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Rohrförmige Verbindungen werden im allgemeinen in
Unterwasser- und unterirdischen Standorten eingesetzt. An solchen
Standorten ist die Verbindung korrosiven Bedingungen,
Verschleiß und sonstigen schädlichen Einwirkungen von
Ablagerungen, Schmutz und zirkulierenden Fluiden ausgesetzt. Weiterhin
ist es bei solchen Anwendungen für einen rohrförmigen
Verbinder höchst vorteilhaft, wenn dieser einen Durchmesser hat,
der so klein wie möglich ist, um durchmessermäßig Raum zu
erhalten.
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Aus dem Stand der Technik sind viele rohrförmige Verbinder
bekannt, welche von der Ferne aus betrieben werden können.
Ein typisches Beispiel solcher Verbinder ist der Spannhülsen-
Verbinder, welcher in den US-Patenten Nr. 3,321,217 und
3,353,595 offenbart ist. Jede dieser Einrichtungen wird durch
eine Vielzahl von druckbetriebenen Mitteln oder hydraulischen
Betätigern angetrieben, welche eine Spanneinrichtung in
Eingriff mit zusammenpassenden Teilen des Endes des rohrförmigen
Körpers, das dem rohrförmigen Körper gegenüberliegt, der die
druckbetätigten Mittel trägt, bringen. Solche Verbinder sind
zur Anwendung in Räumen mit begrenztem Durchmesser
ungeeignet. Sie haben auch den Nachteil, daß die
Verriegelungselemente vor den korrosiven und anderen entgegenwirkenden
Umweltbedingungen, in welchen die Anlage installiert ist, nicht
geschützt sind.
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Ein anderes Beispiel für den Stand der Technik ist im
US-Patent Nr. 3,241.864 offenbart, welches eine untere
Einlauftrichterform aufweist, um den Anfang des oberen Endes des
rohrförmigen Körpers in den Verbinder einzuführen. Die
Verriegelung wird automatisch durch die Verwendung einer
Vielzahl von elastischen, am Umfang angeordneten Fingern, die
sich am oberen rohrförmigen Körper befinden, ausgeführt, und
diese Finger schnappen in eine Verriegelsnut an der
Außenseite
des rohrförmigen Körpers, mit welchem der Verbinder
zusammenwirkt, ein und aus. Eine ähnliche Konstruktion ist in
dem US-Patent Nr. 3,918,485 offenbart. Diese Konstruktion
enthält flexible Verriegelungsfinger und außerdem einen
angetriebenen Nockenring, welcher die Finger in ihre
Verriegelungsposition drückt oder sie aus dieser Position freigibt.
Die Verriegelungsfinger sind den örtlichen Umweltbedingungen
ausgesetzt.
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GB-A-2165908 beschreibt einen rohrförmigen Verbinder, in
welchem radial bewegliche Verriegelungsklauen durch eine axial
verschiebliche Buchse betätigt werden, um zwei rohrförmige
Körper miteinander zu verriegeln.
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Eine weitere Konstruktion des Standes der Technik wird
nachfolgend mit Bezug auf die in Fig. 2 der Zeichnungen
dargestellte Konstruktion beschrieben. Während eine solche
Konstruktion sich für unterirdische Anwendungen als geeignet
erwiesen hat, schützt sie ihre Verriegelungselemente nicht vor
der Umgebung, in der sie installiert sind. In allen
Konstruktionen von rohrförmigen Verbindern des Standes der Technik
werden die Verriegelungseinrichtungen nicht geschützt, und
viele sind auch nicht geeignet, um an Stellen mit beengten
Durchmesserverhältnissen eingesetzt zu werden.
