DE2635083A1

DE2635083A1 - Dichtungsanordnung und stroemungssteuerung dafuer

Info

Publication number: DE2635083A1
Application number: DE19762635083
Authority: DE
Inventors: Erwin Elmer Hoffman
Original assignee: Lynes Inc
Current assignee: Lynes Inc
Priority date: 1975-08-04
Filing date: 1976-08-04
Publication date: 1977-02-17
Also published as: GB1497469A; FR2320479A1; NO141376B; NO141376C; CA1040095A; NO754334L; US4063427A

Description

Patentanwälte:

A. GRÜNECKER

DLPL-ING.

H. KINKELDEY

DR-ING.

W. STOCKMAIR

DR-ING." AfHC (CAl-TcCH

K. SCHUMANN

DR RER NAT ■ DIPL PHYS

P. H. JAKOB

DIPL-ING.

G. BEZOLD

DR RERNAT.-

P 10 713

L y η e s

Ine

Housten, Texas / USA

8 MÜNCHEN 22

MAXIMILIAN3TRASSS 43

Dichtungsanordnung und Strömungssteuerung dafür

Die Erfindung bezieht sich auf eine Dichtungsanordnung
und eine Strömungssteuerung dafür, und nimmt bezug auf
die US-Patentanmeldung Kr. 465 851/74 der Anmelderin
mit dem Titel "Structure and Method of Positioning for
Use in Water Covered Areas", sowie auf die DT-Patentanmeldung P (Anwaltsakte P 10 712)

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TELEFON (Ο8Θ) SSSS63

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TELEGRAMME MONAPAT TELEKOPIERSR

der Anmelderin mit dem Titel "Verfahren und Anordnung zum Ausfüllen von Hohlräumen in einer auf dem Meeresgrund errichteten Konstruktion".

Die Erfindung bezweckt die Schaffung einer an einem rohrförmigen Teil eines Stützbeins einer auf dem Boden einer Wasserfläche errichteten Konstruktion anbringbaren, im wesentlichen ringförmigen, eine Verstärkung aufweisenden und durch Einbringen eines Druckmittels ausdehnbaren Dichtungsanordnung, welche mit einem durch das rohrförmige Teil hindurch eingetriebenen Pfahl zusammenwirkt, um einen zwischen dem Pfahl und dem rohrförmigen Teil gebildeten Hohlraum abzudichten, sowie einer Absperreinrichtung zum Steuern des Einbringens des Druckmittels in die ausdehnbare Dichtungsanordnung, zum Zurückhalten des Druckmittels in der mit dessen Hilfe ausgedehnten Dichtungsanordnung, und zum Steuern des Einbringens einer !füllmasse in den ringförmigen Hohlraum nach dem Abdichten desselben.

Ferner bezweckt.die Erfindung die Schaffung einer Steuereinrichtung für ein an einem rohrförmigen Teil des Stützbeins einer auf dem Meeresboden errichteten Konstruktion angebrachtes, durch Zufuhr eines Druckmittels ausdehnbares Element, zum Steuern der Zufuhr des Druckmittels zu dem Element, so daß dieses bis in abdichtende Anlage an einem im rohrförmigen Teil angeordneten Pfahl ausgedehnt wird, und zum anschließenden Steuern der Zufuhr einer Füllmasse zum Ausfüllen eines zwischen dem rohrförmigen Teil und dem Pfahl vorhandenen Hohlraums.

Die Steuereinrichtung ist gemäß der Erfindung so eingerichtet und angeordnet, daß sie beim Ansteigen des Drucks des der Dichtungsanordnung zum Ausdehnen derselben zugeführten Druckmittels auf eine vorbestimmte Größe eine Strömungsverbindung zu dem ringförmigen Hohlraum herstellt, so daß eine Füllmasse in diesen

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einströmen kann. Im Anschluß daran hält die Steuereinrichtung außerdem das der Dichtungsanordnung zum Ausdehnen derselben zugeführte Druckmittel in dieser zurück.

Die Steuereinrichtung ist ferner so eingerichtet und angeordnet, daß sie sowohl während des Einbringens der Füllmasse als auch danach ein Zurückströmen der Füllmasse aus dem ringförmigen Hohlraum verhindert. Dies ermöglicht in gewissen Fällen die Ausübung einer Druckkraft auf die Füllmasse zum Verdichten derselben während des Aushärtens.

