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Gebiet der
Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft Vorrichtungen zum Verbinden von Rohrleitungen.
Insbesondere betrifft die Erfindung Vorrichtungen zum Fluchten und
Verbinden von Rohrleitungen, deren Enden vor dem Verbinden gegenseitig
bewegbar und deshalb unter Umständen
nicht fluchtend sind. Die Vorrichtung kann zum wiederholten Verbinden/Trennen
von Rohrleitungen verwendet werden.
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Hintergrund
der Erfindung und Stand der Technik
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Vorrichtungen
zum Verbinden und Trennen von Rohrleitungen sind vorzugsweise bei
Rohrleitungen für
den Fluidtransport von beispielsweise einer Produktionsplattform
oder einer Lagereinrichtung zu einem Transportmittel vorhanden.
Das kann aus Sicherheitsgründen,
beispielsweise wenn das Transportmittel zu sehr abdriftet oder die
Drehung zu stark ist, was sowohl der Gesundheit als auch der Umwelt und
Sachwerten schaden kann, oder wegen den funktionalen Vorteilen einer
verbindbaren/trennbaren Verbindung in einer Rohrleitung erwünscht sein.
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Eine
Vorrichtung zum Verbinden von Rohrleitungen hat die vorteilhafte
Funktion, selbst bei relativ großen Bewegungen zwischen dem
Ende der Rohrleitungen, in Gestalt einer Drehung, radialen Bewegung
oder Winkelbewegung, verbinden und trennen zu können. In einigen Situationen
kann es von großer Bedeutung
für die
Sicherheit sein, wenn eine Vorrichtung zum Verbinden von Rohrleitungen
schnell getrennt werden kann. Es kann auch von Vorteil sein, wenn
das Verbinden und das Trennen ferngesteuert ausgeführt werden
kann, ohne dass ein händischer Eingriff
erforderlich ist.
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Es
gibt viele Vorrichtungen zum Verbinden von Rohrleitungen, zum Beispiel
GB 2 327 109 A .
Es sind jedoch Nachteile unterschiedlichen Grades mit den vorbekannten
Vorrichtungen verbunden. Einige derartige Nachteile sind nachfolgend
beschrieben:
- – Häufig gibt es keine ausreichende
Kontrolle über
den Vorspann- oder Anzugsmoment bei verbundenen Rohrleitungen.
- – In
vielen Fällen
gibt es im Laufe der Zeit wegen Verschleiß und Rissen oder anderen defekten Mechanismen
eine Änderung
der Anzugsmomente, was möglicherweise
zu einem Leck und Gefahr für
Menschen, die Umwelt und Sachwerten führt.
- – In
vielen Fällen
ist die Einrichtung zum Vorspannen der Bolzen nicht dauerhaft in
die Verbindungsvorrichtung eingebaut, so dass ein Teil des Verbindungsvorgangs
vollständig
von Hand ausgeführt
werden muss. Das hat auch Einfluss auf die Dauer des Verbindens
und Trennens.
- – Bei
vielen Vorrichtungen gibt es keine Schnelllösemöglichkeit, was bei einigen
Verbindungen insbesondere aus Sicherheitsgründen absolut erforderlich ist.
- – Mehrere
Verbindungen haben nur eine Abdichtsperre zwischen dem Druck in
der Rohrleitung und der äußeren Umgebung.
- – Bei
Verbindungsvorrichtungen mit zwei Sperren in der Abdichtung ist
es in der Regel nur möglich, den
Druck in der gesamten Verbindung zu prüfen, das heißt, es kann
nicht sicher erkannt werden, ob beide Sperren dicht sind.
- – Einige
Verbindungsvorrichtungen sind sehr empfindlich in Bezug auf eine
relative Bewegung, die zwischen den Enden der Rohrleitungen akzeptiert
werden kann und die zu einem Verkleinern der Abstände führt, was
vor dem Zusammenfügen
noch zulässig
ist.
