DE3827945A1

DE3827945A1 - Unterwasserkupplung mit druckausgleichkanaelen

Info

Publication number: DE3827945A1
Application number: DE3827945A
Authority: DE
Inventors: Iii Robert E Smith
Original assignee: National Coupling Co Inc
Current assignee: National Coupling Co Inc
Priority date: 1987-08-17
Filing date: 1988-08-17
Publication date: 1989-06-15
Also published as: GB8819555D0; NO883645D0; BR8804155A; NO176735B; GB2208693B; AU596540B2; DE3827945C2; US4813454A; NO883645L; GB2208693A; NO176735C; AU2100488A

Description

Die Erfindung betrifft allgemein hydraulische Kupplungen und speziell hydraulische Kupplungen, wie sie bei Unter wasserbohr- und Produktionsanwendungen verwendet werden. Genauer gesagt betrifft die Erfindung eine Kupplung mit Druckausgleichskanälen im Körper des Innensteckers zum Ablassen von Seewasser, welches im Ringraum zwischen dem Innen- und dem Außenstecker eingeschlossen ist und zum Vermeiden von Implosionen der Dichtung im Ringraum bei Trennung der Steckerteile.

Hydraulische Unterwasserkupplungen sind dem Fachmann be kannt. Eine solche Kupplung besteht im allgemeinen aus einem Innenstecker und einem Außenstecker mit abgedich teten Fluiddurchlässen, die dadurch verbunden werden. Der Außenstecker ist im allgemeinen ein zylindrischer Kör per mit einer Längsbohrung mit relativ großem Durchmesser am einen Ende und einer Längsbohrung mit relativ kleinem Durchmesser am anderen. Die schmale Bohrung ermöglicht eine Verbindung mit hydraulischen Leitungen, während die große Bohrung den Innenstecker der Kupplung abdichtet und glei tend aufnimmt. Der Innenstecker enthält einen zylindrischen Teil am einen Ende mit einem Außendurchmesser, der unge fähr gleich dem Durchmesser der großen Bohrung im Außen stecker der Kupplung ist. Der Innenstecker enthält auch eine Verbindung an seinem anderen Ende, um eine Verbindung mit hydraulischen Leitungen zu ermöglichen. Wenn der zy lindrische Teil des Innensteckers in die große Bohrung des Außensteckers eingefügt ist, fließt entsprechend verschiedenen Ausführungsformen der Anordnung Fluid zwi schen dem Innenstecker und Außenstecker.

Bei der Benutzung von Unterwasserkupplungen können der Innenstecker und der Außenstecker miteinander verbunden oder voneinander getrennt werden, während die Kupplungen unter Wasser bleiben, und zwar entweder von Hand durch einen Taucher oder automatisch in taucherlosen Systemen, wie dies den Fachleuten wohlbekannt ist. Der Innenstecker und der Außenstecker sind im allgemeinen verbunden mit sich gegenüberstehenden Platten eines Leitungssystems und sind aneinandergehalten durch Bolzen oder hydrau lische Teile, die an den Platten des Leitungssystems angebracht sind. Der Innenstecker ist normalerweise an einer Platte angebracht, während der Außenstecker an einer gegenüberliegenden Platte angebracht ist, um dem Innenstecker fluchtend gegenüberzustehen. Der Innen stecker und der Außenstecker können an den Platten des Leitungssystems befestigt sein unter Benutzung unter schiedlicher Vorrichtungen, wie z.B. Schrauben oder Ge winde. Solche Techniken sind dem Fachmann gut bekannt.

Die große Bohrung des Außensteckers, welche den Innen stecker gleitend aufnimmt, enthält typischerweise eine elastomere Ringdichtung innerhalb einer Ringnut. Die elastomere Dichtung schafft eine dichte Passung gegen die Längsfläche des Innensteckers, wenn die Stecker miteinander verbunden sind.

