DE60313348T2

DE60313348T2 - Vorrichtung zur befestigung eines manövrierbaren stopfens zum absperren von rohren

Info

Publication number: DE60313348T2
Application number: DE60313348T
Authority: DE
Inventors: Harald Syse
Original assignee: TDW Offshore Services AS
Current assignee: TDW Offshore Services AS
Priority date: 2002-06-26
Filing date: 2003-06-19
Publication date: 2008-01-03
Anticipated expiration: 2023-06-20
Also published as: US20050263200A1; BR0312086A; NO316740B1; NO20023099D0; CN1662767A; EP1552211B1; EA006798B1; NO20023099L; WO2004003422A1; CN1296651C; EA200500016A1; BRPI0312086B1; EP1552211A1; ATE360173T1; AU2003265012A1; DE60313348D1; US7124779B2

Description

Diese Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Befestigung eines manövrierbaren Verschlussstücks oder Stopfens zum Verschließen von Rohren, die im Spezielleren als Lockslips (Verschlussgleitstücke) mit einer abgestuften Gleitfläche beschrieben sind, siehe GB-A-2 286 868 , worin alle Merkmale des Oberbegriffs von Anspruch 1 aufgezeigt sind.
Bei der Wartung und möglicherweise Entwicklung von Rohrleitungen, z.B. zum Transport von Erdölprodukten, ist es notwendig, längere oder kürzere Abschnitte eines Rohleitungssystems stilllegen zu können.
In seiner einfachsten Form umfasst der Stand der Technik feststehende Ventile, die bei Bedarf geschlossen und geöffnet werden.
Solche Ventile stellen beim Aufbau des Rohrleitungssystems eine erhebliche Kostenzunahme dar. Es ist in gewissem Maße schwierig, vorherzusagen, wo die Ventile positioniert werden sollen, damit das gesamte Rohrleitungssystem an der richtigen Stelle stillgelegt werden kann. In der Folge besteht die Gefahr, dass übermäßig viele Ventile eingesetzt oder diese an der falschen Stelle positioniert werden. Ein übermäßiger Einsatz von Ventilen führt zu unnötigen Kapitalkosten, und die falsche Platzierung führt zu Komplikationen und zusätzlicher Arbeit in Verbindung mit der Stilllegung des Rohrleitungssystems.
Ein Ventil, das lange Zeit unbenutzt bleibt, birgt auch ein Fehlfunktionsrisiko, wenn es wieder in Gebrauch genommen wird.
Ein Ventil stellt eine Drosselung für das Rohrleitungssystem dar. Dies führt zu Druckverlust, Verschleiß am Rohr aufgrund von Kavitation usw., und zu Problemen, die mit Inspektionsgeräten verbunden sind, die durch die Ventilöffnungen eingeführt werden.
Ventile wurden in hohem Ausmaß durch Stopfen oder Verschließstücke ersetzt, die im Rohrleitungssystem unter Verwendung verschiedener Mittel positioniert und festgesetzt sind. Ein Stopfen oder Verschließstück wird normalerweise durch das Medium, das normalerweise im Rohrleitungssystem fließt, durch das Rohr vorwärtsgetrieben.
In seiner einfachsten Funktionsform wird der Stopfen durch Verwendung einer direkten Verbindung zwischen dem Stopfen und dem Steuersystem betätigt. Kabel, Drähte und Schläuche werden in das Rohrleitungssystem eingezogen, um den Stopfen beim Erreichen der richtigen Stelle sich festsetzen zu lassen.
Generell besteht ein Risiko, das mit dem Einziehen solcher Übertragungssysteme in das Rohrleitungssystem zu tun hat. Eine Schädigung an einem Kabel o. dgl. kann bewirken, dass die Anbringung eines Stopfens fehlschlägt oder die spätere Entfernung des Stopfens zu einer außergewöhnlichen Herausforderung wird.
Fernbetätigte Stopfen mit drahtloser Signalübertragung haben das Hauptproblem aus der Welt geschafft, das mit der direktbetätigten Art von Stopfen zusammenhängt. Ein drahtlos betätigter Stopfen trägt alle Energiequellen zur Betätigung von innenliegenden Zylindern, Ventilen, Funksystemen usw. mit sich, indem er Batterien, Hydrauliköl, Treibgase u. dgl. enthält. Indem eine Antennen an der Außenseite des Rohr befestigt wird, in dem der Stopfen festgesetzt werden soll, werden die Steuersignale vom Steuersystem an den Stopfen übertragen.
