DE2748226B2

DE2748226B2 - Gelenkrohr

Info

Publication number: DE2748226B2
Application number: DE2748226A
Authority: DE
Inventors: Harold Maurice Long Beach Calif. Gibbons (V.St.A.)
Original assignee: FMC Corp
Current assignee: FMC Corp
Priority date: 1976-12-01
Filing date: 1977-10-27
Publication date: 1979-06-13
Also published as: MX145382A; FR2373009A1; FR2373009B1; IT1089069B; BR7707334A; GB1567674A; JPS5369920A; JPS5540792B2; DE2748226C3; NL7710717A; DE2748226A1; CA1084386A; US4202372A

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Gelenkrohr, wie es im Oberbegriff des Anspruchs 1 beschrieben und beispielsweise aus der US-PS 26 48 201 bekannt ist.

Ein derartiges Gelenkrohr kann ausgezogen und zusammengeschoben werden und paßt sich damit den schwankenden bzw. wechselnden Abständen zwischen den Anschlüssen an, von denen z. B. einer fixiert und der andere beweglich oder aber beide beweglich sein können.

Bei der Anwendung solcher Gelenkrohre besteht ein Problem darin, daß beim Zusammenziehen das Gelenkrohr nicht immer in einer vorhersehbaren Art gefaltet bzw. verschwenkt wird. Bei einer typischen Anwendung wird z. B. ein derartiges Gelenkrohr dazu verwendet:, eine Flüssigkeit, beispielsweise öl, zwischen einem festen Anschluß auf dem Meeresboden und einem beweglichen Anschluß auf einem Schiff zu transportieren. Wenn das Gelenkrohr wegen einer Bewegung des Schiffes in Richtung auf den festen Anschluß sich zusammenzieht, ist es den Meereskräflen, z. B. Strömungen, ausgesetzt, und kann daher leicht verdreht werden und eine nicht vorhersehbare und auch das Gelenkrohr beschädigende Stellung einnehmen.

Der F.rfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Konstruktion eines Gelenkrohres der eingangs genannten Art so zu verbessern, daß beim F-!inr<at/. des Gelenkrohres zwischen zwei relativ zueinander beweglichen Anschlüssen mit unterschiedlichem Abstand voneinander die Bewegung des Gelenkrohres beim Zusammenziehen und beim Ausfahren in einer vorbestimmten und gleichförmigen Art erfolgt und daß zusätzlich der Auftrieb des Gelenkrohres so bestimmt werden kann, daß die Belastungen auf das Gelenkrohr an den Gelenken reduziert wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst,
ίο In diesem Zusammenhang ist darauf hinzuweisen, daß aus der FR-PS 20 82 913 es für sich bereits bekannt ist, Rohrstücke, die gelenkig miteinander verbunden sind, in einer Stützkonstraktion in rorm einer Ausziehbank zwangszuführen. Aus der GB-PS 14 42 690 ist weiter bereits eine Zwangsführung eines gelenkig verbundenen Rohrabschnitts bekannt Außerdem zeigt die US-PS 26 67 370 zur Verhinderung des Ausknickens von Wellrohrbälgen die Anwendung einer scherenförmigen Stützkonstruktion. Aus keiner der genannten Druck- :o Schriften kann jedoch entnommen werden, ob die Konstruktion auch unter Wasser verwendbar ist und außerdem zeigt keine eine Stützkonstraktion aus einzelnen gelenkig miteinander verbundenen Abschnitten, die mit den Rohrabschnitten nach Art einer Nürnberger Schere verbunden sind.

Die vorgeschlagene Konstraktion besitzt den Vorteil,

daß das Zusamme»? schieben und das Ausfahren des Gelenkrohres sehr gut gesteuert werden kann, wobei die Belastung an den einzelnen Gelenkverbindungen gering ist.

Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform des vorgeschlagenen Gelenkrohres geht aus dem Anspruch 2 hervor. Bei dieser Konstruktion kann die Stützkonstruktion zusätzlich zur Übertragung von Flüssigkeit J5 verwendet werden.