Die Erfindung schafft also ein durch Zufuhr eines Druckmittels ausdehnbares, verstärktes Dichtungselement, welches an einem rohrförmigen Teil anbringbar ist, um den Zwischenraum zwischen dem zu einem Stützbein einer auf dem Meeresgrund errichteten Konstruktion gehörigen rohrförmigen Teil und einem darin angeordneten Pfahl abzudichten. Eine Steuereinrichtung steuert die Zufuhr eines Druckmittels zum Dichtungselement zum Ausdehnen desselben bis in abdichtende Anlage an dem Pfahl, hält anschließend das Druckmittel in dem Dichtungselement zurück und steuert die Zufuhr einer Füllmasse zu dem Zwischenraum zwischen dem rohrförmigen Teil und dem Pfahl nach dem Abdichten desselben.

Im folgenden sind Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine aufgeschnittene Schrägansicht eines rohrförmigen Teils mit einer daran angebrachten Dichtung gemäß der Erfindung sowie einer die Zufuhr eines Druckmittels steuernden Einrichtung, und eines unter Bildung eines ringförmigen Hohlraums im rohrförmigen Teil angeordneten Pfahls,

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Pig. 2 eine vergrößerte Teil-Schnittansicht der Dichtungsanordnung und der am rohrförmigen Teil angebrachten Steuereinrichtung,

Fig. 3 eine Ansicht des verstärkten Dichtungselements mit zur Darstellung der Verstärkung teilweise entfernter Außenhaut und

Pig. 4- eine vergrößerte Schrägansicht des einen Endes eines Yerstärkungsbands.

In Fig. 1 erkennt man ein rohrförmiges Teil J mit einem darin angeordneten Pfahl P. Die beiden Teile gehören zu einer auf dem Boden einer Wasserfläche errrichteten Konstruktion, etwa zu einem Bohrturm od. dergl..- Sie haben im wesentlichen kreisförmigen Querschnitt, wobei der Pfahl P einen kleineren Durchmesser hat als das rohrförmige Teil J, so daß dazwischen ein ringförmiger Hohlraum A gebildet ist. Nach dem Einführen des Pfahls in das rohrförmige Teil ist es zweckmäßig, dem ringförmigen Hohlraum irgendwie abzudichten und mit einer aushärtbaren Füllmasse auszufüllen.

Eine durch Zufuhr eines Druckmittels ausdehnbare Dichtungsanordnung S ist mit ihren beiden Enden an der Innenfläche 10 des rohrförmigen Teils J befestigt. Dieses trägt ferner eine Steuereinrichtung C, von welcher aus eine Leitung 11 zu einer Arbeitsplattform, einem Schiff od. dergl. führt. Die Leitung 11 ist über die Steuereinrichtung C wahlweise mit der Dichtungsanordnung S und dem ringförmigen Hohlraum A verbindbar.

In Fig. 2 sind Einzelheiten der Dichtungsanordnung und der Steuereinrichtung dargestellt. Zwei ringförmige Halterungen 13, 14- sind mit Schweißnähten 15» 16 in gegenseitigem Längsabstand an der Innenseite des rohrförmigen Teils J befestigt. Die Halterungen 13, 14- haben

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jeweils ein Teil 13a bzw. 14-a, welches mittels der Schweißnaht 15 bzw. 16 an der Innenseite 10 des rohrförmigen Teils J befestigt ist und mit einem in gewissem Radialabstand zur Innenseite 10 des Teils J verlaufenden, in Axiälrichtung verlängerten Teil 13b bzw. 14-b verbunden ist. In den dadurch zwischen der Innenseite des rohrförmigen Teils J und den Halterungen 13» 14- gebildeten, axialen Ringnuten 18 bzw. 19 findet eine Verstärkung 20 Aufnahme. Diese setzt sich zusammen aus zwei ringförmigen Gruppen 22, 23 von Verstärkungsbändern, welche mit jeweils einem Ende 25 bzw. 26 an der zugeordneten Halterung 13 bzw. 14 angeschweißt oder sonstwie befestigt sind. Vie man in ITig. 3 erkennt, erstrecken sich die in den Gruppen 22, 23 zusammengefaßten Verstärkung sbander 28 von den Halterungen 13» 14- aus in Längsrichtung, so daß sie sich mit ihren Längsrändern überlappen.