Ein Stopfen ist typischerweise aus einem Abschnitt oder mehreren Abschnitten aufgebaut. In einem Hauptabschnitt, der die Dichtung im Rohr bilden soll, sind mehrere konzentrische Bauteile zusammengefügt. Eine mit einer umlaufenden Dichtung kombinierte Stirnplatte stellt das eigentliche Dichtungselement dar. Umlaufend angeordnete Gleitvorrichtungen befestigen den Stopfen an den Rohrwänden, wenn die Gleitvorrichtungen durch einen axial positionierten Hydraulikzylinder und zusammenwirkende abfallende Gleit- und Druckflächen nach außen gedrückt werden. Die Kolbenstange des Zylinders ist mit einer Stirnplatte des Stopfens verbunden. Im Stopfen befinden sich Vorrichtungen, die unter anderem den Hydraulikzylinder betätigen.
An den Hauptabschnitt angeschlossen befinden sich mehrere Steuerabschnitte, die Aufzeichnungs- und Betätigungseinrichtungen zur Positionierung usw. enthalten. Die verschiedenen Hauptabschnitte können auch untereinander verbunden sein, um den gewünschten Effekt zu erzielen. Diese Verbindung untereinander wird durch Ankoppeln von Gelenkstützen an die Mitte der Stirnfläche eines Abschnitts erzielt.
Damit sich ein Stopfen durch ein Rohr mit dem Durchmesser, für den der Stopfen gedacht ist, bewegen kann, muss ein Mindestspielraum zwischen dem Umfang des Stopfens und der Rohrwand bestehen. Dieser Spielraum hängt von den Maßtoleranzen des Rohrs ab und beträgt typischerweise mindestens 10 mm für Öl- oder Gasrohre. Sowohl große als auch kleine Stopfen müssen ungefähr dieselben Spielräume aufweisen. Die Gleitvorrichtungen, die gegen die Rohrwand gedrückt werden, um den Stopfen festzusetzen, müssen deshalb während ihres Verlaufs entlang der abfallenden Gleitflächen einen Weg von mindestens 10 mm in der radialen Richtung zurücklegen. Da die Unterseite moderner Gleitvorrichtungen und die entsprechenden Gleitflächen eine stetig abfallende Form haben, ist die Länge der Gleitvorrichtung proportional zum Gefälle der Gleitfläche. Dieses beträgt typischerweise 17 Grad, ungeachtet des Durchmessers des Stopfens.
Stopfen mit kleinerem Durchmesser müssen durch Rohrkrümmungen mit einem kleineren Kurvenradius hindurchgehen können als Stopfen mit größerem Durchmesser. Folglich ist es wichtig, dass ein Stopfen mit kleinem Durchmesser mit einer kleinen Baulänge hergestellt werden kann. Mit den gegenwärtig bekannten technischen Verfahren ist es schwierig, einen Stopfen mit ausreichend kurzen Baumaßen herzustellen.
Die Aufgabe der Erfindung ist es, Abhilfe gegen die Nachteile der bekannten technischen Verfahren zu schaffen.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale von Anspruch 1 gelöst.
Die Gleitvorrichtungen, die umfänglich am Hauptabschnitt eines Stopfens angesetzt sind, werden so positioniert, dass ihre höchsten Enden an einer abfallenden Druckfläche an einer Stirnplatte des Stopfens anstoßen. Die Gleitvorrichtungen stoßen an einem konischen Druckring an und werden beispielsweise mittels Spannfedern gegen den Druckring gedrückt gehalten. Die Gleitfläche zwischen der Gleitvorrichtung und dem Druckring ist mit zwei Gefällen ausgebildet, und zwar durch einen ersten Abschnitt der Gleitfläche mit einem steilen Gradienten und einen zweiten Abschnitt mit geringerem Gefälle von typischerweise 17 Grad. Die unterschiedlichen Gefälle an den Gleitflächen bilden ein abgestuftes Muster. Das abgestufte Muster der Gleitvorrichtungen und des Druckrings stimmt überein, wenn sich die Gleitvorrichtungen in der Startposition befinden. Vorteilhafterweise umfassen die Gleitflächen eine oder mehrere Ausnehmung/en, um eine erhöhte Stabilität der Gleitvorrichtungen in der Startposition, während der Gleitbewegung und in der festgesetzten Position zu erzielen.
Wenn der Zylinder des Stopfens die Endplatten des Stopfens zueinander drückt, springen die Gleitvorrichtungen als Ergebnis der steil ansteigenden Gleitflächen und der unerheblichen radialen Last, die während des erstens Stadiums der Verschiebung auf die Gleitvorrichtungen wirkt, auf die höhere Stufe, um sich dann entlang der Gleitflächen mit geringerem Gefälle zu bewegen. Dies macht es möglich, im ersten Bewegungsstadium, eine große Verschiebung der Gleitvorrichtungen in der radialen Richtung bei einer geringen axialen Verschiebung zu erzielen. Somit kann die Länge der Gleitvorrichtung erheblich reduziert und entsprechend auch die Baulänge des Stopfens so reduziert werden, wie es für Stopfen mit geringem Durchmesser wünschenswert ist.