Weitere bevorzugte und vorteilhafte Ausführungsformen des vorgeschlagenen Gelenkrohres gehen au? den Unteransprüchen 3 und 4 hervor.

Drei Ausführungsbeispiele der E'^findung sind in den 4c Figuren dargestellt und werden im folgenden näher erläutert. Es zeigt

Fig. I eine Aufsicht auf ein Gelenkrohr, das gemäß der Erfindung konstruiert ist;

F i g. 2 eine Ansicht des Gelenkrohres längs der Linie 2-2 in Fig. 1;

F i g. 3 eine Aufsicht auf ein Gelenkrohr gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung;

F i g. 4 eine Aufsicht auf ein weiteres Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung;

5u F i g. 5 eine Ansicht längs der Linie 5-5 in F i g. 4 und die

F i g. 6 eine Ansicht längs der Linie 6-6 in F i g. 4.

In den F i g. 1 und 2 ist ein erstes Ausführungsbeispiel eines Gelenkrohres 10 dargestellt. Das Gelenkrohr 10 ϊ5 hat die Form eines Pantographen bzw. einer Nürnberger Schere und besteht aus zwei jeweils überkreuz miteinander verbundenen Armen 12 und 14. Das Gelenkrohr erstreckt sich zwischen zwei relativ zutinimder beweglichen Anschlüssen Tl und 7~2; einer W) der Anschlüsse kann in einer festen Position und der andere beweglich sein, oder es sind beide der Anschlüsse beweglich.

Der Arm 12 besteht aus drei starren Rohrabschnitt 16.7, I6ö und 16c eines ein Fluid transportierenden hi Rohres, die an ihren Enden durch Drehgelenke 18 miteinander verbunden sind. Die Drehgelenke 18 sind von herkömmlicher Konstruktion und können r. It. nus einem linde 20 des einen Kolinihschitlcs bestehen, der in

einem Ende 22 des benachbarten Rohrabschnittes gelagert ist, wobei diese zur Drehverbindung über Kugelgelenke 24 miteinander verbunden sind; vergleiche hierzu F i g. 2.

Jeder Rohrabschnitt hat eine zentrale Längsachse 26a, 266 bzw. 26c und jedes Drehgelenk 18 hat eine zentrale Drehachse 30a und 306. Wie am besten in F i g. 2 zu sehen, sind die einzelnen Rohrabschnitte an ihren Enden jeweils um 90° abgebogen, so daß die Drehachsen der Drehgelenke jeweils senkrecht auf den Längsachsen der Rohrabschnitte stehen, und zwar in jeder Winkelposition der einzelnen Rohrachsen. Aufgrund der 90°-Knickung dieses Rohrabschnittes bei den Drehgelenken, liegt ein Rohrabschnitt in einer Ebene A und der benachbarte Rohrabschnitt in einer Ebene β, die ι s parallel zur Ebene A, jedoch von dieser entfernt liegt Die Drehgelenke 18 liegen auf einer Ebene C in der Mitte zwischen den Ebenen A und B.

Der Arm 14 besteht aus einzelnen Abschnitten 27a, 276 und 27c die als starre Flachstreben ausgebildet sind, die an ihren Enden durch Nieten 28 schwenkbar miteinander verbunden sind. In der Mitte zwbchen den entgegengesetzten Enden jedes Rohrabschnittes ist auf einer Seite ein erhabener Beschlag bzw. Bolzen 32a, 320 und 32cangeordnet, die jeweils in der Nähe der Ebene C enden.

