DE2600986C2 - Die Endstücke zweier Rohrleitungen verbindendes Kugelgelenk - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Kugelgelenk zur Verbindung von Rohrleitungsabschnittcn mil einer sphärisch gestalteten, inneren Buchse und mil einer diese umgebenden alliieren Buchse, gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Kugelgelenke dieser Art werden in den Rohrstrang eingeschaltet, der von einer schwimmenden Bohrplattform abwärts zum Meeresgrund führt, wo sich der Bohrkopf befindet Das Kugelgelenk ermöglicht es dann der schwimmenden Plattform, von der Lage genau über dem Bohrkopf abzudriften. Die Rohrleitung bildet also eine aufwärts gerichtete Verlängerung der von dem Bohrkopf ausgehenden Tiefbohrung und nimmt das Bohrgestänge auf, das von der schwimmenden Plattform abwärts bis in die Tiefbohrung reicht Während des Bohrvorganges wird das Bohrloch durch eine Flüssigkeit ausgespült, die durch den hohlen Bohrstrang hindurch abwärts gefördert wird und dann durch den Zwischenraum zwischen dem Bohrstrang und der diesen umgebende, mit dem Gelenk versehenen Rohrleitung aufwärts fließt Auf der Außenseite des mit dem Gelenk versehenen Bohrstranges verlaufen zusätzliche Leitungen, z. B. die Choke-Leitung und die Kill-Leitung, die mit ihren unteren Enden am Bohrkopf angeschlossen sind. Damit diese Leitungen nicht verdreht werden, muß das Gelenk eine relative axiale Drehung der gelenkig verbundenen Rohrabschnitte verhindern.

Aus der US-PS 12 22 682 isi bereits ein Kugelgelenk

bekannt, welches den daran befestigten Rohrleitungen eine relative Schwenkbewegung ermöglicht Dabei sind die kardanischen Verbindungsglieder an den Buchsen des Kugelgelenks befestigt

Da bei Betrieb eine großer Verschleiß der Dichtung und der Buchsen eintritt, ist ein Austausch der Dichtung und der Buchsen erforderlich.

Zu dem Kugelgelenk US-PS 12 22 682 ist besonders darauf hinzuweisen, daß die Anordnung der kardanischen Verbindungsglieder an den Buchsen des Kugelgelenks dazu führt, daß die Dichtung Zug- und Druckspannungen ausgesetzt ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Kugelgelenk mit schnell und mühelos austauschbaren Buchsen zu schaffen, wobei die Dichtung zwischen den austauschbaren Buchsen von Zug- und Druckspannungen weitgehend freigesetzt werden sollen. Im Falle eines dennoch notwendigen Austiiuschs der Dichtung soll somit die Demontage der Verbindungselemente und der Buchsen leicht und schnell durchführbar sein.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im

Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmale gelöst. Die kardanischen Verbindungsglieder sind also nicht an den Buchsen befestigt, sondern an Rohrleitungsendstücken, die sich an den Buchsen befinden.

Sollte nunmehr die Dichtung zwischen den austauschbaren Buchsen bei längerem Betrieb verschlissen werden, ist ein Austausch durch die leichte Demontage der beiden Buchsen schnell und ohne größeren Zeitaufwand durchführbar, und es ist aber auch der Verschleiß überhaupt herabgesetzt.