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Es
besteht ein Bedarf für
eine Vorrichtung zum Verbinden von Rohrleitungen, wobei die Vorrichtung
verbesserte Eigenschaften in Bezug auf die oben genannten Probleme
aufweist.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Durch
die vorliegende Erfindung wird der oben genannte Bedarf dadurch
gedeckt, dass eine Vorrichtung zum fluchtenden Verbinden von Rohrleitungen
geschaffen wird, die ein Steckteil, das über wenigstens einen Führungsstift
mit einem angeschrägten
Ende verfügt,
und ein Aufnahmeteil aufweist, das über wenigstens eine entsprechend
geformte Aufnahmenut verfügt,
so dass das Steckteil und das Aufnahmeteil, die jeweils an ihrem
Rohrleitungsende angebracht sind, mit fluchtender Wirkung zusammenfügbar sind,
so dass die Enden der Rohrleitungen verbunden sind, und mit einer
Abdichtung in Gestalt einer einfachen, doppelten oder mehrfachen
Sperre zum Abdichten der gegenüberliegenden Abdichtseiten
auf dem Steckteil und dem Aufnahmeteil, die so angeordnet ist, dass
die Abdichtung die Enden der Rohrleitung beim Zusammenfügen umschließt, wobei
die Vorrichtung weiterhin wenigstens einen Bolzen aufweist, der
parallel zu der Längsachse
des wenigstens einen Führungsstift-
und Aufnahmenutpaares angeordnet ist, wobei der Bolzen mit Mitteln
zum kontrollierten Spannen und dauerhaften stabilen Verriegeln und
wenn gewünscht
mit einem Mittel zum schnellen Lösen
ausgestattet ist.
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Mit
Zusammenfügen
der Enden der Rohrleitungen ist auch gemeint, dass die Verlängerung
der Enden der Rohrleitung mit der Öffnung für den Fluidtransport durch
die Vorrichtung verbunden wird. Mit dem Ausdruck „die Abdichtung
umschließt
die Enden der Rohrleitung" ist
auch gemeint, dass die Abdichtung die Öffnung für den Fluidtransport durch
die Vorrichtung umschließt.
Die Aufnahmeteile und Steckteile der Vorrichtung sind vorzugsweise
als Verlängerung
an jedem ihrer Rohrleitungsenden mit Flanschen angebracht, die Vorrichtung
kann jedoch auch so ausgestaltet sein, dass die Enden in der Vorrichtung
gesichert sein können.
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung
verfügt vorzugsweise über zwei
Paare von Führungsstiften und
Aufnahmenuten mit einem mit einem Gewinde versehenen Bolzen in der
Mittelachse jedes Führungsstift-
und Aufnahmenutpaares. Dieses Ausführungsbeispiel wird bei den
meisten Rohrgrößen bevorzugt.
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung
verfügt insbesondere
bei großen
Rohren vorzugsweise über vier
oder mehr Paare von Führungsstiften
und Aufnahmenuten mit einem mit einem Gewinde versehenen Bolzen
in der Mittelachse jedes Führungsstift- und Aufnahmenutpaares.
Bei einer größeren Rohrgröße ist es
vorteilhafter, mehrere Paare von Führungsstiften und Aufnahmenuten
vorzugsweise mit einem Bolzen für
jedes Paar zu haben.
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung
kann bei kleinen Rohren vorzugsweise über ein Führungsstift- und Aufnahmenutpaar
mit einem mit einem Gewinde versehenen Bolzen oder einer Bajonettfassung
zwischen der Rohrleitungsmittelachse und dem einen Führungsstift-
und Aufnahmenutpaar verfügen.
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Die
Mittel zum kontrollierten Anziehen der Bolzen und Anheben der Bolzen
sind vorzugsweise hydraulischer Art mit einem Mittel für jeden
Bolzen.