Der Arm 12, der demnach ein Gelenkrohr zurr Transport von Fluiden darstellt, ist mit dem Arm 14, der als Stützkonstruktion ausgebildet ist, verbunden. Wie in Fig. 1 gezeigt, sind die beiden Arme miteinander in einer Oberkreuzart verounden, wobei jeder Rohrabschnitt des Gelenkrohres mit einem bestimmten Abschnitt der Stützkonstruktion schwenkbar verbunden ist, und zwar an der 'unkten, an denen sich die beiden Arme schneiden, so daß eine Nürnberger Schere J5 gebildet wir.i Das obere Ende der oberen starren Flachstrebe 27a ist mit einer Kopfschraube 34 mit dem Bolzen 32a schwenkbar verbunden; der Mittelpunkt der Zwischenstrebe 276 ist ebenfalls mit einer Kopfschraube mit dem Falzen 326 schwenkbar verbunden, während das untere Ende der unteren starren Strebe 27c durch eine weitere Kopfschraube 34 mit dem Bolzen 32c schwenkbar verbunden ist.

Es sei darauf hingewiesen, daß bei dem in den F i g. 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispiel die gelenkige Stützkonstruktion 14 in der gleicher. F.bene C liegt wie die Drehgelenke 18. Es ist zwar nicht notwendig, daß diese Elemente alle in dergleichen Ebene liegen, jedoch ist es für dieses Ausführungsbeispiel vorteilhaft, da die Ebene Cgenau in der Mi'.te zwischen den Ebenen A und w B liegt, in denen abwechselnd die einzelnen Rohrabschnitte de s Gelenkrohres liegen.

Das Gelenkrohr 10 erstreckt sich zwischen zwei relativ zueinander beweglichen Anschlüssen Π und T2, die beliebige Anschlüsse zum Abgeben oder Aufnehmen von Fluiden, wie z. B. Flüssigkeit oder Gas, sein können. Um das Gelenkrohr 10 mit diesen Anschlüssen in jeder Lage verbinden zu können, ist an beiden Enden des Rohres ein Universaldrehgelcnk 36 vorgesehen. Dieses Drehgelenk besteht aus drei «i einzelnen Drehgelenken 18, zwischen denen zwei kurze Rohrslücke 38 angeordnet sind. Jedes dieser Rohrstücke ist ein 90°-Krümmer, so daß jede Schwenkung um die drei senkrecht aufeinander siehenden Achsen D, fund /•"der Drchgelcnki· möglich ist. h^ri

Ks ist selbstverständlich, daß das Gelenkrohr je nach den gewünschten lirfor !ernisr.cn aus einer beliebigen Anzahl von einzelnen Rohi abschnitten zusammengesetzt werden kann. Wenn das Gelenkrohr IG von der in ausgezogenen Linien dargestellten Position sich in die gestrichelt gezeichnete Position bewegt, so werden die einzelnen Rohrabschnitte 16a und 16c durch die gelenkige Stützkonstruktion 14 parallel zueinander gehalten. Der dazwischenliegende Rohrabschnitt 166 würde ebenfalls parallel zu anderen Rohrabschnitten gehalten werden, wenn mehr als drei Rohrabschnitte verwendet wären. Benachbarte Rohrabschnitte an einem Drehgelenk bewegen sich relativ zueinander in entgegengesetzter Drehrichtung wie die Rohrabschnitte an einem benachbarten Drehgelenk. Andere ausgedrückt, schwenkt ein Rohrabschnitt, der an einem Ende eines bestimmten Rohrabschnittes verbunden ist, in einer Richtung entgegengesetzt der, in der der mit dem anderen Ende des bestimmten Rohrabschnittes verbundene Rohrabschnitt schwenkt, so daß die Rohrabschnitte in regulärer und vorbestimmter Art auseinandergezogen bzw. zusammengeschoben werden.

