DE3151971A1 - TENSIONER ACTUATED BALL JOINT CONNECTOR FOR TUBES - Google Patents
TENSIONER ACTUATED BALL JOINT CONNECTOR FOR TUBESInfo
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- DE3151971A1 DE3151971A1 DE19813151971 DE3151971A DE3151971A1 DE 3151971 A1 DE3151971 A1 DE 3151971A1 DE 19813151971 DE19813151971 DE 19813151971 DE 3151971 A DE3151971 A DE 3151971A DE 3151971 A1 DE3151971 A1 DE 3151971A1
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- F16L—PIPES; JOINTS OR FITTINGS FOR PIPES; SUPPORTS FOR PIPES, CABLES OR PROTECTIVE TUBING; MEANS FOR THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16L27/00—Adjustable joints, Joints allowing movement
- F16L27/02—Universal joints, i.e. with mechanical connection allowing angular movement or adjustment of the axes of the parts in any direction
- F16L27/04—Universal joints, i.e. with mechanical connection allowing angular movement or adjustment of the axes of the parts in any direction with partly spherical engaging surfaces
Description
HydroTech-Hughes, Inc.
Houston, Texas 77041, V.St.A.HydroTech-Hughes, Inc.
Houston, Texas 77041, V.St.A.
Spannzangenbetätigter Kugelgelenkverbinder für RohreCollet operated ball joint connector for pipes
Die Erfindung bezieht sich allgemein auf Unterseerohrleitungsverbinder und betrifft insbesondere einen Unterseerohrleitungs- oder -Steigrohrverbinder, der ein Kugelgelenk aufweist, das durch eine fernbetätigte Spannzangenvorrichtung erfaßt wird.The invention relates generally to subsea pipeline connectors and more particularly relates to a subsea pipeline or riser connector employing a ball joint which is detected by a remotely operated collet device.
Bekannte Kugelgelenkverbinder bilden eine Vorrichtung zum Verbinden von benachbarten Rohrenden, die axial fehlausgerichtet sind. Wenn diese bekannten Vorrichtungen jedoch als Unterseeverbihder benutzt werden, sind sie im allgemeinen Verbinder mit hohem Profil, die sperrig und für die Rohrverlegungsanlage schwierig handhabbar sind und im allgemeinen durch Taucher auf dem Meeresboden mechanisch zusammengebaut werden müssen. Darüber hinaus ist es mit solchen Vorrichtungen schwierig, V^rbindungskräfte zu erzielen, die ausreichend groß sind, um Metall/Metall-Dichtungen zwischen den zusammenpassenden Enden der Rohre herzustellen und die zu-Known ball joint connectors provide a device for joining adjacent pipe ends that are axially misaligned are. However, when these known devices are used as submarine connectors, they are generally High profile connectors that are bulky and difficult to manipulate for the pipeline installation and in general must be mechanically assembled by divers on the seabed. In addition, it is with such devices difficult to achieve binding forces that are sufficient large to make metal-to-metal seals between the mating ends of the pipes and to
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sammenpassenden Teile des Kugelgelenks in einem starren, unschwenkbaren Zustand zu halten.mating parts of the ball joint in a rigid, non-pivoting To keep state.
Zum Stand der Technik gehören außerdem Spannzangenverbinder zum Verbinden von aneinanderstoßenden Rohrenden, die axial fluchten, diese Verbinder lassen aber keine axiale Fehlausrichtung der Rohre zu. Zum Stand der Technik gehört weiter eine Kombination aus einem Kugelgelenk und einer spannzangenbetätigten Klemm- oder Verriegelungsvorrichtung. Diese Kombinationsvorrichtung ist jedoch nie lit in der Lage, ausreichende Klemmkräfte zu erzeugen, um eine Metall/Metall-Dichtung herzustellen und die Verbindung in starrem Zustand zu halten.The prior art also includes collet connectors for connecting abutting pipe ends, the axially aligned, but these connectors will not allow axial misalignment of the pipes. The state of the art continues a combination of a ball joint and a collet operated clamping or locking device. These However, the combination device is never lit able to provide sufficient Generate clamping forces to create a metal / metal seal establish and keep the connection in a rigid state.
Die folgenden ÜS-PSen 4 139 221, 4 138 147, 4 109 945, 4 078 832, 4 045 054, 4 014 567, 3 997 197, 3 847 706, 3 830 526 und 3 598 429 repräsentieren den Stand der Technik.The following ÜS-PSs 4 139 221, 4 138 147, 4 109 945, 4,078,832, 4,045,054, 4,014,567, 3,997,197, 3,847,706, 3,830,526 and 3,598,429 represent the state of the art.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen spmnzangenbetätigten Kugelgelenkverb'inder zu schaffen, der las Verbinden von zwei Rohren gestattet, die einen begrenzten Grad an axialer Versetzung haben.The object of the invention is to provide a clamp operated To create a ball joint connector which allows two tubes to be connected which have a limited degree of axial displacement to have.
Der spannzangenbetätigte Kugelgelenkverbinder soll ausreichende Verriegelungskräfte liefern, um eine Metall/Metall-Dichtung zu erzeugen und die Verbindung in einem starren Zustand zu halten.The collet operated ball joint connector is designed to provide sufficient locking forces to create a metal-to-metal seal to produce and to keep the connection in a rigid state.
Weiter soll der spannzangenbetätigte Kugelgelenkverbinder Vorrichtungen aufweisen, die eine hohe Verstärkung der auf die Kugelgelenkverbindung übertragenen Spannzangenbetätigungskräfte ergeben.Furthermore, the collet-operated ball joint connector should have devices that have a high gain on the ball joint connection result in the collet actuating forces transmitted.
Schließlich soll der span~zangenbetätigte Kugelgelenkverbinder eine hydraulisch betätigte Spannzangenvorrichtung haben,Finally, the collet-operated ball joint connector have a hydraulically operated collet device,
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die unter dem Meeresspiegel ohne Taucherunterstützung fernbetätigt werden kann.remotely operated below sea level without the assistance of divers can be.
Die Erfindung schafft demgemäß einen spannzangenbetätigten Kugelgelenkverbinder zum starren Miteinanderverbinden der Enden von zwei Rohren, der ein Kugelkupplungsteil, das mit dem Ende eines der Rohre verbindbar ist, und einen frei um das Kugelkupplungsteil angeordneten Halteflansch zum Erfassen der nach hinten weisenden sphärischen Außenfläche des Kugelkupplungsteils aufweist. Ein Pfannenkupplungsteil, das mit dem Ende des anderen Rohres verbindbar ist, ist zur Aufnahme des Kugelkupplungsteils vorgesehen. Eine Spannzangenvorrichtung ist um den äußeren Umfang des Pfannenkupplungsteils an- ' gebracht und erstreckt sich von diesem aus insgesamt axial, um das Einführen des Kugelkupplungsteils in das Pfannen kupplungsteil bis in Anlage an diesem zu gestatten, wenn die Spannzangenvorrichtung offen ist. Eine ferngesteuerte Betätigungsvorrichtung, die an dem Pfamenkupplungsteil angebracht ist, übt eine axial gerichtete Kraft zum Schließen der Spannzangenvorrichtung aus, um den Halteflansch zu erfassen und das Kugel- und das Pfannenkupplungsteil abgedichtet und starr miteinander zu verriegeln.The invention accordingly provides a collet operated ball and socket connector for rigidly connecting the Ends of two tubes, of a ball coupling part that goes with the end of one of the tubes is connectable, and one freely around the retaining flange arranged on the ball coupling part for gripping the rearward-facing spherical outer surface of the ball coupling part having. A socket coupling part that with can be connected to the end of the other tube, is provided for receiving the ball coupling part. A collet chuck is attached to the outer circumference of the socket coupling part and extends axially from this as a whole, to the introduction of the ball coupling part in the socket coupling part to allow in contact with this when the collet device is open. A remote control device, which is attached to the Pfamenkupplungteil exerts an axially directed force to close the collet chuck device to grasp the retaining flange and seal the ball and socket coupling parts and rigidly lock together.
