DE3833641C1

DE3833641C1 - Safety valve, in particular for an underwater oil-receiving system

Info

Publication number: DE3833641C1
Application number: DE19883833641
Authority: DE
Inventors: Conrad 2950 Leer De Fasse; Michael 2970 Emden De Sterzenbach
Original assignee: Thyssen Nordseewerke GmbH
Current assignee: Thyssen Nordseewerke GmbH
Priority date: 1988-10-04
Filing date: 1988-10-04
Publication date: 1990-01-18
Anticipated expiration: 2008-10-05

Abstract

The safety valve has a stationary coupling part (4), located under water, and a movable coupling part (10) which is connected to a hose leading, for example, to a tanker. In terms of the operation reliability, high demands are made on the valves, some of which are located in water depths of up to 400 m, and, in the case of the known valves, provision has to be made for monitoring devices which permit opening of the valve only in the coupled state. A valve which, by way of simple design, is insusceptible to disruption and, without additional monitoring devices, is to be actuated only when the coupled parts (4, 10) are in the coupled state can be obtained in that there are accommodated in the stationary coupling part (4), inside the latter, an annular valve seat (19) and a valve body (24) which is pressed, by means of a spring (23), against the valve seat (19), in that the valve body (24), which can be displaced counter to the action of the spring (23), exhibits an abutment (26) for a plunger (27) arranged in the movable coupling part (10), and in that, when the coupling parts are in the coupled state, the plunger (27) can move, by means of a lifting cylinder (28), against the valve body (24) and, while overcoming the spring force, raises said valve body from the valve seat (18). <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft ein Sicherheitsventil, insbesonde re für ein Unterwasser-Ölübernahme-System mit einem orts festen Kupplungsteil und einem beweglichen Kupplungs teil.The invention relates to a safety valve, in particular re for an underwater oil takeover system with one location fixed coupling part and a movable coupling part.

Bei einem Unterwasser-Ölübernahme-System wird von einer Winde an Bord eines Tankers ein Schlauch mit einem Innen durchmesser von 20 bis 50 cm auf eine Meerestiefe von bis zu 400 m abgewickelt. Am Ende des Schlauchs befindet sich ein sogenannter Vorreiter mit dem beweglichen Kupplungs teil. Mit Hilfe eines hydroakustischen Meßsystems (einer Art Echolot) wird der Vorreiter an das Kupplungsteil eines ortsfesten Bodenelementes gekuppelt. Das Bodenelement ist mit einem Ölfeld bzw. einer Bohrplattform durch eine Pipe line verbunden oder direkt auf einem Tank angebracht, der sich auf dem Meeresboden befindet. Nach dem Ankuppeln kann durch den Schlauch Erdöl in den Tanker fließen. Da mit kein Öl in das Meer austritt, ist ein Sicherheits ventil vorgesehen, welches als Rückschlagventil ausgebil det sein kann oder als mechanisch betätigtes Ventil. Mechanisch betätigte Ventile benötigen eine Energiequelle zum Öffnen bzw. zum Schließen. Da das Sicherheitsventil sich in schwer zugänglichen Wassertiefen befindet, ist dazu ein hoher Aufwand erforderlich. Dennoch sind derarti ge Ventile störanfällig. Zusätzlich müssen Überwachungs einheiten vorgesehen werden, damit das Ventil nur dann geöffnet oder geschlossen werden kann, wenn der Vorreiter an das Bodenelement angekuppelt ist.With an underwater oil takeover system, one of On board a tanker, winch a hose with an inside diameter from 20 to 50 cm to a sea depth of up to to 400 m. At the end of the hose is a so-called pioneer with the flexible coupling part. With the help of a hydroacoustic measuring system (one Kind Echolot) becomes the pioneer of the coupling part of a stationary floor element coupled. The floor element is with an oil field or a drilling platform through a pipe connected in line or attached directly to a tank, that is on the ocean floor. After coupling can flow petroleum into the tanker through the hose. There with no oil leaking into the sea is a safety valve provided, which is designed as a check valve can be det or as a mechanically operated valve. Mechanically operated valves require an energy source to open or to close. Because the safety valve is in difficult to reach water depths this requires a lot of effort. Nevertheless, they are valves prone to failure. In addition, surveillance units are provided so that the valve only can be opened or closed if the trailblazer is coupled to the floor element.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Sicherheitsventil der eingangs beschriebenen Gattung anzugeben, welches sich durch einfachen konstruktiven Aufbau auszeichnet und nur bei gekuppelten Kupplungsteilen betätigt werden kann.The object of the invention is to provide a safety valve Specify the genus described above, which is characterized by simple construction and only can be operated with coupled coupling parts.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß im ortsfesten Kupp lungsteil innenseitig ein ringförmiger Ventilsitz und ein mit einer Speicherkraft gegen den Ventilsitz gedrückter Ventilkörper untergebracht sind, daß der gegen die Wir kung der Speicherkraft verschiebliche Ventilkörper ein Widerlager für einen im anderen Kupplungsteil angeordneten Stempel aufweist und daß der Stempel bei gekuppelten Kupplungsteilen mit einem zugeordneten Antrieb gegen den Ventilkörper bewegbar ist und diesen unter Überwindung der Speicherkraft vom Ventilsitz abhebt. - Es versteht sich, daß der Ventilkörper im Verhältnis zum ortsfesten Kupplungsteil so bemessen ist, daß zwischen dem Ventil körper und dem Kupplungsteil ein hinreichend großer Durch flußquerschnitt verbleibt. Ventilkörper und Ventilsitz dieses Sicherheitsventils gehören zur Bodeneinheit und verbleiben mit dieser unter Wasser. Besondere Zuleitungen für Energie oder Steuersignale sind nicht erforderlich. Das Sicherheitsventil kann nur geöffnet oder geschlossen werden, nachdem die beiden Kupplungsteile miteinander gekuppelt sind und dadurch der Stempel des beweglichen Kupplungsteils am Vorreiter in eine Position gebracht worden ist, die eine Wechselwirkung mit dem Ventilkörper ermöglicht.This object is achieved in that in the stationary dome internally a ring-shaped valve seat and a with a storage force pressed against the valve seat Valve bodies are housed that against the we tion of the storage force displaceable valve body Abutment for one arranged in the other coupling part Has stamp and that the stamp when coupled Coupling parts with an assigned drive against the Valve body is movable and this overcoming the storage force lifts off the valve seat. - It understands itself that the valve body in relation to the stationary Coupling part is dimensioned so that between the valve body and the coupling part a sufficiently large through river cross section remains. Valve body and valve seat of this safety valve belong to the base unit and remain under water with it. Special supply lines for energy or control signals are not required. The safety valve can only be opened or closed after the two coupling parts are together are coupled and thereby the stamp of the movable Coupling part brought into position on the pioneer has been interacting with the valve body enables.