Innerhalb des vom Kardanring und den an ihm angreifenden Verbindungsgliedern umschlossenen Raum erstreckt sich eine an dem einen Endstück sitzende Buchse in eine am anderen Endstück sitzende Buchse hinein. Diese beiden Buchsen bilden den durch das Kugelgelenk hindurch verlaufenden Strömungsweg. Jede w) Buchse ist mit ihrem einen Ende an ihrem Endstück lösbar befestigt und abgedichtet. Mit ihrem anderen En· de ragl die eine Buchse in das Ende der anderen Buchse hinein und ist ihr gegenüber abgedichtet. Dabei hat die innere Buchse ;in ihrem Ende eine Kugelfläche, deren h") Mille in der oben erwähnten Ebene liegt und mit den Kardiiniichvjn zusammenfällt Diese Kugelfläche ist in geringem Abstand von der Innenfläche der äußeren Buchse umgeben, so daß sich die beiden Endstücke mit

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ί den an ihnen sitzenden Buchsen schräg zueinander stel- ; len können. Zwischen den beiden Buchsen befindet sich 's ein Dichtungsring, der die eine Fläche gegenüber der h anderen abdichtet Gleichgültig, ob der Leitungsstrang ,; unter Druck oder Zug steht, so wird doch die durch das "., Gewicht bedingte Kraft von dem einen Leitungsend- ;, stück auf das andere durch den Kardanring, durch die ~; mit ihm verbundenen Verbindungsglieder und durch die verbindenden Gelenkzapfen übertragen, wobei die übertragene Kraft von den gegeneinander abgedichte- ij ten Flächen der Buchsen ferngehalten wird.
;: Vorzugsweise sind die beiden Buchsen aneinander • längs eines Durchmessers abgedichtet, der ebenso groß ist wie der Durchmesser, an dem jede Buchse an ihrem Endstück abgedichtet ist. Dadurch ist ein Kräfteausgleich erzielt, so daß ein etwaiger Druckunterschied _: zwischen dem Bohrschlamm im Inneren des Kugelgelenks und dem Wasserdruck auf der Außenseite des Kugelgelenk^ keine axialen Kräfte auf die Buchsen ausüben kann. Aus diesem Grunde werden auf die An- ; Schlüsse der Buchsen an ihren Endstücken nur geringe r Kräfte ausgeübt Diese Anschlüsse können daher verhältnismäßig schwach und billig ausgeführt sein, 'nsbesondere kann die Innenfläche der äußeren Buchse, welche die kugelige Außenfläche der inneren Buchse umgibt, ungefähr zylindrisch gestaltet sein. In diesem Falle wird der Dichtungsring an dieser Innenfläche getragen und legt sich an die kugelige Außenfläche der inneren Buchse an. Der Dichtungsring befindet sich daher in der . bereits erwähnten Ebene. Wenn die Buchsen verschlissen sind, dann können sie leicht ausgewechselt werden. Auch können sie mit einer verhältnismäßig großen Toleranz hinsichtlich ihrer Länge hergestellt werden. Die Schräglage der beiden Endstücke zueinander kann daher ein Höchstmaß erreichen.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt. In dieser zeigt

F i g. 1 eine teilweise im Längsschnitt ausgeführte Seitenansicht der beiden Endstücke zweier Rohre und des sie verbindenden Kugelgelenks, betrachtet in der Richtung der Pfeile 1 der F i g. 3,

Fig.2 eine andere teilweise im Längsschnitt ausgeführte Seitenansicht der Endstücke und des sie verbindenden Kugelgelenks, betrachtet in Richtung der Pfeile 2derFig.3,

Fig.3 den Querschnitt durch das Gelenk längs der Ebene 3-3 der l~ i g. 1 und

F i g. 4 den Bereich 4 der F i g. 2 für sich allein in größerem Maßstab herausgezeichnet.

Das Kugelgelenk 10 dient dem Zweck, ein mit dem Endstück 11 versehenes Roht und ein mit dem Endstück 12 versehenes Rohr miteinander allseitig schwenkbar zu kuppeln. Die l/eiden Rohre gehören zu einem Rohrstrang, der eine schimmende Bohrplattform in dem am Meeresgrund befindlichen Bohrkopf verbindet, den Bohrstrang umgibt und im Zwischenraum den Bohrschlamm aufwärts leitet.