Das Kugelkupplungsteil hat ein freies Ende, das in einem kugelförmigen Teil endet, der konzentrische, nach vorn und nach hinten weisende sphärische Außenflächenteile bildet, und der Halteflansch hat einen sphärischen Innenflächenteil, der mit dem nach hinten weisenden sphärischen Außenflächenteil des Kugelkupplungsteils zusammenpaßt. Der pfannenEörmige Teil des Pfannenkupplungsteils trägt einen Metalldichtring, der in einer ringförmigen Aussparung angeordnet ist und mit dem nach vorn weisenden sphärischen Außenflächenteil des Kugelkupplungsteils abdichtend zusammenpaßt.The ball coupling part has a free end that is in a spherical shape Part ends, which forms concentric, forwards and backwards-facing spherical outer surface parts, and the retaining flange has a spherical inner surface portion that coincides with the rearwardly facing spherical outer surface portion of the ball coupling part fits together. The pan-shaped Part of the socket coupling part carries a metal sealing ring which is arranged in an annular recess and with it the forward-facing spherical outer surface part of the ball coupling part sealingly fits together.
Die Spannzangenvorrichtung hat mehrere langgestreckte Spannzangenverriegelunqsteile, die um den Umfang des Pfannenkupp-The collet device has several elongated collet locking parts, around the circumference of the cup
lungstEils angeordnet und in bezug auf dieses in einer Radialebene begrenzt schwenkbar sind. Eine Spannzangenbetätigungsbuchse ist um die Spannzangenverriegelungsteile angeordnet und in bezug auf diese und das Pfannenkupplungsteil axial verschiebbar. Die Betätigungsvorrichtung kann mehrere Hydraulikzylinder aufweisen, die umfangsmäßig um das pfannenkupplungsteil angeordnet und in der Lage sind, eine vorbestimmte Axialkraft auf die Spannzangenbetätigungsbuchse auszuüben, um die Spannzangenteile unter Schwenken zu schließen und an dem Halteflansch in Anlage zu bringen. Die gegenseitige Anlage der Verriegelungsbuchse,der Spannzangenteile und des Halteflansches multipliziert die vorbestimmte axial ausgeübte Kraft zu einer bekannten Kraft, die auf den nach hinten weisenden sphärischen Außenflächenteil des Kugelkupplungsteiis ausgeübt wird, um den nach vorn weisenden sphärischen Außenflächenteil des Kugelkupplungs teils mit ausreichender Kraft mit dem Metalldichtring in Berührung zu treiben, damit es zu einer abdichtenden Verformung des Metalldichtringes an dem nach vorn weisenden sphärischen Außenflächenteil der Kugel kommt. Die bekannte Kraft, die auf den nach hinten weisenden sphärischen Außenflächenteil des Kugelteils ausgeübt wird, wirkt außerdem mit dem Reibungskoeffizienten zwischen dem Halteflansch und der sphärischen äußeren Kugelfläche zusammen, um Reibungskräfte zu erzeugen, die ausreichen, um das Kugel- und das Pfannenkupplungsteil miteinander zu verriegeln, damit eine Relativbewegung zwischen denselben verhindert und eine starre Verbindung aufrechterhalten wird.lung part arranged and with respect to this in a radial plane are limited pivotable. A collet actuation sleeve is disposed around the collet locking members and in relation to this and the socket coupling part axially displaceable. The actuating device can have a plurality of hydraulic cylinders which are circumferentially around the socket coupling part arranged and capable of exerting a predetermined axial force on the collet actuating bushing to close the collet parts while pivoting and to bring them into contact with the retaining flange. the mutual abutment of the locking bushing, the collet parts and the retaining flange multiplied the predetermined axially exerted force to a known force acting on the rearward-facing spherical outer surface part of the ball coupling part is exercised to the forward-facing spherical outer surface part of the ball coupling part with sufficient Force to drive the metal sealing ring into contact so that it causes a sealing deformation of the metal sealing ring the forward-facing spherical outer surface part of the ball comes. The known force acting on the rearward pointing spherical outer surface part of the ball part is exerted, also acts with the coefficient of friction between the retaining flange and the spherical outer spherical surface together to generate frictional forces that are sufficient, to lock the ball and socket coupling parts together, so that a relative movement therebetween prevented and a rigid connection is maintained.
Mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigtSeveral embodiments of the invention are set forth below described in more detail with reference to the drawings. It shows
Fig. 1 eine schematische Vertikalansicht desFig. 1 is a schematic vertical view of the
spann-angenbetatigten Kugelgelenkverbinders nach der Erfindung, der in einerclamp-on-actuated ball joint connector according to the invention, in a
ο. I ο 1 -ο. I ο 1 -
Position zum Verbinden von zwei Rohrenden dargestellt ist,Position for connecting two pipe ends is shown,
Fig. 2 eine schematische Horizontalansicht desFig. 2 is a schematic horizontal view of the
spannzangenbetätigten Kugelgelenkverbinders nach der Erfindung nach der Linie 2-2 von Fig. 1,collet-operated ball joint connector according to the invention according to the line 2-2 of Fig. 1,
Fig. 3 in teilweise weggebrochener Darstellung3 in a partially broken away representation
und in Längsschnittansicht den spannzangenbetätigten Kugelgelenkverbinder, die die Spannzangenverriegelungsvorrichtung geschlossen zum Befestigen und Abdichten der Kugelgelenkverbindung zeigt,and in a longitudinal sectional view the collet-operated ball joint connector, which closed the collet locking device for fastening and sealing the ball joint connection shows
Fig. 4 in teilweise weggebrochener Darstellung4 in a partially broken away representation
und in Längsschnittansicht den spannzangenbetätigten Kugelgelenkverbinder, die die Spannzangenverriegelungsvorrichtung offen zum Aufnehmen des Kugelteils zeigt,and in a longitudinal sectional view the collet operated ball joint connector, the shows the collet locking device open for receiving the ball part,
Fig. 5 eine Teilquerschnittansicht des VerbinFigure 5 is a partial cross-sectional view of the connector
ders nach der Linie 5-5 von Fig. 3, die die Spannz angenverr iegelungsvorr ichtung geschlossen zeigt,alternatively according to the line 5-5 of Fig. 3, the iegelungsvorr ichtung the Spannzangverr closed shows
Fig. 6 eine Teillängsschnittansicht"des Kugel-Fig. 6 is a partial longitudinal sectional view "of the ball
und des Pfannenkupp lungsteils, des Halteflansches, der Spannzangenverriegelungsteile und der Spannzangenbetätigungsbuchse, die in der geschlossenen Position dargestellt sind, undand the pan coupling part, the retaining flange, the collet locking parts and the collet actuating bushing that is in the closed position are shown, and
die Fig. 7A und 7B jeweils in Seitenansicht eine abnehmbareFIGS. 7A and 7B each show a detachable side view
äußere mechanische Vorrichtung zum Be-external mechanical device for loading
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tätigen einer modifizierten Ausführungsform des spannzangenbetätxgten Kugelgelenkverbinders nach der Erfindung.make a modified embodiment of the collet-operated ball joint connector according to the invention.
Gemäß den Fig. 1 und 2 ist eine Offshore-Öl- oder Gasbohr- und/oder -Förderplattform 11 auf dem Meeresboden durch einen Bohrturm 12 abgestützt, und eine Rohrleitung 16 ist mit einem Rohrleitungss^aigabschnitt 14, der an dem Bohrturm 12 befestigt ist, mit Hilfe des spannzangenbetätigten Kugelgelenkverbinders 10 nach der Erfindung verbunden. Der Verbinder 10 ist so ausgelegt, daß er fernbetätigt werden kann, um zwei Rohrenden, wie die Enden der Rohre 14 und 16, unter Wasser miteinander zu verbinden, insbesondere in Tiefen, wo der Einsatz von Tauchern zum Herstellen der Verbindung unpraktisch oder unmöglich ist. Der Verbinder 10 wird einen begrenzten Grad an Versetzung der Rohrenden zulassen.1 and 2 is an offshore oil or gas drilling and / or conveyor platform 11 on the sea floor by a Rig 12 supported, and a pipe 16 is with a conduit section 14 attached to the derrick 12 by means of the collet operated ball joint connector 10 connected according to the invention. The connector 10 is designed so that it can be operated remotely to two pipe ends, such as the ends of pipes 14 and 16, below To connect water together, especially at depths where the use of divers to make the connection is impractical or is impossible. The connector 10 will allow a limited degree of displacement of the pipe ends.