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Die
Vorrichtung verfügt
vorzugsweise über ein
Mittel zum groben Drehen entweder des Steckteils oder des Aufnahmeteils
um eine Rohrleitungsachse, so dass die Führungsstifte und Aufnahmenuten
im Wesentlichen in Bezug auf die Drehung fluchtend ausrichtbar sind.
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Die
Vorrichtung verfügt
weiterhin vorteilhafterweise über
ein mit einer hydraulischen Einrichtung verbundenes Mittel zum Druckprüfen der
Abdichtungen in Gestalt eines Nippels und von Nuten für jeden Raum
zwischen den Abdichtungen, jedoch für wenigstens eine Abdichtung,
die zwischen der innersten Abdichtung und der Rohrleitung abdichtet.
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Das
Aufnahmeteil weist vorzugsweise von der Mittelachse und radial nach
außen
eine Öffnung zum
Fluidtransport, eine symmetrisch um die Öffnung ausgebildete Buchse,
an die Führungsstifte
des Steckteils angepasste Aufnahmenuten, Führungsränder und eine äußere Schürze auf,
wobei die Buchse, die Aufnahmenuten und die Führungsränder zu der fluchtenden Wirkung
beitragen, wenn das Aufnahmeteil und das Steckteil zusammengefügt werden.
So sind die zusammenfügbaren
Seiten des Steckteils und des Aufnahmeteils als angeschrägte Führungsstifte,
Führungsränder und
Buchsen ausgestaltet, die in die entsprechend geformten Nuten passen,
so dass das Fluchten verstärkt
wird, wenn die Teile zusammengefügt
werden.
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Zeichnungen
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1 zeigt
einen Schnitt der erfindungsgemäßen Vorrichtung
vor dem Zusammenfügen,
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2 zeigt
die zusammengefügte
Vorrichtung,
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3 zeigt
die in die Stellung unterhalb des unteren Flansch getriebenen Bolzen,
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4 zeigt
die hydraulisch vorgespannten, in eine verschließbare Stellung gedrehten Bolzen,
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5 zeigt
die mechanisch gesicherte Vorspannung,
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6 zeigt
die aktivierte Schnelllösevorrichtung,
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7 zeigt
eine alternative Schnelllösevorrichtung
und
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8 zeigt
ein anderes Ausführungsbeispiel der
erfindungsgemäßen Vorrichtung
zum Verbinden des unteren und oberen Teils.
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Detaillierte
Beschreibung
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Bei
der erfindungsgemäßen Vorrichtung
wird vorzugsweise eine hydraulische Vorspannung der Bolzen und anschließend ein
mechanisches Verschließen
durch beispielsweise Verschlussmuttern durchgeführt. Es ist möglich, eine
sehr starke Kontraktionskraft zu verwenden, was große Dichtungsdurchmesser
und Standardflanschverbindungen sowie darüber hinaus den Einsatz von
mehreren Abdichtsperren, beispielsweise zwei oder mehr Sperren,
in dem Dichtungssystem ermöglicht.
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Bei
der erfindungsgemäßen Vorrichtung
ist die Einrichtung für
das Vorspannen oder das Vorrichten der Bolzen dauerhaft angebracht,
wobei eine Einrichtung für
jeden Bolzen vorgesehen ist, was eine vollständig ferngesteuerte Verbindung
mit einer guten Kontrolle der Vorrichtdrehmomente ermöglicht. Vorzugsweise
ist auch eine hydraulisch aktivierbare Schnelllösevorrichtung eingerichtet,
so dass die manchmal sehr strenge Vorgabe, wie viel Zeit zum Trennen
maximal erlaubt ist, eingehalten werden kann.