Zwei Probleme gab es bei der Benutzung von Unterwasser kupplungen mit elastomeren Dichtungen in der Ausneh mung des Außensteckers. Diese Probleme sind gemeinsam für manuelle und automatische Systeme zur Verbindung und Trennung der Kupplungsteile.

Das erste Problem tritt auf während der Verbindung des Innensteckers mit dem Außenstecker. Wenn der Außenstecker unter Wasser ist, wird die große Bohrung des Außen steckers mit Seewasser gefüllt. Bei Verbindung der Teile wird dieses eingeschlossene Seewasser in das hydraulische System gedrückt durch beide Teile der Kupp lung und verschmutzt das Fluid des hydraulischen Systems.

Das zweite Problem tritt auf bei der Trennung der Kupplungs teile. Wenn der Innenstecker aus der großen Zentralbohrung des Außensteckers herausgezogen wird, entsteht ein Unter druckbereich oder Vakuum innerhalb der Bohrung. Wenn die Endfläche des Innensteckers den Mittelpunkt der elastomeren Dichtung in der Bohrung des Außensteckers passiert, hilft die Außenwandung des Innensteckers der Dichtung nicht mehr, die Dichtung in ihrer Nut zu halten. Zu diesem Zeitpunkt implodieren der Sog des Vakuums und der hydraulische Druck des Seewassers, die an der ela stomeren Dichtung vorbeipassieren wollen, die Dichtung aus ihrer Nut heraus und in den Ringraum zwischen dem Innenstecker und dem Außenstecker. Außerdem erhöht das Vakuum die Schwierigkeit des manuellen Trennens des Innensteckers vom Außenstecker. Dieser Widerstand gegen die Trennung aufgrund des Vakuums wird vergrößert, wenn Mehrfachkupplungen auf Leitungssystemplatten getrennt werden. Die vorliegende Erfindung löst beide der obigen Probleme.

Die Erfindung liefert eine hydraulische Unterwasser kupplung der oben beschriebenen Art mit einem Innen stecker und einem Außenstecker zur Fluidverbindung dazwischen, so daß Seewasser in den Ringraum oder aus dem Ringraum zwischen den Steckern abfließen kann durch einen oder mehrere Ausgleichskanäle im Körper des Innensteckers. Jeder Ausgleichskanal kommuniziert zwischen der Vorderfläche und der Längswandung des Innensteckers. Der Ausgleichskanal funktioniert, wenn die Tellerventile jedes Kupplungsteils geschlossen sind und die Längswandung des Innensteckers in dichtendem Kontakt mit der elastomeren Dichtung in der Aufnahmekammer des Außensteckers ist.

Erfindungsgemäß wird, wenn der Innenstecker in die Auf nahmekammer des Außensteckers eingeführt wird, Seewasser über den Ausgleichskanal aus der Aufnahmekammer versetzt. Durch Abzapfen des angeschlossenen Seewassers verbleibt nur ein geringes Volumen von Seewasser eingeschlossen und wird in das hydraulische System gedrückt, während die Tellerventile jedes Teils geöffnet werden. Der Ab laßdurchlaß bleibt offen, bis das Ende des Durchgangs auf der Längswandung des Innensteckers die elastomere Dichtung passiert.

Wenn der Innenstecker aus dem Außenstecker herausgezogen wird, schließen sich zuerst die Tellerventile jedes Steckers und daraufhin öffnet sich die Ablaßpassage, damit Seewasser in den Ringraum zwischen den Steckern fließen kann, bevor die Vorderfläche des Innensteckers die elastomere Dichtung passiert. Die Seitenwandung des Innensteckers hält die elastomere Dichtung in ihrer Nut, während Seewasser in den Ringraum fließt und beseitigt das Vakuumproblem. So reduziert die vorliegende Erfindung in hohem Maße das Problem der Implosion der elastomeren Dichtung.

Fig. 1 ist ein Aufriß eines Leitungssystems, welches erfindungsgemäße Kupplungen verwendet.