Der spannzangenbetätigte Kugelgelenkverbinder 10 ist in den Fig. 3, 4,5 und 6 ausführlicher dargestellt. In Fig. 4 ist der Verbinder 10 in der "offenen" oder "entriegelten" Stellung gezeigt, während in den Fig. 3, 5 und 6 Einzelheiten des Verbinders in der "geschlossenen" oder "verriegelten" Stellung gezeigt sind. Ein Pfannenkupplungsteil 20 ist mit dem Rohr 14 durch einen Rohrverlängerungsabschnitt 18 verbunden, der an das Ende des Rohres 14 stumpf angeschweißt ist, wie dargestellt. Das Pfannenkupplungsteil 20 hat einen durch maschinelle Bearbeitung hergestellten Inneren Hohlraum und eine eine Lagerpfanne bildende Fläche 22 zur Aufnahme des Kugelkupplungsteils 40, was weiter unten noch ausführlicher beschrieben ist. Eine innere Ringnut oder Aussparung 24 ist in der Pfanne 20 vorgesehen, um eine Sitzaussparung für einen metallischen Dichtring 26 zu schaffen. An dem vorderen Ende der Pfanne 20 und in Verbindung mit der Innenfläche 22 ist eine elastomere O-Ringdichtung 28 angeordnet. Mehrere Durchlässe oder Löcher 30, die in gegenseitigem ümfangsabstand umThe collet operated ball joint connector 10 is in the 3, 4, 5 and 6 shown in more detail. In Figure 4, connector 10 is in the "open" or "unlocked" position while in Figs. 3, 5 and 6 details of the connector in the "closed" or "locked" Position are shown. A socket coupling part 20 is connected to the pipe 14 by a pipe extension section 18, which is butt welded to the end of the tube 14, as shown. The socket coupling part 20 has a through Machined interior cavity and a bearing cup forming surface 22 for receiving the Ball coupling part 40, which is described in more detail below. An inner annular groove or recess 24 is provided in the pan 20 in order to create a seat recess for a metallic sealing ring 26. At the front end the cup 20 and in connection with the inner surface 22 an elastomeric O-ring seal 28 is arranged. Multiple passages or holes 30 that are mutually circumferentially spaced
das Pfannenkupplungsteil 20 angeordnet sind, münden an einem Ende in die Aussparung oder Nut 24 (zwischen dem Metalldichtring 26 und der O-Ringdichtung 28) und sind am anderen Ende mit Einlaßanschlüssen 33 verbunden, um Druckmittel über einen Schlauch 136 für weiter unten beschriebene Zwecke zu empfangen.the socket coupling part 20 are arranged, open at one end into the recess or groove 24 (between the metal sealing ring 26 and the O-ring seal 28) and are connected at the other end to inlet ports 33 to transfer pressure medium a hose 136 for purposes described below receive.
Die Spannzangenverriegelungsvorrichtung 90 enthält die Spannzangenverriegelungsteile 68 und die Spannzangenbetätigungsbuchse 95. Die langgestreckten Spannzangenverriegelungsteile 68 sind um den äußeren Umfang der Pfanne 20 in engem gegenseitigem Abstand angeordnet, um eine ringartige Spannzange 65 zu bilden. Jedes Spannzangenverriegelungsteil 68 hat einen Querschnitt, der insgesamt die Form eines umgedrehten Trapezes oder eines kegelstumpfförmigen Keils hat, damit die Teile 68 zum Bilden der ringartigen Spannzange 65 in engem gegenseitigem Abstand angeordnet werden können. Kleine Distanzstücke 72 und 73 sind an einer Seite jedes Teils 68 befestigt, stehen, von diesem vor, berühren das benachbarte Teil 68 und halten dieses auf Abstand.The collet locking device 90 includes the collet locking members 68 and the collet actuating sleeve 95. The elongated collet lock members 68 are closely spaced around the outer periphery of the pan 20 Spaced to form a ring-like collet 65. Each collet locking member 68 has a cross-section that has the overall shape of an inverted trapezoid or a frustoconical wedge, so that the Parts 68 for forming the ring-like collet 65 can be arranged in close mutual spacing. Small spacers 72 and 73 are attached to one side of each part 68, protruding from this, touching the adjacent one Part 68 and keep this at a distance.
Jedes Teil 68 hai. einen radial nach innen vorstehenden Ansatz 84, der in eine ringförmige Aussparung oder Nut 32, die in dem äußeren Umfang des Pfannenkupplungsteils 20 angeordnet ist, einfaßt und diese berührt. Das Einfassen des Ansatzes 84 in die Nut 32 bildet eine Vorrichtung zum Verschwenken der Spiinnzangenverriegelungsteile 68 in einer Radialebene in bezug auf das Pfannenteil 20, was weiter unten noch näher beschrieben ist.Every part 68 hai. a radially inwardly protruding approach 84, which is in an annular recess or groove 32, the is arranged in the outer periphery of the socket coupling part 20, encompasses and contacts them. Bounding the neck 84 in the groove 32 forms a device for pivoting the spinning tongs locking parts 68 in a radial plane with respect to the socket part 20, which is further below is described in more detail.
Jedes Spannzangenverriegelungsteil 68 hat ein Ende 70, das über das Pfannenkupplungsteil 20 nach vorn vorsteht, um das KugelkupplungsteJ 1 40 zu erfassen, was weiter unten noch ausführlicher beschrieben ist. Das nach vorn vorstehende Ende 70 des Teils 68 ist mit einer äußeren geneigten Fläche 69Each collet locking member 68 has an end 70 which protrudes over the socket coupling member 20 to the front KugelkupplungsteJ 1 40, which is explained in more detail below is described. The forwardly protruding end 70 of the member 68 is provided with an outer sloping surface 69
3.15:: π3.15 :: π
und einer inneren geneigten Fläche 71 versehen, so daß es insgesamt keilförmig ist. Eine innen angeordnete, geneigte Schulter 74 ist zum Erfassen des Halteflansches 48 vorgesehen, was im folgenden noch näher beschrieben ist. Das andere Ende 76 des Teils 68 steht nach hinten über die Pfanne 20 vor. Die äußere Fläche des Spannzangenverriegelungsteils-68 ist sattelförmig und hat zwei nach innen geneigte Spannflächen 78 und 82, die in eine Fläche 80 übergehen. Die Spannflächen 78 und 82 wirken mit der Spannzangenverriegelungsbuchse 95 zusammen, um die Spannzange 65 zu schließen und zu öffnen, was im folgenden noch ausführlicher beschrieben ist.and an inner inclined surface 71 provided so that it overall is wedge-shaped. An internally arranged, inclined shoulder 74 is provided for gripping the retaining flange 48, which is described in more detail below. The other end 76 of the part 68 projects rearwardly over the pan 20 before. The outer surface of the collet locking member-68 is saddle-shaped and has two inwardly inclined clamping surfaces 78 and 82 which merge into a surface 80. The clamping surfaces 78 and 82 cooperate with the collet lock bushing 95 to close and close the collet 65 open, which is described in more detail below.
Das Kugelkupplungsteil 40 hat einen vorstehenden Rohrabschnitt 44 zum Stumpfverschweißen mit dem Rohr 16, wie dargestellt. Der kugelförmige Teil des Kugelkupplungsteils 40 hat einen nach vorn weisenden äußeren sphärischen Teil 42 und einen nach hinten weisenden äußeren sphärischen Teil 43. Ein Halteflansch 48 ist um die Kugel 40 angeordnet und hat eine sphärische Innenfläche 50, die mit der nach hinten weisenden sphärischen Außenfläche 43 der Kugel 40 zusammenpaßt. Der Flansch 48 hat eine nach hinten weisende ringförmige Fläche 53 und eine nach hinten weisende geneigte Schulter Ein elastomerer Lagerring 52 ist in einer Nut in der Fläche 50 angeordnet, um sich gegen die Fläche 43 der Kugel 40 zu legen.The ball coupling member 40 has a protruding pipe section 44 for butt welding to the pipe 16, as shown. The spherical part of the ball coupling part 40 has a forwardly facing outer spherical part 42 and a rearwardly facing outer spherical portion 43. A retaining flange 48 is disposed around the ball 40 and has a spherical inner surface 50 which mates with the rearwardly facing spherical outer surface 43 of the ball 40. The flange 48 has a rearwardly facing annular surface 53 and a rearwardly facing inclined shoulder An elastomeric bearing ring 52 is in a groove in the surface 50 arranged to lie against the surface 43 of the ball 40.