Die freien Enden 30, 32 der Verstärkungsbänder 28 haben einen abgeschrägten Eand 35» so daß zwischen den beiden Gruppen 22 und 23 eine entlang dem äußeren Umfang verlaufende Rille 4-0 mit etwa V-förmigem Querschnitt gebildte ist.

Ein in Pig. 4- vergrößert dargestelltes Verstärkungsband 28 hat eine Breite von ca. 38 mm. der abgeschrägte Rand 35 erstreckt sich in einem Winkel von ca. 45° über eine Breite von ca. 32 mm, und ein in entgegengesetzter Richtung abgeschrägter Rand 36 erstreckt sich in einem Winkel von ca. 4-5° über eine Breite von ca. 6 mm.

Die Teile 13b, 14-b der Halterungen 13 bzw. 14- können gewissermaßen als Schablone für die Herstellung der Dichtungsanordnung verwendet werden, indem die Verstärkungsbänder 28 nacheinander so angelegt werden, daß sie sich in Längs- und Umfangsrichtung überlappen, und darauf angeschweißte oder sonstwie befestigt werden.

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Anschließend wird ein Elastomerkörper E auf die Verstärkung aufvulkanisiert oder sonstwie geformt, um somit die in Fig. 2 dargestellte Dichtungsanordnung fertigzustellen. Der Elastomerkörper E hat ein inneres Teil 42 und ein der Innenseite 10 des rohrförmigen Teils J zugewandtes äußeres Teil 43.

Tor dem Aufstellen der das rohrförmige Teil J umfassenden Konstruktion auf dem Boden einer Wasserfläche werden die Dichtungsanordnung S und die Steuereinrichtung C am rohrförmigen Teil angebracht. Dieses hat einen zur Dichtungsanordnung S führenden Durchlaß 45 sowie einen zum ringförmigen Hohlraum A zwischen dem rohrförmigen Teil J und dem Pfahl P führenden Durchlaß 46.

Die Steuereinrichtung C hat ein beliebig geformtes, in der dargestellten Ausführung zylindrisches Gehäuse 50 mit einer Axialbohrung 51» welche an beiden Enden mit Schraubstopfen 52, 53 verschlossen ist. Die äußeren Teile 51a, 51b der Bohrung 51 sind erweitert und durch jeweils eine Stufe 51c bzw. 51cL gegenüber dem mittleren Teil abgesetzt. Die Stufen 5Ic₁ ^Λά bilden jeweils einen Sitz für ein Ventilgehäuse 56 bzw. 57·

In der Bohrung 51 cLes Gehäuses 50 münden ein erster, ein zweiter und ein dritter Durchlaß 55 bzw. 56 bzw. 57· Die Ventilgehäuse 56, 57 enthalten jeweils ein federbelastetes Rückschlagventil 56a, 56b und sind durch Dichtungen 60 in der jeweiligen erweiterten Bohrung 51a. bzw. 51b abgedichtet. Sie haben jeweils eine axiale Mittelbohrung 62, in welcher ein federbelastetes Absperrglied 61 verschieblich angeordnet ist. Eine Feder 64 stützt sich an einer in der Bohrung 62 gebildeten Stufe 63 ab und belastet den Kopf 65 des Absperrglieds 61 in Anlage an einem im jeweiligen Ventilgehäuse 56, 57 gebildeten Sitz 66, so daß das Rückschlagventil also normalerweise geschlossen ist.

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Die Rückschlagventile sperren somit die Strömungsverbindung zwischen dem ersten Durchlaß 55 des Gehäuses und dem zweiten bzw. dritten Durchlaß 56 bzw. 57·

Die in !Fig. 1 dargestellte Leitung 11 ist mit dem ersten Durchlaß 55 der Steuereinrichtung C verbunden. Die Ventilgehäuse 56, 57 haben eine solche Länge, daß sie zwischen der jeweiligen Stufe 51c bzw. 51d und dem zugeordneten Schraubstopfen 52 bzw. 53 eingespannt sind.

Der dritte Durchlaß 57 ist mittels eines von einem Scherstift 69 festgehaltenen Stopfens 68 verschlossen. Der Stopfen 68 sitzt unter Zwischenlage, einer Dichtung 71 in einer Haltemuffe 70, welche unter Zwischenlage einer weiteren Dichtung 72 in den Durchlaß 57 geschraubt ist.