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung
zum Verbinden von Rohrleitungen kann verhältnismäßig große relative Bewegungen zwischen
den beiden Rohrleitungsenden und den beiden Hauptteilen der Vorrichtung
sowohl in Gestalt einer Drehung, radialer Bewegung sowie einer Winkelbewegung
tolerieren. Dies wird erreicht, indem vorteilhafte Geometrien verwendet
werden, die dazu beitragen, dass die Ausrichtwirkung sowohl bei
einer Drehung als auch bei einer radialen Verschiebung und Winkelversätzen merklich
eintritt. Wenn sich die beiden Hauptteile der Verbindung während des
Verbindungsvorgangs einander annähern,
werden dementsprechend die Hauptteile und die Enden der Rohrleitungen
fluchtend ausgerichtet, wenn die Teile zusammengefügt werden,
wobei das maximal erlaubte Spiel zwischen den Enden der Rohrleitungen
vor dem Zusammenfügen
relativ groß ist.
Das Fluchten wird ohne mechanisches Überlasten von jeglichen Teilen
der erfindungsgemäßen Vorrichtung
vorgenommen, was durch eine Kombination der Gestalt der Vorrichtung und
der Größe der Vorrichtung
erreicht wird.
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Das
Steckteil und das Aufnahmeteil der Vorrichtung, die jeweils an ihrem
Rohrleitungsende untereinander verbunden sind, müssen durch andere Ausrüstungsmittel
in einen angemessenen Eingriff gebracht werden, bevor das Zusammenfügen mit
der Vorrichtung vorgenommen werden kann.
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In 1 ist
eine erfindungsgemäße Vorrichtung
mit zwei Führungsstiften 6, 2 und
zwei Aufnahmenuten 1, 8, 7 dargestellt.
Die Vorrichtung weist zwei Hauptteile auf, nämlich ein Aufnahmeteil 9 und ein
Steckteil 10. In dem Aufnahmeteil 9 sind Löcher für die Bolzen 3 eingerichtet,
die in einer Vorspanneinrichtung 4, 5 für die in
dem Steckteil 10 angeordneten Bolzen angebracht sind. Die
Bolzen können durch
einen Bolzenanheber nach oben und unten bewegt werden, der ein Teil
einer Einrichtung 4, 5 zum Vorrichten der Bolzen
ist, und werden durch einen Drehmotor gedreht, der den Bolzenanheber,
den Bolzen und eine optionale Schnelllösevorrichtung 12 dreht.
In dieser Stellung sind die Bolzen 3 in einer radialen
Führung 6 angeordnet,
die in den Führungsstiften
eingerichtet ist. Der Bolzen kann mit Gewinden oder einfacher mit
einer Bajonettfassung oder Haken (wie aus anderen Figuren ersichtlich
ist) versehen sein. Dementsprechend sind in dem unteren Hauptteil,
dem Aufnahmeteil 9, Löcher
mit entweder Gewinden oder angepasste Nuten eingerichtet.
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Ein
Führungsrand 8 in
dem Aufnahmeteil weist ein Sägezahnprofil
mit zwei oder mehr Zähnen auf.
Dementsprechend ist auf dem oberen Teil der Vorrichtung, auf dem
Führungsstift,
eine Richtungsführung 2 angeordnet,
die als radial angebrachter Stift oder Sägezähne ausgebildet sein kann,
die dem in dem Aufnahmeteil der Vorrichtung angebrachten Führungsrand 8 entsprechen.