Der Halteflansch 40 kann sich am Anfang frei um die mit ihm zusammenpassende Fläche 43 der Kugel 40 schwenken und drehen, bis die Spannzangenverriegelungsvorrichtung 90 geschlossen ist. Um jedoch den Flansch 48 mit der Kugel 40 in Berührung zu halten und um zu verhindern, daß sich der Flansch während der Handhabung nach hinten von der Kugel 40 weg zu dem Rohr 16 hin verschiebt, ist eine Flanschhaltevorrichtung an dem Kugelkupplungsteil 40 befestigt, um den Flansch 48 am Anfang in konzentrischer Lage und drehbar in Anlage an der Kugel 40The retaining flange 40 can initially pivot and rotate freely around the mating surface 43 of the ball 40, until the collet locking device 90 is closed. However, around the flange 48 with the ball 40 in contact and to prevent the flange from moving backwards away from the ball 40 towards the tube during handling 16 moves towards, a flange holding device is attached to the ball coupling part 40 to the flange 48 at the beginning in a concentric position and rotatable in contact with the ball 40
zu halten. Die Flanschhaltevorrichtung besteht zweckmäßig aus mehreren Federbaugruppen 55, die in gegenseitigem Abstand um den äußeren Umfang des Rohrverlängerungsabschnittes 44 angeordnet sind.to keep. The flange holding device expediently consists of several spring assemblies 55, which are spaced apart are arranged around the outer circumference of the pipe extension section 44.
Um den Rohrverlängerungsabschnitt 44 herum ist ein radial vorstehender'Ringflansch 46 angeordnet, an dem mehrere Federgehäuse 57 mittels Befestigungsvorrichtungen, wie Kopfschrauben 62, lösbar befestigt sind. Jedes Gehäuse 57 hat eine innere Bohrung, in der eine Feder 60 und konzentrisch innerhalb derselben eine Federführung 58 mit einem vergrösserten Kopf 56 zur Anlage an der nach hinten weisenden Fläche 53 des Halteflansches 48 angeordnet sind. Die Federbaugruppen 55 halten den Flansch 48 während des Kupplungsvorganges in konzentrischer Anlage an der nach hinten weisenden Fläche 43 der Kugel 40. Die Federhaltebaugruppen 55 gestatten außerdem eine Drehgleitbewegung und einen begrenzten Grad an Schwenkbewegung des Flansches 48 gegenüber der Kugel 40, während sie den Flansch 48 in einer insgesamt zentrierten und konzentrischen Position auf der Kugel 40 halten. A radially protruding ring flange 46 is arranged around the pipe extension section 44, on which several spring housings 57 by means of fastening devices such as head screws 62, are releasably attached. Each housing 57 has an internal bore in which a spring 60 and concentric within the same a spring guide 58 with an enlarged head 56 for resting on the rearward-facing surface 53 of the retaining flange 48 are arranged. The spring assemblies 55 hold the flange 48 during the coupling process in concentric contact with the rearwardly facing surface 43 of the ball 40. The spring retainer assemblies 55 permit also rotational sliding movement and a limited amount of pivoting movement of the flange 48 with respect to the ball 40 while holding the flange 48 in an overall centered and concentric position on the ball 40.
Wenn das Kugelkupplungsteil 40 in das Pfannenkupplungsteil 20 eingeführt wird, bilden die offenen,verschwenkten Spannzangenverriegeluntjsteile 68 einen Trichter zum Erfassen und Leiten der Nase oder des vorderen Endes 41 der Kugel 40 in die Pfanne 20 und in Anlage an der inneren Pfannenfläche 22. Es ist jedoch nicht notwendig, daß die innere Pfannenfläche 22 hinter dem Dichtring 26 körperlich mit dem nach vorn weisenden sphärischen Flächenteil 42 der Kugel 40 zusammenpaßt, sie kann vielmehr etwas größer als das vordere Ende 42 der Kugel 40 gebohrt uein. Die innere Pfannenflache 22 vor der Dichtringaussparuag 24 kann maschinell so bearbeitet sein, daß sie eine sphärische Fläche hat, die mit dem vorderen sphärischen Flächc;nteil 42 der Kugel 40 zusammenpaßt. Es kann erwünscht sein, daß die oben beschriebene innere Pfannen-When the ball coupling part 40 is inserted into the socket coupling part 20, the open, pivoted collet locking parts form 68 a funnel for engaging and guiding the nose or front end 41 of the ball 40 in FIG the pan 20 and in contact with the inner pan surface 22. It is not necessary, however, that the inner pan surface 22 behind the sealing ring 26 physically fits with the forward-facing spherical surface part 42 of the ball 40, rather, it can be drilled slightly larger than the front end 42 of the ball 40. The inner pan surface 22 before the Sealing ring recess 24 can be machined so that it has a spherical surface with the front spherical surface portion 42 of the ball 40 fits together. It it may be desirable that the inner pan described above
T Γ' 'T Γ ''
fläche 22 vorderhalb der Aussparung 24 einen Kugeldurchmesser hat, der etwas größer ist als der Durchmesser der nach vorn weisenden sphärischen Fläche 42 der Kugel 40, um einen Festsitz mit der Kugelfläche 42 zu erzt:ugen.surface 22 in front of the recess 24 has a ball diameter which is slightly larger than the diameter of the after front-facing spherical surface 42 of the ball 40, in order to establish a tight fit with the spherical surface 42: ugen.
Die Spannzangenverriegelungsbuchse 95 j st konzentrisch um die ringartige Spannzange 65 in Gleitbcrührung mit den äusseren geneigten Flächen 82 und 78 der i)pannzangenverriegelungsteile 68 angeordnet. Das vordere Ende der Büchse 95 hat einen rampen- oder keilförmigen Spannteil 92 und ein hinteres Ende, das einen angeformten, radial nach innen vorstehenden Ringflansch 94 hat. Ein Lagerring 100 ist konzentrisch um den Rohrverlängerungsabschnitt 18 des Pfannenkupplungsteils angeordnet und an der unteren vorstehenden Fläche des Flansches 94 durch herkömmliche Vorrichtungen, wie Schrauben 101, befestigt. Der Lagerring 100 stützt das hintere Ende 94 der Buchse 95 konzentrisch um den Rohrverlängerungsabschnitt 18 ab und bildet eine Lagerfläche zwischen der Buchse 95 und dem Abschnitt 18, um zwischen diesen eine axiale Verschiebebewegung zu gestatten.The collet locking bushing 95 j is concentric around the ring-like collet 65 in sliding contact with the outer one inclined surfaces 82 and 78 of the i) collet lock members 68 arranged. The front end of the sleeve 95 has a ramp or wedge-shaped clamping part 92 and a rear End which has an integrally formed annular flange 94 protruding radially inward. A bearing ring 100 is concentric arranged around the pipe extension section 18 of the socket coupling part and on the lower protruding surface of the Flange 94 by conventional means such as screws 101 attached. The bearing ring 100 supports the rear end 94 of the bushing 95 concentrically about the pipe extension section 18 from and forms a bearing surface between the bushing 95 and the section 18 to between these a allow axial displacement movement.
Eine ferngesteuerte Betätigungsvorrichtung 102 ist an dem Rohrabschnitt 18 hinter der Spannzangenverriegelungsbuchse 95 angebracht. Die Betätigungsvorrichtung 102 besteht zweckmäßig aus mehreren Hydraulikzylindern 110, die in gegenseitigem ümfangsabstand um den Rohrverlängerungsabschnitt 18 und in radialem Abstand von diesem sowie axial parallel zu diesem angeordnet sind. Die Basis 112 der Zylinder 110 ist an einem Befestigungsring 104 mittels Befestigungsvorrichtungen, wie Schrauben 113, befestigt. Der Befestigungsring 104 ist an dem Rohrverlängerungsabschnitt 18 mit Hilfe von zwei Klemmringen 105 konzentrisch befestigt, die in zwei gegenseitigen Abstand aufweisenden Ringkanälen, die in dem Rohrverlängerungsabschnitt 18 gebildet sind, angeordnet und an dem Befestigungsring durch herkömmliche Befestigungsele-A remotely operated actuator 102 is on the pipe section 18 behind the collet lock bushing 95 attached. The actuating device 102 expediently consists of a plurality of hydraulic cylinders 110, which are in mutual circumferential distance around the pipe extension section 18 and at a radial distance therefrom and axially parallel to it this are arranged. The base 112 of the cylinder 110 is attached to a fastening ring 104 by means of fastening devices such as screws 113. The fastening ring 104 is concentrically attached to the pipe extension section 18 by means of two clamping rings 105, which are in two mutual Spaced annular channels formed in the pipe extension section 18 are arranged and on the fastening ring by conventional fastening elements
ο 1" frο 1 "fr
mente, wie Schrauben 103, befestigt sind. Ein Keil 108 ist zwischen dem Ring 104 und dem Abschnitt 18 angeordnet, um eine Relativdrehbewegung zwischen denselben zu verhindern.elements, such as screws 103, are attached. A wedge 108 is disposed between ring 104 and section 18 to prevent relative rotational movement therebetween.