Im Folgenden wird ein nicht einschränkendes Beispiel einer bevorzugten Ausführungsform beschrieben, die in den begleitenden Zeichnungen dargestellt ist:
1 zeigt einen Schnitt durch den Hauptabschnitt eines Stopfens;
2 zeigt in einem größeren Maßstab einen Schnitt durch eine Gleitvorrichtung in der Ruhestellung an einem entsprechenden Druckring; und
3 zeigt im selben Maßstab eine Gleitvorrichtung, die gegen eine Rohrwand gedrückt ist.
In den Zeichnungen bezeichnet Bezugszahl 1 einen Hauptabschnitt, der mit einer ersten Stirnplatte 3 ausgestattet ist, in die ein Hydraulikzylinder 5 eingebaut wurde. Der Hydraulikzylinder 5 umfasst einen Kolben 7 und eine Kolbenstange 9. Ein Ende 11 der Kolbenstange ist an die zweite Stirnplatte 13 des Stopfens angeschlossen. Zur Betätigung des Hydraulikzylinders 5 sind eine (nicht gezeigte) Hydraulikpumpe und (nicht gezeigte) Ventile vorgesehen.
Entlang des Umfangs des Stopfens befinden sich mehrere Gleitvorrichtungen 15, die über ihre Enden 16 an der abfallenden Druckfläche 17 der zweiten Stirnplatte 13 anstoßen. Die Fläche der Gleitvorrichtungsenden 16 entspricht dem Gefälle der Druckfläche 17. Der obere Teil der Gleitvorrichtung bildet eine Verschließfläche 18, die geformt ist, um eine gute Haftung zu ergeben, wenn sie gegen eine Rohrwand 19 gedrückt ist. Die Unterseite der Gleitvorrichtung 15 umfasst eine Gleitvorrichtungsfront 20 und eine Gleitfläche 21, 21'. Die Gleitfläche 21, 21' ist durch eine Gleitvorrichtungsausnehmung 22 unterteilt, die sich parallel zur Gleitvorrichtungsfront 20 erstreckt und dort, wo die Seite, die derselben Seite wie die Gleitvorrichtungsfront 20 zugewandt ist, eine Stufenfront 23 mit derselben Richtung wie die Gleitvorrichtungsfront 20 bildet.
Die Fläche eines konischen Druckrings 25 umfasst eine Druckringfront 27 und eine Gleitfläche 29, 29'. Die Gleitfläche 29, 29' ist durch eine Druckringausnehmung 30 unterteilt, die sich parallel zur Druckringfront 27 erstreckt und dort, wo die Seite, die derselben Seite wie die Druckringfront 27 zugewandt ist, eine Stufenfront 31 mit derselben Richtung wie die Druckringsfront 27 bildet.
Eine Dichtung 26 ist umlaufend zwischen dem Druckring 25 und der ersten Stirnplatte 3 angeordnet. Die Rohrwand 19 umschließt den Stopfen.
Wenn die Gleitvorrichtungen 15 am unteren Teil des Druckrings 25 angeordnet sind, entspricht die Unterseite der Gleitvorrichtungen der konischen Fläche des Druckrings, so dass die Gleitfläche 21' der Gleitvorrichtung 15 mit dem Boden der Druckringausnehmung 30 zusammenfällt, und der Boden der Gleitvorrichtungsausnehmung 22 mit der Gleitfläche 29' am Druckring 25 zusammenfällt.
Ein Stopfen wird dazu verwendet, flüssigkeits- oder gasführende Rohre dicht abzuschließen, wobei der Stopfen in das Rohr eingesetzt und durch den Flüssigkeits- oder Gasdruck vorwärtsgetrieben wird. Er kann auch durch einen eingebauten Antriebsmechanismus und dazugehörige Räder zum Weiterfahren vorwärtsgetrieben werden. Der Stopfen wird durch Betätigung des Hydraulikzylinders 5 des Hauptabschnitts 1 festgesetzt. Die Stirnplatten 3, 13, die an den Zylinder 5 angeschlossen sind, werden zueinander gezogen, und die Gleitvorrichtungen 15, die am Umfang des Hauptabschnitts 1 angeordnet sind, werden durch die Druckfläche 17 gegen den konischen Druckring 25 gedrückt. Die Gleitvorrichtungsfront 20 und die Stufenfront 23 der Gleitvorrichtung 15 werden gegen die Stufenfront 31 des Druckrings 25 bzw. die Druckringfront 25 gepresst, damit sich die Gleitvorrichtung auf die Gleitflächen 29, 29' anheben kann. Dann werden die Gleitvorrichtungen 15 entlang den Gleitflächen 29, 29' des Druckrings 25 geschoben, bis die Gleitvorrichtungen 15 gegen die Rohrwand 19 gedrückt werden. Während der Festsetzungsabfolge wird auch die Dichtung 23 zusammen- und nach außen gedrückt, um das Rohr zusammen mit der ersten Stirnplatte 3 vollständig dicht abzuschließen.