Die beiden Endstücke 11 und 12 sind in den F i g. 1 und 2 in der Lage dargestellt, in der ihre Durchgangskanäle 13 und 14 axial zueinander ausgerichtet sind. Das nachstehend erläuterte Kugelgelenk ermöglicht es den beiden Endstücken 11 und 12 indessen, sich derart schräg zueinanderzustellen, daß die Achsen ihrer Strömungskanäle 13 und 14 einen Winkel miteinander bilden und sich schneiden. Bei jeder gegenseitigen Stellung der Endstücke 12 und 13 biid°t das Kugelgelenk jedoch eine verhältnismäßig glatte Fortsetzung des Strömungsweges, in das es eingeschaltet ist

Die beiden Endslücke 11 und 12 sind nun durch einen Kardanring 15 und Verbindungsglieder 16 und 18 derart miteinander gekuppelt, daß sie sich um ihre Achsen nicht zueinander verdrehen können, aber sich schräg zueinander einzustellen vermögen. Die beiden Verbindungsglieder 16 sind an dem oberen Endstück 11 befestigt und durch gleichachsige Gelenkzapfen 17 an gegenüberliegenden Stellen des Kardanringes 15 mit diesem verbunden. Das andere Endstück 12 ist mit den

ίο beiden Verbindungsgliedern 18 ausgerüstet, die mit dem Kardanring 15 an gegenüberliegenden Stellen durch gleichachsige Gelenkzapfen 19 verbunden sind. Dabei verläuft die Achse der Gelenkzapfen 17 rechtwinklig zur Achse der Gelenkzapfen 19, und beide Achsen Hegen in einer Ebene, die lotrecht zur gemeinsamen Achse der beiden Endstücke Il und 12 verläuft, wenn diese zueinander ausgerichtet sind.

Wie die Verbindungsglieder an den Endstücken befestigt sind, ersieht man aus den F i g. 1 und 2: Die Endstücke haben Köpfe größeren Durchmessers mit je einer äußeren Ringnut 20 bzw. 21. In diese Ringnuten sind Innenflanschen 22 bzw. 23 der Verbinoü^gsgüeder 16 und 18 eingepaßt und bei 24 bzw. 25 angeschraubt Bei der in den F i g. 1 und 2 dargestellten Lage der Enstücke ragen also die Verbindungsglieder 16 vom Endstück ί 1 abwärts und die Verbindungsglieder 18 vom Endstück 12 aufwärts und sind an ihren freien Enden mit je einer Bohrung versehen, in welche die äußeren Enden der Gelenkzapfen 17 und 19 eingepaßt sind, während die

inneren Enden dieser Gelenkzapfen mit Preßsitz in den Bohrungen des Kardanringes 15 sitzen. Diese Gelenkzapfen 17 und 19 sind im Längsschnitt T-förmig profiliert, und ihre äußeren Köpfe sind in den Bohrungen der Verbindungsglieder mit einer die Reibung und den Ver-

schleiß mindernden Kunststoffschicht 26 belegt, vgl. F i g. 4.

Diese Kardanverbindung bildet also ein Universalgelenk, das von dem einen Endstück auf das andere starke, in Längsrichtung wirkende Kräfte übertragen kann. Um

nun die Strömungskanäle 13 und 14 der beiden Endstükke miteinander zu verbinden, bind zwei ineinander greifende Fuchsen 27 und 28 vorgesehen, deren eine vom Endstück 11 abwärts und deren andere vom Endstück 12 aufwärts ragt. Diese beiden Buchsen sind innerhalb des Raumes angeordnet, der von dem Kardanring 15 und den vier Verbindungsgliedern 16 und 18 umgeben ist. Die Buchse 27 greift also mit ihrem unteren Ende in das obere Ende der Buchse 28 ein. Jede der beiden Buchsen ist an ihrem Endstück flüssigkeitsdicht befe-

stigt Außerdem ist der Zwischenraum zwischen den beiden Buchsen durch einen Dichtungsring 34 verschlossen.