In Fig.3 ist ein unter Wasser eingesetztes Gelenkrohr 100 dargestellt, das sich zwischen einem festen Anschluß 7"3, z. B. einem am Meeresboden verankerten Steigrohr, und einem beweglichen Anschluß TA, z. B. einem gefluteten Tank, erstreckt. Das Gelenkrohr gemäß der F i g. 3, das ebenfalls die Konfiguration einer Nürnberger Schere hat, weist einen Arm bzw. Zweig 102 aus einem eine Flüssigkeit führenden Gelenkrohr und einen weiteren Arm 104 aus einer gelenkigen Stützkonstruktion auf. Der Arm 102 und der Arm 104 sind wiederum in einer Überkreuzart miteinander verbunden, wobei die Abschnitte des Armes 102 gelenkig mit den Abschnitten des Armes 104 verbunden sind, um so in de· gleichen Art wie beim ersten Ausführungsbeispiel gemäß den F i g. 1 und 2 die Konfiguration einer Nürnberger Schere zu bilden.

Jeder Rohrabschnitt bis auf die Endabschnitte weist zwei den Rohrabschnitt hülsenförmig umgebende Auftriebskörper 106 und 108 auf, wobei diese zu beiden Seiten der Schnittpunkte der beiden Arme 102 und 104 liegen, und den jeweiligen Rohrabschnitt schwimmend hal:?n. Die am Ende des Gelenkrohres liegenden Rohrabschnitte weisen jeweils nur einen einzelnen Auftriebskörper 105 auf. Die Auftriebskörper können koaxiale Hülsen sein, die die Rohrabschnitte umgeben und mit Luft gefüllt sind. Selbstverständlich können diese Auftriebskörper auch aus einem festen oder porösen Material mit geringem spezifischen Gewicht bestehen, z. B. aus Holz oder Kork. Zusätzlich können auch die starren Stützglieder der Stützkonstruktion, die bei diesem Ausführur.gsbeispiel als Hohlrohre ausgebildet sind, mit einem Auftriebsmaterial gefüllt und abgedichtet sein, so daß die Stützkonstruktion ebenfalls schwimmend gehalten wird. Die einzelnen starren Abschnitte der Stützkonstruktion können auch dadurch schwimmend gehalten werden, daß sie abgedichtet sind und anstelle eines schwimmfähigen Materials mit Luft gefüllt werden, so daß sie hermetisch abgedichtete Luftkammern bilden. Die Schwimmfähigkeit der einzelnen Rohrabschnitt des Gelenkrohres verringert die Belastung auf die Drehgelenke zwischen den Rohrabschnitten. Ebenso wird durch die Schwimmfähigkeit der einzelnen Abschnitte der gelenkigen Stützkonstruktion die Be'astung auf die Drehgelenke /wischen diesen Abschnitten und den Rohrabschnitten an den Verbindungen zwischen dif..-en beiden verringert.

In F i g. 3 ist der bewegliche Anschluß TA in drei verschiedenen Positionen MOa, MOft und MOi* gezeigt. In zwei dieser Positionen sind die l.iingsachs'Mi der

einzelnen Rohrabschnitte des Gelcnkrohrcs in gestrichelten Linien gezeichnet, während die Längsachsen dieser einzelnen Abschnitte der gelenkigen Stützkonstruktion in strichpunktierten Linien dargestellt sind. Aus diesen unterschiedlichen Stellungen geht hervor, wie die gelenkige Stützkonstruktion die einzelnen das Fluid transportierenden Rohrabschnitte hält und führt, wenn das gesamte Gelenkrohr in der Länge zusammengezogen ist, d. h. wenn der Abstand zwischen den zwei Anschlüssen verringert wird. Hierbei wird das Gelenkrohr regelmäßig zusammengeschoben, wobei die unterschiedlichen Abschnitte jeweils parallel zueinander gehalten und geführt werden.

In den F i g. 4,5 und 6 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Gelenkrohres 120 dargestellt. Das Gelenkrohr hat wiederum die Form eines Pantographs bzw. einer Nürnberger Schere und besteht aus zwei sich kreuzenden Armen bzw. Zweigen 122 und 124. Das Gelenkrohr erstreckt sich zwischen zwei relativ zueinander beweglichen Anschlüssen T5 und Γ6, von denen wiederum einer fest und der andere beweglich oder aber beide Anschlüsse beweglich sind.