Der Führungsrand 8 kann
entweder als vollständiges
Dreieck (wie in dem Abschnitt A-A dargestellt) für Fluidverbindungen mit rein
passiver Kontrolle der relativen Drehrichtung der zwei Hauptteile
oder mit abgeschnittenen Zähnen ausgebildet
sein, wenn ein Motor für
die anfängliche Drehung
verwendet wird, nach der der Führungsrand nach
und nach die Feineinstellung der Drehung übernimmt. Der Zweck der Drehvorrichtungen
ist sicherzustellen, dass die Bolzen in dem oberen Teil der Vorrichtung,
wie bei dem Einsteckteil dargestellt, im Wesentlichen fluchtend
mit den Löchern
in dem unteren Teil der Vorrichtung, das heißt mit den Löchern in dem
Aufnahmeteil, ausgerichtet sind. Um die Mitte der Fluidverbindung
ist eine kegelförmige
Buchse 1 eingerichtet, die einen oberen und unteren Führungsrand
für eine
radiale Kontrolle in Bezug auf die Führung 6 aufweisen
kann. Der obere und untere Führungsrand
führen
zusammen zu einer fluchtenden Anordnung der radialen Führung 6 in
Bezug auf die Buchse 1. Die Buchse entspricht einer besonders ausgebildeten
Buchse oder einem besonders ausgebildeten Flansch. Eine entsprechende
Ausrichtwirkung kann durch axialen Kontakt zwischen einem oberen
Flansch 10 und einer äußeren Schürze 7 kombiniert
mit lediglich einem radialen Führungsrand auf
der Buchse 1 erreicht werden.
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Der
untere Teil 4 der Vorspanneinrichtung ist in dem Einsteckteil
auf einem oberen Flansch angebracht. Diese Einrichtung verfügt über ein
hydraulisches Teil zum Vorspannen oder zum Vorrichten des Bolzen,
wenn er seine Stellung erreicht hat. Weiterhin ist eine Verschlussmutter
oder Schließvorrichtung vorgesehen,
so dass die Hydraulik getrennt oder entlastet werden kann, ohne
die Vorspannung zu lösen. Derartige
Einrichtungen sind von dem Vorspannen von Flanschen bekannt und
können
käuflich
erworben werden.
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An
der Spitze des oberen Teils 5 der Bolzenvorspanneinrichtung
ist eine Schnelllösevorrichtung 12 dargestellt,
die bei Systemen verwendet werden kann, bei denen ein sehr schnelles
Trennen erforderlich ist. Gemäß den weiteren
Figuren wird diese durch einen Zylinder in der Mitte der Verlängerung des
Bolzen hydraulisch aktiviert. Die Schnelllösevorrichtung lässt den
Bolzen die anfängliche
Spannung augenblicklich lösen
und löst
den Eingriff mit dem unteren Hauptteil der Vorrichtung. So hängen die
Bolzen in der Schnelllösevorrichtung
oder sind in ihr befestigt.
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Die
Dichtungen 11 dichten zwischen dem oberen Flansch 10 des
Einsteckteils und der Buchse 1 in dem Aufnahmeteil ab,
wenn die Hauptteile der Vorrichtung vollständig zusammengefügt sind.
Die Dichtungen 11 können
sowohl axial als auch radial angeordnet sein.
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In 2 ist
die erfindungsgemäße Vorrichtung
zusammengefügt
dargestellt.
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In 3 sind
die Bolzen in die Stellung unterhalb des unteren Flansch 9 des
Aufnahmeteils getrieben dargestellt, und im Schnitt unterhalb des
unteren Flansch sind die Bolzen in der nicht verschlossenen Stellung
dargestellt.
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In 4 sind
die Bolzen in die verschlossene Stellung gedreht und hydraulisch
vorgespannt mit dem Kolben auf dem unteren Teil 4 der Bolzenvorspanneinrichtung
gegen den oberen Flansch 10 des Einsteckteils.
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In 5 ist
dargestellt, dass die Vorspannung mechanisch durch eine Verschlussmutter
gesichert ist, wobei die Hydraulik gelöst ist.
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In 6 ist
eine aktivierte Schnelllösevorrichtung 12 dargestellt,
während
in 7 eine alternative Schnelllösevorrichtung 12 dargestellt
ist.
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In 8 ist
die erfindungsgemäße Vorrichtung
mit einer alternativen Kontrolle zum Verbinden der zwei Hauptteile
und damit der Rohrleitungsenden dargestellt. Das dargestellte Ausführungsbeispiel weist
zwei radiale Kontrollnuten auf der Buchse 1 auf, die sowohl
eine radiale als auch axiale fluchtende Ausrichtung schaffen.