Zum Abdichten des Hohlraums A zwischen dem rohrförmigen Teil J und dem Pfahl P wird dem ersten Durchlaß 55 des Gehäuses 50 über die Leitung 11 ein Druckmittel zugeführt. Übersteigt der Druck des Druckmittels die von der Feder 64 ausgeübte Belastung, so wird der Kopf 65 des Absperrglieds 61 von seinem Sitz 66 gehoben, so daß der erste und der zweite Durchlaß 55 bzw. 56 nun miteinander stromungsverbunden sind. Dadurch strömt des Druckmittel nun über den Durchlaß 45 des rohrförmigen Teil J in die Dichtungsanordnung S und dehnt diese radial einwärts aus, so daß sie in abdichtende Anlage an dem Pfahl P kommt.

Wie vorstehend erwähnt ist die Dichtungsanordnung S mit ihren beiden Enden an den ringförmigen Halterungen 13, 14 befestigt, die Verstärkungen 20 sind jedoch so angeordnet und ausgebildet, daß sich der Elastomerkörper E ausdehnen kann, ohne dabei zu bersten.

Erreicht das zum Ausdehnen der Dichtungsanordnung zugeführte Druckmittel einen vorbestimmten Druck von Bei—

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spielsweise 21 bis 35 kp/cm , so beaufschlagt der zum Ausdehnen der Dichtungsanordnung aufgewendete Druck auch den Stopfen 68, da die Stärke der Feder 64- des in der anderen erweiterten Bohrung 51a sitzenden Ventils 56a so bemessen ist, daß dieses die Strömungsverbindung zwischen dem ersten und dem dritten Durchlaß bzw. 57 nun freigibt. Übersteigt der Druck dann die Scherfestigkeit des Scherstifts 69, so wird dieser abgeschert und der Stopfen 68 in den Hohlraum A gestoßen, so daß dieser nun mit dem ersten Durchlaß 55 strömungsverbunden ist.

Als Druckmittel zum Ausdehnen der Dichtungsanordnung kann gegebenenfalls eine Füllmasse verwendet werden. Beim Ausstoßen des Stopfens 68 tritt dann in der Leitung 11 ein Druckabfall ein, wodurch sich das erste Rückschlagventil 5Sb schließt, um das Druckmittel bzw. die Füllmasse in der Dichtungsanordnung S zurück- und diese dadurch im ausgedehnten Zustand zu halten. Anschließend gelangt die Füllmasse dann über den dritten Durchlaß in den Hohlraum A, um diesen auszufüllen.

Wie in den eingangs angeführten Patentanmeldungen erläutert, kann es in gewissen Fällen zweckmäßig sein, die Füllmasse unter Druck in dem Hohlraum A aushärten zu lassen. Zu diesem Zweck kann die Füllmasse zugeführt werden, bis der gewünschte Druck erreicht ist, worauf der Druck dann verringert wird, so daß sich das Rückschlagventil 56a schließt, um die Füllmasse in dem Hohlraum A zurückzuhalten und einen Rückstrom derselben zum ersten Durchlaß 55 zu verhindern.

Die durch die abgeschrägten Enden der zu den beiden Gruppen 22 und 23 zusammengefaßten Verstärkungsbänder gebildete V-förmige Rille 40 im mittleren Teil der Dichtungsanordnung S.erleichtert das Ausdehnen derselben durch die Zufuhr eines Druckmittels und vermindert die

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Gefahr des Berstens der Dichtungsanordnung. Wie "man insbesondere in Fig. 3 erkennt, ist zwischen den Enden 30 und 32 der Verstärkungsbänder 28 ein gewisser Zwischenraum vorhanden.

Wie man ferner in Fig. 2 der Zeichnung erkennt, sind die beiden Rückschlagventile 56a, 56b miteinander fluchtend und in einander entgegengesetzten Eichtungen öffnend in der Bohrung 51 cLes Gehäuses 50 angeordnet. Dabei sind anstelle der vorstehend beschriebenen und dargestellten auch Rückschlagventile anderer Ausführung verwendbar.

Sämtliche aus der Beschreibung, den Ansprüchen und der Zeichnung hervorgehenden Merkmale und Vorteile der Erfindung, einschließlich konstruktiver Einzelheiten und räumlicher Anordnungen, können sowohl für sich als auch in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein.