Fig. 2 ist eine perspektivische Ansicht der Kupplungen der vorliegenden Erfindung und zeigt, wie die Kupplungen am Leitungssystem von Fig. 1 befestigt sein können.

Fig. 3 ist eine Explosionsansicht der Erfindung, wobei der Körper teilweise weggebrochen ist.

Fig. 4 ist ein Querschnitt des Innensteckers und Außensteckers gemäß der Erfindung mit geöffnetem Aus gleichskanal.

Fig. 5 ist ein Querschnitt des Innensteckers und Außensteckers gemäß der Erfindung in einer zweiten Aus führungsform mit geöffnetem Ausgleichskanal.

Die bevorzugte Ausführungsform der Erfindung enthält einen Innenstecker 10, einen Außenstecker 20 und Fluidpassagen, die eine Fluidverbindung zwischen dem Innenstecker und dem Außenstecker herstellen, wenn der Innenstecker in die Aufnahmekammer 23 des Außen steckers eingeführt ist. Die Fluidverbindung zwischen den Teilen ist hergestellt, wenn die Spitzen 41 A und 51 A der Tellerventile 40 und 50 sich gegenseitig be aufschlagen während der Verbindung der Stecker. Die Axialbewegung, die nötig ist, um die Steckerteile zu verbinden, hebt die Tellerventile an und öffnet die Bohrungen der Grundkörper, um eine Verbindung dazwischen herzustellen. Jedes Tellerventil in einer selbst dichtenden Kupplung benutzt teilweise die Fluidkräfte im Körper, um das Tellerventil in Eingriff mit dem Ventilsitz zu halten.

Fig. 1 ist ein Aufriß eines Leitungssystems 60, welches normalerweise mit hydraulischen Unterwasserkupplungen verwendet wird. Die Kupplungen 61 sind allgemein be festigt an gegenüberliegenden Platten des Systems und sind zusammengehalten durch Bolzen oder hydraulische Teile, die an den Platten angebracht sind. Wie Fig. 2 zeigt, ist normalerweise der Innenstecker 10 an einer Platte befestigt, während der Außenstecker 20 an der zweiten Platte befestigt ist, um dem Innenstecker fluch tend gegenüberzustehen.

Fig. 3 ist eine Explosionsansicht der erfindungsgemäßen Kupplung. Wie gezeigt, sind die Hauptkomponenten der Kupplung ein Außenstecker 20, ein Innenstecker 10 und eine ringförmige elastomere Dichtung 25. Der Außen stecker 20 und der Innenstecker 10 enthalten jeweils Unterkomponenten, die im folgenden beschrieben werden.

Wie in Fig. 4 gezeigt, enthält erfindungsgemäß der Innenstecker 10 einen Körper 11 mit einer Längsboh rung 12, die sich hindurch erstreckt und einem Teller ventil 40, welches gleitend in der Bohrung aufgenommen ist. Der Körper des Innensteckers enthält eine Schul ter 14 und ein Griffteil 13, welches wahlweise mit Gewinde versehen ist oder anderweitig mit einer Leitungssystemplatte verbunden ist. Der Außenstecker körper 21 enthält auch einen Griffteil 27, der gegebe nenfalls an das Leitungssystem geschraubt sein kann. Die Innentellerventilanordnung enthält eine Ventil fläche 42, die gegen einen Ventilsitz 43 am einen Ende der Bohrung 12 gehalten wird. Die Tellerventilfeder 44 drückt das Tellerventil 40 gegen den Ventilsitz 43. Die Tellerventilfeder 44 wird am Platz gehalten durch einen Rückhalter 38 und eine Rückhalterklemme 39.