Wie am besten aus Fig. 5 hervorgeht, weist der Anschluß Γ5 ein Verbindungsrohr 126 mit einer kreisringförmigen äußeren Flüssigkeitspassage 120 und einer inneren Flüssigkeitspassage 130 mit Kreisquerschnitt auf. Die beiden Passagen 128 und 130 sind hierbei koaxial. Mit dem Verbindungsrohr 126 ist koaxial ein Universalgelenk 132 verbunden. Dieses Gelenk 132 weist eine Kupplung 134 auf, die mit Bolzen 136 am Ende des Verbindungsrohres 126 befestigt ist. Das Universalgelenk 132 besteht aus drei einzelnen Drehgelenken 134a, 1346 und 134c, zwischen denen zwei kurze Zwischenrohrabschnitte 136 und 138 angeordnet sind, wobei diese Zwischenrohre jeweils als 90°-Krümmer ausgebildet sind. Der Krümmer 136, der ebenso wie das Verbindungsrohr 126 zur klareren Darstellung in der Fig. 5 um 90° verschwenkt dargestellt ist, weist zwei koaxiale Flüssigkeitspassagen 128a und 130a auf, die sich an die Passagen 128 bzw. 130 des Verbindungsrohres 126 anschließen. Der Krümmer 138 hat über einen Te'l seiner Länge ebenfalls koaxiale Flüssigkeitspassagen i286 und 1306. Mit dem Krümmer 138 ist zwischen dessen Enden ein im Querschnitt kleinerer Rohrabschnitt 140 verbunden, der mit der Flüssigkeitspassage 1286 in Verbindung steht. Die innere Flüssigkeitspassage 1306 des Krümmers 138 verläuft bis zum äußeren Ende des Krümmers 138. Das Drehgelenk 128, das mit dem Anschluß Tb verbunden ist, ist mit dem Drehgelenk identisch, welches mit dem Anschluß T5 verbunden ist so daß es hier nicht näher beschrieben werden braucht.

Der Arm 122, der mit dem Krümmer 138 über das Drehgelenk 134c verbunden ist, besteht aus mehreren starren Rohrabschnitten 142a, 1426, 142c; 142c/ und 142e; in denen das Fluid transportiert wird und die jeweils an ihren Enden über Drehgelenke 134c miteinander verbunden sind, die ähnlich den Drehgelenken 18 gemäß der F i g. 1 ausgebildet sind.

Wie aus Fig.6 hervorgeht, sind die einzelnen Rohrabschnitte an jedem Ende jeweils um 90° abgebogen, so daß die Drehachsen 144 senkrecht zu den Längsachsen 146 der Rohrabschnitte bei jeder Stellung des Gelenkrohres verlaufen. Wegen der 90° -Krümmung jedes Rohrabschnittes an den Drehgelenken liegt jeder zweite Rohrabschnitt in einer Ebene M, während die dazwischenliegenden Rohrabschnitte in einer Ebene N liegen, die parallel, jedoch außerhalb der Ebene M liegt.

ίο Die Drehgelenke wiederum liegen in einer Ebene O in der Mitte zwischen den Ebenen Mund /V.

Der Arm 124 des Gelenkrohres, der mit dem Rohranschlußstück 140 über ein Drehgelenk 147 verbunden ist, besteht aus starren, ebenfalls Fluid

H transportierenden Rohrabschnitten 148a, 1486, 148c 148c/ und 148e, die jeweils an ihren Enden mit Drehgelenken 147 verbunden sind, die wiederum iihnlich den Drehgelenken 18 gemäß der F i g. 1 ausgebildet sind. Die Rohrabschnitte des Armes 124 haben einen geringeren Durchmesser als die Rohrabschnitte des Armes 122; ansonsten sind sie jedoch gleich aufgebaut. Jeder zweite Rohrabschnitt des Armes 124 liegt in der Ebene M, während die dazwischenliegenden Rohrabschnitte in der Ebene N liegen. Alle Rohrabschnitte in beiden Zweigen bis auf die Endstücke, die kürzer als die übrigen Rohrabschnitte sind, weisen Bolzen 150 bzw. 152 in der Mitte zwischen den Enden der Rohrabschnitte auf. Die Bolzen jedes Armes erstrecken sich in Richtung des anderen Armes und sind