Jede Zylinderbetätigung.sstange 120 hat ein Stangenauge 122, das an deren Ende befestigt ist. Das Stangenauge 122 ist in einem Gabelkopf 126 mittels eines Drehzapfens 128 befestigt. Der Gabelkopffuß 124 ist an der nach hinten weisenden Fläche des Flanschendes 94 der Spannzangenbetätigungsbuchse durch geeignete Befestigungsvorrichtungen, wie Schrauben 125, befestigt. Ein äußerer zylindrischer Mantel 130 ist konzentrisch um den Rohrverlängerungsabschnitt 18 und die Betätigungsvorrichtung 102 angeordnet. Das vordere Ende 131 des Mantels 130 ist an dem sich nach hinten erstreckenden Ende 94 der Buchse 95 mit Hilfe von mehreren radial eingeführten Stiften 132 befestigt. Das andere Ende 133 des Mantels 130 steht nach hinten über den Befestigungsring 104 vor. Ein Kunststofflagerring 106 ist in der radial vorstehenden äusseren Fläche des Befestigungsringes 104 angeordnet, um die Innenfläche des Mantels 130 zu berühren und eine reibungsarme Lagerfläche zu bilden,· wenn sich der Mantel 130 gegenüber dem Befestigungsring 104 mit der Spannzangenbetätigungsbuchse 95 axial verschiebt.Each cylinder actuation rod 120 has a rod eye 122, which is attached to the end. The rod eye 122 is fastened in a fork head 126 by means of a pivot pin 128. The clevis foot 124 is on the rearward facing surface of the flange end 94 of the collet actuating bushing by suitable fasteners such as screws 125. An outer cylindrical shell 130 is concentric around the pipe extension section 18 and the actuator 102 arranged. The forward end 131 of the shell 130 is at the rearwardly extending end 94 of the bushing 95 with the aid of a plurality of radially inserted pins 132. The other end 133 of the jacket 130 protrudes to the rear over the fastening ring 104. A plastic bearing ring 106 is in the radially protruding outer Surface of the fastening ring 104 arranged to the Touching inner surface of the shell 130 and a low friction To form a bearing surface when the jacket 130 is opposite the fastening ring 104 with the collet actuating bushing 95 moves axially.
Der Verbinder 33 ist mit einem äußeren Hydraulikanschluß verbunden, der an der nach hinten weisenden Fläche des Befestigungsringes 104 angebracht ist, und zwar über Hydraulikleitungen 136 und 140 und einen Anschluß 138. Zwei äußere Hydraulikanschlüsse 144 und 145 sind ebenfalls an der nach hinten weisenden Fläche des Befestigungsringes 104 neben den Zylindern 110 angebracht, um Hydrauliköl über Leitungen 148 und-150 zur Betätigung der Zylinder 110 und zum Ausfahren bzw. Einfahren der Betätigungsstange 120 zuzuführen. Eine ferngesteuerte Hydraulikölquelle (nicht dargestellt) kann mit den Anschlüssen 142, 144 und 146 über flexible Schläuche zurThe connector 33 is connected to an external hydraulic connection on the rearward facing surface of the fastening ring 104 is attached, via hydraulic lines 136 and 140 and a connection 138. Two outer Hydraulic connections 144 and 145 are also on the after The rear-facing surface of the fastening ring 104 is attached next to the cylinders 110 to allow hydraulic oil via lines 148 and-150 for actuating the cylinders 110 and for extending them feed or retraction of the actuating rod 120. A remote controlled hydraulic oil source (not shown) can with the connections 142, 144 and 146 via flexible hoses
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Betätigung des spannzangenbetätigten Kugelgelenkverbinders 10 unter dem Meeresspiegel verbunden sein.Operation of the collet operated ball joint connector 10 may be connected below sea level.
Unter Bezugnahme auf die Fig. 3,4, 5 und 6 wird nun die Betätigungsfolge zum Schließen und Verriegeln der Spannzange 65 zum Abdichten und starren Verbinden des Kugelgelenks ausführlicher erläutert. Das Pfannenkupplungsteil 20 ist über den Rohrverlängeruiigsabschnitt 18 mit dem Ende des Rohres 14 verbunden, und das Kugelkupplungsteil 40 ist über den Rohrverlängerungsabschnitt 44 mit dem anderen Rohr 16 verbunden, wie oben beschrieben. Die Spannzange 65 wird in eine offene Stellung gebracht, um einen Versandstopfen (nicht dargestellt) zu entfernen, indem Hydrauliköl aus einer entfernten Quelle (nicht dargestellt) über die Anschlüsse 146 und die Leitung 150 dem Zylinder 110 zugeführt wird, um die Kolbenstangen zurückzuziehen und die Spannzangenverriegelungsbuchse 95 axial in ihre hinterste Stellung zu bewegen, die in Fig. 4 gezeigt ist. Wenn die Spannzangenbetätigungsbuchse 95 in ihre maximale hintere Stellung bewegt wird, gleitet die geneigte innere Fläche 96 an der Schulter 98 des keilförmigen Spannendes 92 axial nach hinten und trennt die Fläche 96 von der rampenförmigen äußeren Fläche 78 der Spannzangenverriegelungsteile 68. Das Ende 98 gleitet dann über die Zwischenfläche 80 und berührt die nach außen und nach hinten schräg verlaufende Fläche 82, wodurch das Spannteilende 76 nach innen gedrückt wird.Referring to FIGS. 3, 4, 5 and 6, the sequence of operations will now be described for closing and locking the collet 65 to seal and rigidly connect the ball joint in more detail explained. The socket coupling part 20 is connected to the end of the pipe 14 via the pipe extension section 18 connected, and the ball coupling member 40 is via the pipe extension portion 44 connected to the other tube 16 as described above. The collet 65 is in an open position brought to remove a shipping plug (not shown) by drawing hydraulic oil from a remote source (not shown) via the connections 146 and the line 150 to the cylinder 110 is supplied to the piston rods retract and move the collet locking bushing 95 axially into its rearmost position, which is shown in FIG is shown. When the collet actuating sleeve 95 is moved to its maximum rearward position, the inclined one slides inner surface 96 on shoulder 98 of wedge-shaped tensioning end 92 axially rearward and separates surface 96 from the ramped outer surface 78 of the collet locking members 68. The end 98 then slides over the interface 80 and contacts the outwardly and rearwardly sloping surface 82, whereby the clamping part end 76 inward is pressed.
Wenn das Ende 76 nach innen gedrückt wird, werden die Enden 70 der Spannzangenverriegelungsteile 68 nach außen geschwenkt, wobei der Ansatz 84 in den (als Drehpunkt dienenden) Kanal 32 einfaßt, um die Teile 68 für die Aufnahme des KugelteilsWhen the end 76 is pushed inward, the ends 70 of the collet locking parts 68 pivoted outwards, with the projection 84 in the channel (serving as a fulcrum) 32 surrounds to the parts 68 for receiving the ball part
40 zu "öffnen", wie es in Fig. 4 gezeigt ist. Die Fläche 96 an dem vorderen keilförmigen Spannabschnitt 92 der Buchse legt sich gegen die äußere geneigte Fläche 78 der Spannzangenverriegelungsteile 68, um das Verschwenken der Spannteile40 to "open" as shown in FIG. The area 96 on the front wedge-shaped clamping portion 92 of the bushing bears against the outer sloping surface 78 of the collet locking members 68 to the pivoting of the clamping parts
31 ο 1 3 V 131 ο 1 3 V 1
68 radial nach außen zu begrenzen. Die Teile 68 werden weit genug angeordnet, um einen Eintrittsdurchmesser zwischen den Flächen 77 von zueinander entgegengesetzten Spannzangentdilen 68 zu bilden, der gerade etwas größer ist als der Durchmesser des Halteflansches 48. Die "offene" Spannzange 65 bildet einen Trichter zum Erfassen und Leiten des Kugelkupplungsteils 40 in das Pfannenteil 20. .68 to limit radially outward. The parts 68 are arranged far enough to have an entry diameter between the Surfaces 77 of mutually opposing collet chucks 68, which is just slightly larger than the diameter of the retaining flange 48. The "open" collet 65 forms a funnel for gripping and guiding the ball coupling part 40 into the socket part 20.
