der Linie III-III in Fig.

Fig. 4 eine schematische Darstellung einer Verbindungsvorrichtung nach dem Anschluß von zwei Leitungselementen,

Fig. 5 eine schematische Darstellung einer Verbindungsvorrichtung zur Aufnahme eines einzigen Rohrleitungselementes,

Fig. 6 eine schematische Darstellung einer abgeänderten Ausführungsform der Rohrverbindung nach Fig. 5 und

Fig. 7 eine zweite Variante der Verbindungsvorrichtung nach Fig. 5»

Die Verbindungsvorrichtung 1 nach Fig. 1 ist mit einer Antriebseinrichtung ausgestattet, die aus einer Schnecke und einem mit dieser in Eingriff stehenden Zahnrad 4 besteht Die Schnecke 2 ist über ihre Achse 5 mittels Wälzlagern in einem Gehäuse 7 abgestützt, das auf die zylindrische Hülse 10 der Vorrichtung 1 aufgeschweißt ist. Führungsstücke 11 und 12, jeweils mit einem Innenkonus 13 sind so bemessen, daß zwischen das Konusprofil und die Außenseite der anzuschließenden Rohrleitung 3 Klemmstücke 14 und 15, Dichtungsringe 16 und 17 und Druckstücke 18 und eingeführt werden können. Die Druckstücke 18 und 19 werden

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über Gewindeginge 20 und 21 mit entgegengesetzter Steigung auf einer Gewindehülse 22 bewegt, die von dem Zahnrad 4 aus mit Hilfe von Keilfedern oder beispielsweise Längsrippen 8 angetrieben ist, die in entsprechende Vertiefungen oder Längsnuten im Gegenstück eingreifen. Die Gewindehülse 22 und das Antriebszahnrad 4 sind mit Hilfe von Stützlagern 9 gehaltert, die gleichzeitig als Axialanschläge für das Zahnrad 4 dienen. Die Achsen der Lager 9 fallen mit der Achse des zylindrischen Gehäuses IO zusammen. Die den Gewindegängen 20 und 21 entgegengesetzten Enden der Druckstücke 17 und 18 sind seitlich durch geeignete Einrichtungen, beispielsweise GIeitführungen 23 und 24 geführt, um ihre Längsbewegung ohne Rotation zu ermöglichen.

Man braucht daher nur das anzuschließende Rohr 3 in die Verbindungsvorrichtung 1 einzuführen und dann die Welle der Schnecke 2 an ihrem Anschlußende 25 (Fig. 3) zu drehen bzw. anzutreiben, um die Drehbewegung des Zahnkranzes 4 herbeizuführen, wobei aufgrund der Getriebeuntersetzung der gewünschte geringe Kraftbedarf gewährleistet ist. Die Drehbewegung des Zahnrades 4 führt zu einer Rotation der Gewindehülse 22 und demzufolge zu einer Axialbewegung in entgegengesetzte Richtungen der Druckstücke 18 und 19, die in die Gewindegänge 20 und eingreifen. Dabei werden über die Druckstücke die Dichtringe 16 und 17 und auch die Klemmstücke 14 und 15 axial belastet, deren in entgegengesetzte Richtungen vorspringende Zahnung eine Axialverschiebung der Rohrleitung 3 verhindert, wobei das Rohrleitungsende kein Schraubgewinde aufweist und auch kein solches Gewinde aufweisen muß.

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Um sicherzustellen, daß in das Innere der Verbindungsvorrichtung kein Wasser eintritt, wird der Innenraum mit öl oder einer beliebigen anderen antikorrosiven Flüssigkeit über die Öffnungen 31, 32 gefüllt, die normalerweise mittels eines Ventils oder eines beliebigen anderen Stopfens verschlossen sind. Auf die gleiche Weise wird normalerweise der Zugang zu dem Antriebsende 25 der Welle 5 mittels einer Dichtungskappe 27 abgeschlossen, wobei Dichtungen 28 die Welle 5 währned des Spannbetriebs weiterhin abdichten. Die Dichtigkeit der Verbindungsvorrichtung prüft man durch Einführung einer unter Druck stehenden Flüssigkeit in eine der Öffnungen 31, 32.

Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 ist das zylindrische Gehäuse 10 der Verbindungsvorrichtung 1 nach Fig. 1 bis nach beiden Seiten von der Linie 26 aus verlängert, die als Symmetrieachse der Vorrichtung angesehen werden kann. Wie bei der Verbindungsvorrichtung 1 ist eine zweite Schnecke 29 zum Antrieb der Spannvorrichtung für den Anschluß einer Rohrleitung 30 vorgesehen, die man in die Verbindungsvorrichtung von der bezüglich der Rohrleitung 3 entgegengesetzten Richtung her einschiebt. Falls aus irgend welchen Gründen Leckverluste auftreten sollten, sei es an der Seite der Rohrleitung 3 oder im Bereich der Rohrleitung 30, so brauchen nur noch die Abdeckkappen von den Betätigungsenden der Wellen 2 und beseitigt und diese Wellen angetrieben zu werden, um dadurch das Nachspannen der Dichtungen 16, 17 usw. herbeizuführen.

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Selbstverständlich lassen sich an der beschriebenen und gezeigten Ausfuhrungsform der Erfindung zahlreiche Änderungen und Anpassungen durchführen. Bei der Ausführungsform nach Fig. 1 bis 3 könnte die Verbindungsvorrichtung 1 beispielsweise mit einem Plansch 33 entsprechend Fig. 5 enden, der die gleiche Mittelachse wie das zylindrische Gehäuse 10 besitzt; die Verbindungsvorrichtung kann auch mit Hilfe eines Flansches abschließen, dessen Achse in einem Winkel zur Achse der Verbindungsvorrichtung verläuft. Die Verbindungsvorrichtung 1 kann außerdem mit einer in Fig. 6 angedeuteten Kugelgelenkanordnung 3^ versehen sein, mit welcher der Anschiß an eine andere Verbindungsvorrichtung oder eine andere Rohrleitung erleichtert wird, wobei der Anschlußteil 35 gegebenenfalls mit einem Anschlußflansch versehen sein kann oder auch eine Schnecke oder/und eine Spannvorrichtung zum Anschließen der anderen Rohrleitung aufweist.

Das AusführungsbeispJeLe nach Fig. 7 zeigt eine Verbindungsvorrichtung mit der Möglichkeit der Naehspannung der Dichtungen, wobei diese Vorrichtung mit einem flexiblen Anschluß 36 kombiniert ist. Obwohl hier wie bei den vorangehend beschriebenen Ausführungsbeispielen ebenfalls eine Schnecke 2 benutzt werden könnte, um die Druckstücke 16 und 17 in entgegengesetzte Richtungen axial zu verschieben, kann man andererseits, wenn das Ende 37 der Rohrleitung dort einbaufertig ist, eine Hülse 38 benutzen, die nur ein einziges Gewinde zur Axialverschiebung des Druckstückes 39 aufweist. Die Dichtung 40 befindet sich zwischen einer Schulter kl der Verbindungsvorrichtung 42 zusammengedrückt, wobei sich an deren konisch verjüngten Ende das abgeschrägte Ende 37 der Rohrleitung 3 sowie das nicht von der Hülse 38

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betätigte Druckstück 43 anlegen. Bei Betätigung der Schnecke 2 wird über das Druckstück 39 die Dichtung 44 zusammengedrückt und das Haltestück 35 gegen die Rohrleitung 3 gepreßt. Die Hülse 38 drückt darauf das Druöcstück 43 gegen die Dichtung 40, wobei es in Längsrichtung bezüglich des Zahnrades 4 gleitet und wobei der Antrieb der Hülse 38 demjenigen der Hülse 22 nach Fig. 3 entspricht. Die mit der Verbindungsvorrichtung 42 zusammenhängende flexible Verbindung 36 bildet keinen Teil der vorliegenden Erfindung und kann beliebig ausgeführt sein. Falls eine der miteinander zu verbindenden Rohrleitungen nur in einer Richtung wirkenden Beanspruchungen ausgesetzt ist oder solchen Beanspruchungen, die nur in einer bestimmten Richtung auftreten, so kann man diese Verbindungsvorrichtungen anwenden, wobei das Nachspannen der Dichtungen wie vorbeschrieben erfolgt.