Claims

Anordnung eines Stopfens zum Verschließen von flüssigkeits- oder gasführenden Rohren, mehrere Gleitvorrichtungen (15) umfassend, die umfänglich so am Stopfen angeordnet sind, dass sie mittels eines Hydraulikzylinders (5) entlang eines konischen Druckrings (25) nach oben geschoben werden können, dadurch gekennzeichnet, dass die Gleitvorrichtungen (15) mit einer möglichst geteilten Gleitfläche (21, 21'), um den konischen Druckring (25) zu berühren, und mindestens einer möglichst geteilten Stirnfläche (20, 23) versehen sind, die eine Gleitfläche bildet, um den konischen Druckring (25) zu berühren, und einen Winkel in Bezug auf eine Längsachse des Stopfens hat, der sich vom Winkel der Gleitfläche (21, 21') in Bezug auf dieselbe Achse unterscheidet.
Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der konische Druckring (25) mit einer möglichst geteilten Gleitfläche (29, 29') und mindestens einer möglichst geteilten Stirnfläche (27, 31) versehen ist, die einen Winkel in Bezug auf die Längsachse des Stopfens hat, der sich vom Winkel der Gleitfläche (29, 29') in Bezug auf dieselbe Achse unterscheidet.
Anordnung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stirnflächen (20, 23, 27, 31) ein steiles Gefälle in Bezug auf die Längsachse des Stopfens haben, und dass die Gleitflächen (21, 21', 29, 29') ein geringes Gefälle in Bezug auf dieselbe Achse haben.
Anordnung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stirn- und Gleitflächen (20, 21, 21', 23) der Gleitvorrichtungen (15) eine Form haben, die in einer bestimmten Stellung der Gleitvorrichtungen (15) den Stirn- und Gleitflächen (27, 29, 29', 31) des konischen Druckrings (25) entsprechen.
Anordnung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gleitfläche (21, 21') durch eine Gleitvorrichtungsausnehmung (22) geteilt ist, die sich in einer radialen Richtung ähnlich der Gleitvorrichtungsstirnfläche (20) erstreckt, wodurch eine unmittelbar an die Ausnehmung angrenzende Fläche eine Stufenstirnfläche (23) bildet, die parallel zur Gleitvorrichtungsstirnfläche (20) ist.
Anordnung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der konische Druckring (25) eine Druckringstirnfläche (27) umfasst, und eine Gleitfläche (29, 29') durch eine Druckringausnehmung (30) geteilt ist, die sich in einer radialen Richtung ähnlich der Druckringstirnfläche (27) erstreckt, wodurch eine unmittelbar an die Ausnehmung angrenzende Fläche eine Stufenstirnfläche (31) bildet, die parallel zur Druckringstirnfläche (27) ist.