Um unkontrollierbare Bewegungen des Ventilkörpers bei dessen Betätigung auszuschließen, sollte der Ventilkörper im ortsfesten Kupplungsteil geführt und auf einer Feder abgestützt sein. Besonders günstig ist es, wenn der Ven tilkörper in einer Hülse geführt ist, die länger als der Ventilkörper ist, weil dann der Ventilkörper bzw. seine Dichtfläche oder Dichtung in geöffnetem Zustand des Si cherheitsventils geschützt in der Hülse angeordnet ist. To uncontrollable movements of the valve body to exclude its actuation, the valve body guided in the stationary coupling part and on a spring be supported. It is particularly favorable if the Ven Til body is guided in a sleeve that is longer than the Valve body is because then the valve body or its Sealing surface or seal when Si is open Safety valve is arranged protected in the sleeve.

Der Ventilsitz kann in Durchströmrichtung vor seiner Dicht fläche einen ringförmigen Strömungsabweiser aufweisen, der den vorzeitigen Verschleiß der Dichtfläche durch Strö mungskräfte verringert oder verhindert.The valve seat can be in the flow direction before its sealing have an annular flow deflector, which the premature wear of the sealing surface by currents reduced or prevented.

Als Antrieb für den Stempel eignet sich ein Hubzylinder, dessen Kolben durch Federkraft in Ruhestellung gehalten ist, so daß der Stempel erst nach dem Schließen der bei den Kupplungsteile und nach Betätigung des Hubzylinders das Sicherheitsventil öffnet. Die entsprechenden Zuleitun gen zum Hubzylinder können längs des Schlauches und über den Vorreiter geführt sein. Eine bevorzugte Ausführung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß das orts feste Kupplungsteil (mit dem Sicherheitsventil) mit ei nem Schnellverschluß an eine Bodeneinheit angeschlossen ist. Das bietet u.a. auch die Möglichkeit, diese Teile bei Wartungsarbeiten auszutauschen. Die beim Ankuppeln auftretenden Kräfte werden reduziert, wenn das ortsfeste Kupplungsteil in Kupplungsrichtung begrenzt beweglich in einer Führung gelagert ist.A lifting cylinder is suitable for driving the stamp, the piston of which is held in the rest position by spring force is, so that the stamp only after closing the case the coupling parts and after actuation of the lifting cylinder the safety valve opens. The corresponding supply lines to the lifting cylinder can along the hose and over to be the pioneer. A preferred version The invention is characterized in that the location fixed coupling part (with the safety valve) with egg Quick lock connected to a floor unit is. This offers i.a. also the possibility of these parts to be replaced during maintenance work. The one when coupling Forces occurring are reduced when the stationary Coupling part limited movement in coupling direction a guide is stored.