Die Anschlüsse der beiden Buchsen an ihren Endstükken stimmen miteinander überein. Zu diesem Zweck ist der Strömungskanal 13 bzw. 14 am inneren Ende bei IM bzw. 12/\ erweitert, und diese Erweiterung nimmt das äußere Ende der Buchse 27 bzw. 28 auf, so daß die Innenfläche der Buchse mit der Innenfläche des Strömungskanals 13 bzw. 14 bündig liegt und daher der Strömungsweg durch die buchse glatt verlängert wird. Zwischen der zylindrischen Innenfläche der Erweiterung des Strömungskanals 13 bzw. 14 und der Umfangsfläche der Buchse 27 bzw. 28 ist ein Dichtungsring 29 bzw. 31 eingefügt Ferner ist jede der beiden Buchsen an ihrem Endstück gegen axiale Verschiebung durch einen Sprengring 30 bzw. 32 gesichert. Die diesen Sprengring aufnehmende Nut befindet sich in der zylindrischen Innenwandung der Erweiterung des Strömungskanals und

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greift hinter einen Flansch der Buchse 27 bzw. 28. Ferner ist jede der beiden Buchsen an seinem Endstück gegen Drehung durch einen Stift 3OA bzw. 32/4 gesichert, der achsparallel aus dem Flansch der Buchse hervorragt und in eine Bohrung des Endstücks eingreift.

Die Buchse 28 ist nach oben trichterförmig erweitert, um über die kugelförmige Außenfläche 33/4 am unteren Ende der Buchse 27 greifen zu können. Die Innendurchmesser der beiden Buchsen 27 und 28 sind ebenso groß wie die Innendurchmesser der Strömungskanäle 13 und M bemessen, so daß diese durch die Buchsen glatt verlängert werden. Der Mittelpunkt der äußeren Kugelfläche 33/4 fällt mit der Mitte des Kardanringes 15 und mit dem Schnittpunkt der Gelenk-Zapfenpaare 17 und 19 zusammen. Die Buchse 28 hat an ihrem oberen Ende eine zylindrische Fläche 33. welche die äußere Kugelfläche 33/4 in geringem Abstande umgibt. Bei einer Schrägstellung der Endstücke 11 und 12 können sich daher die beiden Buchsen 27 und 28 ebenfalls schräg stellen, ohne daß sich dabei der Abstand der Flächen 334 und 33 ändert.

Der diese beiden Flächen gegeneinander abdichtende Dichtungsring 34, F i g. 4. sitzt in einer Nut 35 der zylindrischen Fläche 33 im wesentlichen in der die Achsen der Gelenkzapfen 17 und 19 aufnehmenden Ebene. Da- 2^r> her liegt der Dichtungsring 34 bei jeder Schräglage der Rohrendstücke 11 und 12 abdichtend an der Kugelfläche 33/4 an. Die beiden Endstücke können sich also zueinander um ein Höchstmaß schrägstellen, und dabei wird die abdichtende Anlage des Dichtungsringes 34 an jo der zylindrischen Fläche 33 aufrechterhalten, auch wenn für die Fertigung der Verbindungen zwischen den beiden Buchsen 27,28 und den Endstücken 11 und 12 weite Toleranzgrenzen zugelassen werden. Dabei kann das trichterförmig erweiterte obere Ende der Buchse 28 in den Kardanring 15 mit Gleitsitz eingepaßt sein, während der Kardanring seinerseits mit geringem Spielraum zwischen den Verbindungsgliedern 17 und 19 gehalten wird. Das gesamte Kugelgelenk 10 hat dabei nur einen verhältnismäßig kleinen Querschnitt. Die trichterförmige Erweiterung der unteren Buchse 28 äst innen bei 36. F i g. 4, kugelförmig gestaltet, und diese Kugelfläche verläuft konzentrisch zur Kugelfläche 33/4 der Buchse 27 in geringem Abstand von dieser.