ίο in der Ebene O drehbar miteinander verbunden, so daß sie sich gegenseitig um die Achse 154 drehen können, die senkrecht auf der Ebene O steht. Die Bolzen 150, die an den Rohrabschnitten des Armes 124 angebracht sind, sind in Bohrungen 156 der Bolzen 152 aufgenommen, die mit den Rohrabschnitten des Armes 122 verbunden sind; in diesen Bohrungen sind die Bolzen durch Kugellager 158 gehalten, um die Reibung bei der Drehung der Rohrabschnitte gegeneinander zu verringern.

Auf den einzelnen Rohrabschnitten dieses Armes 122 bzw. 124 sind wiederum Auftriebshülsen 160a bzw. 1606 befestigt, die auf beiden Seiten der Bolzen 150 bzw. 152 angeordnet sind, um die Belastung der Drehgelenke zu verringern.

Das in Verbindung mit den Fig.4, 5 und 6 beschriebene Gelenkrohr besteht demnach aus zwei gelenkig miteinander in Art einer Nürnberger Schere verbundenen Fiuid transportierenden Rohren. Über die beiden Arme des Gelenkrohres können gleichzeitig verschiedene Fluide oder aber auch das gleiche Fluid transportiert werden, wobei jeder Arm des Gelent'-ohres den anderen so unterstützt, daß das gesamte Gelenkrohr gleichmäßig ausgefahren bzw. zusammengeschoben wird, wenn eine oder beide der Anschlüsse sich bewegen.

Auch wenn hier spezielle Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben worden sind, so sind Modifikationen und Änderungen selbstverständlich zulässig, ohne daß dabei das Ziel der Erfindung verlassen wird.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Gelenkrohr zur Förderang von Fluiden unter Wasser, das mehrere mit Gelenken untereinander verbundene Rohrabschnitte zum Ausgleich eines zwischen zwei durch das Gelenkrohr miteinander verbundenen, relativ zueinander beweglichen Anschlössen schwankenden Abstandes aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß das Gelenkrohr 10; 100; 120) eine Stützkonstruktion (14; 104; 122; 124) aus einzelnen, gelenkig miteinander verbundenen Abschnitten (27a, 27 b, 27 c-, 104,148) aufweist, die mit den Rohrabschnitten (16a, 16/>, 16c; 102; 14:2) nach Art einer Nürnberger Schere verbunden sind, und daß die Rohrabschnitte (16a, 166, 16c-, 102; 14:2) und/oder die Abschnitte (27a, 276,27c; 104; 148) der Stützkonstruktion (14; 104; 122, 124) mit Belastungen der gelenkigen Verbindungen reduzierenden Auftriebskörpern (106, 100a; 160a, t60b) versehen sind.

2. Gelenkrohr nach Anspruch '., dadurch gekennzeichnet, daß die Abschnitte (148a bis 148eJ der Stützkonstruktion (124) als Fluid transportierende Rohrabschnitte ausgebildet sind.

3. Gelenkrohr nach Ansprach 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eines der Enden des Gelenkrohres mit einem Universaldrehgelenk (3(>; 132, 136) zum Anschluß an die relativ zueinander beweglichen Anschlüsse verbunden ist.

4. Gelenkrohr nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Universaldrehgelenk (3t>; 132, 136) zwei Flüssigkeitspassagen (128, 1.30) aufweist, die ihrerseits mit der. Abschnitten (148) der als Fluid transportierendes Rohr ausgebildeten Stützkonstraktion (124) und mn den Rohrabschnitten (142a bis 142e^in Verbindung stehen.