Im folgenden wird ein in der Zeichnung dargestelltes Ausführungsbeispiel der Erfindung erläutert; es zeigen:The following is one shown in the drawing Embodiment of the invention explained; show it:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch den Kupplungsbereich zwischen einer ortsfesten Bodeneinheit und einem Vorreiter am Ende eines Schlauches, Fig. 1 shows a longitudinal section through the coupling region between a fixed ground unit and a leader at the end of a hose,

Fig. 2 in vergrößertem Maßstab teilweise das geöffnete Sicherheitsventil. Fig. 2 in an enlarged scale partially the opened safety valve.

Die dargestellte Anordnung gehört zu einem Unterwasser- Ölübernahme-System mit einem ortsfest am Meeresboden angeordneten Bodenelement, welches an eine Pipeline oder an einen auf dem Meeresboden angeordneten Tank angeschlos sen ist. Vom Bodenelement ist lediglich sein auf einem Faltenbalg 1 abgestützter Auslaßstutzen 2 wiedergegeben. An diesem Auslaßstutzen 2 ist mit einem Schnellverschluß 3 ein ortsfestes Kupplungsteil angeschlossen. Dieses orts feste Kupplungsteil 4 ist im zylindrischen Teil 5 eines Einführungstrichters 6 zwischen radialen Streben 7 in axialer Richtung gegen die Wirkung des Faltenbalges 1 verschieblich geführt.The arrangement shown belongs to an underwater oil takeover system with a fixed bottom element arranged on the seabed, which is ruled out to a pipeline or to a tank arranged on the seabed. From the base element, only its outlet port 2 supported on a bellows 1 is shown. At this outlet 2 , a fixed coupling part is connected with a quick release 3 . This stationary coupling part 4 is guided in the cylindrical part 5 of an insertion funnel 6 between radial struts 7 in the axial direction against the action of the bellows 1 .

In den Einführungstrichter 6 wird mit Hilfe eines nicht dargestellten hydroakustischen Meßsystems ein am Ende eines nicht dargestellten längeren Schlauches angeordne ter Vorreiter 8 mit Führungselementen 9 eingeführt. Der Vorreiter 8 trägt an seinem freien Ende ein Kupplungs teil 10, welches zusammen mit ihm beweglich ist. Das Kupplungsteil 10 besteht aus einem im wesentlichen zylin drischen Rohrabschnitt 11 mit Kupplungsflansch 12 und einer den Rohrabschnitt 11 umgebenden Kolben-Zylinder- Anordnung zur Betätigung von Kupplungsklauen 14, welche die Kupplungsflansche 12, 15 der beiden Kupplungsteile 10, 4 in gekuppeltem Zustand übergreifen.In the introduction funnel 6 with the help of a hydroacoustic measuring system, not shown, at the end of a longer hose, not shown, a pioneer 8 with guide elements 9 is introduced. The pioneer 8 carries at its free end a coupling part 10 which is movable with it. The coupling part 10 consists of a substantially cylin-cylindrical tube portion 11 with the coupling flange 12 and the pipe section 11 surrounding the piston-cylinder arrangement for the actuation of clutch teeth 14, which the coupling flanges 12, 15 of the two coupling parts 10, 4 overlap in the coupled state.

Das ortsfeste Kupplungsteil 4 weist in Durchströmrich tung (Pfeile 16) eine Einschnürung 17 mit einem innensei tig angeordneten, ringförmigen Ventilsitz 18 auf. Der Ventilsitz 18 weist in Durchströmrichtung 16 vor seiner Dichtfläche 19 einen ringförmigen Strömungsabweiser 20 auf, der die Dichtfläche 19 vor Beanspruchungen durch Strömungskräfte schützt.The stationary coupling part 4 has in the flow direction (arrows 16 ) a constriction 17 with an internally arranged, annular valve seat 18 . The valve seat 18 has an annular flow deflector 20 in the flow direction 16 in front of its sealing surface 19 , which protects the sealing surface 19 from stresses caused by flow forces.