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Nach der vorliegenden Erfindung ist eine rohrförmige
Kupplungsvorrichtung vorgesehen, umfassend ein erstes
rohrförmiges Glied und ein zweites rohrförmiges Glied, eine Muffe, die
gleitbar um die Außenseite des ersten rohrförmigen Gliedes
angeordnet ist, und eine Vielzahl von Verriegelungsfingern,
die in der Muffe gehalten werden, wobei jeder
Verriegelungsfinger ein inneres Profil aufweist, welches mit dem
Außenprofil am rohrförmigen Glied in Eingriff gebracht werden kann,
um diese miteinander zu verriegeln, wenn die Muffe axial in
eine Verriegelungsstellung bewegt worden ist, und die Muffe
eine Oberfläche aufweist, welche an den Verriegelungsfingern
angreift, wenn diese sich in ihrer zurückgezogenen Lage
befinden,
und diese in eine Position drücken, in welcher die
Profile ineinander greifen, und zumindest ein Teil der Muffe
in einem der rohrförmigen Glieder beabstandet ist, um eine
Druckkammer zu bilden, und eine Öffnung durch dieses eine
rohrförmige Glied hindurch in die Druckkammer geht, um dieser
Kammer Druckfluid zuzuführen, und eine Bewegung der Muffe zu
bewirken, und Mittel, die zur Unterbindung der axialen
Bewegung der Verriegelungsfinger vorgesehen sind, wenn das Profil
mit dem Außenprofil des rohrförmigen Gliedes fluchtet, die
dadurch gekennzeichnet ist, daß die Verriegelungsfinger
während ihrer beginnenden axialen Bewegung mit der Muffe
bewegbar sind, wobei der Ablauf so ist, daß, wenn der Druckfluid
zugeführt wird, die Muffe und die Verriegelungsfinger sich
anfangs axial zusammenbewegen, bis die Verriegelungsfinger
durch die Rückhaltemittel zurückgehalten werden, und die
folgende axiale Bewegung der Muffe die Verriegelungsfinger
veranlaßt, sich radial nach innen zu bewegen, so daß die Profile
übereinandergreifen, die Muffe in ihrer verriegelten Position
sich über das Ende der Verriegelungsfinger erstreckt und
Mittel umfaßt, die eine Abdichtung zwischen dem Inneren der
Muffe und der Außenseite des ersten rohrförmigen Glieder bis
über das Ende der Verriegelungsfinger bewirken, und Mittel,
die eine Abdichtung zwischen dem Inneren der Muffe und der
Außenseite des zweiten rohrförmigen Gliedes vornehmen.
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Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sieht eine
rohrförmige Kupplungsvorrichtung vor, umfassend ein erstes
rohrförmiges Glied mit einem vergrößerten äußeren Endteil,
eine äußere Rippe, die von dem vergrößerten äußeren Endteil
beabstandet ist, eine innere kegelige Dichtungsendfläche, ein
zweites rohrförmiges Glied mit einem vergrößerten äußeren
Endteil und einer inneren kegeligen Dichtungsendfläche, eine
Muffe, die das zweite rohrförmige Glied umgibt, auf diesem
gleitbar ist und ein vergrößertes Ende besitzt, das sich über
das zweite rohrförmige Glied hinaus ausdehnt, mit einer
inneren Fläche, die nach innen und zum zweiten rohrförmigen Glied
hin abgeschrägt ist, wobei die Muffe von dem zweiten
rohrförmigen
Glied beabstandet ist, um eine ringförmige Druckkammer
zur Bewegung der Muffe entlang des zweiten rohrförmigen
Gliedes zu bilden, eine Vielzahl von Verriegelungsfingern, die
innerhalb der Muffe angeordnet sind, und Vorsprünge zum
Zusammenwirken mit den äußeren Vergrößerungen der rohrförmigen
Glieder aufweisen, zusammenpassende Flächen an den
Verriegelungsfingern, und in der Muffe, wobei die Bewegung der Muffe
bis über das zweite rohrförmige Glied die Verriegelungsfinger
in sicheren Eingriff mit den Vergrößerungen drückt, und die
Vergrößerung der Buchse in dichtende Verbindung mit dem
äußeren Vorsprung an dem ersten rohrförmigen Abschnitt bringt, um
die Verriegelungsfinger sowohl von der Innenseite als auch
von der Außenseite der rohrförmigen Glieder zu isolieren.