Wenn das Kugelkupplungsteil 40 in das Pfannenkupplungsteil 20 eingeführt wird, werden das vordere Ende 41 und der sphärische Teil 42 in den Pfannenhohlraum 22 geleitet, indem sie die sich nach innen verjüngenden Flächen 71 der Spannzange 65 und dann die innere Fläche 22 an dem Pfannenende 25 berühren. Das vordere Ende 41 der Kugel wird sich weiter in die Pfanne 20 bewegen, bis der vordere sphärische Teil 42 der Kugel 40 den Metalldichtring 26 und die innere Fläche 22 der Pfanne 20 zwischen der Dichtringaussparung 24 und dem Pfannenende 25 berührt. Die gegenseitige Berührung des Kugel- und des Pfannenkupplungsteils 40 bzw. 20 gestattet einen begrenzten Grad an Versetzung zwischen den Rohren 14 und 16, was weiter unten noch näher erläutert ist. Der Halteflansch 48 wird an dem Ende 25 der Pfanne 20 und innerhalb der offenen Spannzange 6 5 angeordnet. Die Spannzange ist nun bereit, um "geschlossen" oder "verriegelt" zu werden und das Herstellen der Verbindung abzuschließen, und der Schließ- und Abdichtvorgang wird nun unter Bezugnahme auf die Fig. 3, 5 und 6 erläutert.When the ball coupling part 40 in the socket coupling part 20 is inserted, the front end 41 and the spherical part 42 are guided into the socket cavity 22 by the inwardly tapered surfaces 71 of the collet 65 and then the inner surface 22 on the socket end 25 contact. The front end 41 of the ball will continue to move into the socket 20 until the front spherical portion 42 of the ball 40, the metal sealing ring 26 and the inner surface 22 of the socket 20 between the sealing ring recess 24 and the Pan end 25 touched. The mutual contact of the ball and the socket coupling part 40 and 20 respectively allows a limited Degree of displacement between the tubes 14 and 16, which will be explained in more detail below. The retaining flange 48 is at the end 25 of the pan 20 and within the open Collet 6 5 arranged. The collet is now ready to be "closed" or "locked" and manufacturing complete the connection, and the closing and sealing process is now with reference to FIGS. 3, 5 and 6 explained.
Zum Schließen der Spannzange 65 liefert eine entfernte Quelle (nicht dargestellt) unter Druck stehendes Hydrauliköl über den Anschluß 144 und die Leitung 148 zu den Hydraulikzylindern 110, um die Betätigungsstangen 120 auszufahren, 'wie es in Fig. 3 gezeigt ist. Wenn die Stangen 120 axial ausgefahren werden", wird eine vorbestimmte Betätigungskraft durchA remote source (not shown) supplies pressurized hydraulic oil to close the collet 65 port 144 and line 148 to hydraulic cylinders 110 to extend actuator rods 120, 'as is is shown in FIG. When the rods 120 are axially extended, a predetermined actuation force is applied
i::r:\i :: r : \
die Zylinder 110 der Betätigungsvorrichtung 102 geliefert und auf die an ihnen befestigte Spann/.angenbetätigungsbuchse 95 übertragen. Die vorbestimmte Betätigungskraft, die axial auf die Buchse 95 ausgeübt wird, bewegt die Buchse axial nach vorn über die Außenflächen 78 der Teile 68 der Spannzange 65· Das sich nach vorn bewegende Ende 91 der Buchse 95 berührt die Außenflächen 78 der Teile 68, um die sich nach oben erstrebenden Enden 70 der Teile 68 nach innen zu drücken. Die Teile 68 schwenken um die Ansätze 84 in dem Kanal 32, bis die nach vorn geneigte Schulter 74 des Verriegelungsansatzendes 70 der Teile 68 den Halteflansch hinter der geneigten Schulter 54 berührt, um den Flansch 48 zu zentrieren. Der Flansch 48 wird durch die Berührung mit den Spannzangenverriegelungsteilen 68 zentriert, um eine Versetzung der Rohre 14 und 16 auszugleichen, da der Flansch 48 sich gegenüber der Kugelfläche 43 frei verschieben kann. Eine weitere Axialbewegung der Büchse 95 nach vorn bewirkt, daß die gesamte innere Fläche 96 des Spannendes 92 der Buchse 95 die gesamte äußere Fläche 78 der Spannteile 68 kraftschlüssig berührt, um die Spannteile nach innen zu drücken, bis die Schulter 75 des Spannteilansatzes 84 die vordere Schulter 34 des Kanals 32 berührt.the cylinders 110 of the actuator 102 are supplied and transferred to the clamping / .angenbetreibungsbuchse 95 attached to them. The predetermined actuation force, which is axially is applied to the bushing 95, the bushing moves axially forwardly over the outer surfaces 78 of the parts 68 of the collet 65 · The forward moving end 91 of the sleeve 95 contacts the outer surfaces 78 of the parts 68 around which to push upwardly striving ends 70 of the parts 68 inward. The parts 68 pivot about the lugs 84 in the channel 32 until the forwardly inclined shoulder 74 of the locking lug end 70 of the parts 68 the retaining flange behind the inclined shoulder 54 to center the flange 48. The flange 48 is by contact with the Collet locking members 68 are centered to compensate for misalignment of tubes 14 and 16 as flange 48 can move freely with respect to the spherical surface 43. A further axial movement of the sleeve 95 forwards causes that the entire inner surface 96 of the clamping end 92 of the socket 95, the entire outer surface 78 of the clamping parts 68 frictionally touches to push the clamping parts inward until the shoulder 75 of the clamping part extension 84 the front Shoulder 34 of the channel 32 touches.
Fortgesetztes Ausüben der vorbestimmten Betätigungskraft F,. (vgl. Fig. 6) in Richtung axial nach vorn durch die Büchse 95, die über den Spannendteil 92 wirkt, und auf die Geometrie der sich kraftschlüssig berührenden Flächen 96 und 78 hin, wird eine bekannte, radial wirkende, verstärkte Betätigungskraft F ' ergeben, die über die Spannzangenverriegelungsteile 68 ausgeübt wird (vgl. Fig. 3 und 6). Die radiale Betätigungskraft FA", die über die Teile 68 wirkt, wird als eine bekannte verstärkte Betätigungkraft F '' ausgeübt, die über die sich berührenden Schultern 74 und 54 der Spannteile 68 bzw. den Halteflansch 48 wirkt, und zwar insgesamt einwärts über den Halteflansch 48. Die Kraft FÄ" wird insgesamt über die innere sphärische Fläche 50 des Flansches 48 auf dieContinued exertion of the predetermined actuation force F i. (cf. Fig. 6) in the axial forward direction through the bush 95, which acts via the clamping end part 92, and based on the geometry of the frictionally contacting surfaces 96 and 78, a known, radially acting, increased actuating force F 'will result which is exerted via the collet locking members 68 (see. Figs. 3 and 6). The radial actuation force F A ", which acts via the parts 68, is exerted as a known increased actuation force F" which acts via the contacting shoulders 74 and 54 of the clamping parts 68 and the retaining flange 48, respectively, inwardly over the Holding flange 48. The force F Ä "is a total of the inner spherical surface 50 of the flange 48 on the
ό I O i · - ; 1 ό IO i · -; 1
kraftschlüssig berührte, nach hinten weisende sphärische Fläche 43 der Kugel 40 ausgeübt/ wo sie als eine verstärkte Kraft Fn, die normal (radial) einwärts von der Fläche 43 wirkt, in die Kugel 40 übertragen wird. Die Normalkraft Fn wird über die Kugel 40 nach vorn übertragen und dann auf die Fläche des Metalldichtringes 26 als eine weitere bekannte verstärkte Kraft Fn 1 in einer Richtung normal zu der Grenzfläche zwischen der nach vorn weisenden sphärischen Fläche 42 der Kugel und dem Dichtring 26 ausgeübt.frictionally contacting, rearward-facing spherical surface 43 of the ball 40 is exerted / where it is transmitted into the ball 40 as an increased force F n , which acts normally (radially) inwards from the surface 43. The normal force F n is transmitted forward via the ball 40 and then onto the surface of the metal sealing ring 26 as another known amplified force F n 1 in a direction normal to the interface between the forward-facing spherical surface 42 of the ball and the sealing ring 26 exercised.