Typischerweise enthält das Tellerventil 40 einen ersten zylindrischen Hohlabschnitt 45, der gleitend in der Zentralbohrung des Innensteckers aufgenommen ist, einen zweiten zylindrischen Hohlabschnitt 46 mit reduziertem Durchmesser, der etwas geringer ist als der Durch messer des ersten zylindrischen Abschnittes, und die Öffnungen 47 für den Fluidfluß vom Hohlteil des Ventils zum Äußeren des Ventils. Die Ventilfläche 42 ist typischerweise kegelförmig und enthält wahlweise eine elastomere Ringdichtung 48. Von der Spitze der Ventilfläche erstreckt sich ein Tellerventilkopf 41 der in einer Spitze 41 A endet.

Der Außenstecker 20 enthält einen Körper 21, eine Zentralbohrung 22, ein Tellerventil 50 und eine Auf nahmekammer 23 für die gleitende Aufnahme des Innen steckers darin. Das Tellerventil 50 des Außensteckers ist im wesentlichen gleich konstruiert wie das Teller ventil 40 des Innensteckers und enthält einen ersten zylindrischen Hohlabschnitt 55, welcher gleitend auf genommen ist innerhalb der Zentralbohrung 22 des Außensteckers, einen zweiten zylindrischen Hohlab schnitt 56 mit Öffnungen 57 und einer Ringdichtung 58. An der Spitze der Ventilfläche 52 ist ein Tellerventil kopf 51, der in eine Spitze 51 A ausläuft. Das Teller ventil enthält eine Ventilfläche 52, die durch eine Tellerventilfeder 54 gegen den Ventilsitz 53 gehalten ist. Die Feder 54 ist verankert durch Rückhalter 68 und eine Rückhalterklemme 69.

Die Aufnahmekammer 23 des Außensteckers enthält eine Nut 24 mit einer ringförmigen elastomeren Dichtung 25 zum engen Abdichten gegen die äußere Längswandung 16 des Innensteckerkörpers. Wenn der Innenstecker 10 in den Außenstecker 20 eingreift, kommen die Spitzen 41 A und 51 A in Eingriff, um die Ventilfläche jedes Steckers vom Ventilsitz wegzudrücken und dazwischen eine Fluid verbindung herzustellen. Zu diesem Zeitpunkt hat die Außenwandung 16 des Innensteckers einen engen und dichten Sitz gegen die ringförmige elastomere Dich tung 25 in der Aufnahmekammer.

In einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Er findung, wie in Fig. 4 gezeigt, weist der Ausgleichs kanal eine gebohrte Öffnung 30 auf. Die Öffnung ent hält einen ersten Abschnitt 31, der sich von der Vorder fläche 17 des Innensteckers nach innen erstreckt und verbunden ist mit einem zweiten Abschnitt 32, der sich radial nach außen zur Längsaußenwand 16 des Innen steckers erstreckt. In dieser Ausführungsform ist die Länge der gebohrten Öffnungen vorzugsweise so, daß der Ausgleichskanal 30 offen bleibt, nachdem die Außen wandung des Innensteckers einen dichtenden Sitz gegen die ringförmige elastomere Dichtung 25 in der Aufnahme kammer des Außensteckers erreicht hat. Deshalb kann eingeschlossenes Seewasser aus dem Ausgleichskanal ab fließen, nachdem der Innenstecker einen engen und dichten Sitz am Außenstecker erreicht hat, aber bevor die Tellerventile des Innensteckers und des Außen steckers sich geöffnet haben.

In einer zweiten Ausführungsform, wie in Fig. 5 ge zeigt, ist der Ausgleichskanal eine gefräste Nut 35, die die Längsaußenwand 16 des Innensteckers mit der Vorderfläche 17 des Innensteckers verbindet. Wie oben bemerkt, sollte der Ausgleichskanal, sei er nun eine Fräsnut 35 oder eine gebohrte Öffnung 30, eine solche Länge haben, daß der Ausgleichskanal offen ist, wenn die Außenwand des Innensteckers in dichtendem Sitz gegen die elastomere Dichtung in der Aufnahmekammer des Außensteckers ist, aber die Tellerventile noch nicht in ihrer offenen Stellung. Ein Auslaufen des einge schlossenen Seewassers im Ringraum zwischen dem Innen stecker und dem Außenstecker tritt nur auf, wenn beide Tellerventile geschlossen sind.