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Die Erfindung soll nunmehr, lediglich beispielhaft, mit
besonderem Bezug auf die beigefügten Zeichnungen erläutert
werden. Darin zeigen:
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Fig. 1 eine Seitenansicht eines Unterwasser-Bohrlochkopfes,
die die Verwendung einer erfindungsgemäßen
rohrförmigen Kupplungsvorrichtung in einem Bohrloch zeigt,
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Fig. 2 eine halbseitige Schnittansicht einer rohrförmigen
Kupplungsvorrichtung nach dem Stand der Technik,
welche in einem Bohrloch verwendet wurde,
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Fig. 3 eine halbseitige Schnittansicht einer erfindungsgemäß
verbesserten rohrförmigen Kupplungsvorrichtung, in
der die beiden rohrförmigen Glieder voneinander
beabstandet und zur Schaffung der Verbindung bereit sind,
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Fig. 4 eine halbseitige Schnittansicht der
Verbindungsvorrichtung, bei der die Glieder ihre gegenseitige
Verbindung beginnen,
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Fig. 5 eine andere ähnliche Schnittansicht der
Kupplungsvorrichtung, bei der die Glieder ihre Vereinigung
fortgesetzt haben und die Verriegelungsfinger sich
teilweise in verriegelter Position befinden,
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Fig. 6 eine weitere ähnlich Ansicht der Kupplungsvorrichtung
in verbundener und verriegelter Position,
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Fig. 7 bestehend aus den Fig. 7A und 7B vergrößerte
Teilschnittansichten der Kupplungsvorrichtung in ihrer
verbundenen und verriegelten Position, wobei die Fig.
7B den unteren Bereich oder die Fortsetzung der in
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Fig. 7A dargestellten Kupplungsvorrichtung zeigt.
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In Fig. 1 ist eine Unterwasserbohrung 10 dargestellt,
gebildet aus einem Schlammleitungs-Träger 12, auf der die
Kupplungsvorrichtung 14 der Fließleitung befestigt ist, einem
Bohrlochkopf 16 innerhalb des Bohrloches 18, der über eine
Kupplungsvorrichtung 20, eine Hauptventileinrichtung 22, eine
Kupplungsvorrichtung 24 und ein
Fließleitungs-Verlängerungsrohr 26 mit der Ausrüstung auf dem Träger 12, der eine
Kupplungsvorrichtung 14 enthält, verbunden ist. Die
Kupplungsvorrichtungen 14, 20 und 24 sind Anwendungsbeispiele für eine
Kupplungsvorrichtung, für welche die erfindungsgemäße
rohrförmige Kupplungsvorrichtung geeignet ist.
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Die Kupplungsvorrichtung 28 nach dem Stand der Technik, wie
sie in Fig. 2 dargestellt ist, wurde in solchen
Installationen angewendet. Die Kupplungsvorrichtung 28 umfaßt ein erstes
rohrförmiges Teil 30, daß an seinem oberen Ende eine innere
abgeschrägte End-Dichtfläche 32 und äußere Eingriffsnuten 34
sowie ein zweites rohrförmiges Teil 36 mit einem Flansch 38
an seinem oberen Ende und einer inneren abgeschrägten
Dichtungsfläche 40 am unteren Ende und einer äußeren
Verriegelungsfußnut 42 an seinem unteren Ende, eine Buchse 44, die
das zweite rohrförmige Teil 36 mit den Verriegelungsfingern
46 umgibt, die zwischen der unteren inneren Fläche 48 der
Buchse 44 und der unteren Außenfläche des zweiten
rohrförmigen Teiles 36 angeordnet sind, besteht. Die
Verriegelungsfinger 46 umfassen den Körper 50, den inneren Fuß 52 an ihrem
oberen Ende, welche in die Verriegelungsfußnut 42 vorstehen
und innere Stege oder Rippen 54, welche so beabstandet und in
ihrer Größe so bemessen sind, daß sie sich in verriegelnden
Eingriffin die äußeren Verbindungsnuten 34 im oberen Ende
des ersten rohrförmigen Teiles 30 bewegen können.