Im zylindrischen Abschnitt des Kupplungsteils 4 ist ko axial eine Hülse 21 angeordnet, deren Außendurchmesser kleiner ist, als der Innendurchmesser des Kupplungsteils 4, so daß ein hinreichend großer ringförmiger Durchfluß querschnitt 22 verbleibt. In der Hülse 21 ist in axialer Richtung gegen die Wirkung einer Feder 23 verschiebbar ein Ventilkörper 24 gelagert, dessen Länge so bemessen ist, daß seine mit der Dichtfläche 19 des Ventilsitzes 18 zusammenwirkende Dichtung 25 bei in die Hülse 21 einge schobenem Ventilkörper 24 vor der Einwirkung von Strömungs kräften geschützt ist. In the cylindrical portion of the coupling part 4 , a sleeve 21 is arranged axially, the outer diameter of which is smaller than the inner diameter of the coupling part 4 , so that a sufficiently large annular flow cross section 22 remains. In the sleeve 21 a valve body 24 is slidably mounted in the axial direction against the action of a spring 23 , the length of which is dimensioned such that its cooperating with the sealing surface 19 of the valve seat 18 seal 25 when the valve body 24 is pushed into the sleeve 21 before the action is protected from flow forces.

Der Ventilkörper 24 ist stirnseitig als Widerlager 26 für einen im Kupplungsteil 10 des Vorreiters 8 angeord neten Stempel 27 ausgebildet. Der Stempel 27 ist bei der dargestellten Ausführung als Verlängerung einer Kolben stange eines Hubzylinders 28 ausgebildet, der koaxial im Kupplungsteil 4 angeordnet ist. Der Kolben 29 des Hubzylinders 28 ist auf einer Feder 30 abgestützt, die den Kolben 29 in die in Fig. 1 dargestellte Ruhestellung drückt. Dem Hubzylinder 28 kann über eine Druckölleitung 31 ein unter Druck stehendes Hydrauliköl zugeführt wer den. Die Druckölleitung 31 führt zum Vorreiter 8 und von dort weiter längs des nicht dargestellten Schlauches bis zu einer Versorgungs- und Steuereinheit.The valve body 24 is formed on the end face as an abutment 26 for an in the coupling part 10 of the pioneer 8 angeord Neten stamp 27 . The stamp 27 is formed in the embodiment shown as an extension of a piston rod of a lifting cylinder 28 which is arranged coaxially in the coupling part 4 . The piston 29 of the lifting cylinder 28 is supported on a spring 30 which presses the piston 29 into the rest position shown in FIG. 1. The lifting cylinder 28 can be supplied with a pressurized hydraulic oil via a pressure oil line 31 . The pressure oil line 31 leads to the pioneer 8 and from there further along the hose, not shown, to a supply and control unit.

Die dargestellte Anordnung arbeitet wie folgt: Der Ven tilkörper 24 liegt unter der Wirkung seiner Feder 23 am Ventilsitz 18 an, solange kein Vorreiter 8 angekuppelt ist. Soll von einem nicht dargestellten Tanker Öl über das Bodenelement übernommen werden, dann wird vom Tan ker ein Schlauch mit dem Vorreiter 8 abgesenkt, wobei der Vorreiter mit Hilfe eines hydroakustischen Meßsystems so geführt wird, daß seine Führungselemente 9 in den Ein führungstrichter 6 gelangen. Dabei gelangen auch die bei den Kupplungsteile 4 und 10 in Kupplungsposition. Nach dem Ankuppeln befinden sich die Teile in der in Fig. 1 links dargestellten Position, bei der das Sicherheits ventil noch geschlossen ist. Durch Zufuhr von Drucköl zum Hubzylinder 28 wird der Kolben 29 mit dem Stempel 27 aus gefahren, wobei der Stempel 27 mit seiner Stirnfläche am Widerlager 26 des Ventilkörpers 24 angreift und den Ven tilkörper 24 gegen die Wirkung der Feder 23 in die Hül se 21 drückt, bis die in Fig. 1 auf der rechten Seite bzw. die in Fig. 2 dargestellte Position des Ventilkör pers 24 erreicht ist. Nunmehr kann die Olübernahme erfol gen. Nach Beendigung der Olübernahme wird der Hubzylin der 28 entlastet, so daß der Ventilkörper 24 wieder in seine Schließstellung zurÜckkehrt. Anschließend können die beiden Kupplungsteile 4 und 10 wieder voneinander getrennt werden. The arrangement shown works as follows: The Ven tilkörper 24 is under the action of its spring 23 on the valve seat 18 as long as no pioneer 8 is coupled. If oil is to be taken over the base element from a tanker, not shown, then a hose is lowered from the tan ker to the pioneer 8 , the pioneer being guided with the aid of a hydroacoustic measuring system so that its guide elements 9 enter the guide funnel 6 . The coupling parts 4 and 10 also reach the coupling position. After coupling, the parts are in the position shown on the left in Fig. 1, in which the safety valve is still closed. By supplying pressure oil to the lifting cylinder 28 , the piston 29 is moved out with the plunger 27 , the plunger 27 engaging with its end face on the abutment 26 of the valve body 24 and pressing the valve body 24 against the action of the spring 23 into the sleeve 21 , until the position of the valve body 24 in FIG. 1 on the right-hand side or the position shown in FIG. 2 is reached. Now the oil transfer can take place. After the oil transfer has ended, the stroke cylinder 28 is relieved, so that the valve body 24 returns to its closed position. Then the two coupling parts 4 and 10 can be separated from each other again.