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Claims

Dipl.-!ng. WiLFPiD FAEOK

PATENTANWALT 255051

7 STUTTGART 1, MOSERSTRASSE 8 ■ TELEFON (0711) 244003

compagnie maritime
d'expertises, s.a.,

Marseille / Prankreich - c 96 -

Patentansprüche

Verbindungsvorrichtung für Rohrleitungen, die starken Druckbeanspruchungen oder Einschnürungskräften unterworfen sind, wobei als Anschlußmittel der Vorrichtung wenigstens ein selbstklemmender Bauteil vorgesehen ist, der das Herausziehen mindestens eines Rohrleitungsendes aus der Vorrichtung verhindert, ferner ein Gehäuse sowie Dichtungen für die abgedichtete Verbindung der Rohrleitungen untereinander, dadurch gekennzeichnet, daß die Anpreßkraft der Dichtungen auf die zu verbindende bzw. anzuschließende Rohrleitung und auf die Anschlußmittel mit Hilfe einer in Lagern (5, 6) innerhalb des Gehäuses (7, 10) abgestützten Schnecke (2) und einer Hülse (22) ausgeübt wird, wobei die Achslage der Schnecke (2) während des Spannvorganges beibehalten wird und die Hülse (22) sich um ihre Drehachse bewegt, um dabei zwei Druckstücke (18, 19) in entgegengesetzten Richtungen gegen die Dichtungen (16, 17) zu bewegen, und daß mindestens eine der Dichtungen eine abgedichtete Trennung gewährleistet zwischen dem Außenmedium und der Spannbetätigungsvorrichtung für die Dichtungen.
2. Verbindungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckstücke zur Ausführung einer die Rotation ausschließenden, zur Achse der Verbindungs-

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vorrichtung parallelen Bewegung geführt sind.
3. Verbindungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schnecke (2) in einem mit der Vorrichtung fest verbundenen wasserdichten Gehäuse (7) gelagert ist und der Antrieb der Schnecke über das eine Ende (25) ihrer Welle (5) erfolgt, das über eine öffnung im Gehäuse zugänglich ist, wobei zwischen Welle und Gehäuse eine Dichtung (28) vorgesehen ist.
4. Verbindungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse (22) mindestens einen Gewindeabschnitt (20, 21) aufweist und durch Betätigung der Schnecke (2) drehbar angetrieben ist.
5» Verbindungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeidnet, daß die über die Schnecke (2) angetriebene Hülse (22) in Längsrichtung bezüglich der Schnecke bewegbar ist.
6. Verbindungsvorrichtung nach einem der Ansprüche Ibis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse (22) durch ein von der Schnecke in Drehbewegung versetztes Zahnrad (4) angetrieben ist, wobei die Antriebskupplung der Hülse durch Einrichtungen (8) erfolgt, die eine Längsbewegung der Hülse bezüglich des Zahnrades ermöglichen.
7. Verbindungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse (22) mittels der Schnecke (2) drehbar, jedoch ohne LängsverSchiebung angetrieben ist.

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8. Verbindungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 - 7 , dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse (22) an beiden Enden Gewindeabschnitte aufweist, die jeweils entgegengesetzte Steigungen besitzen.
9. Verbindungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1-8, dadurch gekennzeichnet, daß die Klemm- oder Spannstücke (14, 15) während des Spannvorganges oder während des Nachspannens der Dichtungen (l6, 17) über Druckstücke (18, 19) angetrieben sind.
10. Verbindungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß ein äußeres Gehäuse (42) vorgesehen ist, das einen Zugang zur Schneckenwelle (5) aufweist und an einem seiner Enden ein flexibles Rohr oder einen senkrecht oder geneigt zur Rohrachse verlaufenden Plansch oder ein Kugelgelenk angeschlossen besitzt.
11. Verbindungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das äußere Gehäuse (10) Zugang zu zwei Schnecken (2, 29) aufweist, die jeweils eine zylindrische Hülse antreiben, wobei jede Schnecke zur Befestigung und Abdichtung eines Rohrleitungsendes (3, 30) dient.
12. Verbindungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse (22) an ihrem einen Ende einen einzigen Gewindeabschnitt aufweist, und daß die Axialbewegung des Druckstückes (39) an der nicht mit Gewinde versehenen Seite durch die Längsverschiebung der Hülse erfolgt (Pig. 7).

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13» Verbindungsvorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die auf der kein Gewinde aufweisenden Seite der Hülse (22) befindliche Dichtung (40) an einer Innenschulter der Vorrichtung anliegt, wobei die Schulter in einen konischen Abschnitt (41) übergeht, der als Anschlag für das anzuschließende Rohrende (37, 38) dient.
14. Verbindungsvorrichtung nach einem der Ansprüche bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der zwischen den beiden Dichtungen (40, 44) abgeschlossene Innenraum des Gehäuses (42) mit einer korrosionsverhindernden Flüssigkeit gefüllt ist.

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