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Die Buchse 44 ist an der Außenseite des zweiten rohrförmigen
Teiles 36 gleitbar befestigt und enthält innere Rippen 56,
welche in die obere äußere Ausnehmung 58 im zweiten
rohrförmigen Teil 36 vorstehen. Mit der geeigneten
Dichtungsausnehmung 58 wird eine obere und eine untere Kolbenkammer 60 und
62 gebildet, zu welchen hydraulisches Fluid wahlweise durch
die Durchlässe 64 und 66 entsprechend zugeführt wird. Wenn
Fluiddruck auf die obere Kammer 60 wirkt, wird die Buchse 44
nach unten auf das Teil 60 bewegt und drückt durch
Zusammenwirken der inneren Fläche der Buchse mit der äußeren Fläche
der Finger 46 die Verriegelungsfinger 46 in verriegelnden
Eingriffin die Haltenuten 34 und die Verriegelungsfußnut 42,
um so die Verbindung zwischen den beiden rohrförmigen Teilen
zu vollenden. Führungsbolzen 68 sind am oberen Ende der
Buchse 28 befestigt und erstrecken sich durch geeignete
Öffnungen im Flansch 38.
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Wie aus den Zeichnungen und der vorstehenden Beschreibung
ersichtlich ist, sind die Verriegelungsfinger und das Innere
der Buchse 44 der rohrförmigen Kupplungsvorrichtung 28
unterhalb der Kammern 60 und 62, der Umgebung, die um die
rohrförmigen Körper 30 und 32 vorhanden ist, ausgesetzt. Weiterhin
können mit der Kupplungsvorrichtung 28 nach dem Stand der
Technik Schwierigkeiten eintreten, wenn das obere Ende des
ersten rohrförmigen Körpers 30 in die Verriegelungsfinger 44
eintritt.
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Die erfindungsgemäße, verbesserte Kupplungsvorrichtung 70 ist
in den anderen Fig. dargestellt. Die Verbindungsvorrichtung
70 umfaßt einen unteren rohrförmigen Körper 72 mit einer
oberen inneren abgeschrägten Dichtfläche 74, einem oberen
äußeren ringförmigen Vorsprung 76 und einem unteren äußeren
Vorsprung 78, der von dem oberen Vorsprung 76 nach unten durch
eine vorbestimmte Distanz, wie im folgenden erläutert wird,
beabstandet ist. Die Verbindungsvorrichtung 70 umfaßt auch
einen oberen rohrförmigen Körper 80, eine Muffe 82 und
Verriegelungsfinger 84.
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Der obere rohrförmige Körper 80 ist gebildet aus einer
unteren inneren abgeschrägten Dichtungsfläche 86 mit einem daran
angeordneten und durch eine äußere Kante 90 gehaltenen
Dichtungsring 88, der mit einem Schnappring 92 in der inneren Nut
94 nahe dem unteren Ende des rohrförmigen Körpers 80
zusammenwirkt, wie es am besten in Fig. 7 zu erkennen ist. Das
rohrförmige Glied 80 wird gebildet aus dem unteren äußeren
Vorsprung 96, dem äußeren Setzvorsprung 98, der über dem
Vorsprung 96 angeordnet ist, einen äußeren Auslösevorsprung 100,
der oberhalb der Setzschulter 98 angeordnet, und einer eine
Kammer bildende äußere Schulter 102, die oberhalb des
Vorsprunges 100 angeordnet ist, wie alles dargestellt ist und im
folgenden detailliert beschrieben werden soll. Der O-Ring 101
ist in der Nut 103 an der Außenfläche der Schulter 102 zum
Abdichten gegen die Innenfläche der Buchse 82 angeordnet. Der
Dichtungsring 104 umgibt die Außenseite des oberen
rohrförmigen Gliedes 80, welches sich oberhalb der Schulter 102
befindet und eine innere Dichtung 106 und eine äußere Dichtung 108
aufweist, welche entsprechend gegen die Außenfläche des
rohrförmigen Gliedes 80 und die Innenseite der Buchse 82
abdichten. Der Verriegelungsring 110 ist am rohrförmigen Glied 80,
wie dargestellt, angeschraubt und bildet die obere Schulter,
an welcher der Dichtungsring 104 anliegt.