Da der Dichtungsring 34 an der Fläche 33 mit demselben Durchmesser abdichtet, mit dem der Dichtungsring 19 bzw. 31 die Buchse an der zylindrischen Erweiterung des Strömungskanals 13 bzw. 14 abdichtet, sind die in Achsenrichtung auf die beiden Buchsen wirkenden Flüssigkeitskräfte im Gleichgewicht. Gleichgültig, wie groß daher der Unterschied der Drücke sein mag. unter dem einerseits der Bohrschlamm und andererseits das umgebende Wasser steht, werden doch die beiden Sprengringe 30 und 32 kaum belastet und können daher sehr schwach ausgeführt sein, jede der beiden Buchsen 27 « und 28 läßt sich nach Ausbau der Endstücke 11 und 12 schnell und leicht auswechseln, falls sie an ihren Innenflächen übermäßig verschlissen sein sollten.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen ho

Claims (6)

26 OO 986 Patentansprüche:

1. Kugelgelenk zur Verbindung von Rohrleitungsabschnitten mit einer sphärisch gestalteten, inneren Buchse und mit einer diese umgebenden äußeren Buchse, welche aus der Stellung mit fluchtenden Achsen relativ zueinander schwenkbar sind, wobei die äußere Buchse eine die innere Buchse umfassende Dichtung trägt und an dem Kugelgelenk ein kardanischer Ring vorgesehen ist, der eine erste Schwenkachse und einem der Rohrleitungsabschnitte zugeordnete erste Verbindungsglieder sowie eine zweite, dazu quer gerichtete Schwenkachse und dem anderen Rohrabschnitt zugeordnete Verbindungsglieder aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die innere Buchse (27) und die äußere Buchse (28) austauschbar mit Rohrleitungsendstücken (11, 12) verbunden sind, an denen jeweils die einen bzw. die anderen Verbindungsglieder (16 oder 18) befestigt sind.

2. Kugelgelenk nach Anspruch i. dadurch gekennzeichnet, daß der Dichtungsring (29, 3t) zwischen jeder Buchse (27,28) und dem mit ihm verbundenen Rohrendstück (11, 12) an einem Kreis desselben Durchmessers abdichtet, den die äußere Kugelfläche (33A) hat, an welcher der zwischen den beiden Buchsen (27,28) gelegene Dichtungsring (34) anliegt.

3. Kugelgelenk nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Kugelfläche (33A) mit geringem Abstande umgebende Fläche (33) eine zylindrisch;· Fläche ist, die den Dichtungsring (34) in einer Ebene trägt, die durch den Schnittpunkt der Achsen der Rohrendstücke (11, 12) verläuft, wenn diese zueinander verschwenk· sind, und lotrecht zu diesen Achsen verläuft, wenn die Rohrendstücke (11, 12) die gleichachsige Stellung zueinander einnehmen.

4. Kugelgelenk nach Anspruch 3. dadurch gekennzeichnet, daß die Innenfläche (36) der äußeren Buchse (28), welche die Kugelfläche (33A) der inneren Buchse (27) mit geringem Abstande umgibt, ebenfalls kugelig gestaltet ist.

5. Kugelgelenk nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß es Teile enthält, die eine gegenseitige Drehung der Rohrendstücke (II, 12) verhindern.

6. Kugelgelenk nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß es einen die beiden Buchsen (27, 28) umgebenden Kardanring (15) enthält, der um eine erste Achse schwenkbar mit zwei Verbindungsglieder (16) des einen Rohrendstückes (11) und um eine zweite Achse schwenkbar mit zwei Verbindungsglieder (18) des zweiten Rohrendstückes (12) verbunden ist, wobei diese beiden Achsen rechtwinklig zueinander verlaufen und in einer Ebene liegen, welche die Achsen der Endstücke, wenn diese zueinander ausgerichtet sind, rechtwinklig schneidet.