Bezugszeichenliste:Reference symbol list:

1  Faltenbalg
2  Auslaßstutzen
3  Schnellverschluß
4  Kupplungsteil
5  zylindrischer Teil
6  Einführungstrichter
7  radiale Streben
8  Vorreiter
9  Führungselemente
10  Kupplungsteil
11  Rohrabschnitt
12  Kupplungsflansch
13  Kolben-Zylinder-Anordnung
14  Kupplungsklauen
15  Kupplungsflansch
16  Pfeile
17  Einschnürung
18  Ventilsitz
19  Dichtfläche
20  Strömungsabweiser
21  Hülse
22  Durchflußquerschnitt
23  Feder
24  Ventilkörper
25  Dichtung
26  Widerlager
27  Stempel
28  Hubzylinder
29  Kolben
30  Feder
31  Druckölleitung 1 bellows
2 outlet ports
3 quick release
4 coupling part
5 cylindrical part
6 introductory funnels
7 radial struts
8 pioneers
9 guide elements
10 coupling part
11 pipe section
12 coupling flange
13 piston-cylinder arrangement
14 clutch claws
15 coupling flange
16 arrows
17 constriction
18 valve seat
19 sealing surface
20 flow deflectors
21 sleeve
22 flow cross-section
23 spring
24 valve body
25 seal
26 abutments
27 stamps
28 lifting cylinders
29 pistons
30 feather
31 pressure oil line

Claims

1. Safety valve, in particular for an underwater oil transfer system with a fixed coupling part and a movable coupling part, characterized in that in the fixed coupling part ( 4 ) on the inside an annular valve seat ( 18 ) and one with egg ner storage force against the valve seat ( 18) holding the valve body (24) are accommodated, that the displaceable against the action of storage power valve body (24) has an abutment (26) for a in the other clutch part (10) arranged punch (27), and that the punch (27) in the case of coupled coupling parts ( 4 , 10 ) with an associated drive ( 28 ) can be moved against the valve body by ( 24 ) and lifts it from the valve seat ( 18 ) while overcoming the storage force.

2. Safety valve according to claim 1, characterized in that the valve body ( 24 ) in the stationary coupling part ( 4 ) and supported on a spring ( 23 ).

3. Safety valve according to claim 1 or 2, characterized in that the valve body ( 24 ) is guided in a sleeve ( 21 ) which is longer than the valve body ( 24 ).

4. Safety valve according to one of claims 1-3, characterized in that the valve seat ( 18 ) in the flow direction ( 16 ) in front of its sealing surface ( 19 ) has an annular flow deflector ( 20 ).

5. Safety valve according to one of claims 1-4, characterized in that the plunger ( 27 ) has a lifting cylinder ( 28 ) as the drive, the piston ( 29 ) of which is held in the rest position by spring force.

6. Safety valve according to one of claims 1-5, characterized in that the stationary coupling part ( 4 ) is connected to a base unit with a quick-release fastener ( 3 ).

7. Safety valve according to one of claims 1-6, characterized in that the stationary coupling part ( 4 ) is mounted to a limited extent on a guide ( 7 ) in the coupling direction.