Mit einer vorbestimmten axialen Betätigungskraft FA, die über das Verriegelungsbuchsenspannende 92 ausgeübt wird, und durch sorgfältiges Kontrollieren der Geometrie der Grenzfläche oder der Berührungsflächen 96 und 78 zwischen der Buchse 95 bzw. den Spannteilen 68; zwischen den Flächen 74 und 54 zwischen den Spannteilen 68 bzw. dem Halteflansch 48; zwischen der Flanschfläche 50 und der sphärischen Fläche 43 der Kugel; und zwischen der Kugelfläche 42 und dem Dichtring 26 kann die Kraft Fn 1,die auf den Metalldichtring 26 durch den nach vorn weisenden sphärischen Flächenteil 42 der Kugel 40 ausgeübt wird, vorhersagbar gesteuert werden, und zwar wegen der Verstärkung der Kraft FA über jede der oben beschriebenen Grenzflächen. Es kann somit ein hoher Verstärkungsfaktor von 50, 100 oder mehr erzielt werden.With a predetermined axial actuation force F A exerted via the locking sleeve tensioning end 92 and by carefully controlling the geometry of the interface or contact surfaces 96 and 78 between the sleeve 95 and the tensioning members 68; between the surfaces 74 and 54 between the clamping parts 68 and the retaining flange 48, respectively; between the flange surface 50 and the spherical surface 43 of the ball; and between the spherical surface 42 and the sealing ring 26, the force F n 1 exerted on the metal sealing ring 26 by the forward facing spherical surface portion 42 of the ball 40 can be predictably controlled because of the amplification of the force F A across each of the interfaces described above. A high amplification factor of 50, 100 or more can thus be achieved.
Die bekannte Normalkraft Fn 1 die auf den Metalldichtring 26 ausgeübt wird, reicht aus, um die plastische Verformung des Metalldichtringüs an der sphärischen Fläche 42 der Kugel 40 und eine formschlüssige Metall/Metall-Abdichtung zwischen diesen zu bewirken. Die Fläche 42 der Kugel 40 erfaßt außerdem kraftschlüssig die innere Pfannenfläche 22 vorderhalb der Dichtringaussparung 24 und berührt den in dem vorderen Ende der Pfanne 20 angeordneten O-Ring 28.The known normal force F n 1 exerted on the metal sealing ring 26 is sufficient to bring about the plastic deformation of the metal sealing ring on the spherical surface 42 of the ball 40 and a positive metal / metal seal between them. The surface 42 of the ball 40 also frictionally engages the inner socket surface 22 in front of the sealing ring recess 24 and contacts the O-ring 28 arranged in the front end of the socket 20.
3 1 51J 7 13 1 51J 7 1
Die Betätigungskraft FA'',die über den Halteflansch 48 ausgeübt wird, wird, wie oben beschrieben, als eine Normalkraft Fn (vgl. Fig. 6) ausgeübt, die radial nach innen über den gesamten zusammenpassenden sphärischen,kraftschlüssig erfaßten Metall/Metall-Flächen 50 und 43 wirkt. Die normalen Reibungskoeffizienten von Stahl auf Stahl werden etwa 0,15 bis 0,25 betrager» um jedoch eine starre Kugelpfannenverbindung zu erzielen, ohne daß der Flächeninhalt, der durch die sich berührenden Flächen 50 und 43 gebildet wird, stark vergrößert zu werden braucht, ist es erwünscht, den Reibungskoeffizienten wesentlich zu vergrößern. Das kann erreicht werden, indem die zusammenpassenden sphärischen Flächen 50 und 43 aufgerauht werden. Eine bevorzugte Methode besteht darin, ein Flammspritzpulver zu verwenden, das aus rostfreiem Stahl und Wolframcarbid besteht und auf eine oder beide sich berührende Flächen 50 und 43 aufgebracht wird. Ein solches Produkt wird von der Wall Colmonoy Corporation unter deren Warenzeichen COLMONOY vertrieben und kann den Reibungskoeffizienten zwischen den sich berührenden Flächen 50 und 43 auf 0,4 oder mehr vergrößern. Mit dem vergrößerten Reibungskoeffizienten können die Normalkräfte Fn, die mit dem Reibungskoeffizienten zwischen dem Halteflansch 48 und der Kugel 40 zusammenwirken, eine auf die Kugel 40 einwirkende Haltekraft ergeben, die ausreicht, um das Kugelkupplungsteil 40 starr in dichter Anlage an dem Pfannenkupplungsteil 20 zu halten.The actuating force F A ″, which is exerted via the retaining flange 48, is, as described above, exerted as a normal force F n (cf. -Area 50 and 43 acts. The normal coefficients of friction of steel on steel are around 0.15 to 0.25, however, in order to achieve a rigid ball socket connection without the surface area formed by the contacting surfaces 50 and 43 having to be greatly increased it is desirable to increase the coefficient of friction substantially. This can be accomplished by roughening the mating spherical surfaces 50 and 43. A preferred method is to use a flame spray powder, comprised of stainless steel and tungsten carbide, applied to one or both of the contacting surfaces 50 and 43. One such product is sold by Wall Colmonoy Corporation under their trademark COLMONOY and can increase the coefficient of friction between the contacting surfaces 50 and 43 to 0.4 or more. With the increased coefficient of friction, the normal forces F n , which interact with the coefficient of friction between the retaining flange 48 and the ball 40, can result in a retaining force acting on the ball 40 which is sufficient to keep the ball coupling part 40 rigidly in close contact with the socket coupling part 20 .
Der Angriffswinkel zwischen der Buchsenfläche 96 und der Fläche 78 der Spannzangenverriegelungsteile reicht aus, um die Spannzange 65 selbstverriegelnd zu machen. Darüber hinaus wird der Grad der Versetzung zwischen den Rohren 14 und 16,die der Verbinder 10 zuläßt durch den Spalt zwischen den Flächen 71 und 77 der Spannteile 68 und den Federhaltebaugruppen 55 bestimmt. Daa Fehlausrichtungsvermögen muß über + 1° liegen.The angle of attack between the socket surface 96 and the surface 78 of the collet locking parts is sufficient to to make the collet 65 self-locking. In addition, the degree of displacement between the tubes 14 and 16, which the connector 10 allows through the gap between the Surfaces 71 and 77 of the tension members 68 and the spring retainer assemblies 55 are determined. Daa misalignment must be about + 1 °.