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Die Buchse 82 umgibt das untere Ende des oberen rohrförmigen
Gliedes 80, wobei ihr unteres Ende über das untere Ende des
Gliedes 80 vorsteht, wenn das Glied 80 zum unteren
rohrförmigen Glied 72, wie in Fig. 3 dargestellt, abgesenkt wird. Die
Buchse 82 umfaßt die innere Schulter 112 mit dem O-Ring 114,
der in der Nut 116 an der Innenseite der Schulter 112
angeordnet und so gestaltet ist, daß er gegen die Außenfläche des
oberen rohrförmigen Gliedes 80 zwischen der Schulter 102 und
dem Dichtungsring 104 abdichtet. An der Buchse 82 befindet
sich die untere innere Fläche 118, welche nach innen und oben
abgeschrägt ist, um die Außenseite der Verriegelungsfinger 84
in ihrer unverriegelten Stellung aufzunehmen. Die
abgeschrägte Schulter 120 ist am oberen Ende der Fläche 118
angeordnet und erstreckt sich schräg nach innen und oben zwischen
der Fläche 118 und der oberen abgeschrägten Innenfläche 122.
Der Ring 124 ist am unteren Ende der Buchse 82 angeschraubt
und besitzt eine innere Nut 126 in welcher ein O-Ring 128
angeordnet ist, eine obere Fläche 130, welche nach oben und
innen abgeschrägt ist, um die unteren Enden der
Verriegelungsfinger 84 aufzunehmen und eine untere Fläche 132, welche eine
flache Abschrägung aufweist, um das Zentrieren des unteren
rohrförmigen Gliedes 72 in der Buchse 82 zu unterstützen. Der
Ring 134 ist am oberen Ende der Buchse 82 angeschraubt und
umfaßt eine innere Abstreifdichtung 136, welche mit der
Außenseite des rohrförmigen Gliedes 80 oberhalb des Ringes
110 zusammenwirkt.
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Die Verriegelungsfinger 84 bestehen aus dem Körper 138 mit
einer Außenfläche 140, welche nach oben und innen abgeschrägt
ist, einer unteren abgeschrägten Fläche 142, welche mit der
Fläche 130 des Ringes 124 zusammenwirkt, eine innere Nut 144
mit abgeschrägten Schultern 146 und 148 an ihren oberen und
unteren Enden, eine obere innere Nut 150, welche in einem
Absatz 152 mit einer unteren Schulter 154 und einer oberen
Schulter 156 endet. Die Nut 144 ist so bemessen, daß die
Schultern 146 und 148 mit der Schulter 158 an dem oberen Teil
des Absatzes 96 an dem oberen rohrförmigen Glied und der
Schulter 160 an dem unteren Teil des äußeren Vorsprunges 76
an dem unteren rohrförmigen Glied 72 in klemmenden Eingriff
zusammenwirken kann, um das obere rohrförmige Glied 80 und
das untere rohrförmige Glied 72 in festem Dichteingriff mit
dem Dichtungsring 88 zu halten.
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Die verbesserte rohrförmige Kupplungsvorrichtung 70 wird
durch die Buchse 82, die um das obere rohrförmige Glied 80,
wie in Fig. 3 dargestellt, angeordnet ist, vollendet, wobei
sich der untere Ring 124 über das untere Ende des oberen
rohrförmigen Gliedes 80 erstreckt. Aus dieser Position wird
die Baueinheit in eine Position abgesenkt, die auf das obere
Ende des unteren rohrförmigen Gliedes 72 ausgerichtet ist und
sich diesem nähert. Wenn der Ring 124 den Absatz 76 des
unteren rohrförmigen Gliedes 72 erreicht, unterstützt dessen
abgeschrägte Fläche 132 die Zentrierung des unteren
rohrförmigen Gliedes 72 innerhalb der Buchse 82. Sobald der Absatz 76
in das Innere des Ringes 124 eintritt, befindet er sich in
einer zylindrischen Führung, die ihn in eine gegenüber dem
unteren Ende des oberen rohrförmigen Gliedes 80 und dem
Dichtungsring 88 eingreifende und dichtende Position bringt.