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Claims

Patentansprüche:

Λ.) Anordnung zum Ausfüllen von Hohlräumen in einer auf dem Boden einer Wasserfläche errichteten Konstruktion mit wenigstens einem unter Wasser angeordneten, rohrförmigen Teil und einem in diesem angeordneten Pfahl, dessen Außendurchmesser kleiner ist als der Innendurchmesser des rohrförmigen Teils, so daß dazwischen ein Hohlraum vorhanden ist, gekennzeichnet durch eine an dem rohrförmigen Teil (J) anbringbare, durch Zufuhr eines Druckmittels ausdehnbare Dichtungsanordnung (S) und durch eine die Strömungsverbindung zur Dichtungsanordnung und zu dem Hohlraum (A) steuernde Einrichtung (C) mit Einrichtungen zum Zurückhalten eines Druckmittels in der ausdehnbaren Dichtungsanordnung.
2. Anordnung nach Anspruch 1 gekennzeichnet durch eine Einrichtung (G) zum Verhindern des Rückstroms einer !Füllmasse aus dem Hohlraum (A) zur Steuereinrichtung.
3· Anordnung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtungsanordnung (S) in gegenseitigem Abstand an der Innenseite (10) des rohrförmigen Teils angeordnete ringförmige Halterungen (13» 14), an diesen befestigte und unter Bildung eines Zwischenraums zwischen ihren freien Enden aufeinander zu daran hervorstehende Verstärkungen (22, 23) und einen die Verstärkungen überziehenden Elastomerkörper (E) aufweist.
4-. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (G) federbelastete Rückschlagventile (56a, 56b) zum Steuern der Strömungsverbindung zu der ausdehnbaren Dichtungsanordnung (S) und zu dem Hohlraum (A) aufweist.

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5- Anordnung nach Anspruch 4·, dadurch gekennzeichnet, daß die federbelasteten Rückschlagventile (56a, 55b) miteinander flüchtend und einander entgegengesetzt angeordnet sind.
6. Anordnung nach Anspruch 5» gekennzeich net. durch ein eine Längsbohrung (51) aufweisendes Gehäuse (50)» durch in gegenseitigem Abstand in der Bohrung angeordnete, einander entgegengesetzt öffnende federbelastete erste und zweite Rückschlagventile &56a, 56b), durch einen die Bohrung zwischen den beiden Rückschlagventilen mit dem äußeren des Gehäuses verbindenden ersten Durchlaß (55) und durch einen zweiten Durchlaß (56) im Gehäuse, welcher gegenüber dem ersten Durchlaß normalerweise durch das erste federbelastete Rückschlagventil abgesperrt ist und dessen Verbindung mit dem ersten Durchlaß bei einem die Federbelastung des Rückschlagventils überwindenden Druck in der Längsbohrung freigebbar ist.
7. Anordnung, nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch einen dritten Durchlaß (57) im Gehäuse, welcher gegenüber dem ersten Durchlaß (55) normalerweise durch das zweite federbelastete Rückschlagventil (56a) abgesperrt ist, durch einen im dritten Durchlaß sitzenden, die Verbindung zwischen der Längs bohrung (51) und dem Hohlraum (A) sperrenden Stopfen (68), und durch ein den Stopfen im dritten Durchlaß festhaltendes Abscherteil (69), welches den Stopfen und damit die Verbindung zwischen der Längsbohrung und dem Hohlraum bei Erreichen eines vorbestimmten Drucks in der Längsbohrung freigibt.
8. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das erste federbelastete Rückschlagventil (56b) bei Freigabe der Strömungsverbindung zwi-

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sehen der Längsbohrung (51) und dem Hohlraum (A) über den dritten Durchlaß (57) schließt, um das Druckmittel in der ausdehnbaren Dichtungsanordnung (S) zurückzuhalten.
9. Anordnung nach Anspruch 3> dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkung zwei ringförmig angeordnete Gruppen (22, 23) von sich in Längs- und Umfangsrichtung überlappenden Verstärkungselementen (28) aufweist, welche mit jeweils einem Ende an einer der ringförmigen Halterungen (13» 14) befestigt sind und am anderen Ende einen schrägen Rand (35) aufweisen, so daß zwischen cfen in geringem Abstand voneinander liegenden Enden eine etwa V-förmige Rille (40) gebildet ist, und daß der Elastomerkörper (E) stoffschlüssig an den ringförmigen Halterungen befestigt ist und die Gruppen der Verstärkungselemente an allen Seiten überdeckt.

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