Die Konstruktion des Ausgleichskanals sowohl in der ersten als auch in der zweiten Ausführungsform kann erfindungsgemäß variiert werden. Eine Variation in der Länge und den Abmessungen des Ausgleichskanals wird gesteuert durch verschiedene Faktoren, inklusive der Menge von Wasser, welches aus dem Ringraum zwi schen dem Innenstecker und dem Außenstecker während Verbindung oder Trennung ausgetrieben bzw. eingeführt werden soll, die Länge der Außenwandung des Innensteckers und der Aufnahmekammer des Außensteckers und die Position der elastomeren Dichtung relativ zur Auf nahmekammer des Außensteckers. Es soll verstanden werden, daß der Ausgleichskanal offen sein sollte für jeden Zeitraum, während welchem Seewasser in den Ringraum zwischen Innenstecker und Außenstecker eingebracht werden soll oder daraus herausgedrückt werden soll. Das Ende des Ausgleichskanals an der Längsaußenwand des Innensteckers schließt sich, wenn es das Ende der Aufnahmekammer passiert. So kann die Länge des Ausgleichskanals variiert werden in Ab hängigkeit von der Menge des verbliebenen Seewassers, wenn der Ausgleichskanal geschlossen ist.

Zu den Vorteilen der vorliegenden Erfindung gehört die Reduktion von Seewasser, welches in das hydrau lische System eingedrückt wird, wenn es mit den Kupplungen zusammengebaut wird. Der Ausgleichskanal wird benutzt, um Wasser aus dem Ringraum zwischen Innenstecker und Außenstecker herauszudrücken, wenn der Innenstecker in den Außenstecker eingeführt wird.

Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung ist, daß die ringförmige elastomere Dichtung in der Auf nahmekammer des Außensteckers nicht implodiert, wenn die Kupplung auseinandergenommen wird. Der Nieder druckbereich oder Vakuum, welche verbunden sind mit der Entfernung des Innensteckers aus dem Außenstecker wird reduziert durch Eintretenlassen von Seewasser in den Ringraum während der Trennung der Kupplung. Es tritt aber kein Seewasser in den Ringraum ein, bis nicht die Tellerventile jeden Teils geschlossen sind.

Ein dritter Vorteil ist eine Erleichterung der Trennung der Kupplung. Wenn ein Niederdruckraum oder ein Vakuum im Ringraum zwischen den Teilen entsteht, ist es schwer die Kupplung auseinanderzubauen, speziell wenn viele Kupplungen verbunden sind mit gegenüberstehenden Leitungssystemplatten. Durch Benutzung der Ausgleichs kanäle gemäß der Erfindung wird dieses Problem aus gemerzt und die Kupplungen können auseinandergebaut werden durch Anwendung nur geringer Kräfte.

Claims

1. Druckausgeglichene hydraulische Kupplung mit:

(a) Einem Paar aus miteinander verbindbaren Innenstecker und Außenstecker, die jeweils aus einem Körper, einer Bohrung und Ventilvorrichtungen bestehen, die zwischen einer offenen und geschlossenen Stellung in der Boh rung bewegbar sind, um den Fluidfluß dazwischen zu steuern, wobei der Außenstecker eine Aufnahmekammer aufweist zum Aufnehmen des Innensteckers;
(b) einer Dichtung in der Aufnahmekammer zum Eingreifen auf den Innenstecker in dichtender Relation mit dem Außen stecker, wenn jede der Ventilvorrichtungen entweder in geschlossener oder offener Stellung ist;
(c) einem Ausgleichskanal, der mit der Außenfläche des Innensteckers und der Aufnahmekammer kommuniziert, wenn der Innenstecker in dichtendem Verhältnis mit dem Außenstecker steht und jede der Ventilvorrich tungen in geschlossener Stellung ist.