I O I :- / II O I: - / I
Nachdem die Spannzangenverriegelungsvorrichtung 95 in die verriegelte Stellung gebracht worden ist, um Abdichtkräfte auszuüben, damit eine Metal1/Metall-Dichtung zwischen dem Kugelkupplungsteil 40 und dem Pfahnenkupplungsteil 20 hergestellt wird , wie oben beschrieben, kann die Dichtung getestet werden, indem Hydrauliköl aus einer entfernten Quelle (nicht dargestellt) über die Anschlüsse 142, 138 und 33 und die Leitungen 140 und 136 dem Loch 30 und der Dichtringaussparung 24 zugeführt wird. Das unter Druck stehende Hydrauliköl füllt den Zwischenraum zwischen der Metall/Metall-Abdichtgrenzfläche zwischen dem Dichtring 26 und der Fläche der Kugel 40 sowie der Abdichtgrenzfläche zwischen dem O-Ring 28 und der Kugelfläche 42, um eine Leckage an der Meta ll/Metall-Abdichtung mit dem Dichtring 26 oder dem O-Ring 28 zu erkennen. Bei richtiger Abdichtung wird die Kugel 40 immer einen ausreichenden Druck auf den Dichtring 26 ausüben, um die Metall/Metall-Abdichtung herzustellen, sofern nicht die nach vorn weisende Fläche 42 der Kugel 40 während der Rohrverlegungs- oder Kupplungsarbeiten beschädigt worden ist. Kerben und andere Beschädigungen der Kugelfläche können die Unversehrtheit der Abdichtung zwar beeinträchtigen, das oben beschriebene Testverfahren wird jedoch rechtzeitig die Abdichtungswirksamkeit erkennen lassen, damit die Kupplung 1.0 sofort ausgetauscht oder repariert werden kann. Wenn die Abdicht.ungstests ein zufriedenstellendes Ergebnis erbringen, dann kann der Verbinder 10 dauerhaft verriegelt werden, bei Bedarf durch das Einspritzen von flüssigem Epoxidharz in die Zylinder 110 Über die Anschlüsse 144 und außerdem in den Hohlraum zwischen der Dichtung 26 und dem O-Ring 28 und der Kugelfläche 42 und Aushärtenlassen des Epoxidharzes.After the collet locking device 95 has been brought into the locked position to provide sealing forces to apply a metal / metal seal between the Ball coupling part 40 and the stud coupling part 20 made If, as described above, the seal can be tested by drawing hydraulic oil from a remote source (not shown) via the connections 142, 138 and 33 and the lines 140 and 136 the hole 30 and the sealing ring recess 24 is supplied. The hydraulic oil under pressure fills the space between the metal / metal sealing interface between the sealing ring 26 and the surface of the ball 40 and the sealing interface between the O-ring 28 and the spherical surface 42 to prevent leakage at the metal / metal seal with the sealing ring 26 or the O-ring 28 to recognize. When properly sealed, the ball 40 will always exert sufficient pressure on the sealing ring 26, to establish the metal / metal seal, unless the forward facing surface 42 of the ball 40 during the pipe laying or coupling work has been damaged. Notches and other damage to the spherical surface may affect the integrity of the seal, but the test procedure described above will be timely show the effectiveness of the seal so that the coupling 1.0 can be replaced or repaired immediately. If the sealing tests give a satisfactory result, then the connector 10 can be permanently locked are, if necessary, by injecting liquid epoxy resin into the cylinders 110 via the connections 144 and also into the cavity between the seal 26 and the O-ring 28 and the spherical surface 42 and allow the hardening Epoxy resin.
Ein Sicherheitsmerkmal der Erfindung beinhaltet das Zusammenfassen von mehreren Hydraulikzylindern 110 in zwei Gruppen, die jeweils unabhängig Voneinander über gesonderte übliche Hydraulikleitungen betätigt werden. Gewöhnlich werden beideA security feature of the invention includes aggregation of several hydraulic cylinders 110 in two groups, which are each operated independently of one another via separate conventional hydraulic lines. Usually both will
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Gruppen von Zylindern 110 betätigt, um die Spannzangenverriegelungsvorrichtung zu öffnen und ζ χ schließen. Jede Gruppe von Zylindern ist jedoch so dimensioniert worden, daß sie in der Lage ist, die notwendige vorbestimmte Kraft FA zum Feststellen der Spannzangenverrιegelungsvorrichtung zu liefern und die Metall/Metall-Dich :ung und die starre Verbindung zu erz'elen, selbst wenn dLe andere Gruppe fehlerhaft arbeitet. Da die Zylinder j ed^· Gruppe abwechselnd mit Abstand voneinander angeordnet sind, cann jede Gruppe von Zylindern die notwendige Betätigungskraüt F gleichmäßig verteilt auf die Spannbuchse 95 ausüben. Ebenso wird eine Gruppe von Zylindern 110 ausreichen, um dLe Spannzangenverriegelungsvorrichtung 90 zu entriegeln»Groups of cylinders 110 actuated to open and close the collet lock device. However, each group of cylinders has been dimensioned in such a way that it is able to supply the necessary predetermined force F A for locking the collet locking device and to create the metal / metal seal and the rigid connection, even if dLe other group is working incorrectly. Since the cylinders in each group are arranged alternately at a distance from one another, each group of cylinders can exert the necessary actuation force F evenly distributed on the clamping bush 95. Likewise, a group of cylinders 110 will be sufficient to unlock the collet locking device 90 »
In einer weiteren Ausführungsform kanu die Betätigungsvorrichtung 102 eine von dem Kupplungsteil 20 und der Spannzangenverriegelungsvorrichtung 90 gesonderte, und abnehmbare Einheit sein. Die SpannzangenverriegeLungsvorrichtung 90' enthält in diesem Fall die oben beschr!ebenen Baugruppen und funktioniert auf gleiche Weise, um die Spannzange 65 zu "öffnen" und zu "schließen". Die Betätigungsvorrichtung 102 könnte jedoch eine gesonderte, abnehmbare Betätigungsvorrichtung sein, die hur benutzt wird, um die Spannzangenverriegelungsvorrichtung 90 zu verriegeln und zu entriegeln, und die dann entfernbar ist, um einen anderen Verbinder festzustellen. Eine derartige Ausführungsform Ist in den Fig. 7A und 7B gezeigt.In a further embodiment, the actuating device can be used 102 one of the coupling part 20 and the collet locking device 90 be a separate and detachable unit. The collet locking device 90 ' in this case contains the assemblies and described above functions in the same way to "open" and "close" the collet 65. The actuator 102 however, it could be a separate, detachable actuator which is only used to operate the collet locking device 90 to lock and unlock, and which is then removable to lock in another connector. One such embodiment is shown in Figures 7A and 7B.
Eine geeignete herkömmliche Betätigungs- oder Kraftausübungsvorrichtung, wie beispielsweise mehrere Arbeitszylinder oder Winden 350 (oder die Zylinder 110), können mittels eines Ringes 352 an dem Rohr 14 hinter dem Verbinder 10 und benachbart zu der nach hinten weisenden Fläche 94" der Buchse 95 lösbar befestigt werden (vgl. Fig. 3 und 4). Ein Druckstück 354 ist an den Betätigungsstangen 356 der ArbeitszylinderA suitable conventional actuation or force exerting device, such as a plurality of working cylinders or winches 350 (or the cylinders 110), can by means of a Ring 352 on tube 14 behind connector 10 and adjacent can be releasably attached to the rearward facing surface 94 ″ of the socket 95 (cf. FIGS. 3 and 4). A pressure piece 354 is the working cylinder on the actuating rods 356
oder Winden 350 befestigt und wird axial in Anlage an die Buchse 95 der Spannzangenverriegelungsvorrichtung 90" bewegt. Die Arbeitszylinder oder Winden 350 werden dann fernbetätigt, damit eine vorbestimmte Axialkraft auf die Büchse 95 der Vorrichtung 90* ausgeübt wird. Die auf die Buchse ausgeübte Kraft treibt die Spannzangenverriegelungsbuchse 95 axial nach vcrn über die Spannzangenverriegelungsteile 68, um die Spannzange 65 (vgl. Pig. 3 und 4) in eine geschlossene Stellung zt drücken und den Halteflansch 48 in Anlage zu bringen (vgl. Fig. 3 und 4), damit der Kugelpfannenverbinder auf die oben beschriebene Weise verriegelt wird. Die Betätigungsvorrichtung wird dann wieder von dem Rohr 14 entfernt, um erneut benutzt werden zu können.or winches 350 and is axially in contact with the Socket 95 of the collet locking device 90 "is moved. The working cylinders or winches 350 are then operated remotely, so that a predetermined axial force is exerted on the sleeve 95 of the device 90 *. The one on the socket Applied force drives the collet lock bushing 95 axially forward over the collet lock members 68 to the collet 65 (see. Pig. 3 and 4) in a closed Press position zt and the retaining flange 48 in contact to bring (see. Fig. 3 and 4) so that the ball socket connector is locked in the manner described above. The actuating device is then removed again from the tube 14 so that it can be used again.
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Claims (1)
Houston, Texas 77041, V.St.A.HydroTech-Hughes, Inc.
Houston, Texas 77041, V.St.A.
Applications Claiming Priority (1)
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- 1981-12-28 JP JP56216045A patent/JPS57179491A/en active Pending
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