Diese zylindrische Führung wird durch das Innere des Ringes
124 und Innere des unteren Teiles der Verriegelungsfinger 84,
welche sich nach oben, in eine den Absatz 96 am oberen
rohrförmigen Glied 80 umgebende Lage erstrecken, gebildet.
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Sobald der Eingriff des Absatzes 76 mit dem Absatz 96 um dem
Dichtungsring 88, wie in Fig. 4 dargestellt, erreicht ist,
wird Druck durch den im oberen rohrförmigen Glied 80
befindlichen Durchlaß 162 in die Druckkammer 164 zwischen dem
Dichtungsring 104 und dem inneren Vorspruch 112 an der Buchse 82
geleitet und aus dem Durchlaß 166 und der Rückhaltekammer 168
ausgelassen. Dieser Druck bewegt die Buchse 82 nach unten und
bringt die Verriegelungsfinger 84 in ihre Position innerhalb
der Fläche 118. An dem Punkt, der in Fig. 5 dargestellt ist,
hat die untere Schulter 154 am Absatz 152 die obere Fläche
des Absatzes 98 erreicht, und eine weitere Abwärtsbewegung
der Verriegelungsfinger 84 wurde verhindert. Die weitere
Abwärtsbewegung der Buchse 82, die für den Druck in der
Setzkammer
164 maßgebend ist, hat, wie dargestellt, die
Verriegelungsfinger 84 nach oben über die abgeschrägte Schulter 120
in Eingriff mit der Fläche 122 gedrückt. Die Abschrägung der
Fläche 122 drückt die Verriegelungsfinger 84 nach innen, so
daß die Vorsprünge 76 und 96 innerhalb der Innennut 144 der
Verriegelungsfinger 84 aufgenommen werden. Die
Mitnehmerfunktion bei der weiteren Bewegung der Buchse 82 bringt die
Schulter 146 und 148 dazu, sich dicht gegen die Schultern 158
und 160 der Absätze 96 und 76 zu verkeilen und dabei die
rohrförmigen Glieder 72 und 80 in eine verriegelte Stellung
mit dem Dichtring 88 zu bringen, der eine passende, feste
Metall-Metall-Dichtung zwischen den Flächen 74 und 86 der
beiden rohrförmigen Glieder, wie in den Fig. 6 und 7
dargestellt, ergibt.
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Aus den Zeichnungen ist erkennbar, daß in dieser verriegelten
Position der O-Ring 128 an der Innenseite des Ringes 124 sich
in dichter Verbindung mit der äußeren Fläche des Vorsprunges
78 und Dichtung 136 befindet und gegen die Außenseite des
rohrförmigen Gliedes 82 abdichtet, um die Verriegelungsfinger
84 und die Innenseite der Buchse 82, die die rohrförmigen
Glieder 72 und 80 sowie die Setz- und Rückhaltekammern 164
und 168 umgibt, vor den Fluiden, dem Schmutz, den
Verunreinigungen und anderen unerwünschten Materialien, die in der
Umgebung und innerhalb der rohrförmigen Kupplungsvorrichtung 70
vorhanden sind, zu schützen.
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Das Freisetzen der rohrförmigen Kupplungsvorrichtung 70 aus
ihrer verriegelten Position wird durch Ablassen des
hydraulischen Druckes aus der Setzkammer 164 durch den Durchlaß 162
und das Ausüben von hydraulischen Druck über den Durchlaß 166
auf die Rückstellkammer 168 durchgeführt. Der Druck bewegt
die Buchse 82 nach unten, und diese Bewegung der Buchse 82
bewegt die Fläche 122 aus ihrem umschließenden Eingriff mit
der Außenseite der Verriegelungsfinger 84. Das Auftreffen der
unteren Endfläche 142 der Verriegelungsfinger 84 auf die
Fläche 130 des Ringes 124 und das Angreifen der oberen Schulter
156 des Vorsprunges 152 an der unteren Fläche des Vorsprunges
150 geschieht dann, wenn die Bewegung der Buchse 82 aufhört.
Dies ermöglicht der Buchse 82 ihre Bewegung in dieser Lage zu
beenden, in der sich ihr Vorsprung 112 kurz unterhalb des
Dichtungsringes 104, wie in Fig. 3 dargestellt befindet.