2. Hydraulische Kupplung nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß jede der Ventilvorrich tungen ein Tellerventil aufweist, welches einen Kopfab schnitt und einen Ventilsitz aufweist, wobei die Kopfab schnitte gegenseitig in Eingriff stehen können, um das Tellerventil vom Ventilsitz weg in die offene Stellung zu drücken.

3. Druckausgeglichene hydraulische Kupplung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Stecker miteinander verbunden sind durch Einfügen des Innen steckers in die Aufnahmekammer des Außensteckers, wobei der Innenstecker zuerst die Dichtung in der Aufnahmekammer beaufschlagt und dann die Kopfabschnitte miteinander in Eingriff kommen, um jedes Tellerventil in die offene Stellung zu zwingen.

4. Hydraulische Kupplung mit Druckausgleich mit:

(a) Einem Paar von verbindbaren Innenstecker und Außen stecker, die jeweils eine Längsbohrung hindurch auf weisen;
(b) einem Tellerventil, welches in jeder der Bohrungen auf genommen ist und den Fluidfluß dadurch steuert, wobei die Tellerventile gleitfähig sind zwischen einer ge schlossenen Stellung und einer offenen Stellung bei Verbindung der Stecker;
(c) wobei der Außenstecker eine zentrale Aufnahmekammer aufweist bei der Bohrung des Außensteckers und eine Ringdichtung in der Mitte der Aufnahmekammer;
(d) wobei der Innenstecker in der Aufnahmekammer glei tend aufgenommen wird in dichtendem Verhältnis mit der Ringdichtung; wobei der Innenstecker eine Vorder fläche, eine äußere Seitenwandung und mindestens einen Ausgleichskanal aufweist, der mit der Vorder fläche und der Außenwandung kommuniziert, um umge bendes Fluid in die oder aus der Aufnahmekammer flie ßen zu lassen, wenn der Innenstecker gedichtet ist und die Tellerventile geschlossen sind.

5. Druckausgeglichene hydraulische Kupplung nach An spruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgleichskanal eine Bohrung ist, die die Vorderfläche mit der Außenwandung des Innensteckers verbindet.

6. Druckausgeglichene hydraulische Kupplung nach An spruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgleichskanal eine Nut ist, die kommuniziert zwischen dem Außenumfang und der Vorderfläche des Innensteckers.

7. Druckausgeglichene hydraulische Kupplung nach An spruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufnahmekammer des Außensteckers an einer Schulter endet und diese Schulter einen Ventilsitz hat; wobei sich die Außensteckerbohrung erstreckt zwischen dem Ventilsitz und einer Fluidleitungsverbindung.

8. Selbstdichtende hydraulische Unterwasserkupplung mit:

(a) Einem Außenstecker mit einem Körper, einer Aufnahme kammer und einem Tellerventil zum Steuern des Fluid flusses hindurch, wobei die Aufnahmekammer eine Ring dichtung enthält;
(b) einem Innenstecker, der gleitfähig aufgenommen ist in der Aufnahmekammer und aufweist einen Grundkörper, eine Vorderfläche und ein Tellerventil zum Steuern des Fluidflusses hindurch; und
(c) einem Ablaßdurchgang zwischen der Vorderfläche und dem Körper des Innensteckers zum Ablassen von Wasser zwi schen der Aufnahmekammer und dem Umgebungswasser au ßerhalb der Kupplung, wobei der Ablaßdurchgang sich öffnet, um Fluid abzulassen, wenn der Innenstecker in die Aufnahmekammer des Außensteckers eingefügt ist und mit dem Außenstecker gedichtet ist, wobei der Ablaß durchgang sich schließt, bevor der Fluidfluß zwischen dem Innenstecker und dem Außenstecker beginnt.